專利名稱：圖像轉(zhuǎn)換壓縮傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像通信的方法，特別涉及一種圖像數(shù)據(jù)的傳輸方法，屬于通信 (如數(shù)據(jù)通信技術(shù)等)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)高分辨率圖像的需求越來(lái)越大，但高分辨率圖像的數(shù)據(jù)量非常大，給存儲(chǔ)和傳輸帶來(lái)很大壓力；因此，人們總在想方設(shè)法提高圖像數(shù)據(jù)壓縮的壓縮比和壓縮質(zhì)量，同時(shí)采取措施提高傳輸保密性。目前，不管圖像壓縮方法如何先進(jìn)，總存在以下問(wèn)題(1)圖像壓縮效果隨圖像特性變化而變化對(duì)一部分圖像壓縮效果好，對(duì)另一部分圖像壓縮效果卻不好。用客觀評(píng)價(jià)準(zhǔn)則來(lái)說(shuō)，峰值信噪比PSNR可能相差許多，有些文獻(xiàn)報(bào)告差距30dB，我們近幾年研究中采用了一部分圖像，用JPEG2000等數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)等算法進(jìn)行壓縮，峰值信噪比PSNR差別有 10dB-20dB 之多。比如，同樣的壓縮方法，對(duì)某一遙感圖像壓縮，PSNR為30dB左右，對(duì)另外的遙感圖像壓縮，PSNR可能為!35dB左右。對(duì)一些人物、景物圖像壓縮，PSNR可能為40dB，而對(duì)另一些人物、景物圖像壓縮，PSNR可能為45dB甚至50dB。(2)圖像壓縮與圖像信息隱藏、信息保密沒(méi)有融為一體。圖像數(shù)據(jù)壓縮本身不能實(shí)現(xiàn)常規(guī)意義的圖像信息的隱藏傳輸，圖像壓縮完成后如果要進(jìn)行信息隱藏，只能采取另外的方法；圖像壓縮完成后如果要進(jìn)行信息加密，也只能采取另外的方法進(jìn)行?？傊荒馨讯呓Y(jié)合起來(lái)，或者與圖像壓縮無(wú)法融為一體。(3)研制成功的圖像壓縮設(shè)備對(duì)大多數(shù)圖像壓縮效果較好，但對(duì)一些圖像壓縮效果卻不好，而用戶還想繼續(xù)使用該壓縮設(shè)備。因此，如果我們先把原始圖像A轉(zhuǎn)換成某圖像B，對(duì)該圖像進(jìn)行壓縮的效果明顯優(yōu)于對(duì)原始圖像的壓縮，傳輸后再把圖像B逆變換為原始圖像A。只要變換精度滿足要求，就可以克服壓縮算法對(duì)某些圖像壓縮效果差的問(wèn)題。把原始圖像A變成某一圖像B進(jìn)行傳輸， 信道中不傳輸圖像A，壓縮本身就具有隱藏傳輸效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是提供一種安全性高、適合于公開(kāi)信道傳輸?shù)膱D像壓縮以及隱藏傳輸方法，該方法把需要壓縮(或保密)的原始圖像變成公開(kāi)的圖像進(jìn)行壓縮傳輸，同時(shí)具有優(yōu)越的壓縮效果，即使別人截獲了信道傳輸?shù)膱D像，也無(wú)法知道原始圖像。這樣，不必采用常規(guī)保密方法就取得一定保密性，從而降低了圖像傳輸設(shè)備的復(fù)雜度。本發(fā)明可用于地面設(shè)備之間、地面對(duì)航天器、航天器對(duì)地、航天器之間的圖像傳輸。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是方案一
圖像轉(zhuǎn)換壓縮傳輸方法，其特征在于包括以下步驟(1)根據(jù)需要發(fā)送的原灰度圖像A確定另外一幅相同大小的圖像B01，所述的原灰度圖像A的大小為M行、N列、Q比特量化，總比特?cái)?shù)為MNQ ；所述圖像BOl大小為M行、N列、 Q比特量化，總比特?cái)?shù)為MNQ，圖像BOl的灰度值Gi為介于0到2Q_1之間的正整數(shù)；(2)對(duì)圖像A進(jìn)行以圖像BOl為目標(biāo)的非線性變換Fl，得到圖像Bl ；(3)根據(jù)所需的壓縮比R對(duì)圖像Bl進(jìn)行壓縮編碼，然后傳輸?shù)浇邮斩耍?4)接收端進(jìn)行解壓譯碼得到恢復(fù)圖像B2，然后對(duì)恢復(fù)圖像B2進(jìn)行逆變換F2，得到原灰度圖像A。所述步驟⑴中確定BOl圖像的方法如下根據(jù)原灰度圖像A的大小，選擇相同大小的另外m幅現(xiàn)有圖像Pl，P2, ... , Rn，然后對(duì)m幅現(xiàn)有圖像分別進(jìn)行壓縮，壓縮比均為r，計(jì)算各幅圖像的峰值信噪比PSNR，峰值信噪比PSNR最大的圖像1 作為BOl圖像。所述步驟⑵中的非線性變換Fl為基于多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射，多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為m-N2-N3，m為輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)，N2為中間層節(jié)點(diǎn)數(shù)，N3為輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)，選擇圖像Al (Al與原始圖像A同大小)，該圖像對(duì)應(yīng)一個(gè)目標(biāo)圖像B01，采用反向傳播BP類(lèi)算法對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)，該圖像得到一個(gè)與目標(biāo)圖像BOl相類(lèi)似的圖像Bi，事先設(shè)定BOl與圖像Bl之間的峰值信噪比PSNR或最小均方誤差MSE，當(dāng)PSNR或MSE滿足要求時(shí)，算法結(jié)束，形成一套神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值W1，最小均方誤差MSE與PSNR的關(guān)系如下
權(quán)利要求
1.圖像轉(zhuǎn)換壓縮傳輸方法，其特征在于包括以下步驟(1)根據(jù)需要發(fā)送的原灰度圖像A確定另外一幅相同大小的圖像B01，所述的原灰度圖像A的大小為M行、N列、Q比特量化，總比特?cái)?shù)為MNQ ；所述圖像BOl大小為M行、N列、Q比特量化，總比特?cái)?shù)為MNQ，圖像BOl的灰度值Gi為介于0到2q-1之間的正整數(shù)；(2)對(duì)圖像A進(jìn)行以圖像BOl為目標(biāo)的非線性變換Fl，得到圖像Bl；(3)根據(jù)所需的壓縮比R對(duì)圖像Bl進(jìn)行壓縮編碼，然后傳輸?shù)浇邮斩耍?4)接收端進(jìn)行解壓譯碼得到恢復(fù)圖像B2，然后對(duì)恢復(fù)圖像B2進(jìn)行逆變換F2，得到原灰度圖像A。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像轉(zhuǎn)換壓縮傳輸方法，其特征在于所述步驟(1)中確定 BOl圖像的方法如下根據(jù)原灰度圖像A的大小，選擇相同大小的另外m幅現(xiàn)有圖像Pl，P2，. . .，Rn，然后對(duì) m幅現(xiàn)有圖像分別進(jìn)行壓縮，壓縮比均為r，計(jì)算各幅圖像的峰值信噪比PSNR，峰值信噪比 PSNR最大的圖像1 作為BOl圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像轉(zhuǎn)換壓縮傳輸方法，其特征在于所述步驟O)中的非線性變換Fl為基于多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射，多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為 N1-N2-N3,N1為輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)，N2為中間層節(jié)點(diǎn)數(shù)，N3為輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)，選擇圖像Al (Al與原始圖像A同大小)，該圖像對(duì)應(yīng)一個(gè)目標(biāo)圖像B01，采用反向傳播BP類(lèi)算法對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)，該圖像得到一個(gè)與目標(biāo)圖像BOl相類(lèi)似的圖像Bi，事先設(shè)定BOl與圖像Bl之間的峰值信噪比PSNR或最小均方誤差MSE，當(dāng)PSNR或MSE滿足要求時(shí)，算法結(jié)束，形成一套神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值Wl，最小均方誤差MSE與PSNR的關(guān)系如下= ο · logi (2g~}) 1 (dB)Iv MSE 乂Q為原灰度圖像A的比特量化；當(dāng)輸入原灰度圖像時(shí)，多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)按照上述權(quán)值 Wl進(jìn)行非線性映射，得出圖像Bi。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像變換壓縮傳輸方法，其特征在于所述步驟(4)中的逆變換F2為基于多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射，多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為 N4-N5-N6, N4為輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)，N5為中間層節(jié)點(diǎn)數(shù)，N6為輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)，選擇恢復(fù)圖像B2， 該圖像對(duì)應(yīng)一個(gè)目標(biāo)圖像A，采用反向傳播BP類(lèi)算法對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)，輸入該圖像后網(wǎng)絡(luò)得到一個(gè)與目標(biāo)圖像A相類(lèi)似的圖像A2，事先設(shè)定A與A2之間的峰值信噪比PSNR或最小均方誤差MSE，當(dāng)PSNR或MSE滿足要求時(shí)，算法結(jié)束，形成一套神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值W2，最小均方誤差MSE與PSNR的關(guān)系如下P1STVT ^ 10 · Iogf(2g-1) 1 (dB) 〔MSE JQ為原始圖像A的比特量化；當(dāng)輸入恢復(fù)圖像B2時(shí)，多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)按照上述權(quán)值 W2進(jìn)行非線性映射，得出的映射圖像即為原灰度圖像A。
5.圖像轉(zhuǎn)換壓縮傳輸方法，其特征在于包括以下步驟(1)根據(jù)需要發(fā)送的原灰度圖像A確定另外一幅相同大小的圖像B02，所述的原灰度圖像A的大小為M行、N列、Q比特量化，總比特?cái)?shù)為MNQ ；其中，圖像B02的確定方法如下對(duì)原灰度圖像A進(jìn)行分塊，每塊圖像的大小為kl女k2，kl，k2取正整數(shù)，kl小于M且能被M 整除，k2小于N且能被N整除；計(jì)算每塊圖像的平均灰度值，用平均灰度值分別代替每塊圖像原來(lái)的灰度值，得到一幅圖像，則該圖像就是選出的圖像B02;(2)將圖像B02各分塊的灰度值傳輸?shù)浇邮斩?；所述圖像B02的各分塊是指按照大小為kl * k2進(jìn)行分塊，每塊圖像的kl女k2個(gè)灰度值相同，每塊圖像只傳輸一個(gè)灰度值；(3)接收端接收數(shù)據(jù)后，恢復(fù)出圖像，對(duì)恢復(fù)出的圖像進(jìn)行非線性變換F4，得到原灰度圖像A。
6.權(quán)利要求5所述的圖像變換壓縮傳輸方法，其特征在于所述步驟(3)中的非線性變換F4為圖像B02到原始圖像A的基于多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射。多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為N4-N5-N6，N4為輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)，N5為中間層節(jié)點(diǎn)數(shù)，N6為輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)， 選擇圖像B02，B02與原始圖像A同大小，采用反向傳播BP類(lèi)算法對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)，輸入該圖像，可得到一個(gè)與目標(biāo)圖像A相類(lèi)似的圖像A2，事先設(shè)定A與A2之間的峰值信噪比 PSNR或最小均方誤差MSE，當(dāng)PSNR或MSE滿足要求時(shí)，算法結(jié)束，形成一套神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值 W3，最小均方誤差MSE與PSNR的關(guān)系如下(ijQ _1、2 ΛPSNR = IO-Iog ^-)— ( dB)(MSE JQ為原始圖像A的比特量化；當(dāng)輸入圖像B02時(shí)，多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)按照上述權(quán)值W3進(jìn)行非線性映射，得出映射圖像即為原灰度圖像A。
全文摘要
圖像轉(zhuǎn)換壓縮傳輸方法，把原始圖像A先轉(zhuǎn)換為另外一幅同大小的圖像B，該圖像比圖像A更容易壓縮；發(fā)端對(duì)圖像B進(jìn)行常規(guī)的壓縮編碼再進(jìn)行傳輸；在收端經(jīng)過(guò)解壓縮譯碼，得到恢復(fù)圖像B；再對(duì)圖像B采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性變換進(jìn)行映射，恢復(fù)出原始圖像A。本發(fā)明適合于各種圖像的壓縮和傳輸，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、壓縮比高、信息隱藏的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04N7/26GK102523452SQ20111046085
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者周詮, 呼延烺, 李敏奇, 李曉博, 肖化超, 黎軍 申請(qǐng)人:西安空間無(wú)線電技術(shù)研究所