[发明专利]基于能量泄露和放大的改进SPIHT图像编码和解码方法

权利要求书

1.一种基于能量泄露和放大的改进SPIHT图像编码方法，其特征在于按照如下步骤进行：

步骤1.输入待编码图像I和目标码率R，设图像大小为H×W像素，根据码率计算编码I所需的比特数并将H和W各用1个字节传输至解码端；

步骤2.对图像I进行级Daubechies双正交9/7小波变换；

步骤3.判断最低频子带是否存在负系数，若包含负系数，则令标志变量HavingNegative＝1，否则令HavingNegative＝0，然后将HavingNegative的值用1bit传输至解码端；

步骤4.计算最低频子带系数的绝对值最大的幅值Max，进而得出最大位平面数并将n的值用4bit传输至解码端；

步骤5.采用前向差分算子计算最高频子带在每个系数处的梯度，然后分别统计3个最高频子带的梯度方向直方图，进而为每个最高频子带选取一个主要梯度方向，并按照LH、HL和HH的顺序，将3个最高频子带的主要梯度方向Θ_LH、Θ_HL、Θ_HH各用8bit传输至解码端；

步骤6.对3个最高频子带分别沿着其主要梯度方向进行级一维5/3提升小波变换；

步骤7.初始化非重要系数表重要系数表非重要子集表和比特位流表

步骤8.采用类似SPIHT的扫描方式编码所有小波变换系数；

所述类似SPIHT的扫描方式包括如下步骤：

步骤8.1初始化扫描阈值T＝2ⁿ，将最低频子带的所有系数放入LIP表，将存在孩子系数的最低频系数加入LIS表，并将其扫描类型设置为D型；

步骤8.2若T＜1或比特位流表中的待输出比特数大于Bit_Budget，则转入步骤9；否则，转入步骤8.3；

步骤8.3扫描LIP表：顺序取出LIP表中的每个待处理系数c，执行步骤8.3.1～步骤8.3.5；若LIP表中的所有系数均已处理完毕，则转入步骤8.4；

步骤8.3.1若|c|＜T，则在比特位流表E的末尾添加比特“0”，则返回步骤8.3；

步骤8.3.2若|c|≥T，则在比特位流表E的末尾添加比特“1”，把该系数c从LIP表中删除并添加到LSP表末尾；

步骤8.3.4若c是最低频系数且HavingNegative＝0，则返回步骤8.3；否则，转入步骤8.3.5；

步骤8.3.5如果系数c是正数，则在比特位流表E的末尾添加比特“1”，否则，在比特位流表E的末尾添加比特“0”，返回步骤8.3；

步骤8.4扫描LIS表：顺序取出LIS表中的每个待处理元素e，执行步骤8.4.1～步骤8.4.3；若LIS表中的所有元素均已处理完毕，则转入步骤8.5；

步骤8.4.1若其扫描类型为D型，则转入步骤8.4.2，否则转入步骤8.4.3；

步骤8.4.2判断e的D型子集是否为重要集合：

a.若e的D型子集是重要集合，则在比特位流表E的末尾添加比特“1”，再执行4次步骤a.1～步骤a.3来依次判断e的4个D型孩子系数的重要性；

a.1若某个孩子系数是重要的，则在比特位流表E的末尾添加比特“1”，并且把该孩子系数加到LSP表末尾，进一步，若该孩子系数是正数，则在比特位流表E的末尾添加比特“1”，否则在比特位流表E的末尾添加比特“0”；

a.2判断e的L型子集是否为空集，如果不为空集，则把e的扫描类型由D型转换成L型后添加到LIS表尾部，如果e的L型子集为空集，则从LIS表中删除元素e；

a.3如果某个孩子系数不是重要系数，则把该孩子系数添加到LIP表末尾，并且在比特位流表末尾添加比特“0”；

b.如果e的D型子集是不重要集合，则在比特位流表末尾添加字符“0”；

步骤8.4.2判断e的L型子集是否为重要集合：

a.如果e的L型子集是重要集合，则在比特位流表末尾添加比特“1”，并且把e的4个直接孩子系数添加到LIS表尾部，将其扫描类型设置为D型；返回步骤8.4；

b.如果e的L型子集不是重要集合，则在比特位流表末尾添加比特“0”；返回步骤8.4；

步骤8.5精细扫描：顺序扫描LSP表，除了本轮扫描增加的那些系数以外，将表中其余系数的第n个位平面输出到比特位流表E中；

步骤8.6令n←n-1，转入步骤8.2；

步骤9.将比特位流表E传输至解码端，编码过程结束。

2.一种与基于能量泄露和放大的改进SPIHT图像编码方法对应的解码方法，其特征在于按照如下步骤进行：

步骤1.初始化待解码图像I的基本信息；

步骤1.1输入待解码比特流和目标码率R，从编码端发送来的比特位流的前2个字节中解码出图像的高度H和宽度W，进而确定解码图像I所需的比特数

步骤1.2从比特位流中读取5bit，解码出HavingNegative和最大位平面数n；

步骤1.3从比特位流中读取24bit，按照LH、HL和HH的顺序，解码出3个最高频子带的主要梯度方向Θ_LH、Θ_HL、Θ_HH；

步骤2.初始化非重要系数表重要系数表非重要子集表将待解码图像的级小波变换系数全部初始化为0，令扫描阈值T＝2ⁿ；

步骤3.将最低频子带的所有系数坐标放入LIP表，将存在孩子系数的最低频系数的坐标添加到LIS表中，并将其扫描类型设置为D型；

步骤4.采用类似SPIHT的扫描方式处理LIP表、LIS表和LSP表；

所述类似SPIHT的扫描方式包括如下步骤：

步骤4.1扫描LIP表：对于LIP表中的每个待处理元素，执行步骤4.1.1～步骤4.1.5；若LIP表中的所有元素均已处理完毕，则转入步骤4.2；

步骤4.1.1从比特位流中读取1bit c；

步骤4.1.2若c＝0，则表明LIP表中当前坐标(i,j)所对应的系数为不重要系数，返回步骤4.1；

步骤4.1.3若c＝1，表明LIP表中当前坐标(i,j)所对应的系数为重要系数，则将该重要系数的值更新为1.5×T，然后把坐标(i,j)从LIP表中删除并添加到LSP表末尾；

步骤4.1.4若当前坐标(i,j)处于最低频子带且HavingNegative＝0，则返回步骤4.1；否则，转入步骤4.1.5；

步骤4.1.5从比特位流中读取1bit，如果该比特为“0”，则将当前坐标(i,j)所对应的系数值取相反数；否则，保持其系数值不变；

步骤4.2扫描LIS表：对于LIS表中的每个待处理元素p，执行步骤4.2.1～步骤4.2.3；若LIS表中的所有元素均已处理完毕，则转入步骤4.3；

步骤4.2.1如果当前待处理元素p的扫描类型为D型，则转入步骤4.2.2，否则转入步骤4.2.3；

步骤4.2.2从比特位流中读取1bit e；

a如果e＝1，表明p对应的D型子集是重要集合，执行4次步骤a.1～a.4依次判断其4个D型孩子系数的重要性；

a.1从比特位流中读取1bit，如果该比特为“1”，则转入a.2，否则转入a.4；

a.2把p的直接孩子系数的坐标加到LSP表末尾，并进一步从比特流中读取1bit，若该比特为“1”，则将相应孩子系数的值更新为1.5×T，否则将相应孩子系数的值更新为-1.5×T；

a.3判断p的L型子集是否为空集，若不为空集，则把p的扫描类型由D型转换成L型后添加到LIS表尾部；若p的L型子集为空集，则将元素p从LIS表中删除；转入步骤4.2.2；

a.4把孩子系数的坐标添加到LIP表末尾；

b如果e＝0，表明p对应的是不重要集合，返回步骤4.2；

步骤4.2.3从比特位流中读取1bit f，判断p的L型子集是否为重要集合；

a如果f＝1，表明p的L型子集是重要集合，则把p的4个直接孩子系数的坐标添加到LIS表尾部，将其扫描类型设置为D型；返回步骤4.2；

b如果f＝0，表明p的L型子集不是重要集合；返回步骤4.2；

步骤4.3精细扫描：顺序扫描LSP表，对于除本轮扫描增加的那些元素以外的每个元素，从比特位流中读取1bit，若该比特为“1”，则将该元素所对应的小波系数绝对值增加T/2，否则将该元素所对应的小波系数绝对值减小T/2；

步骤4.4令n←n-1，若目前从比特位流中读取的比特位数量已达到Bit_Budget或T＜1，则转入步骤5，否则转入步骤4.1；

步骤5.对3个最高频子带LH、HL和HH，分别沿着其主要梯度方向Θ_LH、Θ_HL、Θ_HH进行级一维5/3提升小波逆变换，得到小波系数矩阵T₁，并将T₁复制到矩阵T₂；

步骤6.将T₁进行级Daubechies双正交9/7小波逆变换，得到解码出的图像R′；

步骤7.利用Canny算子对R′进行边缘检测，得到边缘像素的二值掩码矩阵E：若图像R′的像素x位于边缘上，则令E(x)←1，否则令E(x)←0；

步骤8.将T₂的最低频子带系数全部置为0，但保留高频子带系数不变；

步骤9.对低频置0后的T₂进行级Daubechies双正交9/7小波逆变换，得到图像R；

步骤10.对R′进行迭代式高频能量增强，令i←1；

步骤10.1将R进行高通滤波，得到高通系数矩阵C；

步骤10.2对于R中的每个像素x，利用高通系数矩阵C和二值掩码矩阵E，根据公式⑴的定义计算增强后的像素值R(x)：

R(x)←a×C(x)×E(x)+R′(x)⑴所述a表示预设的权重系数，C(x)表示矩阵C中坐标x处的元素值，R′(x)表示解码图像R′中坐标x处的像素值；

步骤10.3令i←i+1，若i≥T_Iteration，所述T_Iteration表示预设的迭代次数，则转入步骤11，否则转入步骤10.1；

步骤11.输出R，作为最终的解码图像。