專利名稱：一種抗信道誤碼的圖像無損壓縮檢糾錯編解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像編解碼數(shù)據(jù)壓縮領(lǐng)域，具體涉及一種圖像無損壓縮檢糾錯編解碼方法。
背景技術(shù)：
星載成像技術(shù)已廣泛運用于深空探測、對地遙測、氣象預測等領(lǐng)域，特別是在對地遙測領(lǐng)域，采用多波段相機對云層成像，可以為弱目標、點目標的地面檢測與識別提供圖像依據(jù)。抗信道誤碼的圖像無損壓縮編解碼是對弱目標、點目標進行地面檢測識別的關(guān)鍵技術(shù)，當重建圖像的誤像素率較大時，由于誤像素與周圍正確像素反差較大，根據(jù)重建圖像進行點目標和弱目標檢測識別時會產(chǎn)生大量虛警。由于衛(wèi)星與地面之間的通信信道數(shù)據(jù)傳輸容量有限，在保證圖像信息不丟失的情況下，為了減少下傳圖像的數(shù)據(jù)量，一般要求在星上對圖像進行實時無損壓縮。但星地鏈路的信道條件十分復雜，即使受到信道編碼保護的圖像壓縮碼流依然會在星地傳輸過程中產(chǎn)生誤碼，若不對圖像壓縮碼流中的誤碼進行檢糾錯，最終地面重建圖像將會出現(xiàn)誤碼擴散， 嚴重影響圖像質(zhì)量，信道條件過于惡劣時，甚至會導致重建圖像失敗而丟失數(shù)據(jù)。因此，在星上數(shù)據(jù)傳輸中不僅要采用信道編解碼方法，降低信道傳輸誤比特率，同時，對重要的圖像數(shù)據(jù)無損壓縮，可考慮信源端進行檢糾錯編碼，減小圖像誤像素率，降低信道誤碼對圖像無失真?zhèn)鬏數(shù)挠绊?。目前通用的圖像無損壓縮編碼多采用變長碼，對碼流中的差錯十分敏感，無法避免在解碼時產(chǎn)生誤碼擴散，抗干擾性不強，對不同信道條件的適應性較差，無法滿足多波段成像圖像無損壓縮以及不同信道條件下抗誤碼性能的要求。常見的奇偶校驗編解碼僅有比特錯誤檢測能力，通過校驗碼流中“0”、“1”奇偶關(guān)系判斷碼流中是否存在誤比特。某些奇偶校驗編碼通過特殊的校驗組織形式可以對碼流中的比特進行逐比特校驗，可檢測多比特錯誤或糾正單比特錯誤，但是當信道條件較差時，碼流中誤碼較多且分布密集，為保證檢糾錯性能，常見奇偶校驗編碼方法需要增加的冗余信息量很大，嚴重影響多級編碼的壓縮性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種抗信道誤碼的圖像無損壓縮檢糾錯編解碼方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)圖像無損壓縮，同時提高壓縮碼流的抗誤碼性能，具有較大的適應性和抗干擾性，可滿足多波段成像圖像無損壓縮以及不同信道條件下抗誤碼性能的要求，保證重建圖
像質(zhì)量?！N抗信道誤碼的圖像無損壓縮檢糾錯編解碼方法，包括編碼和解碼步驟；所述編碼步驟如下(11)對原始圖像作熵編碼生成熵編碼后碼流；(12)將原始圖像分為多個M*N像素大小的分塊，分別統(tǒng)計每個分塊的熵編碼后碼流的特征信息；(13)對步驟(11)生成的熵編碼后碼流作(P，Q2)奇偶校驗編碼生成抗誤碼碼流， Q2為待編碼信息比特長度，P為編碼后的碼流比特長度；所述解碼步驟如下(21)對抗誤碼碼流作(P，Q2)奇偶校驗解碼，生成奇偶校驗解碼后碼流和奇偶校驗
結(jié)果；(22)對奇偶校驗解碼后碼流分段，各分段一一對應步驟(1 中各M*N分塊的全碼流，依據(jù)每個分塊的熵編碼后碼流的特征信息對各分段進行檢錯，得到塊檢錯信息；(23)將步驟的奇偶校驗結(jié)果和步驟02)的塊檢錯信息作為監(jiān)督信息，對步驟的奇偶校驗解碼后碼流進行有監(jiān)督的熵解碼，得到各分塊的圖像重建信息。所述分塊的熵編碼后碼流的特征信息包括隊為為，其中，Dtl表示每個分塊的熵編碼后碼流總位長，D1表示每個分塊的熵編碼后碼流前半部分碼流中1的位數(shù)，D2表示每個分塊的熵編碼后碼流的后半部分碼流中1的位數(shù)。所述步驟(13)具體為對熵編碼后碼流依次提取Q2比特，將各Q2比特分別構(gòu)建為Q*Q矩陣，對各Q*Q矩陣按照如下方式進行(P，Q2)奇偶校驗編碼(131)對Q*Q矩陣作矩陣子塊劃分，根據(jù)各矩陣子塊內(nèi)所有元素之和的奇偶性確定各矩陣子塊的奇偶特征碼；(132)將步驟(131)確定的各矩陣子塊的奇偶特征碼作為新的矩陣元素組織生成監(jiān)督碼元生成矩陣G ；(133)對監(jiān)督碼元生成矩陣G的各行元素求和后除2取余得到各行的奇偶校驗監(jiān)督碼元，對監(jiān)督碼元生成矩陣G的各列元素求和后除2取余得到各列的奇偶校驗監(jiān)督碼元；(133)將提取的Q2比特待編碼與步驟(13 生成的行、列奇偶校驗監(jiān)督碼元整合為P比特的抗誤碼碼流。所述步驟具體為經(jīng)過信道傳輸后，對抗誤碼碼流依次提取Q2比特，將各Q2比特分別構(gòu)建為Q*Q矩陣，對各Q*Q矩陣按照如下方式進行(P，Q2)奇偶校驗解碼(211)對Q*Q矩陣作與步驟(131)相同方式的矩陣子塊劃分，根據(jù)各矩陣子塊內(nèi)所有元素之和的奇偶性確定各矩陣子塊的奇偶特征碼；(212)將步驟011)確定的各矩陣子塊的奇偶特征碼作為矩陣元素按照與步驟 (132)相同的組建方式得到奇偶校驗矩陣G'；(213)對奇偶校驗矩陣G'的各行元素求和后除2取余得到各行的奇偶校驗碼元， 對奇偶校驗矩陣G'的各列元素求和后除2取余得到各列的奇偶校驗碼元；(214)將G'各行和各列的奇偶校驗碼元分別與G對應各行和各列的奇偶校驗監(jiān)督碼元進行比較，找到奇偶性不一致的行和列即得奇偶校驗結(jié)果。所述步驟0 具體為對奇偶校驗解碼后碼流分段，各分段一一對應步驟(12)中各M*N分塊的全碼流，統(tǒng)計各分段碼流中前半部分碼流中1的位數(shù)和后半部分碼流中1的位數(shù)，將其分別與該分段對應分塊的特征信息D1和A進行比較，若兩特征信息中任意一個比較結(jié)果不同，則該分段碼流對應的分塊存在錯誤。所述步驟03)具體為(231)從奇偶校驗解碼后碼流依次提取碼流段作熵解碼，各碼流段長度分別等于步驟(1 確定的各分塊的碼流長度信息DO ；(232)若各碼流段作熵解碼沒有恰好得到M*N個像素，則該碼流段對應的分塊存在錯誤；(233)對步驟0 和(23 確定的錯誤分塊采用試錯法重新作熵解碼；(234)依據(jù)步驟033)的熵解碼結(jié)果重建圖像。本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在本發(fā)明采用多級編解碼方式對圖像進行無損壓縮檢糾錯編解碼，不僅可以在保存圖像全部信息的前提下減少傳輸數(shù)據(jù)量，而且使得編碼后的碼流具有較強的抗信道誤碼性能，克服了一般熵編碼對差錯敏感的局限性，有效地防止信道誤碼造成的誤碼擴散。多級檢糾錯編解碼以M*N像素分塊為單位依次統(tǒng)計各分塊經(jīng)熵編碼后碼流長度及碼流特征，為圖像重建過程中的分塊快速同步及錯誤分塊定位提供校驗信息，根據(jù)各分塊碼流長度可實現(xiàn)分塊快速同步，使得某個分塊碼流中的誤碼不會擴散至其它分塊，有效地控制了誤碼擴散；若分塊碼流中出現(xiàn)誤碼，則碼流中“1”的個數(shù)及分布等特征信息會發(fā)生改變，根據(jù)分塊碼流特征可以檢測出含有誤碼的錯誤分塊。本發(fā)明采用的基于抽樣檢糾錯的(P，Q2)奇偶校驗編解碼，具相較于常見奇偶校驗編解碼在同樣檢糾錯能力前提下，所需要增加的冗余信息僅為常用編碼方式的1/4，大大提高了多級編碼的壓縮性能。本發(fā)明采用熵編碼壓縮圖像數(shù)據(jù)量，采用基于碼流特征的塊糾錯及基于抽樣檢糾錯的檢糾錯編碼對熵編碼后碼流進行抗誤碼保護，可以有效地防止誤碼擴散，糾正信道誤碼造成的碼流差錯，檢測重建圖像中未被糾正的錯誤像素分塊，根本上排除了重建圖像中錯誤像素對弱、點目標檢測所造成的虛警。該方法具有較大的適應性和抗干擾性，可滿足多波段成像圖像無損壓縮以及不同信道條件下抗誤碼性能的要求。


圖1為本發(fā)明的流程圖；圖2為(72，64)奇偶校驗編碼示意圖；圖3為圖幅1(^牡2048的原始短波紅外云圖；圖4為重建圖像及誤像素定位示意。
具體實施例方式本發(fā)明在信道存在誤碼條件下，實現(xiàn)對多波段圖像的無損壓縮及抗誤碼保護，具體實施過程的流程圖如圖1所示(1)熵編碼熵編碼可采用游程長編碼、哥倫布編碼、霍夫曼編碼Huffman等編碼方法，本實施方式采用Huffman編碼方式生成熵編碼后碼流。(2)塊檢錯校驗信息生成
將原始圖像分為若干M*N像素的分塊，每個分塊大小為M行N列，原始圖像的行數(shù)、列數(shù)分別為M、N的整數(shù)倍。(例如原始圖像大小為1024*10M像素，M、N分別可取值8、 32)依從上至下、從左至右的順序依次統(tǒng)計各分塊的熵編碼后碼流特征信息隊、D1, D2，其中碼流特征的計算如下D0 每個分塊熵編碼后碼流總位長D1 每個分塊經(jīng)熵編碼前半部分碼流中“ 1 ”的位數(shù)D2 每個分塊經(jīng)熵編碼后半部分碼流中“1”的位數(shù)每個分塊均可生成一組由隊、D1, D2組成的塊檢錯校驗信息，該校驗信息將作為后續(xù)圖像解碼及重建過程中的監(jiān)督信息。(3) (P，Q2)奇偶校驗糾錯編碼(P，Q2)奇偶校驗糾錯編碼用于向熵編碼后碼流中增加校驗信息，在碼流出現(xiàn)誤碼時，可利用校驗信息進行誤碼檢測和糾正。本實施方式具體選用(72，64)奇偶校驗糾錯編碼作示例說明。(72,64)奇偶校驗糾錯編碼示意圖如圖2所示，編碼時將一維碼流組織為二維矩陣形式，根據(jù)矩陣各元素間關(guān)系以一定的準則生成奇偶監(jiān)督碼元，然后將信息序列和監(jiān)督碼元再次組織為一維差錯控制碼流。(3. 1)每次編碼從碼流中取64bit作為信息序列，將每一個信息碼元依次組織為 8*8的矩陣形式；(3. 2)以2 為單位劃分矩陣子依次求奇偶特征碼Mk(k = 1，2，. . .，16)，
權(quán)利要求
1.一種抗信道誤碼的圖像無損壓縮檢糾錯編解碼方法，包括編碼和解碼步驟；所述編碼步驟如下(11)對原始圖像作熵編碼生成熵編碼后碼流；(12)將原始圖像分為多個M*N像素大小的分塊，分別統(tǒng)計每個分塊的熵編碼后碼流的特征信息；(13)對步驟(11)生成的熵編碼后碼流作(P，Q2)奇偶校驗編碼生成抗誤碼碼流，Q2為待編碼信息比特長度，P為編碼后的碼流比特長度；所述解碼步驟如下(21)對抗誤碼碼流作(P，Q2)奇偶校驗解碼，生成奇偶校驗解碼后碼流和奇偶校驗結(jié)果；(22)對奇偶校驗解碼后碼流分段，各分段一一對應步驟(1 中各M*N分塊的全碼流， 依據(jù)每個分塊的熵編碼后碼流的特征信息對各分段進行檢錯，得到塊檢錯信息；(23)將步驟的奇偶校驗結(jié)果和步驟02)的塊檢錯信息作為監(jiān)督信息，對步驟 (21)的奇偶校驗解碼后碼流進行有監(jiān)督的熵解碼，得到各分塊的圖像重建信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像無損壓縮檢糾錯編解碼方法，其特征在于，所述分塊的熵編碼后碼流的特征信息包括Dc^Dp D2，其中，D0表示每個分塊的熵編碼后碼流總位長，D1 表示每個分塊的熵編碼后碼流前半部分碼流中1的位數(shù)，D2表示每個分塊的熵編碼后碼流的后半部分碼流中1的位數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像無損壓縮檢糾錯編解碼方法，其特征在于，所述步驟 (13)具體為對熵編碼后碼流依次提取Q2比特，將各Q2比特分別構(gòu)建為Q*Q矩陣，對各Q*Q矩陣按照如下方式進行(P，Q2)奇偶校驗編碼(131)對Q*Q矩陣作矩陣子塊劃分，根據(jù)各矩陣子塊內(nèi)所有元素之和的奇偶性確定各矩陣子塊的奇偶特征碼；(132)將步驟(131)確定的各矩陣子塊的奇偶特征碼作為新的矩陣元素組織生成監(jiān)督碼元生成矩陣G ；(133)對監(jiān)督碼元生成矩陣G的各行元素求和后除2取余得到各行的奇偶校驗監(jiān)督碼元，對監(jiān)督碼元生成矩陣G的各列元素求和后除2取余得到各列的奇偶校驗監(jiān)督碼元；(133)將提取的Q2比特待編碼與步驟(13 生成的行、列奇偶校驗監(jiān)督碼元整合為P 比特的抗誤碼碼流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像無損壓縮檢糾錯編解碼方法，其特征在于，所述步驟 (21)具體為經(jīng)過信道傳輸后，對抗誤碼碼流依次提取Q2比特，將各Q2比特分別構(gòu)建為Q*Q矩陣，對各Q*Q矩陣按照如下方式進行(P，Q2)奇偶校驗解碼(211)對Q*Q矩陣作與步驟(131)相同方式的矩陣子塊劃分，根據(jù)各矩陣子塊內(nèi)所有元素之和的奇偶性確定各矩陣子塊的奇偶特征碼；(212)將步驟011)確定的各矩陣子塊的奇偶特征碼作為矩陣元素按照與步驟(132) 相同的組建方式得到奇偶校驗矩陣G'；(213)對奇偶校驗矩陣G'的各行元素求和后除2取余得到各行的奇偶校驗碼元，對奇偶校驗矩陣G'的各列元素求和后除2取余得到各列的奇偶校驗碼元；(214)將G'各行和各列的奇偶校驗碼元分別與G對應各行和各列的奇偶校驗監(jiān)督碼元進行比較，找到奇偶性不一致的行和列即得奇偶校驗結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像無損壓縮檢糾錯編解碼方法，其特征在于，所述步驟(22)具體為對奇偶校驗解碼后碼流分段，各分段一一對應步驟(1 中各M*N分塊的全碼流，統(tǒng)計各分段碼流中前半部分碼流中1的位數(shù)和后半部分碼流中1的位數(shù)，將其分別與該分段對應分塊的特征信息D1和&進行比較，若兩特征信息中任意一個比較結(jié)果不同，則該分段碼流對應的分塊存在錯誤。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像無損壓縮檢糾錯編解碼方法，其特征在于，所述步驟(23)具體為(231)從奇偶校驗解碼后碼流依次提取碼流段作熵解碼，各碼流段長度分別等于步驟 (12)確定的各分塊的碼流長度信息Dtl ；(232)若各碼流段作熵解碼沒有恰好得到M*N個像素，則該碼流段對應的分塊存在錯誤；(233)對步驟0 和(23 確定的錯誤分塊采用試錯法重新作熵解碼；(234)依據(jù)步驟033)的熵解碼結(jié)果重建圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抗信道誤碼的圖像無損壓縮檢糾錯編解碼方法，該方法采用熵編解碼、塊檢錯、(P，Q2)奇偶校驗檢糾錯編解碼聯(lián)合的多級編解碼方式，在保證圖像無損壓縮比較高的前提下，對由信道誤碼造成的無損壓縮碼流差錯進行檢糾錯，減小圖像無損壓縮誤像素率。
文檔編號H04N7/64GK102438150SQ20111030275
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者張?zhí)煨? 張航, 楊衛(wèi)東, 殷凱 申請人:華中科技大學