[发明专利]一种针对单张图像的压缩和解压方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像压缩技术领域，尤其涉及一种针对单张图像的压缩和解压方法。

背景技术

图像压缩编码的目的是以尽量少的比特数表征图像，同时尽量保持复原图像的质量，使其符合预定应用场合的要求。压缩数据量，提高有效性是图像压缩编码的首要目标。

图像压缩的依据主要有两个方面：

一是图像的冗余。在图像中存在着空间、时间、信息熵、结构和知识等冗余。去除或减少这些冗余，可实现对图像的压缩。

二是人的视觉特性。人的视觉对于边缘急剧变化不敏感（视觉掩盖效应），对颜色分辨力弱，利用这些特征可以在相应部分适当降低编码精度，而使人从视觉上并不感觉到图像质量的下降，从而达到对图像压缩的目的。

随着国家信息化建设的飞速发展，政府机关、海关、税务、银行、保险等企事业单位通过利用扫描仪，将纸质文件转化为电子图像，并进行存储和传输，提高了工作效率，降低了成本，提升了服务水平。由此也产生了大量的图像文件。对这些图像进行合理压缩，可有效节省硬件存储成本，减少网络传输占用带宽，提高传输速度，提升工作效率。

现在主流的图像压缩算法主要包括JPEG算法和JPEG2000算法，二值图像压缩算法主要是JBIG算法。

JPEG算法由于对图像进行分块，在高压缩比时产生严重的马赛克失真，即方块效应，主要原因是：一般情况下图像信号是高度非平稳的，很难用Gauss过程来描述，并且图像中的一些突变结构，例如边缘信息远比图像平稳性重要，用余弦基作图像信号的非线性逼近，其结果不是最优的。

JPEG2000算法复杂，针对大尺寸的图像时，压缩速度慢；在中、低度压缩比下，JPEG2000的优势不明显；另外，JPEG2000存在模糊失真，产生的主要原因是在编码过程中高频分量一定程度的衰减。

JBIG主要针对二值图像，难以实现彩色和灰度图像的压缩。

JPEG和JPEG2000压缩算法适用于多种图像，包括灰度图像和彩色图像，具有通用性，因而其代价是算法复杂和牺牲一定的速度。当采用高压缩比对大尺寸扫描灰度图像进行压缩时，上述算法分别存在压缩质量差和速度慢的不足。

本发明涉及算术编码编码、直流电平位移、YUV色彩空间变换和小波变换等技术，下来分别介绍上述技术。

（1）算术编码技术

算术编码是一种无损数据压缩方法，也是一种熵编码的方法。和其它熵编码方法不同的地方在于，其他熵编码方法通常是把输入的消息分区为符号，然后对每个符号进行编码，而算术编码是直接把整个输入的消息编码为一个数，一个满足(0.0≤n<1.0)的小数n。

算术编码和译码算法的实现如下：

设符号a_i的累积概率为P(a_i)，设序列序列的累积概率为

P(x→1m)=Σx→<x→1mP(x→)]]>

其中，为按字典序排列的m长序列，累积概率满足递推关系：