CN101325697A - 一种手持设备遥感图像快速浏览方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手持设备遥感图片快速浏览方法，其步骤为：1)对整个图像数据进行分块，建立记录数据块数据信息的码流数据表；2)根据要显示的区域查找码流数据表，确定要解码的数据块；3)根据缩放比例对要解码的数据块进行解码，同时在缩放比例为8的倍数的情况下，充分运用JPEG文件中直流系数信息，不需要做Huffman解码和IDCT变换；从而实现图片快速浏览。本发明的方法可以实现解码非常大的JPG文件，具有解码速度快、满足实时应用需要、解码占用的内存资源小、浏览图片任意区域、任意缩放图像任意区域的特点。

Description

一种手持设备遥感图像快速浏览方法

技术领域

本发明涉及一种遥感图像的浏览方法，尤其涉及一种手持设备遥感图像快速浏览方法，属于图像处理领域。

背景技术

随着数字成像技术的不断发展，数字地图和遥感图像的数据量和内容也越来越大，尤其是遥感图像，来之不易，压缩率少，文件非常大。海量空间数据的数字地图一般都压缩为JPEG文件格式。

手机、PDA、GPS等手持设备已经应用于社会和生活的各个领域，在手持设备上实现遥感图像的快速浏览，对于环境、规划、测量、导航、交通等工作都有很大的帮助。手持设备携带方便，浏览图像可以通过按键或者触摸屏选择要显示的区域，输入缩放比例，上下左右移动显示区域。

JPEG文件是针对整幅图像压缩的，通常解码显示也是针对整幅地图，速度慢，需要大量内存等资源。国内外现有的海量空间数据的浏览方案主要存在以下问题：

一是速度非常慢，不能满足用户需要；

二是对内存等资源需求大，很多手持设备不能满足；

三是不能实现任意缩放显示和局部浏览，使用不方便。

如何在手持设备上实现海量空间遥感数据的浏览，就成了必须解决的关键问题。

JPEG作为一种针对静态数字图像的压缩算法，由联合图片专家组制定，并随着互联网的发展而被广泛应用。JPEG标准只提供了对整个图象做编码解码的流程(参考：W.Pennebakerand J.Mitchell，“JPEG Still Image Data Compression”，Standard，lst ed.New York：Van Nostrand Reinhold，1993.或者：马小虎，张明敏，严华明。《多媒体数据压缩标准及实现》。北京：清华大学出版社。1996．或者：田晓侠，刘帅，王劲松，等。“JPEG基线压缩算法的研究与优化”。机械电子，2005(4)：6-8．)。

JPEG整个图象的编码过程如图1所示，以8X8像素大小的块为基本单位，首先是图像色彩空间变换和采样，然后做离散余弦变换(DCT)，DCT变换得到每个块图像数据的直流系数和交流系数，对所有系数做量化，对直流系数做差分编码(DPCM)，对交流系数做霍夫曼(Huffman)编码(参考：G.K.Wallace，“The JPEG still-picture compression standard，”Commun．ACM，Apr.1991.vol.34，pp.30-44，)，得到最终的压缩码流。

JPEG整个图象的解码过程如图2所示，基本是编码的逆过程，以8X8像素大小的块为基本单为，首先是直流系数的DPCM解码和交流系数的Huffman解码，然后是逆量化，逆离散余弦变换(IDCT)，接着是色彩空间逆变换，得到解码后的图像数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种手持设备遥感图片快速浏览方法。

JPEG编码标准只提供了对整个图片编码解码的步骤，虽然以8X8像素大小的块为单位，但是要找中间某个块的码流数据，必须从第一个块开始往后查找，就是说后面块的码流数据依赖前面块的码流数据。要显示一个指定区域的图象，需要从第一块开始解码，效率很低。为了解决这个问题，我们在JPEG格式的遥感图片解码过程中，通过分块建表消除码流之间依赖性。

在对一个区域做缩放过程中，一般都是对这个区域做完整的解码，得到这个区域图象的数据，求平均值得到缩放图象数据，运算效率很低。在缩放比例为8的倍数的情况下，充分运用JPEG文件中直流系数信息，不需要做Huffman解码和IDCT变换。

本发明的方法可以大幅度提高解码速度，节省内存资源，实现任意浏览任意缩放。

首先是建立码流数据表。在JPEG编码标准中，后面块的码流数据依赖前面块的码流数据，解码中间一块要从第一块开始解码，直到找到目标块的码流开始位置，如图3所示。要实现JPEG快速浏览，就需要能解码其中任意区域。首先要消除JPEG文件中码流之间依赖性，可以快速找到某个区域图像的码流数据，而不是从整个图像第一块开始解码查找。在第一次浏览这个JPEG文件的时候，建立一个码流数据表，以8X8像素大小的块为单位。以后需要解码某一块图像，直接查表找到这块图像的码流数据，进行解码，如图4所示。

码流数据表的内容，如图5所示，包括每个块的：

直流系数值(DC)

Huffman数据起始位置

Huffman数据实际长度

文件指针

位缓冲

位指针

在做图象缩放过程中，当缩放比例小于8时，一般是对这个区域做完整的解码，包括直流系数的DPCM解码，交流系数的Huffman解码，IDCT变换，然后求平均值得到缩放图象数据，如图4所示，由于采取了查表快速取得码流，解码与传统的方法(如图3所示)比较，效率有很大改进。当缩放比例为8的倍数的时(一般缩放比例设定为1、2、4、8、16逐次翻番)，需要显示的是一个区域的图像平均数据，而不是每个像素的数据。所以我们不需要知道每个像素的图像数据，只需要知道这个块的平均图像数据信息。而每个8X8像素块的直流系数，就是8X8像素块的块平均图像数据。所以不需要对每个块的交流系数做Huffman解码，也不需要做相应的IDCT变换，改进后的方法如图4所示。

综合上述分析，本发明的技术方案为：

一种手持设备遥感图像快速浏览方法，其步骤为：

1)对整个图像数据进行分块，建立记录数据块数据信息的码流数据表；

2)根据要显示的区域查找码流数据表，确定要解码的数据块；

3)根据缩放比例对要解码的数据块进行解码。

所述数据块数据信息包括：直流系数值、Huffman数据起始位置、Huffman数据实际长度、文件指针、位缓冲、位指针。

所述码流数据表的建立方法为：

1)根据整个图像的大小和所划分的块的大小计算该整个图象的块的行数和列数；

2)根据所述整个图象的块的行数和列数确定所述整个图像的块数；

3)根据所述整个图象的块的行数、列数及其块数，建立所述整个图像码流数据表，记录每一个数据块的数据信息。

所述确定要解码的数据块的确定方法为：

1)根据要显示的区域左上坐标和右下坐标，确定所述区域对应的块的行号和列号；

2)根据每个块的行号和列号确定码流表中要解码的数据块。

所述数据块大小为8X8像素。

所述的方法中，缩放比例小于8时进行下列操作：

1)对数据块进行直流系数解码和交流系数解码；

2)对解码后的直流系数和交流系数逆量化；

3)对逆量化后的数据进行逆离散余弦变换；

4)根据缩放比例进行平均值缩放处理；

5)对缩放处理后的数据进行色彩空间逆变换得到解压后的图像数据。

所述的方法中，缩放比例为8的倍数时进行下列操作：

1)对数据块进行直流系数解码；

2)对解码后的直流系数逆量化；

3)对逆量化后的数据进行色彩空间逆变换得到解压后的图像数据。

所述要显示的区域为所述手持设备通过按键确定。

所述要显示的区域为所述手持设备通过触摸屏确定。

本发明的积极效果

可以发现，经过这样的解码算法改进，可以实现以下效果：

一、可以实现解码非常大的JPG文件，

二、解码速度快，满足实时应用需要，

三、解码占用的内存等资源小，

四、可以浏览图片任意区域，方便使用，

五、可以任意缩放图像任意区域。

附图说明

图1是整个图象JPEG编码流程图；

图2是整个图象JPEG解码流程图；

图3.是选定一个区域，标准JPEG解码流程；

图4是选定一个区域，本发明改进的JPEG解码流程图；

图5是码流数据表建立过程：(整个图像大小为32X32像素)

(a)整个图像分块后的结构示意图；

(b)码流数据表的数据结构。

具体实施方式

第一次浏览一个JPEG文件的时候，建立码流数据表，以后每次浏览某一个区域的时候，对这个区域中每个块，在码流数据表中查找块的码流信息进行解码。由于JPEG压缩是以8X8为单位的，以8X8大小的块为单位建立表最合适。以8X8像素大小的块为单位。码流数据表的内容，如图5所示，每个块的数据信息包括：直流系数值(DC)、Huffman数据起始位置Huffman数据实际长度、文件指针、位缓冲、位指针。

如果图片宽度为ImageWidth个像素，高度为ImageHeight个像素。

宽度方向图象上的块的行数为

$\mathrm{BlockNumX}=\frac{\mathrm{ImageWidth}+7}{8}---\left(1\right)$

高度方向图象上的块的列数为

$\mathrm{BlockNumY}=\frac{\mathrm{ImageHeight}+7}{8}---\left(2\right)$

整个图象上的块数为

BlockNumAll＝BlockNumX ×BlockNumY    (3)

如图5所示，以32X32像素图像为例，根据整个图象的块的行数、列数及其块数，建立整个图像码流数据表，记录每一个数据块的数据信息：直流系数值(DC)、Huffman数据起始位置、Huffman数据实际长度、文件指针、位缓冲、位指针。

根据要显示区域的坐标，查找码流数据表得到此区域内对应的数据块。如果要显示的区域左上坐标为(x₀，y₀)，右下坐标为(x₁，y₁)，则

这个区域对应的块行号为

${\mathrm{BlockX}}_i=\frac{x_0+7}{8}+i,(i=\mathrm{0,1,2}\·\·\·\frac{x_1+7}{8}-\frac{x_0+7}{8})---\left(4\right)$

这个区域对应的块列号为

${\mathrm{BlockY}}_i=\frac{y_0+7}{8}+i,(i=\mathrm{0,1,2}\·\·\·\frac{y_1+7}{8}-\frac{y_0+7}{8})---\left(5\right)$

根据每个块的行号和列号确定码流表中要解码的数据块

BlockID＝BlockY_i×BlockNumX+BlockX_i    (6)

根据缩放比例对要显示区域进行解码，得到解压后的图像数据，其过程如图4所示。当缩放比例小于8时，对这个区域中每个块，在码流数据表中查找块的码流信息，进行解码。在做图象缩放过程中，在缩放比例为8的倍数的情况下，每个8X8像素块的直流系数，就是8X8像素块的块平均图像数据，直接用于缩放，不需要对每个块的交流系数做Huffman解码，也不需要做相应的IDCT变换。

由于JPEG压缩是以8X8为单位的，DCT变换得到的直流分量代表了8X8块的平均信息，所以以8为解码方法的区分界限。

Claims (9)

1.一种手持设备遥感图像快速浏览方法，其步骤为：

1)对整个图像数据进行分块，建立记录数据块数据信息的码流数据表；

2)根据要显示的区域查找码流数据表，确定要解码的数据块；

3)根据缩放比例对要解码的数据块进行解码。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述数据块数据信息包括：直流系数值、Huffman数据起始位置、Huffman数据实际长度、文件指针、位缓冲、位指针。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述码流数据表的建立方法为：

1)根据整个图像的大小和所划分的块的大小计算该整个图象的块的行数和列数；

2)根据所述整个图象的块的行数和列数确定所述整个图像的块数；

3)根据所述整个图象的块的行数、列数及其块数，建立所述整个图像码流数据表，记录每一个数据块的数据信息。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述确定要解码的数据块的确定方法为：

1)根据要显示的区域左上坐标和右下坐标，确定所述区域对应的块的行号和列号；

2)根据每个块的行号和列号确定码流数据表中要解码的数据块。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述数据块大小为8X8像素。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于缩放比例小于8时进行下列操作：

1)对数据块进行直流系数解码和交流系数解码；

2)对解码后的直流系数和交流系数逆量化；

3)对逆量化后的数据进行逆离散余弦变换；

4)根据缩放比例进行平均值缩放处理；

5)对缩放处理后的数据进行色彩空间逆变换得到解压后的图像数据。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于缩放比例为8的倍数时进行下列操作：

1)对数据块进行直流系数解码；

2)对解码后的直流系数逆量化；

3)对逆量化后的数据进行色彩空间逆变换得到解压后的图像数据。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述要显示的区域为所述手持设备通过按键确定。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述要显示的区域为所述手持设备通过触摸屏确定。

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