[发明专利]一种静止动态一体化的图像编码方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，更进一步涉及一种基于离散小波变换DWT(Discrete Wavelet Transform)和离散余弦变换DCT(Discrete Cosine Transform)混合变换的多级树集合分裂SPIHT(Set Partitioning in Hierarchical Tree)算法的静止动态一体化的图像压缩方法。本发明适用于星上对静止动态图像进行一体化的压缩处理。

背景技术

近几年，在航天应用中的图像压缩领域，要求相机载荷同时具有静止和动态图像成像及压缩编码的工作模式已经成为一种发展趋势，在已经成功发射的神州7号伴飞小卫星和即将发射的嫦娥3号卫星上都有类似的应用。然而，静止和动态图像的数据统计特性有很大区别，针对它们的最优压缩编码方法也相应地存在很大区别。静止图像编码处理单帧图像，只考虑帧内的相关性，不考虑帧间的相关性。动态图像编码则需要充分考虑序列中相邻帧间的相关性，以通过运动估计和补偿等技术来提高压缩效率。目前，静止图像编码的国际标准是JPEG2000，采用基于小波的内嵌码块编码方法。动态图像编码的国际标准是H.264，采用基于块的变换和帧间运动估计的编码方法。这两种压缩方法并不是在统一框架下实现的。因此，如果单独采用其中一种方法进行压缩，将无法获得最佳性能。如果同时采用两种方法分别进行压缩，则在同一个系统中需要设计两个独立的压缩模块，会降低可靠性，并大大增加设备的功耗、体积、重量和成本等，不能适应航天应用对高可靠性、低功耗、低复杂度的特殊要求。

针对这一情况，有学者提出了静止动态一体化的压缩方法。

马鸿泰论文“国家天文台静、动态图像编码与传输的研究”(北京邮电大学的硕士学位论文2007年3月)中公开了一种基于天文学应用的静止动态图像编码与传输方法。该方法采取JPEG算法对FITS格式的星图文件进行有损压缩，采取基于ZIP压缩下使用分层的方法对星图进行无损压缩，然后通过Windows Media的流媒体技术将多幅静止的星图流化成一个视频文件，支持网络发布、视频点播等功能。该方法的不足之处是：由于该方法的计算复杂度高，压缩速度缓慢，尤其是对动态图像难以用硬件实现，而且该方法专门应用于天文图像压缩，没有涉及到星上图像等的压缩处理方法。

郭清衍论文“静止和活动图像一体化解压缩软件设计与实现”(西安电子科技大学的硕士学位论文2010年6月)中公开了一种静止和动态图像一体化的压缩方法。该方法对于静止图像采用内嵌小波变换算法，对于活动图像加入了运动估计和运动补偿的模块，具有良好的压缩效果，支持实时解码显示、多功能回放等功能。该方法的不足之处是：存储空间大，计算复杂度高，码率难以控制，对动态图像进行高倍压缩时性能不够理想。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种基于多级树集合分裂SPIHT算法的编码方法，能够在统一的架构下实现静止图像以及低速动态图像的编码。

为实现上述目的，本发明包括如下步骤：

(1)对原始图像进行预处理：

1a)输入静止或者动态的原始图像；

1b)将原始图像的每个像素值减去2^p-1，其中p为图像的像素精度，获得直流电平位移后的图像；

1c)将位移后的图像的每个像素值乘以任意确定的相同倍数，获得数据提升后的图像；

(2)对数据提升后的图像进行帧内离散小波变换；

(3)判断图像类型：如果是动态图像，执行步骤(4)，如果是静止图像，执行步骤(5)；

(4)帧间离散余弦变换：

4a)将离散小波变换后的动态图像每8帧作为一组，划分为若干组图像；

4b)将每组图像中相同位置的像素点抽取出来，组合成一维的像素块；

4c)对像素块进行离散余弦变换；

4d)将变换后像素块中的每个像素点放回每组图像中抽取时的位置；

(5)多级树集合分裂SPIHT编码：对步骤(3)和步骤(4)得到的变换后图像进行多级树集合分裂SPIHT编码；

(6)联合码率优化截取：

6a)对动态图像编码后的码流，以帧间离散余弦变换时的分组作为截取单位，从最重要比特平面到最不重要比特平面，逐一截取组内每帧图像在每个比特平面的码流，达到预定码率时，停止截取；

6b)对静止图像编码后的码流，以单帧图像作为截取单位，从最重要比特平面到最不重要比特平面，逐一截取图像在每个比特平面的码流，达到预定码率时，停止截取；