專利名稱：一種基于圖像集的數(shù)據(jù)壓縮方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于圖像集的數(shù)據(jù)壓縮方法與系統(tǒng)。
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。目前，不管圖像壓縮方法如何先進(jìn)，總存在以下問題(I)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不好。用客觀評(píng)價(jià)準(zhǔn)則來說，峰值信噪比PSNR可能相差許多，有些文獻(xiàn)報(bào)告差距30dB。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)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通過某種方法轉(zhuǎn)換成多幅圖像，多幅圖像的特性與原始圖像產(chǎn)生了不同，對(duì)多幅圖像分別進(jìn)行壓縮，選出壓縮效果最好的進(jìn)行傳輸，傳輸后進(jìn)行解壓縮恢復(fù)出原始圖像A。采用好的變換方法，可取得好的壓縮效果。(3)目前的數(shù)據(jù)壓縮方法是把原始圖像本身進(jìn)行壓縮傳輸，接收端進(jìn)行解壓縮直接獲得原始圖像，但有時(shí)用戶不希望解壓后直接就得到原始圖像，而是希望解壓后得到不同于原始圖像的替代圖像，經(jīng)過某種運(yùn)算再得到原始圖像，具有一定安全保密性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于圖像集的數(shù)據(jù)壓縮方法，根據(jù)現(xiàn)有壓縮方式利用圖像集實(shí)現(xiàn)了對(duì)原始圖像的更優(yōu)壓縮和安全傳輸。同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種采用本發(fā)明所述方法的基于圖像集的數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種基于圖像集的數(shù)據(jù)壓縮方法，包括以下步驟在圖像數(shù)據(jù)集中選擇與待傳輸?shù)脑紙D像的大小相同的基礎(chǔ)圖像；將所述原始圖像與各基礎(chǔ)圖像分別進(jìn)行運(yùn)算獲得生成圖像；對(duì)所述生成圖像進(jìn)行壓縮編碼，將壓縮編碼效果最好的生成圖像的壓縮編碼數(shù)據(jù)作為傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送；接收端對(duì)傳輸數(shù)據(jù)譯碼獲得生成圖像；利用與發(fā)送端相同的基礎(chǔ)圖像從所述生成圖像中提取出原始圖像。進(jìn)一步的，所述圖像數(shù)據(jù)集包括通用圖像集和面向應(yīng)用圖像集；所述通用圖像集由日常生活典型圖像組成；所述面向應(yīng)用圖像集由典型應(yīng)用領(lǐng)域典型圖像組成。進(jìn)一步的，所述生成圖像通過所述基礎(chǔ)圖像與所述原始圖像按灰度值逐位進(jìn)行異或運(yùn)算獲得。進(jìn)一步的，所述壓縮編碼效果通過以下方法進(jìn)行確定在對(duì)生成圖像按壓縮比進(jìn)行壓縮編碼時(shí)，所述壓縮編碼效果根據(jù)生成圖像的峰值信噪比確定；在對(duì)生成圖像進(jìn)行無失真壓縮編碼時(shí)，所述壓縮編碼效果根據(jù)壓縮比的大小確定。進(jìn)一步的，所述生成圖像經(jīng)壓縮編碼生成的傳輸數(shù)據(jù)中具有用于嵌入所述基礎(chǔ)圖像序號(hào)的保留位；在接收端根據(jù)所述保留位中的基礎(chǔ)圖像序號(hào)確定用于提取原始圖像的基礎(chǔ)圖像。
本發(fā)明所述的基于圖像集的數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)，包括圖像發(fā)送單元、圖像接收單元，還包括基礎(chǔ)圖像單元、運(yùn)算編碼單元和譯碼逆運(yùn)算單元，所述基礎(chǔ)圖像單元從圖像數(shù)據(jù)集中提取與原始圖像數(shù)據(jù)大小相同的基礎(chǔ)圖像；所述運(yùn)算編碼單元將原始圖像數(shù)據(jù)與每幅基礎(chǔ)圖像按灰度值逐位進(jìn)行異或運(yùn)算后獲得生成圖像；對(duì)所述生成圖像進(jìn)行壓縮編碼，將壓縮編碼效果最好的生成圖像的壓縮編碼數(shù)據(jù)作為傳輸數(shù)據(jù)通過圖像發(fā)送單元進(jìn)行發(fā)送；所述譯碼逆運(yùn)算單元對(duì)圖像接收單元接收的傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼獲得生成圖像，并利用與發(fā)送端相同的基礎(chǔ)圖像從生成圖像中提取出原始圖像數(shù)據(jù)。進(jìn)一步的，所述圖像數(shù)據(jù)集包括通用圖像集和應(yīng)用圖像集；所述通用圖像集由日常生活典型圖像組成；所述應(yīng)用圖像集由典型應(yīng)用領(lǐng)域典型圖像組成。進(jìn)一步的，所述壓縮編碼效果通過以下方法進(jìn)行確定在對(duì)生成圖像按壓縮比進(jìn)行壓縮編碼時(shí)，所述壓縮編碼效果根據(jù)生成圖像的峰值信噪比確定；在對(duì)生成圖像進(jìn)行無失真壓縮編碼時(shí)，所述壓縮編碼效果根據(jù)壓縮比的大小確定。進(jìn)一步的，所述生成圖像經(jīng)壓縮編碼生成的傳輸數(shù)據(jù)中具有用于嵌入所述基礎(chǔ)圖像序號(hào)的保留位；所述譯碼逆運(yùn)算單元根據(jù)所述保留位中的基礎(chǔ)圖像序號(hào)確定用于提取原始圖像的基礎(chǔ)圖像。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)在傳統(tǒng)的圖像壓縮傳輸中，是對(duì)圖像直接進(jìn)行壓縮處理，如進(jìn)行預(yù)處理、DCT、小波變換，或者說傳統(tǒng)的變換壓縮是把圖像變換成變換域中的非圖像數(shù)據(jù)，然后對(duì)變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮傳輸。而本發(fā)明是利用已知圖像數(shù)據(jù)集把原始圖像轉(zhuǎn)換為另外多幅生成圖像，并通過研究多幅生成圖像的壓縮性能，選擇壓縮效果好的生成圖像進(jìn)行壓縮傳輸，生成圖像中只要存在一幅比原始圖像更容易壓縮的圖像，采用本發(fā)明所述方法就可以獲得比現(xiàn)有壓縮方法更好的性能。同時(shí)，經(jīng)過原始圖像與生成圖像的融合處理，對(duì)原待傳輸圖像也起到了加密的作用，增加了圖像傳輸?shù)陌踩浴?I)本發(fā)明利用典型的圖像數(shù)據(jù)集，把原始圖像變換為生成圖像，由于圖像數(shù)據(jù)集采用通用圖像集和應(yīng)用圖像集，因此代表型強(qiáng)，涵蓋面廣，變換后的多幅生成圖像很可能有一幅更容易壓縮，從而可利用現(xiàn)有壓縮方法獲得比傳統(tǒng)方法更好的圖像壓縮性能。壓縮效果最壞的情況下相當(dāng)于只對(duì)原圖像進(jìn)行壓縮，且壓縮方法與現(xiàn)有方法一樣。
(2)根據(jù)本發(fā)明所述方法和所述系統(tǒng)的組成，圖像的發(fā)送端與接收端具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，圖像接收端的譯碼設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，因此，采用本發(fā)明更有利于接收端設(shè)備的簡(jiǎn)化，便于推廣應(yīng)用，除了適合于正常通信外，還適合于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，或廣播通信。(3)作為傳輸圖像的生成圖像，不必采用傳統(tǒng)信息加密方法就具有一定保密效果，具有簡(jiǎn)單、實(shí)用的特點(diǎn)，可以采用簡(jiǎn)單的易于實(shí)現(xiàn)的方法，如本發(fā)明所采用的兩幅圖像按灰度值逐位的異或運(yùn)算，節(jié)省了實(shí)現(xiàn)成本，降低了保密系統(tǒng)復(fù)雜性，提高了傳輸可靠性。


圖I為本發(fā)明方法流程圖；圖2為本發(fā)明系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面就結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。本發(fā)明的圖像數(shù)據(jù)的壓縮方法與系統(tǒng)是為了解決大容量、高分辨率圖像安全傳輸問題而提出的，利用已知數(shù)據(jù)集，把原始圖像轉(zhuǎn)換為多幅生成圖像，并通過研究各幅生成圖像的壓縮性能，選擇壓縮效果好的生成圖像作為傳輸數(shù)據(jù)。采用本發(fā)明可以利用現(xiàn)有壓縮方法獲得對(duì)對(duì)待傳輸?shù)脑紙D像更好的壓縮性能，對(duì)原始圖像也起到了一定的保護(hù)作用，增加了原圖像傳輸?shù)陌踩浴Ｈ鐖DI所示為本發(fā)明方法流程圖，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下(I)根據(jù)需要發(fā)送的原始圖像A在圖像數(shù)據(jù)集中選擇η幅相同大小的基礎(chǔ)圖像BI, Β2, ...，Βη，其中，η為與原始圖像A大小相同的基礎(chǔ)圖像的個(gè)數(shù)。所述原始圖像A的大小為M行、N列、Q比特量化，總比特?cái)?shù)為MNQ;所述基礎(chǔ)圖像Bi (i = 1，. . .，η)大小為M行、N列、Q比特量化，總比特?cái)?shù)為MNQ，基礎(chǔ)圖像Bi的灰度值Gi為介于O到2Q_1之間的正整數(shù)。所述的圖像數(shù)據(jù)集包括通用圖像集，地面日常通用圖像集和面向應(yīng)用圖像集。通用圖像集、地面日常通用圖像集采用日常生活典型圖像組成該圖像集。該圖像集由Lena、Baboon、Airplane、Boat、Goldhill、Pepper等圖像組成，η可以小于或等于10。面向應(yīng)用圖像集，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，選擇典型應(yīng)用領(lǐng)域典型圖像建立圖像集，比如紋理庫，人臉庫，衛(wèi)星遙感目標(biāo)庫等，η根據(jù)情況選取具體值。(2)將原始圖像A分別和選擇出的η幅基礎(chǔ)圖像BI，Β2，. . .，Bn進(jìn)行運(yùn)算操作合成一幅圖像，從而分別得到η副生成圖像Cl，C2，. . .，Cn ;通過運(yùn)算操作獲得所述生成圖像Ci的一種方式為，將所述基礎(chǔ)圖像與所述原始圖像按灰度值逐位進(jìn)行異或運(yùn)算獲得。或者采用其他運(yùn)算方式。(3)對(duì)獲得的生成圖像Ci進(jìn)行壓縮編碼，編碼方式可以為根據(jù)壓縮比R進(jìn)行的壓縮編碼，也可以為無失真壓縮編碼。在根據(jù)壓縮比R進(jìn)行的壓縮編碼中，對(duì)原始圖像A和生成圖像Cl，C2，. . .，Cn分別進(jìn)行壓縮編碼，選出壓縮效果最好的生成圖像Cj，j為壓縮效果最好的生成圖像的序號(hào)，同樣j也為用于生成該生成圖像的基礎(chǔ)圖像的序號(hào)。若j = 0，則表示對(duì)原始圖像A進(jìn)行壓縮編碼后的壓縮效果最好。將此序號(hào)j數(shù)據(jù)嵌入到由生成圖像經(jīng)壓縮編碼后生成的傳輸數(shù)據(jù)的預(yù)先保留位中，從而可在傳輸數(shù)據(jù)到達(dá)接收端時(shí)，將基礎(chǔ)圖像的序號(hào)同時(shí)傳輸?shù)浇邮斩恕?br> 壓縮效果根據(jù)采用的壓縮編碼的方式可分為如下兩種方法一根據(jù)壓縮比R對(duì)Cl，C2，. . .，Cn分別進(jìn)行壓縮編碼，計(jì)算各幅圖像的峰值信噪比PSNR，選擇峰值信噪比PSNR最大的圖像作為Cj圖像。方法二 對(duì)Cl，C2，. . .，Cn分別進(jìn)行無失真壓縮，計(jì)算各自的壓縮比，按壓縮比大小排列，選出壓縮比最大的圖像作為Cj圖像。(4)接收端對(duì)接收到的傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓譯碼得到恢復(fù)圖像Cj，再進(jìn)行序號(hào)信息提取得到j(luò)，利用數(shù)據(jù)集中與序號(hào)j相對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)圖像Bj進(jìn)行與發(fā)送端相逆的運(yùn)算，從而恢復(fù)出原始圖像A。對(duì)應(yīng)于本發(fā)明實(shí)施例所述方法，如圖2所示為本 發(fā)明系統(tǒng)示意圖。本發(fā)明所述基于圖像集的數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)包括，發(fā)送端的基礎(chǔ)圖像單元、運(yùn)算編碼單元和圖像發(fā)送單元；接收端的圖像接收單元和譯碼逆運(yùn)算單元。在發(fā)送端，圖像基礎(chǔ)單元根據(jù)方法步驟(I)在圖像數(shù)據(jù)集中選擇與待傳輸原始圖像A大小相同的η幅基礎(chǔ)圖像Bi (i = I, 2,......, η)。運(yùn)算編碼單元根據(jù)方法步驟(2)對(duì)原始圖像A和η幅基礎(chǔ)圖像Bi進(jìn)行壓縮編碼，從而獲得對(duì)應(yīng)于各基礎(chǔ)圖像的η副生成圖像Ci。進(jìn)一步采用方法步驟(3)所述操作對(duì)生成圖像Ci的壓縮效果進(jìn)行評(píng)估，確定壓縮效果最好的生成圖像的壓縮數(shù)據(jù)作為傳輸數(shù)據(jù)，并利用圖像發(fā)送單元發(fā)送到接收端。在接收端，圖像接收單元接收傳輸數(shù)據(jù)，并將收到的傳輸數(shù)據(jù)輸出給譯碼逆運(yùn)算單元。譯碼逆運(yùn)算單元根據(jù)方法步驟(4)從傳輸數(shù)據(jù)中提出生成圖像，并采用與發(fā)送端運(yùn)算編碼單元相逆的運(yùn)行對(duì)生成圖像進(jìn)行逆運(yùn)算，獲得原始圖像。本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
權(quán)利要求
1.一種基于圖像集的數(shù)據(jù)壓縮方法，其特征在于包括以下步驟 在圖像數(shù)據(jù)集中選擇與待傳輸?shù)脑紙D像的大小相同的基礎(chǔ)圖像； 將所述原始圖像與各基礎(chǔ)圖像分別進(jìn)行運(yùn)算獲得生成圖像； 對(duì)所述生成圖像進(jìn)行壓縮編碼，將壓縮編碼效果最好的生成圖像的壓縮編碼數(shù)據(jù)作為傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送； 接收端對(duì)傳輸數(shù)據(jù)譯碼獲得生成圖像； 利用與發(fā)送端相同的基礎(chǔ)圖像從所述生成圖像中提取出原始圖像。
2.如權(quán)利要求I所述的一種基于圖像集的數(shù)據(jù)壓縮方法，其特征在于所述圖像數(shù)據(jù)集包括通用圖像集和面向應(yīng)用圖像集；所述通用圖像集由日常生活典型圖像組成；所述面向應(yīng)用圖像集由典型應(yīng)用領(lǐng)域典型圖像組成。
3.如權(quán)利要求I所述的一種基于圖像集的數(shù)據(jù)壓縮方法，其特征在于所述生成圖像通過所述基礎(chǔ)圖像與所述原始圖像按灰度值逐位進(jìn)行異或運(yùn)算獲得。
4.如權(quán)利要求I所述的一種基于圖像集的數(shù)據(jù)壓縮方法，其特征在于所述壓縮編碼效果通過以下方法進(jìn)行確定 在對(duì)生成圖像按壓縮比進(jìn)行壓縮編碼時(shí)，所述壓縮編碼效果根據(jù)生成圖像的峰值信噪比確定；在對(duì)生成圖像進(jìn)行無失真壓縮編碼時(shí)，所述壓縮編碼效果根據(jù)壓縮比的大小確定。
5.如權(quán)利要求I所述的一種基于圖像集的數(shù)據(jù)壓縮方法，其特征在于所述生成圖像經(jīng)壓縮編碼生成的傳輸數(shù)據(jù)中具有用于嵌入所述基礎(chǔ)圖像序號(hào)的保留位；在接收端根據(jù)所述保留位中的基礎(chǔ)圖像序號(hào)確定用于提取原始圖像的基礎(chǔ)圖像。
6.一種基于圖像集的數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)，包括圖像發(fā)送單元、圖像接收單元，其特征在于，還包括基礎(chǔ)圖像單元、運(yùn)算編碼單元和譯碼逆運(yùn)算單元， 所述基礎(chǔ)圖像單元從圖像數(shù)據(jù)集中提取與原始圖像數(shù)據(jù)大小相同的基礎(chǔ)圖像； 所述運(yùn)算編碼單元將原始圖像數(shù)據(jù)與每幅基礎(chǔ)圖像按灰度值逐位進(jìn)行異或運(yùn)算后獲得生成圖像；對(duì)所述生成圖像進(jìn)行壓縮編碼，將壓縮編碼效果最好的生成圖像的壓縮編碼數(shù)據(jù)作為傳輸數(shù)據(jù)通過圖像發(fā)送單元進(jìn)行發(fā)送； 所述譯碼逆運(yùn)算單元對(duì)圖像接收單元接收的傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼獲得生成圖像，并利用與發(fā)送端相同的基礎(chǔ)圖像從生成圖像中提取出原始圖像數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求6所示的一種基于圖像集的數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)，其特征在于所述圖像數(shù)據(jù)集包括通用圖像集和應(yīng)用圖像集；所述通用圖像集由日常生活典型圖像組成；所述應(yīng)用圖像集由典型應(yīng)用領(lǐng)域典型圖像組成。
8.如權(quán)利要求6所示的一種基于圖像集的數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)，其特征在于所述壓縮編碼效果通過以下方法進(jìn)行確定 在對(duì)生成圖像按壓縮比進(jìn)行壓縮編碼時(shí)，所述壓縮編碼效果根據(jù)生成圖像的峰值信噪比確定；在對(duì)生成圖像進(jìn)行無失真壓縮編碼時(shí)，所述壓縮編碼效果根據(jù)壓縮比的大小確定。
9.如權(quán)利要求6所示的一種基于圖像集的數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)，其特征在于所述生成圖像經(jīng)壓縮編碼生成的傳輸數(shù)據(jù)中具有用于嵌入所述基礎(chǔ)圖像序號(hào)的保留位；所述譯碼逆運(yùn)算單元根據(jù)所述保留位中的基礎(chǔ)圖像序號(hào)確定用于提取原始圖像的基礎(chǔ)圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于圖像集的數(shù)據(jù)壓縮方法，包括以下步驟在圖像數(shù)據(jù)集中選擇與待傳輸?shù)脑紙D像的大小相同的基礎(chǔ)圖像；將所述原始圖像與各基礎(chǔ)圖像分別進(jìn)行運(yùn)算獲得生成圖像；對(duì)所述生成圖像進(jìn)行壓縮編碼，將壓縮編碼效果最好的生成圖像的壓縮編碼數(shù)據(jù)作為傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送；接收端對(duì)傳輸數(shù)據(jù)譯碼獲得生成圖像；利用與發(fā)送端相同的基礎(chǔ)圖像從所述生成圖像中提取出原始圖像。同時(shí)本發(fā)明還提供了一種采用該方法的基于圖像集的數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)。本發(fā)明基于現(xiàn)有壓縮方式，利用圖像集實(shí)現(xiàn)了對(duì)原始圖像的更優(yōu)壓縮和安全傳輸。
文檔編號(hào)H04N7/26GK102821277SQ20121025197
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者周詮, 李曉博, 方海, 黎軍, 呼延烺, 張怡, 李靜玲 申請(qǐng)人:西安空間無線電技術(shù)研究所