CN108694734B - 一种适合复杂图像的数据压缩方法 - Google Patents

一种适合复杂图像的数据压缩方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108694734B
CN108694734B CN201810361911.5A CN201810361911A CN108694734B CN 108694734 B CN108694734 B CN 108694734B CN 201810361911 A CN201810361911 A CN 201810361911A CN 108694734 B CN108694734 B CN 108694734B
Authority
CN
China
Prior art keywords
image
psnr
images
compression
complex
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810361911.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108694734A (zh
Inventor
周诠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Institute of Space Radio Technology
Original Assignee
Xian Institute of Space Radio Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Institute of Space Radio Technology filed Critical Xian Institute of Space Radio Technology
Priority to CN201810361911.5A priority Critical patent/CN108694734B/zh
Publication of CN108694734A publication Critical patent/CN108694734A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108694734B publication Critical patent/CN108694734B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T9/00—Image coding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
  • Compression Of Band Width Or Redundancy In Fax (AREA)

Abstract

本发明提出了一种适合复杂图像的数据压缩方法，通过把复杂图像与更容易压缩的图像进行分组处理，经过特殊排列形成一幅新图，整体用标准压缩方法进行压缩，解压后恢复的复杂图像压缩性能得到了大大提高。在仿真实验情况下，按照典型排列处理，对复杂图像baboon，4倍压缩时PSNR性能提高了7.63dB，8倍压缩时PSNR性能提高了6.11dB；对复杂图像(随机噪声图像)，4倍压缩时PSNR性能提高了20dB,8倍压缩时PSNR性能提高了13dB。可以说，该方法总能够提高复杂图像的数据压缩性能，经过R倍压缩后，复杂图像PSNR性能明显提升，可得到几个dB到20几个dB的改善。

Description

一种适合复杂图像的数据压缩方法
技术领域
本发明涉及一种数据传输的方法，特别涉及一种对复杂图像进行数据压缩的方法，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)应该达到30dB以上，35dB以上效果才比较理想。
随着科技的发展，人们对高分辨率图像的需求越来越大，数据量越来越大，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)应该达到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(或复杂程度)有关，不是什么情况下都有好结果。同样的压缩算法对不同的图像压缩性能差异很大。同一幅图像的不同块，压缩效果也不同，表现在PSNR值差异大。
所谓复杂图像，是指难于压缩的图像，或者说用标准压缩方法压缩后PSNR比较低的图像。如Baboon图像，JPEG2000压缩4倍时PSNR＝34.73dB，而对于Airplane图像，JPEG2000压缩4倍时PSNR＝47.03dB，差距13dB。Baboon图像可以称为复杂图像，因为标准压缩方法对该图像压缩效果不佳。
实际场合，有的图像压缩(简单图像)压缩4倍性能PSNR远远满足要求，有的图像(复杂图像)压缩4倍PSNR性能远远达不到要求，如何提升复杂图像的压缩性能，满足用户要求，即使降低简单图像的压缩性能也值得。
发明内容
本发明解决的技术问题是：解决标准压缩方法对复杂图像的压缩性能差的问题，能对复杂图像(难以压缩的普通图像或随机噪声图像)进行高性能压缩，PSNR从几dB提升到20dB，满足一般用户对要求的有失真压缩要求，缩小了标准压缩方法的性能差距。
本发明的技术方案是：一种适合复杂图像的数据压缩方法，步骤如下：
1)把大小为M*N的复杂图像A1与除A1以外其他大小为M*N的图像A2,…An编排成1组，图像A2,…An中至少包含一幅压缩性能优于A1的简单图像；
2)将步骤1)中的n幅图像进行排列，形成一幅新图像A#，对新图像A#整体压缩R倍，得到压缩后的恢复图像B#，对图像B#进行分块，得到大小为M*N的图像B1,B2,…Bn，其中图像B1,…Bn位置分别对应图像A1,…An的位置；
3)分别计算图像Bj与图像Aj的峰值信噪比PSNR_Bj，j＝1,…n；
如果PSNR_B2，PSNR_B3……PSNR_Bn达到最低PSNR要求T，则把压缩比R固定，转到步骤4)；如果PSNR_B2，PSNR_B3……PSNR_Bn远远大于最低PSNR要求T，则把压缩比R提高，并返回步骤2)，直到PSNR_B2，PSNR_B3以及PSNR_Bn刚刚满足最低PSNR要求T为止；
4)传输或存储新图像A#的压缩数据流，其中含有A1的压缩数据；
5)接收端收到码流后，直接对新图像A#的码流进行解压缩，得到图像B#，从图像B#中提取出图像B1，作为恢复的图像A1。
所述将步骤2)中的n幅图像进行排列的具体方法为：把每组n幅图像按照矩形排列，n为偶数，排列方式为二维排列。
所述n＝2m，m为正整数；典型值m≥2，排列方式为二维方阵。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
本发明在不改变数据压缩标准体制情况下，通过分组处理构建新的图像进行压缩，发挥了“整体大于部分之和”的效果，通过恢复得到很好的压缩效果。
本发明与目前背景技术相比有下面几点实质性不同及进步：
(1)该方法把不适合压缩的单个图像(复杂图像)，与已知的容易压缩的图像组合起来，形成整体更适合JPEG2000标准压缩的一个大图像进行压缩，该大图像压缩同样倍数后，其中的复杂图像压缩效果明显提升。
(2)该方法把直接应用JPEG2000压缩与间接应用JPEG2000压缩巧妙地结合起来，通过择优处理提高了复杂图像的压缩性能。
(3)该方法在实际大大缩小了不同图像压缩性能的差异，原来独立压缩时，PSNR差别很大，有10dB之多，经过本方法后不同图像压缩性能差异大大降低，变为2dB左右，原压缩性能差的图像大大提高性能，原压缩性能好的略微降低但不影响，图像质量变得比较平均，没有特别差的图像。
(4)该方法可通过控制PSNR门限T改变复杂图像的压缩比。若T较小，实际PSNR大于T，则经过一次压缩就满足要求；若实际PSNR远远大于T(比如4dB以上)，则压缩比可以进一步提高。
(5)该方法另辟蹊径，避免了直接压缩复杂图像甚至噪声图像时因为缺乏冗余性压缩性能差的问题，大大提高了压缩性能，如对复杂图像1(baboon.bmp)4倍-8倍压缩情况下PSNR提高了6-7dB，目前国内外常规压缩方法没有什么方法能把baboon图像4倍压缩时PSNR提高到42dB以上，8倍压缩时PSNR提高到35dB以上。
如对复杂图像1(Randi产生的随机图像)，4倍-8倍压缩情况下PSNR提高了13-20dB，目前国内外常规压缩方法绝对没有什么方法能把随机图像4倍压缩时PSNR提高到39dB以上。
附图说明
图1复杂图像Baboon，其中左:原图，右:4倍解压图像。
图2复杂图像Randi，其中左:原图，右:4倍解压图像。
表1为压缩复杂图像baboon。
表2为压缩复杂图像Randi。
具体实施方式
高速数据压缩传输技术已经广泛应用于遥感卫星、空间探测器等航天器及各类卫星数传系统，在今后必将得到更广泛应用。但是星上数据压缩方法基于JPEG2000算法，压缩比主要为4倍，可以说用户可以接受的压缩比为4，实现起来成本高，受制于人。标准JPEG2000算法对复杂图像的压缩性能仍不理想。
为了验证本文提出的压缩算法的性能，仿真实验中首先采用了4幅大小为512×512的8比特灰度图像数据进行数据压缩和传输。
本发明：一种适合复杂图像的数据压缩方法步骤如下：
1)把复杂图像(压缩性能差的图像)A1与其他图像lena，boat，airplane，编排成1组，该组至少包含一幅简单图像(压缩性能好的图像)，设图像A4＝airplane；
设复杂图像为A1(大小为512*512)，用标准压缩方法JPEG2000方法进行R倍压缩，计算压缩恢复图像与原图A1的PSNR_A1，PSNR_A2，PSNR_A3，PSNR_An，PSNR_An远远大于PSNR要求T。PSNR要求为T＝36dB。
2)把每组4幅图像按照矩形排列，典型排列A#：
A1A2
A3A4
3)分别计算每块恢复图像Bk(k＝1,…n)与原图Ak的PSNRk，如PSNR_B1，判断PSNR_B2，PSNR_B3以及PSNR_Bn是否满足最低PSNR要求T；
4)如果PSNR_B2，PSNR_B3以及PSNR_Bn达到最低PSNR要求T，则把压缩比R固定，转到步骤5)；如果PSNR_B2，PSNR_B3以及PSNR_Bn远远大于最低PSNR要求T，则把压缩比R提高，再进行步骤2和步骤3，直到PSNR_B2，PSNR_B3以及PSNR_Bn刚刚满足最低PSNR要求T为止；
5)传输或存储新图像A#的压缩数据流，其中含有A1的压缩数据。
6)接收端收到码流后，直接对A#码流进行解压缩，得到图像B#，从中提取出图像B1，作为恢复的图像A1，A1与B1的PSNR得到了提升。
表1
Figure BDA0001636180090000051
Figure BDA0001636180090000061
以表1中R＝4的情况说明本发明的优越效果：
Figure BDA0001636180090000062
R＝4时，用JPEG2000标准方法对复杂复杂图像1baboon进行压缩，PSNR为34.7269dB,而用本发明方法对复杂复杂图像1baboon进行压缩，PSNR为42.3701dB。本发明PSNR比JPEG2000PSNR的提升值：+7.6432dB。
如R＝16，对复杂复杂图像1 1baboon进行压缩，本发明PSNR比JPEG2000PSNR的提升值：+3.9065dB。
表2
Figure BDA0001636180090000063
Figure BDA0001636180090000071
以表2中R＝4的情况说明本发明的优越效果：
Figure BDA0001636180090000072
R＝4时，用JPEG2000标准方法对复杂图像1Randi(随机噪声图像)进行压缩，PSNR为19.3426dB,而用本发明方法对复杂图像1Randi(随机噪声图像)进行压缩,PSNR为39.8780dB,本发明PSNR比JPEG2000PSNR的提升值：+20.5076dB。
如R＝16，对复杂图像1Randi(随机噪声图像)进行压缩，本发明PSNR比JPEG2000PSNR的提升值：+6.1759dB。
从仿真结果可以看出，本发明对于复杂图像(单独压缩PSNR值较低)的压缩效果非常明显，普遍优于JPEG2000标准方法几dB到二十几dB不等。压缩比在某个值时效果最佳，如本仿真中R＝4改善效果最好。
本发明提供了一种压缩复杂图像的方法，基于JPEG2000压缩又得到了性能的提高，不改变压缩体制而提高了压缩性能，信道设备不改变，大大节省了成本。具有易于软硬件实现的特点，在各种图像压缩传输系统中具有实用价值。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (3)

1.一种适合复杂图像的数据压缩方法，其特征在于步骤如下：
1)把大小为M*N的复杂图像A1与除A1以外其他大小为M*N的图像A2,…An编排成1组，图像A2,…An中至少包含一幅压缩性能优于A1的简单图像；
2)将步骤1)中的n幅图像进行排列，形成一幅新图像A#，对新图像A#整体压缩R倍，得到压缩后的恢复图像B#，对图像B#进行分块，得到大小为M*N的图像B1,B2,…Bn，其中图像B1,…Bn位置分别对应图像A1,…An的位置；
3)分别计算图像Bj与图像Aj的峰值信噪比PSNR_Bj，j＝1,…n；如果PSNR_B2，PSNR_B3……PSNR_Bn达到最低PSNR要求T，则把压缩比R固定，转到步骤4)；如果PSNR_B2，PSNR_B3……PSNR_Bn远远大于最低PSNR要求T，则把压缩比R提高，并返回步骤2)，直到PSNR_B2，PSNR_B3以及PSNR_Bn刚刚满足最低PSNR要求T为止；
4)传输或存储新图像A#的压缩数据流，其中含有A1的压缩数据；
5)接收端收到码流后，直接对新图像A#的码流进行解压缩，得到图像B#，从图像B#中提取出图像B1，作为恢复的图像A1。
2.根据权利要求1所述的一种适合复杂图像的数据压缩方法，其特征在于：所述将步骤2)中的n幅图像进行排列的具体方法为：把每组n幅图像按照矩形排列，n为偶数，排列方式为二维排列。
3.根据权利要求2所述的一种适合复杂图像的数据压缩方法，其特征在于：所述n＝2m，m为正整数；典型值m≥2，排列方式为二维方阵。
CN201810361911.5A 2018-04-20 2018-04-20 一种适合复杂图像的数据压缩方法 Active CN108694734B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810361911.5A CN108694734B (zh) 2018-04-20 2018-04-20 一种适合复杂图像的数据压缩方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810361911.5A CN108694734B (zh) 2018-04-20 2018-04-20 一种适合复杂图像的数据压缩方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108694734A CN108694734A (zh) 2018-10-23
CN108694734B true CN108694734B (zh) 2022-03-04

Family

ID=63845784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810361911.5A Active CN108694734B (zh) 2018-04-20 2018-04-20 一种适合复杂图像的数据压缩方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108694734B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102523453A (zh) * 2011-12-29 2012-06-27 西安空间无线电技术研究所 一种图像超大压缩传输方法及传输系统
CN103813171A (zh) * 2014-01-17 2014-05-21 西安空间无线电技术研究所 一种提高现有数据压缩方法压缩比的方法
CN104065976A (zh) * 2014-06-27 2014-09-24 西安空间无线电技术研究所 一种基于视频的图像压缩及保密传输方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060062016A (ko) * 2004-12-02 2006-06-09 삼성전자주식회사 고급화 이미지 전송 시스템 및 그 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102523453A (zh) * 2011-12-29 2012-06-27 西安空间无线电技术研究所 一种图像超大压缩传输方法及传输系统
CN103813171A (zh) * 2014-01-17 2014-05-21 西安空间无线电技术研究所 一种提高现有数据压缩方法压缩比的方法
CN104065976A (zh) * 2014-06-27 2014-09-24 西安空间无线电技术研究所 一种基于视频的图像压缩及保密传输方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108694734A (zh) 2018-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102523367B (zh) 基于多调色板的实时图像压缩和还原方法
CN100518295C (zh) 应用Golomb-Rice编码法的DCT压缩法
US7930436B1 (en) System and method for dynamically adjusting data compression parameters
US5293434A (en) Technique for use in a transform coder for imparting robustness to compressed image data through use of global block transformations
CN102186085B (zh) 视频处理方法、设备和系统
US7194128B1 (en) Data compression using principal components transformation
JP2003143604A (ja) 適応ブロック・サイズによる画像圧縮方法およびシステム
CN102289829A (zh) 图像存储、还原的方法、装置及图像处理系统
US6934418B2 (en) Image data coding apparatus and image data server
CN111247797A (zh) 用于图像编解码的方法和装置
CN107018414B (zh) 一种在低质量图像压缩数据中无损隐藏高质量图像的方法
CN108521535B (zh) 一种基于图像混合处理的信息隐藏传输方法
CN108694734B (zh) 一种适合复杂图像的数据压缩方法
CN107277507B (zh) 一种空域变换域混合图像压缩方法
CN103780913A (zh) 一种基于误差隐藏的数据压缩方法
Otair et al. Research article lossy image compression by Rounding the Intensity Followed by Dividing (RIFD)
CN106131575A (zh) 基于小波变换与孙子定理相结合的图像压缩方法
Pradhan et al. A modified framework for Image compression using Burrows-Wheeler Transform
CN105933320B (zh) 一种抗压缩的大容量信息隐藏及提取方法
KR100389702B1 (ko) 비트치환에 의한 무손실 데이터압축 및 복원방법
AU2003226616B2 (en) Repetition coded compression for highly correlated image data
CN105141960A (zh) 一种基于jpeg2000压缩码流进行信息传输的方法
Joshi et al. Performance Analysis of 2D-DCT based JPEG Compression Algorithm
Zhang et al. Single bitmap block truncation coding of color images using hill climbing algorithm
Islam et al. A proposed modification of baseline JPEG standard image compression technique

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant