[发明专利]一阶差分前缀派生表示的数字图像无损压缩编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种一阶差分前缀派生表示的数字图像无损压缩编码方法，属于数字图像无损压缩技术领域。

背景技术

 随着多媒体技术和各种数字图像通信技术的发展，人们对数字图像的品质提出了更高的要求。数字化后的图像占用的空间是巨大的，单纯依赖提高计算机硬件和通信设施的性能来解决高品质图像的存储与传输必然带来成本上的巨大投入和不切实际。因此，对数字图像进行数据压缩处理是十分必要的，研究与开发高性能的数字图像压缩算法具有很大的理论意义和实用价值。

 数字图像的无损压缩在某些特殊领域的应用是十分迫切的，例如医学图像、星空图像，卫星图像、历史档案的存储等。常用的无损压缩编码技术有游程编码、Huffman编码、算数编码和基于字典的LZW编码等。 对于数字图像的有损或无损压缩而言，其核心为数据编码方法，传统Huffman编码方法为一种最优编码方法，但编解码过程较为复杂，且需通过编码过程中形成的编码表进行逐位匹配解码，给实际应用带来不便。本发明提出的一种一阶差分前缀派生表示的数字图像无损压缩编码方法，将图像原始数据转换为一阶差分数据，并对一阶差分数据进行前缀派生编码，编码由两部分组成，前缀部分与后缀部分，编码结构简单，由前缀编码可惟一确定与其对应的后缀编码位数，编解码过程快速，压缩效率较高。

发明内容

 本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种一阶差分前缀派生表示的数字图像无损压缩编方法，该方法的派生编码为一种即时码，结构简单，编解码过程快速，压缩效率较高。

 为达到上述目的，本发明的构思是：对一般图像而言，图像纹理部分的像素值是渐变的，每一个像素点的值同它周围点的像素值大小相同或相近，将相邻的图像数据像素值按图像横向与纵向方向相减，得到相邻像素值的横向一阶差分和纵向一阶差分序列，从中选取上述两一阶差分序列元素绝对值之和较小序列。基于可变长原理，对所选一阶差分序列各一阶差分元素进行变长编码，每个一阶差分元素对应的编码包含前缀编码和后缀编码两个部分，前缀编码用000、001、010、011、100、101、110、111三位编码表示，分别表示一阶差分所属的组号，后缀编码表示一阶差分在所属组内的位置，其位数由前缀决定。基于图像渐变区域的像素点远远多于图像突变区域的像素点，一阶差分大体服从一个正态分布，即一阶差分绝对值越小，其元素个数越多，一阶差分绝对值越大，其元素个数越少。相比图像原数据的直方图，一阶差分的直方图具有更好的数据集中度，这里的一阶差分直方图也称为一阶差分个数统计表，如此对一阶差分依次编码后，较小一阶差分值对应短码，较大一阶差分值对应长码，从而实现图像数据的无损压缩。

根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案：

一阶差分前缀派生表示的数字图像无损压缩编方法，包含如下步骤：

（1），对原始图像数据进行预处理，按图像横向方向和纵向方向将相邻的图像数据像素值相减，得到横向和纵向一阶差分序列，从横向与纵向一阶差分序列中选取一阶差分绝对值之和较小的一阶差分序列，具体如下：

对原始图像逐列相减，第1列上下相减，并逐行提取一阶差分值得到横向一阶差分序列；对原始图像逐行相减，第一行左右相减，并逐行提取一阶差分值得到纵向一阶差分序列。选取横向和纵向一阶差分序列中绝对值之和较小的一阶差分序列；

（2），统计步骤（1）所选的一阶差分序列中各元素个数，生成一阶差分个数统计表；

（3），将步骤（2）所述一阶差分个数统计表中各非零元素所对应的一阶差分依0~4次前缀派生进行分组处理，在分组基础上对步骤（2）所述一阶差分个数统计表中各非零元素所对应的一阶差分进行0~4次前缀派生编码，具体如下：

（3-1）、将步骤（2）所述一阶差分个数统计表中各非零元素所对应的一阶差分分为0、±1、±2、±3~±4、±5~±8、±9~±16、±17~±32、±33~±255等8组元素。第1组元素仅为一阶差分0，第2组元素为一阶差分±1，…，第8组元素为一阶差分±33~±255；