[发明专利]一种新型的彩色图像编码方法

摘要

本发明提供了一种新型的彩色图像编码方法，它是根据RGB和YCbCr彩色空间之间的转换矩阵为非酉矩阵的特性即RGB图像和YCbCr图像之间存在的误差的不对等性，以最小化RGB空间的插值误差为目标，对Y、Cb和Cr三个分量进行联合优化滤波，滤波后保持Y分量的分辨率不变，Cb和Cr两个分量的分辨率得到降低；滤波完成后，再利用标准的JPEG图像压缩方法对三个分量分别进行压缩；以此为基础对RGB图像进行编码，编码效率大幅提高。采用本发明的方法能够提高RGB彩色图像的编码效率，并且复杂度不高，易于实现。

主权项

1.一种新型的彩色图像编码方法，其特征是它包括以下步骤：步骤1，图像的预处理首先，将分辨率为w×h的原始RGB彩色图像，记为X，这里，w是图像的宽度，h是图像的高度；其次，按照标准的提取RGB图像分量的方法提取红、绿和蓝三个色彩分量图像，提取出的红、绿和蓝三个色彩分量图像分别记为R、G和B，这里R、G和B的分辨率都是w×h；接着，按照标准的无重叠式图像分块方法将R划分为N＝(w×h)/n²个互不重叠的，大小为n×n的正方形图像块，记为r₁，r₂，…，r_i，...，r_N；按照标准的无重叠式图像分块方法将G划分为N＝(w×h)/n²个互不重叠的，大小为n×n的正方形图像块，记为g₁，g₂，…，g_i，…，g_N；按照标准的无重叠式图像分块方法将B划分为N＝(w×h)/n²个互不重叠的，大小为n×n的正方形图像块，记为b₁，b₂，…，b_i，…，b_N；这里，N代表所产生的图像块的个数，n代表所产生的每个正方形图像块的宽度或高度，i代表图像块的索引，i∈{1，2，…，N}；步骤2，将图像块转化为列向量首先，将步骤1产生的图像块r₁，r₂，…，r_i，…，r_N，依次按照标准的矩阵转化为列向量的方法转化成N个列向量，记为其次，将步骤1产生的图像块g₁，g₂，…，g_i，…，g_N，依次按照标准的矩阵转化为列向量的方法转化成N个列向量，记为接着，将步骤1产生的图像块b₁，b₂，…，b_i，…，b_N，依次按照标准的矩阵转化为列向量的方法转化成N个列向量，记为最后，将和按照标准的低维列向量合成高维列向量的方法产生一个列向量，记为Z₁；将和按照标准的低维列向量合成高维列向量的方法产生一个列向量，记为Z₂；…；同理，将和按照标准的低维列向量合成高维列向量的方法产生一个列向量，记为Zi；…；将和按照标准的低维列向量合成高维列向量的方法产生一个列向量，记为Z_N；步骤3，产生插值矩阵首先，按照标准的生成双三次插值矩阵的方法，产生一个大小为n²×(n²/4)的插值矩阵，记为H；其次，按照标准的生成单位矩阵的方法，产生一个大小为n²×n²的单位矩阵，记为I；接着，按照标准的生成全零矩阵的方法，产生一个大小为n²×(n²/4)的单位矩阵，记为O₁；然后，按照标准的生成全零矩阵的方法，产生一个大小为n²×n²的单位矩阵，记为O₂；最后，用I、H和O按照从左到右、从上到下的顺序，生成一个插值矩阵，记为C:步骤4，产生彩色空间转换矩阵首先，定义标准的RGB图像转化YCbCr图像的方法中的线性转化矩阵记为Ψ；其次，对Ψ求逆矩阵，将得到的逆矩阵记为Λ，这里，其中λ₁₁、λ₁₂、λ₁₃、λ₂₁、λ₂₂、λ₂₃、λ₃₁、λ₃₂和λ₃₃都是Λ的元素；接着，用λ₁₁、λ₁₂、λ₁₃、λ₂₁、λ₂₂、λ₂₃、λ₃₁、λ₃₂和λ₃₃依次与单位矩阵I相乘，将得到的大小为n²×n²的对角矩阵分别记为α₁₁、α₁₂、α₁₃、α₂₁、α₂₂、α₂₃、α₃₁、α₃₂和α₃₃，这里，同理，最后，用α₁₁、α₁₂、α₁₃、α₂₁、α₂₂、α₂₃、α₃₁、α₃₂和α₃₃按照从左到右、从上到下的顺序，生成一个大小为3n²×3n²的转换矩阵，记为A，这里步骤5，产生下采样矩阵首先，用步骤4产生的转换矩阵A左乘步骤3产生的插值矩阵C，得到变换矩阵D，这里D＝A·C；其次，用D产生一个下采样矩阵，记为F，这里，F＝(D^T·D)^‑1·D^T，其中符号“T”表示矩阵的转置操作；步骤6，产生下采样列向量用步骤5产生的下采样矩阵F依次左乘步骤2产生的列向量Z₁，Z₂，…，Z_i，…，Z_N，得到变换系数列向量，记为这里，步骤7，列向量转化为图像块第1步，将步骤6产生的下采样列向量的第1至n²个元素依次取出，按照标准的用像素点产生图像块的方法，产生一个大小为n×n的图像块，记为y₁；将的第n²+1至n²+(n²/4)个元素依次取出，按照标准的用像素点产生图像块的方法，产生一个大小为(n/2)×(n/2)的图像块，记为cb₁；将的第n²+(n²/4)+1至最后一个元素依次取出，按照标准的用像素点产生图像块的方法，产生一个大小为(n/2)×(n/2)的图像块，记为cr₁；第2步，将步骤6产生的下采样列向量的第1至n²个元素依次取出，按照标准的用像素点产生图像块的方法，产生一个大小为n×n的图像块，记为y₂；将的第n²+1至n²+(n²/4)个元素依次取出，按照标准的用像素点产生图像块的方法，产生一个大小为(n/2)×(n/2)的图像块，记为cb₂；将的第n²+(n²/4)+1至最后一个元素依次取出，按照标准的用像素点产生图像块的方法，产生一个大小为(n/2)×(n/2)的图像块，记为cr₂；……；第i步，将步骤6产生的下采样列向量的第1至n²个元素依次取出，按照标准的用像素点产生图像块的方法，产生一个大小为n×n的图像块，记为y_i；将的第n²+1至n²+(n²/4)个元素依次取出，按照标准的用像素点产生图像块的方法，产生一个大小为(n/2)×(n/2)的图像块，记为cb_i；将的第n²+(n²/4)+1至最后一个元素依次取出，按照标准的用像素点产生图像块的方法，产生一个大小为(n/2)×(n/2)的图像块，记为cr_i；……；同理，第N步，将步骤6产生的下采样列向量的第1至n²个元素依次取出，按照标准的用像素点产生图像块的方法，产生一个大小为n×n的图像块，记为y_N；将的第n²+1至n²+(n²/4)个元素依次取出，按照标准的用像素点产生图像块的方法，产生一个大小为(n/2)×(n/2)的图像块，记为cb_N；将的第n²+(n²/4)+1至最后一个元素依次取出，按照标准的用像素点产生图像块的方法，产生一个大小为(n/2)×(n/2)的图像块，记为cr_N；步骤8，图像重建用步骤7产生的图像块y₁，y₂，…，y_i，…，y_N，采用标准的图像块合成图像的方法进行合成，得到完整的亮度图像，记为Y；用步骤7产生的图像块cb₁，cb₂，…，cb_i，…，cb_N，采用标准的图像块合成图像的方法进行合成，得到第一个下采样的色度图像，记为Cb；用步骤7产生的图像块cr₁，cr₂，…，cr_i，…，cr_N，采用标准的图像块合成图像的方法进行合成，得到第二个下采样的色度图像，记为Cr；步骤9，图像压缩用标准的JPEG图像压缩方法分别对步骤8产生的图像Y、图像Cb和图像Cr进行压缩，得到压缩后的失真度低、压缩率高的彩色图像。