[发明专利]一阶差分前缀表示的图像数据无损压缩的编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种一阶差分前缀表示的图像数据无损压缩的编码方法，属于数字图像无损压缩技术领域。

背景技术

近年来，随着多媒体技术和各种数字图像通信技术的发展，人们对数字图像在质量、大小和应用方面提出了更高的要求，希望能够在保证质量的前提下用有限的空间和带宽资源存储与传递大幅图像。但是数字化后的图像占的空间是巨大的，单纯依赖于提高计算机硬件和通信设施的性能来解决问题完全跟不上应用要求。因此，为了减轻数字图像对存储中介的要求，同时提高计算机的工作效率，对数字图像数据进行压缩使其能够有效的处理、存储和传输是非常有必要的。

图像压缩是指：在保证一定的图像质量的前提下，减少原始图像数据量的处理过程。图像编码是对图像采用不同的表达方式来减小表示图像所需的数据量，压缩的理论基础是信息论。

图像压缩的编码方法分为两类：无损压缩和有损压缩。常用的无损压缩编码技术有游程编码、Huffman编码、算术编码和基于字典的LZW编码等，无损压缩在编码过程中仅仅去除图像中的冗余，图像信息保证不丢失，可以完整的重建原始图像，压缩和解压缩是一个可逆过程。采用无损压缩，原始数据可由压缩数据完全恢复出来，该方法由于受到不失真的影响，压缩比要低于有损压缩，但是在某些领域确实迫切需要的，例如医学图像、星空图像，历史档案等，因此高性能的无损压缩算法具有很大的理论意义和实用价值。有损压缩允许在不影响图像信息的前提下通过一定技术适当降低图像的质量来获取更高的压缩效率，这种方法在解码时无法完全恢复原有的图像数据，有损编码采取的编码技术会带来不可恢复的损失。

现有的压缩编码有：熵编码、统计编码、预测编码等，并且出台了基于DCT等技术的国际压缩标准，如JPEG，MPEG，H.263等，它们都是以余弦变换（DCT）为基础，对其变换的系数量化后，再进行游程编码。然而随着人们对这些传统编码方法的深入研究和应用，发现这些方法压缩比低，压缩效率不高。为了克服上述压缩编码方法的缺点，人们提出了几种新的编码方法：基于小波变换的压缩方法、分形压缩编码等，但是这些压缩编码算法复杂，计算量大，而且需要采用专用的压缩和解压缩芯片，成本很高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题提出一种一阶差分前缀表示的图像数据无损压缩的编码方法，该方法编解码简单，压缩效果好，压缩效率高。

为达到上述目的，本发明的构思是：在图像的任意一个局部区域内图像像素值是渐变的，每一个像素点的值同它周围的其他像素值大小相同或相近，将相邻的图像数据像素值相减，得到相邻像素值的一阶差分，统计相邻像素值的一阶差分中各一阶差分出现的概率，对一阶差分按概率重新由大到小排列，得到新的一阶差分，然后，基于信息熵理论，对一阶差分进行编码，每个对应的编码包含前缀和后缀两个部分，前缀用000-111三位编码表示，表示一阶差分所属的组号，同时表明后缀的位数，后缀表示差分在所属组内的位置，其位数由前缀决定，如此依次编码后，概率大的一阶差分对应短码，概率小的一阶差分对应长码，从而实现图像数据的压缩。

根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种一阶差分前缀表示的图像数据无损压缩的编码方法，包括如下步骤：

(1)，对原始图像数据进行预处理，将相邻的图像数据像素值相减，得到相邻像素值的一阶差分；

(2)，统计上述相邻像素值的一阶差分中各一阶差分出现的概率，对一阶差分按概率由大到小重新排序，得到新的一阶差分以及原差分与按概率大小排序后差分一一对应的一阶差分对应关系表；

(3)，对步骤(2)中得到的新的一阶差分进行一阶差分前缀表示编码处理，编码完成后生成前缀编码表和后缀编码表。

(4)，采用后缀派生法对步骤 (3)中后缀编码进行降位处理；

(5)，采用二分法对步骤 (4)中的一次前缀编码按位平面进行编码处理。

上述步骤(1)中所述的对原始图像数据进行预处理是指，对图像进行横向或纵向Z字型扫描读取图像数据，将相邻的图像数据像素值相减，得到相邻像素值的一阶差分，其中，以图像相邻像素值的平均差分绝对值作为图像数据相关性的标准，确定横向或纵向Z字型扫描读取数据。其中平均差分绝对值计算式为：

                                                            （1）

其中，表示图像第i个像素点的像素值，M表示图像相邻像素点差分的总数。