一種圖像壓縮、解壓方法、壓縮、解壓裝置以及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于圖像壓縮【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種圖像壓縮、解壓方法、壓縮、解壓裝置以及系統(tǒng)，該方法包括：S1，獲取待壓縮圖像，并對該待壓縮圖像進(jìn)行預(yù)處理，生成該壓縮圖像的多個不相互重疊的待壓縮圖像塊;S2，輸入圖像塊，在預(yù)先建立的壓縮模型的第i層的字典中，根據(jù)最近鄰策略，獲取第i層字典中與輸入的圖像塊最相似的代表圖像塊；S3，獲取該代表圖像塊的索引值，加入該待壓縮圖像經(jīng)壓縮后的碼流；S4，將輸入圖像塊和代表圖像塊進(jìn)行差分，生成殘差圖像塊；S5，重復(fù)執(zhí)行S2至S4，直至到達(dá)最后一層壓縮字典；S6，重復(fù)執(zhí)行S2至S5，執(zhí)行完畢后，輸出待壓縮圖像經(jīng)壓縮后的碼流。本發(fā)明可提高壓縮率，并使得圖像在重建時可以漸進(jìn)地增加圖像的質(zhì)量。
【專利說明】—種圖像壓縮、解壓方法、壓縮、解壓裝置以及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于圖像壓縮【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種圖像壓縮、解壓方法、壓縮、解壓裝置以及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，對于靜態(tài)有損圖像壓縮方法，主要分為兩大類方式:分形壓縮與基于變換的壓縮，而在兩者中，基于變換的靜態(tài)有損圖像壓縮方法占主流地位。
[0003]在基于變換的壓縮方法中，圖像壓縮的主流算法為JPEG與JPEG2000，兩者都是基于變換的方法，將圖像相鄰像素解耦和，把圖像從空間域變換到頻率域，再通過量化的方式保留低頻部分的系數(shù)，去除高頻部分的系數(shù)，在損失最少圖像質(zhì)量的狀態(tài)下取得大幅度壓縮的目的。
[0004]通?；谧儞Q方式的圖像壓縮方法，如JPEG，JPEG2000，有以下主要的缺點:
[0005]1、壓縮率較低，由于兩個算法在壓縮時都是每一個獨立的圖像塊，壓縮方法利用到的信息只有圖像塊中的像素值，因此，這局限了兩個壓縮方法可以取得的壓縮效果。
[0006]此外，兩個算法在壓縮時都利用單層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓縮，因此，這進(jìn)一步局限了兩個壓縮方法可以取得的更高的壓縮率。
[0007]2、缺乏分辨率漸進(jìn)的傳輸機制，由于兩個算法在壓縮時都利用單層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓縮，因此，在后續(xù)解壓時，其不根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)碼流漸進(jìn)式的增加圖片的質(zhì)量，而漸進(jìn)式的增加圖片的質(zhì)量在許多應(yīng)用中是非常需要的，例如在Web中顯示圖片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明實施例的目的在于提供一種圖像壓縮、解壓方法、壓縮、解壓裝置以及系統(tǒng)，旨在解決圖像壓縮方法利用單層次結(jié)構(gòu)的獨立的圖像塊進(jìn)行壓縮，導(dǎo)致壓縮率較低且缺乏分辨率漸進(jìn)的傳輸機制的問題。
[0009]本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種圖像壓縮方法，包括:
[0010]SI，獲取待壓縮圖像，并對所述待壓縮圖像進(jìn)行預(yù)處理，生成所述壓縮圖像的多個不相互重疊的待壓縮圖像塊；
[0011]S2，輸入圖像塊，在預(yù)先建立的壓縮模型的第i層的字典中，根據(jù)最近鄰策略，獲取第i層字典中與輸入的圖像塊最相似的代表圖像塊，i e [1，L]，L為壓縮模型中字典的層數(shù)，i為所述層數(shù)的序號；
[0012]S3，獲取所述代表圖像塊的索引值，加入所述待壓縮圖像經(jīng)壓縮后的碼流；
[0013]S4，將輸入圖像塊和代表圖像塊進(jìn)行差分，生成殘差圖像塊；
[0014]S5，對于所述殘差圖像塊，將所述殘差圖像塊作為壓縮模型字典的下一層輸入的圖像塊，跳轉(zhuǎn)至S2，重復(fù)執(zhí)行S2至S4，直至到達(dá)最后一層壓縮字典；
[0015]S6，對于多個所述待壓縮圖像塊，將所述待壓縮圖像塊作為壓縮模型字典的第一層輸入的圖像塊，跳轉(zhuǎn)至S2，重復(fù)執(zhí)行S2至S5，執(zhí)行完畢后，輸出所述待壓縮圖像經(jīng)壓縮后的碼流。
[0016]本發(fā)明實施例的另一目的在于提供一種圖像解壓方法，包括:
[0017]SI，在壓縮圖像的碼流中提取S位的數(shù)據(jù)，在所述數(shù)據(jù)中依次提取長度為B的數(shù)據(jù)Si,
[0018]其中，S為壓縮圖像中的一個壓縮圖像塊的索引值的碼流位數(shù)，
[0019]S位的數(shù)據(jù)為壓縮圖像中的一個壓縮圖像塊的索引值，
[0020]B為壓縮圖像塊中一個代表圖像塊的索引值的碼流位數(shù)，
[0021]Si為壓縮圖像塊第i個代表圖像塊的索引值，
[0022]i e [1，L]，L為壓縮模型中字典的層數(shù)，i為所述層數(shù)的序號；
[0023]S2，在壓縮模型中，查找與索引值Si對應(yīng)的代表圖像塊；
[0024]S3，將所述代表圖像塊進(jìn)行線性加和，重建出一個待壓縮圖像塊；
[0025]S4，跳轉(zhuǎn)至步驟SI，重復(fù)步驟SI至S3，直到在所述碼流中提取完所有的數(shù)據(jù)，
[0026]S5，重建出多個待壓縮圖像塊，形成所述待壓縮圖像塊的集合，重建出壓縮前的待壓縮圖像。
[0027]本發(fā)明實施例的另一目的在于提供一種圖像壓縮裝置，包括:
[0028]第一獲取單元，用于獲取待壓縮圖像，并對所述待壓縮圖像進(jìn)行預(yù)處理，生成所述壓縮圖像的多個不相互重疊的待壓縮圖像塊；
[0029]第一輸入單元，用于輸入圖像塊，在預(yù)先建立的壓縮模型的第i層的字典中，根據(jù)最近鄰策略，獲取第i層字典中與輸入的圖像塊最相似的代表圖像塊，i e [1，L]，L為壓縮模型中字典的層數(shù)，i為所述層數(shù)的序號；
[0030]第二獲取單元，用于獲取所述代表圖像塊的索引值，加入所述待壓縮圖像經(jīng)壓縮后的碼流；
[0031]生成單元，用于將輸入圖像塊和代表圖像塊進(jìn)行差分，生成殘差圖像塊；
[0032]第一重復(fù)執(zhí)行單元，用于對于所述殘差圖像塊，將所述殘差圖像塊作為壓縮模型字典的下一層輸入的圖像塊，跳轉(zhuǎn)至所述第一輸入單元，重復(fù)執(zhí)行所述第一輸入單元至所述生成單元的執(zhí)行步驟，直至到達(dá)最后一層壓縮字典；
[0033]第二重復(fù)執(zhí)行單元，對于多個所述待壓縮圖像塊，將所述待壓縮圖像塊作為壓縮模型字典的第一層輸入的圖像塊，跳轉(zhuǎn)至所述第一輸入單元，重復(fù)執(zhí)行第一輸入單元至第一重復(fù)執(zhí)行單元的執(zhí)行步驟，執(zhí)行完畢后，輸出所述待壓縮圖像經(jīng)壓縮后的碼流。
[0034]本發(fā)明實施例的另一目的在于提供一種圖像解壓裝置，包括:
[0035]第一提取單元，用于在壓縮圖像的碼流中提取S位的數(shù)據(jù)，在所述數(shù)據(jù)中依次提取長度為B的數(shù)據(jù)Si,
[0036]其中，S為壓縮圖像中的一個壓縮圖像塊的索引值的碼流位數(shù)，
[0037]S位的數(shù)據(jù)為壓縮圖像中的一個壓縮圖像塊的索引值，
[0038]B為壓縮圖像塊中一個代表圖像塊的索引值的碼流位數(shù)，
[0039]Si為壓縮圖像塊第i個代表圖像塊的索引值，
[0040]i e [1，L]，L為壓縮模型中字典的層數(shù)，i為所述層數(shù)的序號；
[0041]查找單元，用于在壓縮模型中，查找與索引值Si對應(yīng)的代表圖像塊；
[0042]第一重建單元，用于將所述代表圖像塊進(jìn)行線性加和，重建出一個待壓縮圖像塊；
[0043]第二提取單元，用于跳轉(zhuǎn)至所述第一提取單元，重復(fù)執(zhí)行所述第一提取單元至所述重建單元的步驟，直到在所述碼流中提取完所有的數(shù)據(jù)，
[0044]第二重建單元，用于重建出多個待壓縮圖像塊，形成所述待壓縮圖像塊的集合，重建出壓縮前的待壓縮圖像。
[0045]本發(fā)明實施例的另一目的在于提供一種圖像系統(tǒng)，包括上述圖像壓縮裝置以及上述圖像解壓裝置。
[0046]在本發(fā)明實施例中，對于多個所述待壓縮圖像塊，將所述待壓縮圖像塊作為壓縮模型字典的第一層輸入的圖像塊，跳轉(zhuǎn)至S2，重復(fù)執(zhí)行S2至S5，執(zhí)行完畢后，輸出所述待壓縮圖像經(jīng)壓縮后的碼流。本發(fā)明采用多層次結(jié)構(gòu)并直接使用圖像塊為基本單位進(jìn)行壓縮，解決了 JPEG，JPEG2000算法中存在的壓縮率較低且缺乏分辨率漸進(jìn)的傳輸機制的問題，從而提高了壓縮率，并使得圖像在重建時可以根據(jù)接收到數(shù)據(jù)碼流，漸進(jìn)地增加圖像的質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]圖1是本發(fā)明實施例提供的圖像壓縮方法的實現(xiàn)流程圖；
[0048]圖2是本發(fā)明實施例提供的壓縮方法框架的較佳實施流程圖；
[0049]圖3是建立壓縮模型的較佳實施流程圖；
[0050]圖4是本發(fā)明實施例提供的圖像解壓方法的實施流程圖；
[0051]圖5是本發(fā)明實施例提供的一種圖像壓縮裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0052]圖6是本發(fā)明實施例提供的一種圖像解壓裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0053]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0054]圖1是本發(fā)明實施例提供的一種圖像壓縮方法的實現(xiàn)流程圖，詳述如下:
[0055]在步驟SlOl中，獲取待壓縮圖像，并對所述待壓縮圖像進(jìn)行預(yù)處理，生成所述壓縮圖像的多個不相互重疊的待壓縮圖像塊；
[0056]在本實施例中，待壓縮圖像表示需要進(jìn)行壓縮的圖像，所述待壓縮圖像包括但不限于未壓縮的圖像以及已經(jīng)過壓縮的圖像。
[0057]其中，獲取待壓縮圖像，可采用現(xiàn)有技術(shù)的任一種方式獲取，如通過上網(wǎng)的方式獲取，或通過本地數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入的方式獲取。
[0058]其中，對待壓縮圖像進(jìn)行預(yù)處理，也就是生成待壓縮圖像的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣，將壓縮圖像分成大小為N*N或M*N不相互重疊的待壓縮圖像塊X1, X2,..., Xm, M、N為像素點個數(shù)。m為待壓縮圖像塊個數(shù)。
[0059]在步驟S102中，輸入圖像塊，在預(yù)先建立的壓縮模型的第i層的字典中，根據(jù)最近鄰策略，獲取第i層字典中與輸入的圖像塊最相似的代表圖像塊，i e [1，L]，L為壓縮模型中字典的層數(shù)，i為所述層數(shù)的序號；
[0060]在本實施例中，輸入圖像塊，需要進(jìn)行說明的是，在預(yù)先建立的壓縮模型的第一層的字典中，輸入的圖像塊為待壓縮圖像塊X1, X2,…，xm。
[0061]在預(yù)先建立的壓縮模型的第二層的字典或者第二層以下的字典中，輸入的圖像塊為殘差圖像塊。
[0062]作為本發(fā)明一個優(yōu)選實施例，所述根據(jù)最近鄰策略，獲取第i層字典中與所述圖像塊最相似的代表圖像塊，包括:
[0063]根據(jù)最近鄰策略，獲取第i層字典中找到與圖像塊在歐式空間中距離最近的代表圖像塊，距離最近的代表圖像塊即為與所述圖像塊最相似的代表圖像塊。
[0064]其中，對于輸入圖像X」，根據(jù)最近鄰策略argminie tl，m] (d(X」，Yi))，獲取第i層字典中找到與圖像塊在歐式空間中距離最近的代表圖像塊，在壓縮模型的第Li層的字典中找到與其在歐式空間中最相似的圖像塊I。
[0065]在步驟S103中，獲取所述代表圖像塊的索引值，加入所述待壓縮圖像經(jīng)壓縮后的碼流；
[0066]在步驟S104中，將輸入圖像塊和代表圖像塊進(jìn)行差分，生成殘差圖像塊；
[0067]代表圖像塊的所有像素值用向量Y=[yi，J2,…，yn]表示，輸入圖像塊用
Χ=[χι,χ2,…，Xn]表示,使用最近鄰策略
【權(quán)利要求】
1.一種圖像壓縮方法，其特征在于，包括: Si，獲取待壓縮圖像，并對所述待壓縮圖像進(jìn)行預(yù)處理，生成所述壓縮圖像的多個不相互重疊的待壓縮圖像塊； S2，輸入圖像塊，在預(yù)先建立的壓縮模型的第i層的字典中，根據(jù)最近鄰策略，獲取第i層字典中與輸入的圖像塊最相似的代表圖像塊，i ∈[1，L]，L為壓縮模型中字典的層數(shù)，i為所述層數(shù)的序號； S3，獲取所述代表圖像塊的索引值，加入所述待壓縮圖像經(jīng)壓縮后的碼流； S4，將輸入圖像塊和代表圖像塊進(jìn)行差分，生成殘差圖像塊； S5，對于所述殘差圖像塊，將所述殘差圖像塊作為壓縮模型字典的下一層輸入的圖像塊，跳轉(zhuǎn)至S2，重復(fù)執(zhí)行S2至S4，直至到達(dá)最后一層壓縮字典； S6，對于多個所述待壓縮圖像塊，將所述待壓縮圖像塊作為壓縮模型字典的第一層輸入的圖像塊，跳轉(zhuǎn)至S2，重復(fù)執(zhí)行S2至S5，執(zhí)行完畢后，輸出所述待壓縮圖像經(jīng)壓縮后的碼流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)最近鄰策略，獲取第i層字典中與所述圖像塊最相似的代表圖像塊，包括: 根據(jù)最近鄰策略，獲取第i層字典中找到與圖像塊在歐式空間中距離最近的代表圖像塊，距離最近的代表圖像塊即為與所述圖像塊最相似的代表圖像塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述輸入圖像塊，在壓縮模型的第i層的字典之前，包括: 建立壓縮模型， 其中，建立壓縮模型的步驟，包括: 51、采集多個圖像，將所述圖像分成預(yù)設(shè)大小的多個圖像塊，對多個圖像塊進(jìn)行均勻采樣，獲取預(yù)設(shè)數(shù)量的圖像塊； 52、將預(yù)設(shè)數(shù)量的圖像塊所述進(jìn)行K-means聚類，從而獲得K個代表圖像塊作為此層的字典； 53、輸入圖像塊，根據(jù)最近鄰策略，獲取與輸入的圖像塊在歐式空間中距離最近的代表圖像塊，輸入的圖像塊和最近的代表圖像塊進(jìn)行差值，也從而獲得此層的殘差圖像塊； 54、僅將上一層所有輸出的殘差圖像塊作為下一層字典學(xué)習(xí)使用的全部輸入數(shù)據(jù)塊，跳轉(zhuǎn)至S2，重復(fù)S2中的步驟，直到建立L層的字典為止，L為壓縮模型中字典的層數(shù)。
4.一種圖像解壓方法，其特征在于，包括: SI，在壓縮圖像的碼流中提取S位的數(shù)據(jù)，在所述數(shù)據(jù)中依次提取長度為B的數(shù)據(jù)Si, 其中，S為壓縮圖像中的一個壓縮圖像塊的索引值的碼流位數(shù)， S位的數(shù)據(jù)為壓縮圖像中的一個壓縮圖像塊的索引值， B為壓縮圖像塊中一個代表圖像塊的索引值的碼流位數(shù)， Si為壓縮圖像塊第i個代表圖像塊的索引值， i∈ [1，L]，L為壓縮模型中字典的層數(shù)，i為所述層數(shù)的序號； S2，在壓縮模型中，查找與索引值Si對應(yīng)的代表圖像塊； S3，將所述代表圖像塊進(jìn)行線性加和，重建出一個待壓縮圖像塊； S4，跳轉(zhuǎn)至步驟SI，重復(fù)步驟SI至S3，直到在所述碼流中提取完所有的數(shù)據(jù)，S5，重建出多個待壓縮圖像塊，形成所述待壓縮圖像塊的集合，重建出壓縮前的待壓縮圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述將所述代表圖像塊進(jìn)行線性加和，重建出一個待壓縮圖像塊，包括: 根據(jù)所述S位的數(shù)據(jù)中的Si,從壓縮模型中查找到的L塊代表圖像塊進(jìn)行線性加和，從而重建出一個待壓縮圖像塊。
6.一種圖像壓縮裝置，其特征在于，包括: 第一獲取單元，用于獲取待壓縮圖像，并對所述待壓縮圖像進(jìn)行預(yù)處理，生成所述壓縮圖像的多個不相互重疊的待壓縮圖像塊； 第一輸入單元，用于輸入圖像塊，在預(yù)先建立的壓縮模型的第i層的字典中，根據(jù)最近鄰策略，獲取第i層字典中與輸入的圖像塊最相似的代表圖像塊，i e [1，L]，L為壓縮模型中字典的層數(shù)，i為所述層數(shù)的序號； 第二獲取單元，用于獲取所述代表圖像塊的索引值，加入所述待壓縮圖像經(jīng)壓縮后的碼流； 生成單元，用于將輸入圖像塊和代表圖像塊進(jìn)行差分，生成殘差圖像塊； 第一重復(fù)執(zhí)行單元，用于對于所述殘差圖像塊，將所述殘差圖像塊作為壓縮模型字典的下一層輸入的圖像塊，跳 轉(zhuǎn)至所述第一輸入單元，重復(fù)執(zhí)行所述第一輸入單元至所述生成單元的執(zhí)行步驟，直至到達(dá)最后一層壓縮字典； 第二重復(fù)執(zhí)行單元，對于多個所述待壓縮圖像塊，將所述待壓縮圖像塊作為壓縮模型字典的第一層輸入的圖像塊，跳轉(zhuǎn)至所述第一輸入單元，重復(fù)執(zhí)行第一輸入單元至第一重復(fù)執(zhí)行單元的執(zhí)行步驟，執(zhí)行完畢后，輸出所述待壓縮圖像經(jīng)壓縮后的碼流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括建立單元，用于 建立壓縮模型， 其中，所述建立單元，包括: 采集子單元，用于采集多個圖像，將所述圖像分成預(yù)設(shè)大小的多個圖像塊，對多個圖像塊進(jìn)行均勻采樣，獲取預(yù)設(shè)數(shù)量的圖像塊； 聚類子單元，用于將預(yù)設(shè)數(shù)量的圖像塊所述進(jìn)行K-means聚類，從而獲得K個代表圖像塊作為此層的字典； 獲取子單元，用于輸入圖像塊，根據(jù)最近鄰策略，獲取與輸入的圖像塊在歐式空間中距離最近的代表圖像塊，輸入的圖像塊和最近的代表圖像塊進(jìn)行差值，也從而獲得此層的殘差圖像塊； 建立子單元，用于僅將上一層所有輸出的殘差圖像塊作為下一層字典學(xué)習(xí)使用的全部輸入數(shù)據(jù)塊，重復(fù)執(zhí)行聚類子單元中的步驟，直到建立L層的字典為止，L為壓縮模型中字典的層數(shù)。
8.一種圖像解壓裝置，其特征在于，包括: 第一提取單元，用于在壓縮圖像的碼流中提取S位的數(shù)據(jù)，在所述數(shù)據(jù)中依次提取長度為B的數(shù)據(jù)Si, 其中，S為壓縮圖像中的一個壓縮圖像塊的索引值的碼流位數(shù)， S位的數(shù)據(jù)為壓縮圖像中的一個壓縮圖像塊的索引值，B為壓縮圖像塊中一個代表圖像塊的索引值的碼流位數(shù)， Si為壓縮圖像塊第i個代表圖像塊的索引值， i e [1，L]，L為壓縮模型中字典的層數(shù)，i為所述層數(shù)的序號； 查找單元，用于在壓縮模型中，查找與索引值Si對應(yīng)的代表圖像塊； 第一重建單元，用于將所述代表圖像塊進(jìn)行線性加和，重建出一個待壓縮圖像塊；第二提取單元，用于跳轉(zhuǎn)至所述第一提取單元，重復(fù)執(zhí)行所述第一提取單元至所述重建單元的步驟，直到在所述碼流中提取完所有的數(shù)據(jù)， 第二重建單元，用于重建出多個待壓縮圖像塊，形成所述待壓縮圖像塊的集合，重建出壓縮前的待壓縮圖像。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述第一重建單元具體用于根據(jù)所述S位的數(shù)據(jù)中的Si,從壓縮模型中查找到的L塊代表圖像塊進(jìn)行線性加和，從而重建出一個待壓縮圖像塊。
10.一種圖像系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求6至7中任意一項權(quán)利要求所述圖像壓縮裝置以及權(quán)利要求8至9中任意 一項權(quán)利要求所述圖像解壓裝置。
【文檔編號】H04N19/13GK103686177SQ201310705394
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】陳世峰, 盧毅 申請人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院