CN110611509A - 一种红外温度数据压缩方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种红外温度数据压缩方法及系统，方法包括：判断红外温度数据本帧数据类型，即判断该帧为I帧还是P帧；如果该帧为I帧时，则将红外温度数据分成多个x*y大小的数据块，如果该帧为P帧时，则计算该帧与上一I帧每一相同位置数据的差值，然后将差值分成多个x*y大小的数据块，其中x为≥1的整数，y为≥1的整数；计算出每一数据块中的最大值ADmax、最小值ADmin以及数据AD与最小值ADmin的差值ADdiff；计算出存储差值需要的位数Databits；记录最小值ADmin、位数Databits以及差值ADdiff。本发明可将红外温度数据分成许多的数据块，计算得到每一数据块中的最小值ADmin，位数Databits以及数据AD与最小值ADmin的差值ADdiff，该种压缩方法简单，可以对红外温度数据进行无损压缩。

Description

一种红外温度数据压缩方法及系统
技术领域
本发明属于热红外技术领域，具体涉及一种红外温度数据压缩方法及系统。
背景技术
随着技术的不断发展，日益成熟的视频监控系统广泛应用于各个行业。视频压缩算法作为视频监控系统中核心技术之一，直接影响视频监控系统的性能和整体体现。因此，研究视频压缩算法以提高其实时性和压缩比，并降低其码流速率对于提升视频监控系统的表现和其它方面应用有较大作用。
根据压缩过程有误信息损失，图像压缩编码可以分为有损压缩和无损压缩。有损编码又称为不可逆编码，是指对图像进行有损压缩，致使解码重新构造的图像与原始图像存在一定的失真，即丢失了部分信息。由于允许一定的失真，这类方法能够达到较高的压缩比。无损压缩又称可逆编码，是指解压后的还原图像与原始图像完全相同，没有任何信息的损失，这类方法能够获得较高的图像质量，但所能达到的压缩比不高，常用于工业检测、医学图像、存档图像等领域的图像压缩中。
红外图像是红外探测器对场景红外热辐射分布感应生成的温度图像，由于受探测器性能限制，以及场景中的目标与背景之间的温差相对较小，红外图像往往表现为信噪比低，对比度低，细节不明显等特点。由于红外图像自身存在的缺陷，在传输过程中，如果采用有损压缩技术，势必会造成红外图像的细节的丢失、图像信息的不完整，对后续目标检测和图像处理造成影响，所以需要进行无损压缩。
基本的图像无损压缩方法有以下3种：去除图像统计冗余的熵编码算法、去除像素间冗余信息的预测压缩算法和去除图像全局相关性的变换编码算法。第一代图像编码方法是基于Shannon信息论的熵编码，代表方法包括Huffman编码、算术编码、Lempel-Ziv字典编码等，这类方法压缩效率有限，压缩比普遍不高；随后，人们认识到图像像素之间有一定相关性，可以通过预测的方法去除信息冗余，提出了以差分脉码调制(DPCM)为代表的各种预测编码方法，静态图像无损压缩新标准JPEG-LS[2]就是采用基于上下文预测编码的思想，这类方法硬件实现容易，压缩比相对较高，但是使用范围较窄；20世纪90年代，小波变换被用于图像编码领域，它通过将图像信号分解成不同空间分辨率、不同频率特征和方向特征的子图像，有效的去处图像的全局相关性，1996年，Sweldens提出的小波提升方案，实现从整数到整数的小波变换，被目前公认的具有最好压缩性能的JPEG2000标准算法纳入到核心无损压缩框架中，这类方法的压缩比相对最高，算法相对复杂。
除此之外，还有其他多种图像无损压缩方法，例如基于矢量量化、分形理论、以及人工神经网络理论压缩方法，复杂度太高，很少用于红外图像压缩。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种红外温度数据压缩方法，对红外温度数据进行无损压缩。
本发明的技术方案为：一种红外温度数据压缩方法，包括以下步骤：
S1、判断红外温度数据本帧数据类型，即判断该帧为I帧还是P帧；
S2、如果该帧为I帧时，则将红外温度数据分成多个x*y大小的数据块，如果该帧为P帧时，则计算该帧与上一I帧每一相同位置数据的差值，然后将差值分成多个x*y大小的数据块，其中x为≥1的整数，y为≥1的整数；
S3、计算出每一数据块中的最大值ADmax、最小值ADmin以及数据AD与最小值ADmin的差值ADdiff，其中，差值ADdif按照公式(1)计算得到，
ADdiff＝AD-ADmin (1)；
S4、计算出存储差值需要的位数Databits；
S5、记录最小值ADmin、位数Databits以及差值ADdiff。
作为优选，每16帧取一帧作为I帧，15帧作为P帧。
作为优选，所述x为8，所述y为8。
作为优选，所述位数Databits的计算公式，见下述所示，
int Bitsof(unsigned x){
x＝(x&0x55555555)+((x&0xAAAAAAAA)>>1)；
x＝(x&0x33333333)+((x&0xCCCCCCCC)>>2)；
x＝(x&0x0F0F0F0F)+((x&0xF0F0F0F0)>>4)；
x＝(x&0x00FF00FF)+((x&0xFF00FF00)>>8)；
x＝(x&0x0000FFFF)+((x&0xFFFF0000)>>16)；
return x；
}
Databits＝Bitsof(Diffmax)；
即，见式(2)-式(9)，
Diffmax＝ADmax-ADmin (2)
x1＝(Diffmax&0x55555555)+((Diffmax&0xAAAAAAAA)>>1) (3)
x2＝(x1&0x33333333)+((x1&0xCCCCCCCC)>>2) (4)
x3＝(x2&0x0F0F0F0F)+((x2&0xF0F0F0F0)>>4) (5)
x4＝(x3&0x00FF00FF)+((x3&0xFF00FF00)>>8) (6)
x5＝(x4&0x0000FFFF)+((x4&0xFFFF0000)>>8) (7)
Databits＝x5； (8)
ADdiff＝AD-ADmin (9)。
本发明为无损压缩算法，因为温度数据还要进行后续的分析，不能对数据有损坏。本发明主要针对温度数据流的，本发明中对一些关键帧记为I帧，其余帧记为P帧，I帧压缩算法只与本帧数据有关，P帧则是压缩本帧与前一I帧每一温度数据点的差值。
本发明中可将红外温度数据分成许多8*8大小的数据块(红外探测器分辨率宽、高均能被8整除)，具体压缩算法就是对8*8的温度数据块进行的，首先计算出该数据块的最小值和最大值，记录该数据块的最小值(16位有符号数)，差值占用的位数(8位)，及其它值与最小值的差值，差值占用的位数是由最大值与最小值的差值决定的(差值非零最高位的位数)。压缩数据格式1位记录帧类型即为I帧或是P帧，依次存储每一小数据块压缩数据。
本发明还提供了一种红外温度数据压缩系统，包括：
判断模块，用于判断红外温度数据本帧数据类型，即判断该帧为I帧还是P帧，如果该帧为I帧时，则将红外温度数据分成多个x*y大小的数据块，如果该帧为P帧时，则计算该帧与上一I帧每一相同位置数据的差值，然后将差值分成多个x*y大小的数据块，其中x为≥1的整数，y为≥1的整数；
计算模块，计算出每一数据块中的最大值ADmax、最小值ADmin、数据AD与最小值ADmin的差值ADdiff以及位数Databits；
记录模块，记录最小值ADmin、位数Databits以及差值ADdiff。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明可将红外温度数据分成许多的数据块，计算得到每一数据块中的最小值ADmin，位数Databits以及数据AD与最小值ADmin的差值ADdiff，该种压缩方法简单，可以对红外温度数据进行无损压缩。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种红外温度数据压缩方法，包括以下步骤：
S1、判断红外温度数据本帧数据类型，即判断该帧为I帧还是P帧，每16帧取一帧作为I帧，15帧作为P帧；
S2、如果该帧为I帧时，则将红外温度数据分成多个8*8大小的数据块，如果该帧为P帧时，则计算该帧与上一I帧每一相同位置数据的差值，然后将差值分成多个8*8大小的数据块；
S3、计算出每一数据块中的最大值ADmax、最小值ADmin以及数据AD与最小值ADmin的差值ADdiff，其中，差值ADdif按照公式(1)计算得到，
ADdiff＝AD-ADmin (1)；
S4、计算出存储差值需要的位数Databits；
S5、记录最小值ADmin、位数Databits以及差值ADdiff。
其中，位数Databits的计算公式，见下述，
int Bitsof(unsigned x){
x＝(x&0x55555555)+((x&0xAAAAAAAA)>>1)；
x＝(x&0x33333333)+((x&0xCCCCCCCC)>>2)；
x＝(x&0x0F0F0F0F)+((x&0xF0F0F0F0)>>4)；
x＝(x&0x00FF00FF)+((x&0xFF00FF00)>>8)；
x＝(x&0x0000FFFF)+((x&0xFFFF0000)>>16)；
return x；
}
Databits＝Bitsof(Diffmax)；
即，见式(2)-式(9)，
Diffmax＝ADmax-ADmin (2)
x1＝(Diffmax&0x55555555)+((Diffmax&0xAAAAAAAA)>>1) (3)
x2＝(x1&0x33333333)+((x1&0xCCCCCCCC)>>2) (4)
x3＝(x2&0x0F0F0F0F)+((x2&0xF0F0F0F0)>>4) (5)
x4＝(x3&0x00FF00FF)+((x3&0xFF00FF00)>>8) (6)
x5＝(x4&0x0000FFFF)+((x4&0xFFFF0000)>>8) (7)
Databits＝x5； (8)
ADdiff＝AD-ADmin (9)。

Claims (5)

1.一种红外温度数据压缩方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、判断红外温度数据本帧数据类型，即判断该帧为I帧还是P帧；
S2、如果该帧为I帧时，则将红外温度数据分成多个x*y大小的数据块，如果该帧为P帧时，则计算该帧与上一I帧每一相同位置数据的差值，然后将差值分成多个x*y大小的数据块，其中x为≥1的整数，y为≥1的整数；
S3、计算出每一数据块中的最大值ADmax、最小值ADmin以及数据AD与最小值ADmin的差值ADdiff，其中，差值ADdif按照公式(1)计算得到，
ADdiff＝AD-ADmin (1)；
S4、计算出存储差值需要的位数Databits；
S5、记录最小值ADmin、位数Databits以及差值ADdiff。
2.如权利要求1所述的红外温度数据压缩方法，其特征在于，每16帧取一帧作为I帧，15帧作为P帧。
3.如权利要求1所述的红外温度数据压缩方法，其特征在于，所述x为8，所述y为8。
4.如权利要求1～3任一所述的红外温度数据压缩方法，其特征在于，所述位数Databits的计算公式，见式(2)-式(9)，
Diffmax＝ADmax-ADmin (2)
x1＝(Diffmax&0x55555555)+((Diffmax&0xAAAAAAAA)>>1) (3)
x2＝(x1&0x33333333)+((x1&0xCCCCCCCC)>>2) (4)
x3＝(x2&0x0F0F0F0F)+((x2&0xF0F0F0F0)>>4) (5)
x4＝(x3&0x00FF00FF)+((x3&0xFF00FF00)>>8) (6)
x5＝(x4&0x0000FFFF)+((x4&0xFFFF0000)>>8) (7)
Databits＝x5； (8)
ADdiff＝AD-ADmin (9)。
5.一种红外温度数据压缩系统，其特征在于，包括：
判断模块，用于判断红外温度数据本帧数据类型，即判断该帧为I帧还是P帧，如果该帧为I帧时，则将红外温度数据分成多个x*y大小的数据块，如果该帧为P帧时，则计算该帧与上一I帧每一相同位置数据的差值，然后将差值分成多个x*y大小的数据块，其中x为≥1的整数，y为≥1的整数；
计算模块，计算出每一数据块中的最大值ADmax、最小值ADmin、数据AD与最小值ADmin的差值ADdiff以及位数Databits；
记录模块，记录最小值ADmin、位数Databits以及差值ADdiff。
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