专利名称：一阶差分前缀表示的图像数据无损压缩的编码方法
技术领域：
本发明涉及一种一阶差分前缀表示的图像数据无损压缩的编码方法，属于数字 图像无损压缩技术领域。
背景技术：
近年来，随着多媒体技术和各种数字图像通信技术的发展，人们对数字图像在 质量、大小和应用方面提出了更高的要求，希望能够在保证质量的前提下用有限的空间 和带宽资源存储与传递大幅图像。但是数字化后的图像占的空间是巨大的，单纯依赖于 提高计算机硬件和通信设施的性能来解决问题完全跟不上应用要求。因此，为了减轻数 字图像对存储中介的要求，同时提高计算机的工作效率，对数字图像数据进行压缩使其 能够有效的处理、存储和传输是非常有必要的。图像压缩是指在保证一定的图像质量的前提下，减少原始图像数据量的处理 过程。图像编码是对图像采用不同的表达方式来减小表示图像所需的数据量，压缩的理 论基础是信息论。图像压缩的编码方法分为两类无损压缩和有损压缩。常用的无损压缩编码技 术有游程编码、Huffinan编码、算术编码和基于字典的LZW编码等，无损压缩在编码过 程中仅仅去除图像中的冗余，图像信息保证不丢失，可以完整的重建原始图像，压缩和 解压缩是一个可逆过程。采用无损压缩，原始数据可由压缩数据完全恢复出来，该方法 由于受到不失真的影响，压缩比要低于有损压缩，但是在某些领域确实迫切需要的，例 如医学图像、星空图像，历史档案等，因此高性能的无损压缩算法具有很大的理论意义 和实用价值。有损压缩允许在不影响图像信息的前提下通过一定技术适当降低图像的质 量来获取更高的压缩效率，这种方法在解码时无法完全恢复原有的图像数据，有损编码 采取的编码技术会带来不可恢复的损失。现有的压缩编码有熵编码、统计编码、预测编码等，并且出台了基于DCT等 技术的国际压缩标准，如JPEG，MPEG, H.263等，它们都是以余弦变换(DCT)为基 础，对其变换的系数量化后，再进行游程编码。然而随着人们对这些传统编码方法的深 入研究和应用，发现这些方法压缩比低，压缩效率不高。为了克服上述压缩编码方法的 缺点，人们提出了几种新的编码方法基于小波变换的压缩方法、分形压缩编码等，但 是这些压缩编码算法复杂，计算量大，而且需要采用专用的压缩和解压缩芯片，成本很 尚ο
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题提出一种一阶差分前缀表示的图像 数据无损压缩的编码方法，该方法编解码简单，压缩效果好，压缩效率高。为达到上述目的，本发明的构思是在图像的任意一个局部区域内图像像素 值是渐变的，每一个像素点的值同它周围的其他像素值大小相同或相近，将相邻的图像
4数据像素值相减，得到相邻像素值的一阶差分，统计相邻像素值的一阶差分中各一阶差 分出现的概率，对一阶差分按概率重新由大到小排列，得到新的一阶差分，然后，基于 信息熵理论，对一阶差分进行编码，每个对应的编码包含前缀和后缀两个部分，前缀用 000-111三位编码表示，表示一阶差分所属的组号，同时表明后缀的位数，后缀表示差 分在所属组内的位置，其位数由前缀决定，如此依次编码后，概率大的一阶差分对应短 码，概率小的一阶差分对应长码，从而实现图像数据的压缩。根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案
一种一阶差分前缀表示的图像数据无损压缩的编码方法，包括如下步骤
(1)，对原始图像数据进行预处理，将相邻的图像数据像素值相减，得到相邻像素值 的一阶差分；
(2)，统计上述相邻像素值的一阶差分中各一阶差分出现的概率，对一阶差分按概率 由大到小重新排序，得到新的一阶差分以及原差分与按概率大小排序后差分一一对应的 一阶差分对应关系表；
(3)，对步骤(2)中得到的新的一阶差分进行一阶差分前缀表示编码处理，编码完成 后生成前缀编码表和后缀编码表。(4)，采用后缀派生法对步骤(3)中后缀编码进行降位处理；
(5)，采用二分法对步骤(4)中的一次前缀编码按位平面进行编码处理。上述步骤(1)中所述的对原始图像数据进行预处理是指，对图像进行横向或纵 向Z字型扫描读取图像数据，将相邻的图像数据像素值相减，得到相邻像素值的一阶差 分，其中，以图像相邻像素值的平均差分绝对值作为图像数据相关性的标准，确定横向 或纵向Z字型扫描读取数据。其中平均差分绝对值计算式为
权利要求
1.一种一阶差分前缀表示的图像数据无损压缩的编码方法，包括如下步骤(1)，对原始图像数据进行预处理，将相邻的图像数据像素值相减，得到相邻像素值 的一阶差分；(2)，统计上述相邻像素值的一阶差分中各一阶差分出现的概率，对一阶差分按概率 由大到小重新排序，得到新的一阶差分以及原差分与按概率大小排序后差分一一对应的 一阶差分对应关系表；(3)，对步骤(2)中得到的新的一阶差分进行一阶差分前缀表示编码处理，编码完成 后生成前缀编码表和后缀编码表；(4)，采用后缀派生法对步骤(3)中后缀编码进行降位处理；(5)，采用二分法对步骤(4)中的一次前缀编码按位平面进行编码处理。
2.根据权利要求1所述的一种一阶差分前缀表示的图像数据无损压缩的编码方法，其 特征在于，上述步骤(1)中所述的对原始图像数据进行预处理是指，对图像进行横向或 纵向Z字型扫描读取图像数据，将相邻的图像数据像素值相减，得到相邻像素值的一阶 差分，其中，以图像相邻像素值的平均差分绝对值作为图像数据相关性的标准，确定横 向或纵向Z字型扫描读取数据。
3.其中平均差分绝对值计算式为
4.根据权利要求2所述的一种一阶差分前缀表示的图像数据无损压缩的编码方法，其 特征在于，上述步骤(3)中所述的对步骤(2)中得到的新的一阶差分进行一阶差分前缀表 示编码处理，编码完成后生成前缀编码表和后缀编码表，其具体步骤如下(3-1)、将步骤(2)中得到的新的一阶差分分成8组，0、士 1、士 2、士 3 士 4、 士5 士8、士9 士 16、士 17 士32、士33 士255、然后对上述8组一阶差分的数据 分别按前缀(组号)和后缀(组内元素)两部分编码；其中前缀(组号)部分以000、 001、010、011、100、101、110、111编码表示，后缀由前缀(组号)来确定编码位数， 前缀编码为000，则后缀编码为无，则其编码为000;前缀编码为001，后缀编码为 1位0/1,则其编码为0010/0011 ；……它们的构成规则相同，后缀编码与前缀编码依次 对应，对一阶差分如此编码完成后得到前缀编码表和后缀编码表；(3-2)、判断一阶差分前缀表示编码表2中的各前缀编码除以4所得的商是否为0或1 (3-3)、对一阶差分前缀表示编码表2中前缀编码4-7进行前缀一次派生表示编码处理，将步骤3-1中的一阶差分前缀表示编码表，重新编码成一阶差分前缀一次派生对应的编码表。
5.根据权利要求3所述的一种一阶差分前缀表示的图像数据无损压缩的编码方法， 其特征在于，上述步骤(4)中所述的采用后缀派生法对步骤(3)中后缀编码进行降位处 理(4-1)、首先判断步骤(3)中的后缀编码是否满足后缀派生法表达公式，若后缀编码 不能满足，则不进行降位处理，若后缀编码能满足，则转步骤(4-2)，进行降位处理，后 缀派生法表达公式为
6.根据权利要求4所述的一种一阶差分前缀表示的图像数据无损压缩的编码方法，其 特征在于，上述步骤(5)中所述的采用二分法对步骤(4)中的一次前缀编码按位平面进行 编码压缩处理；(5-1)、将步骤(4)中一次前缀编码按位分成3个二值码流位平面编码表； (5-2)、采用二分法对步骤(5-1)中获得的三个二值码流位平面编码表进行压缩处理。
全文摘要
本发明公开了一种一阶差分前缀表示的图像数据无损压缩的编码方法，包括如下步骤1.对原始图像数据进行预处理，获取相邻像素值的一阶差分；2.统计上述一阶差分中各一阶差分出现的概率，对一阶差分按概率由大到小重新排序，得到新的一阶差分；3.对步骤2中得到的新的一阶差分进行一阶差分前缀表示编码处理，得到前缀编码表和后缀编码表；4.采用后缀派生法对步骤3中后缀编码进行降位处理；5.采用二分法对步骤4中的一次前缀编码按位平面进行编码处理。该方法的计算复杂度较低，编码简单，编解码效率高，不需要采用专门的压缩和解压缩芯片；该方法相对于传统的无损压缩算法在压缩比上有了明显的提升，其压缩比与国际标准JPEG2000的压缩比相当，但编解码效率明显优于JPEG2000的编解码效率。
文档编号H04N7/26GK102014283SQ201010565388
公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者刘万, 宋奥, 陈耀, 高健 申请人:上海大学