CN103813171B - 一种提高现有数据压缩方法压缩比的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高现有数据压缩方法压缩比的方法，将原始图像压缩更大的倍数后进行恢复，先计算原始图像与恢复图像的误差信息，经过整体误差压缩、量化误差压缩等处理，得到压缩控制信息，这部分数据量远远小于原始图像数据量；把压缩控制信息嵌入原始图像数据中进行压缩传输，地面接收端可以从载体图像中正确提取压缩控制信息，并按要求恢复出图像数据，再经过计算与数据修正，得到较准确的原始图像信息，从而提高了图像质量。本发明在不增加信息传输速率和不改变数据压缩技术的情况下，提供了一种高性能数据压缩方法，利用本发明的方法提高了现有数据压缩标准以及非标准压缩算法的压缩比，提高了原始图像压缩的恢复质量。

Description

一种提高现有数据压缩方法压缩比的方法

技术领域

本发明涉及一种提高现有数据压缩方法压缩比的方法，特别涉及一种图像压缩传输的方法，属于数据通信技术领域。

背景技术

数据传输和图像处理是目前通信领域的重要研究课题。随着科技的发展，人们对高分辨率图像的需求越来越大，数据压缩势在必行。

数据压缩分为有损压缩与无损压缩方法，有损压缩方法压缩比比较大，但压缩后恢复图像与原图像存在一定的信息损失，只要主客观评价指标符合要求，在实际中对应用没有多大影响。无损压缩方法压缩后恢复图像与原图像不存在信息损失，但压缩比特别小，一般2倍左右，使用场合受限，不便于进行数据传输。一般高速数据传输系统采用的压缩方法大都是有损方法，对图像来说，一般峰值信噪比（PSNR）30dB以上，35dB以上效果才比较理想。

目前图像数据压缩方法有许多，代表性的有JPEG以及JPEG2000。由于压缩标准算法功能比较多，算法与图像本身特性有关，不是什么情况下都有好结果。在许多实际应用情况下，压缩比一般为4倍，图像压缩后的数据率仍然很高，如压缩前总数据率1200Mbps，四倍压缩后仍为300Mbps。进一步提高图像数据传输的压缩比，降低传输速率非常有意义，但也非常困难。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种提高现有数据压缩方法压缩比的方法，本发明实际压缩比优于现有图像压缩方法的压缩比，可用于地面设备之间、地面对航天器、航天器对地、航天器之间的图像传输。

本发明的技术解决方案是：

1、一种提高现有数据压缩方法压缩比的方法，其步骤如下：

（1）将图像A0进行压缩比为R的数据压缩，得到压缩数据集C，其中压缩比R大于r，r为用户要求的压缩比；

（2）对压缩数据C解压缩得到恢复图像A1；

（3）对步骤（1）中的图像A0和步骤（2）中的图像A1进行差运算，得到大小相同的图像差值矩阵E1，并把E1中与0值相比不大于d的图像差值（邻域d的值根据用户需求设定）置为0，绝对值大于d的图像差值保留，得到图像差修正值矩阵E2，对E2中绝对值大于d的正负图像差值分别求取平均值，并用求出的正负平均值代替原图像正负差值，得到图像差修正值矩阵E3；

（4）对图像差修正值矩阵E1、E2和E3分别进行压缩比为r1，r2和r3的数据压缩得到压缩后数据集C1、C2和C3，所述的压缩比r1，r2和r3中至少r3大于R，；

（5）选择步骤（4）中压缩后数据集C1、C2和C3之一进行格式编码，形成压缩控制信息F，其中所述的F的数据量小于图像A0的数据量；

（6）将压缩控制信息F隐藏于图像A0中，形成含密图像A进行压缩传输；

（7）接收端对含密图像A进行解压缩以及信息隐藏逆过程，得到压缩控制信息F和恢复的图像A1；

（8）对压缩控制信息F进行逆处理，得到步骤（5）中相应的数据集C1、C2和C3之一（例如，步骤（5）中采用C1进行格式编码，这里逆处理得到的是C1），进而得到恢复的差值E3、E2和E1之一，并将恢复的差值E和恢复的图像A1进行加法运算，得到恢复的图像A0。

所述步骤（5）、（6）和（7）中压缩控制信息F的形成、隐藏和逆隐藏方法如下：

若图像A0压缩R倍的客观评价指标大于指标门限，则利用数据集C3进行格式编码得到压缩控制信息F；

若图像A0压缩r倍的客观评价指标大于指标门限，则利用数据集C2进行格式编码得到压缩控制信息F；

若图像A0压缩r倍的客观评价指标小于指标门限，则利用数据集C1进行格式编码得到压缩控制信息F；

压缩控制信息F隐藏和逆隐藏方法需要满足以下条件：能够对抗R倍的压缩的鲁棒性信息隐藏方法。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

（1）本发明首先对原始载体图像进行比规定压缩比更大的压缩与解压缩，把差值图像的相关信息隐藏于原始图像中进行传输，收端对压缩比更大的图像进行修正提高了图像质量，相当于信道用R（如8倍,6倍）的压缩，实际带来r倍 （4倍）的性能，相对于现有技术提高了图像压缩的性能，本发明具有闭环处理的效果，显然优于开环处理的效果。

（2）本发明充分利用了原始载体图像的先验知识，并以不增加传输数据量的方式传输到接收端，接收端根据先验知识提高了载体图像质量。而传统方法是发送端不利用图像先验知识的。

（3）本发明把图像本身的信息，进行修正，创造性用于传输过程中，

避免了以往直接利用含密图像作为恢复图像的问题；本发明提取出一部分关键信息作为压缩控制信息，隐藏效果好，信息量远远小于原始图像数据，容量小对信息隐藏要求低、对载体影响小。

（4）本发明可以根据需要得到4种不同质量的图像，同时得到两种不同质量的图像：正常的压缩恢复图像以及正常的压缩恢复图像的不同修复图像，为不同等级用户的使用提供了方便。

附图说明

图1为本发明流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

本发明利用信息隐藏技术将原始图像压缩到比规定压缩比更大的倍数后进行恢复，先计算原始图像与恢复图像的误差信息，经过修正，得到压缩控制信息，这部分数据量远远小于原始图像数据量。把压缩控制信息嵌入原始图像数据中进行压缩传输，接收端可以从载体图像中正确提取压缩控制信息，并按要求恢复出图像数据，再经过计算与数据修正，得到较准确的原始图像信息，从而提高了图像质量。本发明在不增加信息传输速率和不改变数据压缩技术的情况下，提供了一种高性能数据压缩方法。利用本发明的方法提高了现有数据压缩标准以及非标准压缩算法的压缩比，提高了原始图像压缩的恢复质量。

如图1所示，本发明步骤如下：

一种提高现有数据压缩方法压缩比的方法包括步骤如下：

（1）将图像A0进行压缩比为R的数据压缩，得到压缩数据集C，其中压缩比R大于r，r为用户要求的压缩比；

（2）对压缩数据C解压缩得到恢复图像A1；

（3）对步骤（1）中的图像A0和步骤（2）中的图像A1进行差运算，得到大小相同的图像差值矩阵E1，并把E1中与0值相比不大于d的图像差值（邻域d的值根据用户需求设定）置为0，绝对值大于d的图像差值保留，得到图像差修正值矩阵E2，对E2中绝对值大于d的正负图像差值分别求取平均值，并用求出的正负平均值代替原图像正负差值，得到图像差修正值矩阵E3（例如图像修正值矩阵E1为[-1、0、2、1、4、-2、-4]，假设d为1，将绝对值大于1的图像差值保留得到图像差修正值矩阵E2[0、0、2、0、4、-2、-4]，对绝对值大于d的正负图像差值分别求取平均值为3、-3，并用平均值替换原图像差值得到图像差修正值矩阵E3[0、0、3、0、3、-3、-3]；

（4）对图像差修正值矩阵E1、E2和E3分别进行压缩比为r1，r2和r3的数据压缩得到压缩后数据集C1、C2和C3（三者压缩性能相当），所述的压缩比r1，r2和r3中至少r3大于R，；

（5）选择步骤（4）中压缩后数据集C1、C2和C3进行格式编码，形成压缩控制信息F，其中所述的F的数据量小于图像A0的数据量；

压缩控制信息F的形成方法如下：

若图像A0压缩R倍的客观评价指标（例如：PSNR）大于指标门限（例如评价指标门限为信噪比门限，根据用户需求设定如T=40dB），则利用数据集C3进行格式编码得到压缩控制信息F；

若图像A0压缩r倍的客观评价指标大于指标门限（例如评价指标门限为信噪比门限，根据用户需求设定如T=40dB），则利用数据集C2进行格式编码得到压缩控制信息F；

若图像A0压缩r倍的客观评价指标小于指标门限（例如评价指标门限为信噪比门限，根据用户需求设定如T=40dB），则利用数据集C1进行格式编码得到压缩控制信息F；

（6）将压缩控制信息F隐藏于图像A0中，形成含密图像A进行压缩传输；

（7）接收端对含密图像A进行解压缩以及信息隐藏逆过程，得到压缩控制信息F和恢复的图像A1；

（8）对压缩控制信息F进行逆处理，得到步骤（5）中相应的数据集C1、C2和C3之一（例如，步骤（5）中采用C1进行格式编码，这里逆处理得到的是C1），进而得到恢复的差值E3、E2和E1之一，并将恢复的差值E和恢复的图像A1进行加法运算，得到恢复的图像A0。

压缩控制信息F隐藏和逆隐藏方法需要满足以下条件：能够对抗R倍的压缩的鲁棒性信息隐藏方法（例如鲁棒性隐藏方法），如基于统计量的鲁棒信息隐藏方法。

下面以一个具体实施例说明本发明的工作原理和工作过程：

为了验证本文提出的算法的性能，实验采用了N幅大小为512×512的8比特灰度图像进行了仿真。图像的改变程度用峰值信噪比(PSNR)来表示。压缩比r=4，R=8。信噪比门限T=40dB。

利用常规压缩方法（JPEG2000等）对图像压缩4和8倍，计算总的PSNR。

（1）设用户要求的压缩比为4,客观评价指标为P。实际采用的压缩比为8，R≥r,如R=r+s,将图像A0进行压缩比为8的数据压缩，得到压缩数据C；

（2）对压缩数据C解压缩得到恢复图像A1；计算图像A0与图像A1的客观评价指标（PSNR）；计算图像A0压缩4倍的客观评价指标（PSNR0）；

（3）把图像A0和A1进行差运算，得到同大小的图像差值E1；把E1中“5内差值置为0，大于5的数值保留，得到图像差修正值E2；进一步处理计算大于5的数值的平均值，如9得到图像差修正值E3；

（4）对图像差修正值E1、E2和E3分别压缩比为r1，r2和r3的数据压缩，三者压缩性能相当，压缩比（至少r3）远远大于R，比如100-400倍，得到压缩后数据集C1、C2和C3；

（5）根据对压缩比的要求，选择压缩后的数据集C1、C2和C3中的任意一个对进行格式编码，形成数据包F，称为压缩控制信息（F数据量远远小于图像A0的数据量）。

（6）压缩控制信息F嵌入图像A0中，得到含密图像A进行正常的压缩传输；

（7）接收端对含密图像A进行解压缩以及信息隐藏逆过程，得到压缩控制信息F和恢复的图像A1；

（8）对压缩控制信息F进行逆处理，得到步骤（5）中相应的数据集

C1、C2和C3之一，进而得到恢复的差值E3、E2和E1之一，并将恢复的差值E和恢复的图像A1进行加法运算，得到恢复的图像A0。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种提高现有数据压缩方法压缩比的方法，其特征在于步骤如下：

(1)将图像A0进行压缩比为R的数据压缩，得到压缩数据集C，其中压缩比R大于r，r为用户要求的压缩比；

(2)对压缩数据集C解压缩得到恢复图像A1；

(3)对步骤(1)中的图像A0和步骤(2)中的图像A1进行差运算，得到大小相同的图像差修正值矩阵E1，并把E1中与0相比绝对值不大于d的图像差值置为0，绝对值大于d的图像差值保留，得到图像差修正值矩阵E2，对E2中绝对值大于d的正负图像差值分别求取平均值，并用求出的正负平均值代替原图像正负差值，得到图像差修正值矩阵E3；

(4)对图像差修正值矩阵E1、E2和E3分别进行压缩比为r1、r2和r3的数据压缩得到压缩后数据集C1、C2和C3，所述的压缩比r1，r2和r3中至少r3大于R；

(5)选择步骤(4)中压缩后数据集C1、C2和C3之一进行格式编码，形成压缩控制信息F，其中所述的F的数据量远小于图像A0的数据量；

(6)将压缩控制信息F隐藏于图像A0中，形成含密图像A进行压缩传输；

(7)对压缩后的含密图像A进行解压缩和信息隐藏逆过程，得到恢复的图像A1和压缩控制信息F；

(8)对压缩控制信息F进行逆处理，得到步骤(5)中相应的数据集C1或C2或C3；如果得到数据集C1，进而得到恢复的差值E1；如果得到数据集C2，进而得到恢复的差值E2；如果得到数据集C3，进而得到恢复的差值E3；并将恢复的差值E和恢复的图像A1进行加法运算，得到恢复的图像A0。

2.根据权利要求1所述的一种提高现有数据压缩方法压缩比的方法，其特征在于：所述步骤(5)、(6)和(7)中压缩控制信息F的形成、隐藏和逆隐藏方法如下：

若图像A0压缩R倍的客观评价指标大于指标门限，则利用数据集C3进行格式编码得到压缩控制信息F；

若图像A0压缩r倍的客观评价指标大于指标门限，则利用数据集C2进行格式编码得到压缩控制信息F；

若图像A0压缩r倍的客观评价指标小于指标门限，则利用数据集C1进行格式编码得到压缩控制信息F；

压缩控制信息F隐藏和逆隐藏方法需要满足以下条件：能够对抗R倍的压缩的鲁棒性信息隐藏方法。