一种适用于小容量信息载体的登记照图像压缩方法
【专利摘要】本发明涉及的一种适用于小容量信息载体的登记照图像压缩方法，包括信息采集、图像预处理、频域变换、量化与熵编码、压缩码流，其特征是：对登记照图像进行了针对性预处理，将图像分为人脸、衣着、背景几个部分，对不同部分采用不同的处理方法；编码时，对图像的分辨率、图像类型、编码参数预先约定，图像编码的码流中的码流控制信息和图像描述信息很少；解码时，对人脸区域的分块数据能进行差错检测，减少图像块数据误码产生的图像质量损失。
【专利说明】一种适用于小容量信息载体的登记照图像压缩方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种图像压缩技术，尤其是适用于容量较小载体上实现登记照图像压缩方法。
【背景技术】
[0002]目前普遍使用的图像压缩技术中，对于彩色图和灰度图，常用的静止图像压缩编码标准有两种:
[0003]其一为JPEG JPEG即“连续色调静止图像数字压缩编码”国际标准的简称，是图像压缩的常用方法。
[0004]JPEG是以分块和DCT变换(离散余弦变换)为核心的图像压缩标准，在普通的图像压缩中使用十分普遍，但应用于对登记照图像压缩处理时仍然存在许多缺陷；主要表现在:
[0005](I)文件格式中含有很多图像描述信息和码流控制信息，当被压缩的图像较小时，这些冗余信息对降低压缩效率的影响很大；
[0006](2)对图像中所有的数据块采用相同的压缩方式，无法对登记照中的重要信息:人脸进行重点保护；
[0007](3)文件格式中的图像描述信息和码流控制信息抗干扰能力太差，当这些信息受到干扰时甚至会出现数据完全无法解码的严重后果。
[0008]其二为JPEG2000 JPEG2000是一个新型的静止图像压缩编码的国际标准。
[0009]JPEG2000主要采用了 DWT变换(小波变换)来替代DCT变换，提高了编码效率，但应用于对登记照图像处理时也存在以下缺陷:
[0010](I)首先是作为一种标准的文件格式必不可少的文件头的数据降低了压缩效率；
[0011](2)其次它采用逐渐显示解码和SNR可分级的嵌入式码流设计更适用于网络传输，在网页上显示图片时，利用逐渐显示解码能提供更好的用户体验，但对于存入多维码的数据则没有必要。
[0012]此外，二维码、三维码、RFID等是目前广泛应用的标签形式，但作为标签，其信息容量小，图像数据一般需要一定的数据容量。当需要在这类标签上记录图像时，往往存在容量不足的问题。现有图像压缩标准不仅定义图像数据的编码方法，同时也制定了文件的格式，图像文件中除用于描述图像信息的数据外，还有用于描述图像格式及编码参数的控制信息。基于这些图像编码标准生成的图像文件，不适合二维码、RFID等小容量信息载体的特定要求。
[0013]因此，如何在小容量信息载体上依据特定需要记录登记照图像，并寻求一种具有压缩效率高、抗干扰能力强、图像质量好的图像压缩编码方法具有一定的实际意义，也是相关行业需要解决的技术课题。
【发明内容】
[0014]本发明的目的:旨在提供一种具有更精简压缩数据的图像压缩方法，不仅提高图像压缩数据的抗干扰能力，而且也能提高压缩数据解压后的图像质量。本发明通过以下技术方案实现上述发明目的
[0015]本发明涉及的这种适用于小容量信息载体的登记照图像压缩方法，包括信息采集、图像预处理、频域变换、量化与熵编码、压缩码流，其特征是:对登记照图像进行针对性预处理，将图像分为人脸、衣着、背景几个部分，对不同部分采用不同的处理方法；编码时，对图像的分辨率、图像类型、编码参数预先约定，图像压缩码流中不含有任何图像描述信息，只需要少量码流控制信息。
[0016]具体处理步骤如下:
[0017]A.在视频预览窗中预定登记照图像的轮廓，按设计轮廓拍摄照片；
[0018]B.对登记照进行图像预处理，即按照图片中的图像特点、通过采用边缘检测算法或判断RGB值或灰度值的方法，将图片依照人物的五官、登记照背景和衣着分割成2-3部分；
[0019]C.对登记照图像进行DCT变换，对图像中的人脸区域进行小数据块分割，并固定块数；对其余区域进行大数据块分割；对于事先约定分辨率的图像，为利于解码时块数据差错的检测，人脸区域的块数量应固定，因此其它区域的图像块数量也是固定的；
[0020]D.对频域变换后的数据进行量化和熵编码；
[0021]E.在图像码流中，数据分为人脸区域图像块数据和其它区域图像块数据，人脸区域图像块数据放在码流的最前面，并且在最后设置人脸区域数据结束标志，利用块结束标志和人脸区域结束标志，进行数据块自动检错。
[0022]根据步骤B所述的分割方法将登记图像分为背景、人脸、衣着三部分时，则将背景设定为单一的彩色值或灰度值，将衣着的大部分区域设为单一的色彩值或灰度值。
[0023]根据步骤B所述的分割方法将登记图像分为背景、人物两部分时，则将背景设定为单一的彩色值或灰度值。
[0024]根据步骤D所述的压缩码流排列方式将人脸区域的压缩码流排在前面，其他区域的压缩码流排在后面。
[0025]频域变换采用DCT变换；熵编码采用哈弗曼编码，预测差分编码和行程编码；分割的大数据块为8X8个像素，小数据块为4X4个像素。所述的频域变换还可以采用K 一 L变换、沃尔什一哈达玛变换或小波变换；熵编码还可以采用算术编码；用于分割的数据块的大小还可以为16X16个像素。
[0026]根据以上技术方案提出的这种登记照图像压缩方法，不仅为解决小容量信息载体上依据特定需要记录登记照图像提供了技术支持，而且具有更精简的压缩数据。不仅提高图像压缩数据的抗干扰能力，而且也能提高压缩数据解压后的图像质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为图像压缩编码流程不意图；
[0028]图2.1 -图2.3为轮廓形状设计实例示意图；
[0029]图3为登记照样本图一；
[0030]图4为登记照样本图二 ；[0031]图5为预处理前的直方统计图；
[0032]图6为预处理后的直方统计图；
[0033]图7为样本图片被分割的实例示意图；
[0034]图8为登记照原图；
[0035]图9为采用普通方法解压的图像；
[0036]图10为采用本发明方法解压后的图像；
[0037]图11编码后的数据码流排列顺序示意图；
[0038]图12为压缩数据解码流程图。
[0039]图中:1 -图像背景部2 -图像人像部。
【具体实施方式】
[0040]这种适用于小容量信息载体的登记照图像压缩方法，包括信息采集、图像预处理、频域变换、量化与熵编码、产生压缩码流，其特征是:对登记照图像进行针对性预处理，将图像分为人脸、衣着、背景几个部分，对不同部分采用不同的处理方法；编码时，对图像的分辨率、图像类型、编码参数预先约定，图像编码的码流中的码流控制信息和图像描述信息很少。达到解码时，对人脸区域的分块数据能进行差错检测，减少图像块数据误码产生的图像质量损失。
[0041]针对登记照的特点，对图像依据色彩类型、图像分辨率、采样精度、编码参数等作预先约定，因此图像压缩码流中不需要任何图像描述信息，只需要少量码流控制信息。
[0042]说明:在本具体实施例中，频域变换采用DCT变换；熵编码采用哈弗曼编码，预测差分编码和行程编码；分割的大数据块为8X8个像素，小数据块为4X4个像素。但在本发明中，频域变换也可以采用其他方法如K 一 L变换、沃尔什一哈达玛变换及小波变换等；熵编码也可以采用其他方法如算术编码等；用于分割的数据块的大小可以是4X4、8X8或16X16个像素等。
[0043]具体处理步骤如下:
[0044]A.在视频预览窗中预定登记照图像的轮廓，按设计轮廓拍摄照片；
[0045]B.对登记照进行图像预处理，即按照图片中的图像特点、通过采用边缘检测算法或判断RGB值的方法，将图片依照人物的五官、登记照背景和衣着分割成2-3部分；
[0046]C.对登记照图像进行DCT变换，对图像中的人脸区域进行4X4小数据块分割并固定块数；对其余区域进行8X8大数据块分割并固定块数；对于事先约定分辨率的图像，为利于解码时块数据差错的检测，人脸区域的块数量应固定，因此其它区域的图像块数量也是固定的；
[0047]D.对频域变换后的数据进行量化和熵编码；
[0048]E.在熵编码后的图像码流中，数据分为人脸区域图像数据和其它区域图像数据。人脸区域图像数据放在码流的最前面，并且在最后设置人脸区域数据结束标志，每个区域内的数据块后都设置一个块结束标志；块结束标志和人脸区域结束标志可以帮助解码时自动检错。
[0049]根据步骤B所述的分割方法将登记图像分为背景、人脸、衣着三部分时，则将背景设定为单一的彩色值或灰度值，将衣着的大部分区域设为单一的色彩值或灰度值。[0050]根据步骤B所述的分割方法将登记图像分为背景、人物两部分时，则将背景设定为单一的彩色值或灰度值。
[0051]以下结合以上技术方案进一步阐述本发明。
[0052]这种登记照图像压缩方法，按照图1所述的图像压缩编码流程进行包括信息采集、图像预处理、DCT变换、量化和熵编码、压缩码流。
[0053]在进行图像采集时，在进行图像采集时，在视频预览窗中预定义人脸(或人物)的轮廓，按轮廓拍摄照片。这种按照特定方法采集到的照片便于图像的预处理和分块编码，使后续图像编码效果更佳。
[0054]附图2.1 -2.3给出了三种预览框(轮廓的形状，大小的设计不只限于所列出的三种)。如附图2.1 -2.3所示的三幅图所示，矩形外框表示进行图像信息采集时的预览框，框内区域表示用于锁定人物的轮廓，当人物在轮廓中时开始采集图片信息。附图2.1 -2.3给出的是将图像分成两部分:上部为图像背景部1，下部为图像人像部2。
[0055]在进行图像预处理时，考虑到人脸登记照图像与普通图片的一个重要差别在于，图像的主要信息即人们所关注的信息主要集中在人物的五官，登记照的背景、人物的衣着是比较次要的信息。人眼看到的普通登记照中的背景是单色的，但事实上背景中的每个像素点的RGB值(或灰度值)略有差异；衣着中像素点的RGB值(或灰度值)的差异和跳变则更明显。如果直接进行DCT变换会产生许多的非零值，降低压缩效率。因此需要对背景和衣着部分进行相应的预处理。
[0056]方案I是将图像分为三部分:
[0057](a)通过边缘检测算法或判断RGB值(或灰度值)的方法将图像分为人脸，背景，衣着三部分。
[0058](b)将背景块中的所有像素点都置为单一的彩色值或灰度值，例如对于彩色图可以设置为RGB值为(240，255，255)的天蓝色。
[0059](c)对衣着部分进行图像平滑处理，以减小图像彩色值或灰度值的跳变，减少高频分量。平滑处理的方法可采用归一化块滤波，高斯滤波，中值滤波等算法。
[0060]方案2是将图像分为两部分(见图2.1 - 2.3):
[0061](a)通过边缘检测算法或判断RGB值(或灰度值)的方法将图像分为人物，背景两部分。
[0062](b)将背景块中的所有像素点都置为单一的彩色值或灰度值。
[0063]对背景和衣着进行预处理的效果展示:
[0064](I)背景部分的彩色值(或灰度值)的单一化处理:
[0065]以图3中的登记照图像为例，将背景中的像素点全部统一成单一的RGB值，RGB =(240，255，255)，则DCT变换后只剩下了直流分量，变换后的数据块十分精简。此处只展示G分量处理后的结果，R、B分量，以及由RGB转化成的Y、U、V三个分量具有相同的处理结果。表I是登记照左上角8X8像素块的G分量值；表2是对表I中的数据进行预处理前的DCT变换结果；表3是预处理后的DCT变换结果。
[0066]表1.G分量值
[0067]
【权利要求】
1.一种适用于小容量信息载体的登记照图像压缩方法，包括信息采集、图像预处理、频域变换、量化与熵编码、压缩码流，其特征是:对登记照图像进行针对性预处理，将图像分为人脸、衣着、背景几个部分，对不同部分采用不同的处理方法；编码时，对图像的分辨率、图像类型、编码参数预先约定，图像压缩码流中不含有任何图像描述信息，只需要少量码流控制信息。
2.如权利要求1所述的一种适用于小容量信息载体的登记照图像压缩方法，其特征在于:具体处理步骤如下: A.在视频预览窗中预定登记照图像的轮廓，按设计轮廓拍摄照片； B.对登记照进行图像预处理，即按照图片中的图像特点、通过采用边缘检测算法或判断RGB值或灰度值的方法，将图片依照人物的五官、登记照背景和衣着分割成2-3部分； C.对登记照图像进行DCT变换，对图像中的人脸区域进行小数据块分割，并固定块数；对其余区域进行大数据块分割；对于事先约定分辨率的图像，为利于解码时块数据差错的检测，人脸区域的块数量应固定，因此其它区域的图像块数量也是固定的； D.对频域变换后的数据进行量化和熵编码； E.在图像码流中，数据分为人脸区域图像块数据和其它区域图像块数据，人脸区域图像块数据放在码流的最前面，并且在最后设置人脸区域数据结束标志，利用块结束标志和人脸区域结束标志，进行数据块自动检错。
3.如权利要求1所述的一种适用于小容量信息载体的登记照图像压缩方法，其特征在于:根据步骤B所述的分割方法将登记图像分为背景、人脸、衣着三部分时，则将背景设定为单一的彩色值或灰度值，将衣着的大部分区域设为单一的色彩值或灰度值。
4.如权利要求1所述的一种适用于小容量信息载体的登记照图像压缩方法，其特征在于:根据步骤B所述的分割方法将登记图像分为背景、人物两部分时，则将背景设定为单一的彩色值或灰度值。
5.如权利要求1所述的一种适用于小容量信息载体的登记照图像压缩方法，其特征在于:根据步骤D所述的压缩码流排列方式将人脸区域的压缩码流排在前面，其他区域的压缩码流排在后面。
【文档编号】H04N19/13GK103986930SQ201410242515
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年6月3日 优先权日:2014年6月3日
【发明者】肖佳琳, 徐端全, 尤新革, 徐炜, 郑达川, 徐铭阳, 胡西 申请人:华中科技大学