一种无损图像压缩系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种新的二进制(位级)无损图像压缩系统，即将错误纠正BCH码引入到图像压缩算法中；将图像的4位二进制加上3位校验码组成大小为7的码字，这些块进入到BCH解码器，消除了校验位后，使得原来的块的大小减少到4位。实验结果表明，此压缩算法是有效的，并给出了一个很好的压缩比，而且不丢失数据。BCH码的使用在提高压缩比方面比单纯霍夫曼（Huffman）压缩的结果还要好。
【专利说明】一种无损图像压缩系统
【技术领域】
[0001]本发明属于计算机应用领域，尤其属于图像处理领域。
【背景技术】
[0002]随着信息化的发展，现行的数字化城建档案馆的建设已突破了传统的、封闭的档案管理模式，实现了档案工作以手工管理为主向以计算机管理为主的转变。数字化城建档案馆的建设离不开对档案图像的处理和压缩，处理和压缩结果的好坏直接影响档案信息的利用。
[0003]图像压缩分为两类:有损压缩和无损压缩。有损压缩允许图像在压缩前和解压缩后有一定程度的不同。而对无损压缩而言，图像在压缩前和解压缩后应该完全一样，不允许有一位的差错。香农在1948年,对最小可能率的无损数据压缩,建立了熵的基本理论。埃利亚斯在1955年提出了一个固定长度的无损数据压缩方法，使用校验矩阵的线性分组码，通过综合征的数据压缩算法实现图像压缩。温伯格等人在1999年建议使用的JPEG-LS无损图像压缩算法，结合了高效的性能调整模型大家庭Golomb医师型码，这是适应性选择，并嵌入一个低熵的图像区域编码字母表延伸。Sharma等人在2005年提出了一个使用JPEG图像处理技术的全球性的训练Kohonen网络，他们利用了神经网络压缩图像文件，因此，图像与原始图像相同。Zukoski等人在2006年针对医学影像提出了一个新颖的模型压缩技术，在临床相关的领域使用无损压缩，该技术由放射科医师的定义和使用。Muthaiah等人在2008年提出了使用三次样条插值技术，这种方法使用不规则的重建，因此，它是一种有损的技术，其效率取决于其准确性。Nadarajan和Zukamain在2008年评估了字符串匹配算法(LZff和LZSS压缩)的性能，以提高内存访问的性能。他们的一个模拟研究发现，LZSS压缩是一个比较有效的算法。
[0004]由于压缩比的限制，仅使用无损压缩方法不可能解决图像和数字视频的存储和传输的所有问题。经常使用的无损压缩方法有Shannon-Fano编码，Huffman编码，游程(Run-1ength)编码，LZff (Lempel-Ziv-ffelch)编码和算术编码等。
[0005]典型的图像压缩系统主要由三部分组成:变换部分(Transformer)、量化部分(Quafizer )和编码部分(Coder )。变换部分体现了输入原始图像和经过变换的图像之间的一一对应关系。变换也称为去除相关，它减少了图像中的冗余信息。与输入原始图像数据相t匕，变换后的图像数据提供了一种更易于压缩的图像数据表示形式。量化部分把经过变换的图像数据作为输入进行处理后，会得到有限数目的一些符号。一般而言，这一步会带来信息的损失，而这也恰是有损压缩方法和无损压缩方法之间主要的区别。在无损压缩方法中，这一步骤并不存在，这是一个不可逆的过程，原因就在于这是多到一的映射。量化类型有两种:标准量化与矢量量化。前者是在一个像素、一个像素的基础上量化，而后者是对像素向量进行量化。编码部分是压缩过程中最后一个步骤，将经过变换的系数(量化或未量化)编码为二进制位流。编码可以采用固定长编码，或变动长度编码，前者对所有符号赋予等长的编码，而后者则对出现频率较高的符号分配较短的编码。变动长度编码也叫熵编码，它能把经过变换得到的图像系数数据以较短的信息总长度来表示，因而在实际应用中，多采用此类编码方式。霍夫曼编码和算术编码为两种熵编码方式，虽然它们只代表上述三个步骤中的最后一个，但由于这种编码方式比定长编码能达到压缩数据的目的，它们当然也可以认为是无损压缩的方法。
【发明内容】
[0006]本发明中，我们引入了一种新的无损图像压缩方法，它基于BCH码，在码字中移除校验位，只保留数据位。BCH码是用于校正多个随机错误模式的多级、循环、错误校正、变长数字编码，其纠错的方式是:在长度为k的数据位基础上，增加m位校验位，组成一个长度为η的编码，在对比验证收到的消息后，解码器消除这些m位校验位，恢复成长度为k的数据位。经过多次试验，当n=7时，我们取得了最好的结果。与上述新的无损图像压缩方法对应的装置包括中央处理器、扫描装置、BCH码编码器、游程编码器和Huffman编码器。
[0007]具体的压缩步骤如下:
(1)中央处理器调用扫描装置将原始图像扫描成二进制数字图像(pdf/jpg/bmp/tif/png/gif 格式)；
(2)中央处理器调用(n，k)BCH码编码器，将步骤(I)扫描成的二进制数字图像转换成一个由k位数据产生的长度为η的块；
(3)中央处理器判断步骤(2)产生的长度为η的块是否为码字，若不是，则保留η位非码字，写入O到位文件，进入步骤(7)；
(4)中央处理器调用BCH码解码器对每个块进行BCH解码，形成k位编码，写入I到位文件；
(5)中央处理器调用游程编码器将步骤(4)形成的k位编码执行游程编码，形成首次压缩码；
(6)中央处理器调用Huffman编码器将步骤(5)形成编码执行Huffman编码，形成最终压缩码；
(7)中央处理器将位文件为O的η位非码字与位文件为I的压缩码合并，生成最终的压缩图像文件。
[0008]解压步骤则刚好与压缩步骤相反:
(1)中央处理器读取压缩图像文件，从中提取补充位文件；
(2)中央处理器调用解码器对位文件为I的压缩码，用Huffman解码器解码，并用RLE解码器，以增加位的方式使压缩码返回到原编码方式；
(3)中央处理器读取所有位文件的信息，如果为1，则块的大小是k位，否则块的大小是η位；
(4)中央处理器调用BCH编码器对k位编码进行BCH编码，返回η位的块，并调用BCH解码器解码；
(5)中央处理器删除所有位文件，生成二进制数字图像；
(6)中央处理器将二进制数字图像转换成原始图像。
[0009]由此可见，图像没有任何数据丢失而返回到原始状态。经多次测试，这种无损图像压缩方法的平均压缩比约为1.4。【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0011 ] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0012]本发明的主要思想就是:将错误纠正BCH码引入到图像压缩算法中，提高图像的压缩比，实现无损压缩，具体压缩步骤如下:
(O计算机中的中央处理器调用扫描装置将原始图像扫描成二进制数字图像，图像的格式可以是pdf/jpg/bmp/tif/png/gif中的任何一种格式；
(2)中央处理器调用(7，4) BCH码编码器，将步骤(I)扫描成的二进制数字图像转换成一个由4位数据产生的长度为7的块；
BCH码编码器的编码方式是将大小为K位的块，通过增加m位的校验位，形成一个长度为η的码字。在本方法中，我们将η的大小定义为7，是因为这个值在我们进行的多次实验中，得出了最好的效果。
[0013](3)中央处理器判断步骤(2)产生的长度为7的块是否为码字，若不是，则保留7位非码字，写入O到位文件，进入步骤(7)；
(4)中央处理器调用BCH码解码器对每个块进行BCH解码，形成4位编码，写入I到位文件；
(5)中央处理器调用游程编码器将步骤(4)形成的4位编码执行游程编码，形成首次压缩码；
(6)中央处理器调用Huffman编码器将步骤(5)形成编码执行Huffman编码，形成最终压缩码；
(7)中央处理器将位文件为O的7位非码字与位文件为I的压缩码合并，生成最终的压缩图像文件。
[0014]解压步骤则刚好与上述压缩步骤相反:
(O计算机中的中央处理器读取压缩图像文件，从中提取补充位文件；
(2)中央处理器调用解码器对位文件为I的压缩码，用Huffman解码器解码，并用RLE解码器，以增加位的方式使压缩码返回到原编码方式；
(3)中央处理器读取所有位文件的信息，如果为1，则块的大小是4位，否则块的大小是7位;
(4)中央处理器调用BCH编码器对4位编码进行BCH编码，返回7位的块，并调用BCH解码器解码；
(5)中央处理器删除所有位文件，生成二进制数字图像；
(6)中央处理器将二进制数字图像转换成原始图像。
[0015]应理解上述这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。例如，(n, k) BCH码编码可以取n=15, k=7;或者n=15, k=ll,等等。
【权利要求】
1.一种无损图像压缩系统，包括中央处理器、扫描装置、BCH码编码器、游程编码器和Huffman编码器,其特征是,压缩步骤如下: (1)中央处理器调用扫描装置将原始图像扫描成二进制数字图像； (2)中央处理器调用(n，k)BCH码编码器，将步骤(I)扫描成的二进制数字图像转换成一个由k位数据产生的长度为η的块； (3)中央处理器判断步骤(2)产生的长度为η的块是否为码字，若不是，则保留η位非码字，写入O到位文件，进入步骤(7)； (4)中央处理器调用BCH码解码器对每个块进行BCH解码，形成k位编码，写入I到位文件； (5)中央处理器调用游程编码器将步骤(4)形成的k位编码执行游程编码，形成首次压缩码； (6)中央处理器调用Huffman编码器将步骤(5)形成编码执行Huffman编码，形成最终压缩码； (7)中央处理器将位文件为O的η位非码字与位文件为I的压缩码合并，生成最终的压缩图像文件。
2.如权利要求1所述的无损图像压缩系统，其特征是，步骤(I)二进制数字图像格式为pdf/jpg/bmp/tif/png/gif 中的任何一种格式。
3.如权利要求1所述的无损图像压缩系统，其特征是，对应的解压步骤如下: (1)中央处理器读取压缩图像文件，从中提取补充位文件； (2)中央处理器调用解码器对位文件为I的压缩码，用Huffman解码器解码，并用RLE解码器，以增加位的方式使压缩码返回到原编码方式； (3)中央处理器读取所有位文件的信息，如果为1，则块的大小是k位，否则块的大小是η位； (4)中央处理器调用BCH编码器对k位编码进行BCH编码，返回η位的块，并调用BCH解码器解码； (5)中央处理器删除所有位文件，生成二进制数字图像； (6)中央处理器将二进制数字图像转换成原始图像。
4.如权利要求1所述的无损图像压缩系统，其特征是，平均压缩比为1.4。
5.如权利要求1-4所述的任一无损图像压缩系统，其特征是，n=7,k=4。
6.如权利要求1-4所述的任一无损图像压缩系统，其特征是，n=15,k=7。
7.如权利要求1-4所述的任一无损图像压缩系统，其特征是，n=15,k=ll。
【文档编号】H04N7/26GK103428498SQ201310367898
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】刘迎春, 魏华峰 申请人:江苏新瑞峰信息科技有限公司