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基于小波变换的嵌入式图像编码方法研究

王琪  
【摘要】: 小波分析是当前应用数学和工程学科中一个迅速发展的新领域,由于小波变换的多分辨率特性非常适于图像压缩,产生了许多很有意义的编码器。其中嵌入式编码是一种新的编码方式,它可以提供某种程度上的可伸缩性,也就是随着接收比特的增多,渐进的恢复图像。嵌入式编码可以应用于网络、无线传输,图像浏览,特别适合于容易发生误差的环境。为了满足目标比特率或者误差要求,通过监视编码的一些参数,嵌入式的编码器可以在任何一点终止编码。同样解码器可以在任何一点截断比特流,重构图像。本文针对小波变换后的系数特点,开发了小波系数的多重相关性,提出两种很有意义的嵌入式编码器。 本文的主要工作内容有: 通过分析小波变换的思想来源,短时Fourier变换的缺陷研究了连续小波变换和离散小波变换。另一方面从多分辨率分析入手推导了用于图像处理的Mallat算法,并从滤波器组的角度构造了正交小波基和双正交小波基。 针对图像压缩这个具体应用给出小波基的选择依据,以及在尽可能好的重构原始图像的要求下,小波变换应当采用的处理方式。通过实验分析了小波变换后系数的分布特点,以量的形式给出小波系数的符号相关性、子带内、子带间的相关性等多种相关性的强弱,为以后的压缩提供先验知识、指导编码。 小波系数的符号间有一定的相关性,使用基于上下文内容的符号编码去除小波系数的符号间的冗余。由于LL子带占据变换系数的大部分能量,提出一种基于邻域系数的梯度的预测编码单独编码LL子带。对高频子带采用自适应的游程编码处理,提出一种二进制描述游程的嵌入式图像编码算法(BDRL)。 为了获得更好的压缩性能,提出一种基于灰度结构元膨胀的形态学分类的嵌入式图像压缩算法(MCGSD)。在对现有的小波编码器对系数的分类方法的分析下,通过灰度结构元的形态学膨胀运算对小波系数进行更细的聚类分析,按照重要性的不同以分数比特平面的形式输出系数,通过零树结构开发带间相关性。利用编码产生的信息获得每次膨胀的种子系数,避免形态学膨胀的盲目性。 本文的创新点是: ● 提出对预测后的LL子带系数的幅度和符号的编码分离单独编码,可以应用到现有的一些小波图像编码器中,提高其性能; ● 提出将游程值按照二进制的形式用3个模型的算术编码实现自适应的编码,可以应用到任何现有的采用游程编码的编、解码器中;以此为基础,提出一种二进制描述游程的嵌入式图像编码算法,可以实现图像的渐进传输,任意截断等功能; ● 提出利用灰度的结构元进行形态学膨胀,对小波系数分类更细致,对于不同的聚类产生不同的重要性,利于以后的分数比特平面编码; ● 提出将已经编码的LL子带进一步分解,作为先验信息获得初始膨胀运 摘要 算的种子系数;利用极重要系数的带内和带间膨胀获得当前比特平面膨 胀的种子系数;避免了形态学膨胀运算前对于种子系数的盲目性。 .在清除过程使用零树结构开发带间相关性,改进了传统的基于形态学处 理算法的带间处理方法: .提出一种基于灰度结构元膨胀形态学分类的嵌入式图像编码算法,同样 可以实现图像的渐进传输,任意截断等功能。 在许多改进和创新下,提出的两种嵌入式图像压缩算法相比于各种流行的小 波编码器,取得了很好的性能,有了较大的突破。与一些流行的性能优秀的小波 编码器相比,对于文中的一些测试图像,在各个比特率时MCGSD的效果都是最 好的,峰值信噪比(PSNR)值都是最高的。而另一种算法BDRL虽然编码性能 不如MCGSD,但是由于在整个编码的过程中没有进行太多的分数比特平面编 码,没有任何来回扫描图像的步骤,所以与目前的嵌入式小波编码器相比,复杂 度是最低的,可以应用于对复杂度要求严格的环境。其PSNR值与流行的小波编 码器相比,性能相当,某些比特率时甚至超过许多流行的小波编码器。


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