nbhkdz.com冰点文库

小波变换图像编码的研究进展

时间:2013-03-28


第 2期 2008年 4月









M ICRO PROCESSOR S

N o. 2 A pr , 2008 .

小波变换图像编码的研究进展
刘刈文, 林锦国, 梅 雪
( 南京工业大学自动化学院, 南京 210009) 摘 要: 基于小波变换的图像编码是当今十分流行的编码方法。文章结合小波变换的特点, 介

绍了小波图像压缩的基本原理及基于小波的图像多分辨率分析方法, 阐述了小波图像压缩方法及 其进展。 关键词: 图像编码; 小波变换; 多分辨分析 中图分类号: TP391 文献标识码: A 文章编号: 1002- 2279( 2008) 02- 0083- 04

The Progress in the Study ofW avelet I age Coding m
L IU Y i- w en, L ING Jing- guo ME I Xue ,
(C olloge of Au toma tion, N anj ing University of T echnology, N anj ing 210009, China )

A bstract W avelet i age coding is a new i age cod ing m ethod deve lo ped in recent decades and has : m m been stud ied ex tensiv e ly. T he schem es o f wavelet i age codin g w ere stud ied to link w ith th e characteristic m o f w avelet transform ation Th is paper introduces the basic pr in cip les o f i age com pression and the w avelet . m - based m ultiresolution feature o f i age and points out the new m ethods and deve lopm ent of w avelet m , m i age coding . K ey words Im age coding; W avelet transfor ; M u ltiresolution : m

1 引



2 图像的小波变换
2 1 小波变换的基本概念 . W f ( a, b ) = 其中,
ab [ 2]

小波编码拥有传统编码的一些优点, 能够很好 地消除图像数据中的统计冗余。而且小波变换多分 辨率的变换特性具有利用 人眼视觉特性的 良好机 制。小波变换后的图像数据能够保持原图像在各种 分辨率下的精细结构, 为进一步去除图像中其他形 式的冗余信息带来了方便。 对于一般的灰度图像, 小波编码可以分成四个 [ 1] 部分 : 小波变换、 量化、 编码、 熵编码, 如图 1所示。

模拟信号 f ( t)的小波变换定义为:
R

f ( t)

ab

( t) dt

( 1) ( 2)

( t) = a

1 /2

( at - b )
ab

式 ( 2)中的

( t)是由

( t )经平移和缩放得 ( t)

到的, 当满足一定条件 (允许小波条件式 )时 称为小波函数。 在实际计算时, 通常将 和 b 取作整数离散形式, 将
, j k ab ab

( t )中的连续变量 a ( t)表示为: ( 3) ( 4) ( t)

( t) = a

j /2

( a t- ) ( t) )
, j k

j

相应的小波变换表示为离散小波变换 W f ( j, k ) = ( f ( t), 的形式。离散小波 图 1表示了常用的图像编码器的基本构成原理 框图。它主要包括了图像域的变换、 量化处理和编 码三个阶段, 目前所有的编码方案均采用图 1的过 程, 只是采用的图像变换和编码方法不同而已。而 解码为编码的逆过程。
j j, k

( t)是由小波函数

经 2 整数 伸缩 和经 整数 k 平 移所 生成 的函 数族 {
, j k

( t ) }, j k Z。也就是说小波变换是关于频率 ,

指标 j 和平移指标 k 的函数, 在频域方面的局部化 作用由 j调节, 在时域方面的局域化作用由 k 调节。 在图像编码中, 小波类型的选取还应考虑图像

作者简介: 刘刈文 ( 1980 - ), 男, 湖北钟祥人, 硕士研究生, 主研方向: 数字图像处理, 小波分析等。 收稿日期: 2006- 03 - 14

? 84?









2008年

的特点和数据边界延拓等的要求, 衡量的准则是它 的编码结果。大多数场合小波基的选取必须根据具 体的应用。原始图像经过小波变换后并未被压缩, 所得到的系数只具有一定的规律性, 需经过量化编 码才能压缩。量化一 般会导致 更多的 !0? 系 数出 现, 从而使需要表示的图像数据量减少, 为高效编码 提供了便利。目前, 较常用的量化方法主要有标量 量化、 矢量量化和零树量化等。 2 2 多分辨分析 . 1986年, S M a llat 和 Y. M eyer在多尺度 逼近 . 的基 础 上 提 出 了 多 分 辨 分 析 ( M ulti - resolution Ana lysis, 简称 MRA ) 的概念。 MRA 是指一串 嵌套 式子空间逼近序列 { Vj } j Z 。 在多分辨分析中, 应用正交小波的快速算法, 只 需分析信号的有关数据和 双尺度方程的传 递系数 { hn }和 {g n }, 并不涉及尺度函数和小波函数的具体 形式, 由 M allat算法: c = 2
j j n - 1 /2

波算法是一个简单但很有效的图像编码算法, 这种 算法得到比特流中的比特是按其重要性排序的。使 用这种算法, 编码者能够在任意一点结束编码, 所以 允许精确度达到任何一个目标比率或目标失真, 而 这时仍能确切地产生同样的图像。 零树编码方法存在不足之处, 主要表现为: 方法 的时间复杂度较高; 最低频的子带图像包含了原始 图像的绝大部分能量, 其系数幅值较其他子带要大 很多, 量化时, 必须增加逐次量化的次数; 存在重复 编码。针对以上缺点, 很多改进的方法被提出 3 1 2 分层树中分配样本图像编码 . .
[ 3- 4]



SP I T 算法是对 EZW 算法的改进, 它将某一树 H 结点及其所有后继结点归划为同一集合, 集合的分 割过程是不断地将重要集合分成 4 个子集, 再分别 对每个子集进行重要性测试, 按照最小 M SE 思想优 先传输幅值较大的系数。 3 1 3 小波数据形态表示图像编码 . . EZ 和 SP I T 是用规则树结构或分类树结构 W H

#c k

j+ 1 k j+ 1

hk- 2n ( 4) gk- 2n
j n j n

dn = 2

- 1 /2

# ck k

来近似子带间的非重要部分, 而 MRW D是对形成子 带内重要部分的不规则束进行编码, MRWD 利用了 数学形态学和小波系数的统计特性 (在至少存在小 波系数的 2个 子集有不同的统计特性 ), 直接在子 带内生成形状不规则的重要系数束, 从而将小波系 数分为 4个集合, 然后再对集合束进行编码。 3 2 基于提升小波的图像编码 . Sw e ld ens提出的小波提升 方案
[ 5- 6]

其中原始信号取归一化的矩向量, c 和 d 分别 反映了信号的平滑分量和细节分量。 图像的小波变换可由二维可分离离散小波变换 实现, 即先沿 x1方向分别用 ( x1) 和 ( x1) 作分析, ( x2) 做类 把 f( x1 x2) 分解成平滑逼近和细节这两部分, 然后 , 对这两部分再沿 x2方向分别用 ( x2) 和 似分析。这样得到的四路输出中经 ( x1) ( x2) 处理 所得的一路是 f( x1 x2) 的第一级平滑逼近 A1 f( x1 , , x2) ; 其余三路输出 D ( 1) 1 f( x1 x2), D ( 2) 1 f( x1 , , x2) 和 D ( 3) 1f( x1 x2) 都是细节函数。 ,

, 为第一代

小波变换提供了一种新的更快速的实现方法。它在 构造小波的方式上不用再依赖于 F ourier变换的尺 度收缩, 而是直接通过简单地分裂、 预测和更新等一 系列步骤完成对一列数字信号的变换。小波变换后 的系数是整数, 图像的恢复质量与变换时边界采用 何种延拓方法无关, 从而降低了构造第一代小波的 难度。并且已证明提升可以实现所有的第一代小波 变换, 利 用 提升 方 案可 以 构造 出 不同 的小 波, 如 Daubech ies双正交小波和差值双正交小波。 小波提升通过预测和更新两个提升环节实现信 号高低频的分离: 由于信号具有局部相关性, 某一点 的信号值可以根据相邻信号的值由适当的预测算子 预测出来, 而这种预测所产生的误差就是高频信息, 这个过程称为预测环节; 预测环节得到的高频信息 又通过更新算子来调整信号的下抽样以得到低频信 息, 这个过程称为更新环节。更新环节在提升术语 中称为原始提升 ( P ri ary lift ing) , 而预测环节则被称 m 为对偶提升 ( DualL ifting) 。与传统的第一代小波变 换相比, 具有本位操作、 并行性、 逆变换、 通用性、 易

3 小波变换 ( DW T )编码及研究进展
3 1 经典的小波图像压缩编码 . 不同的小波图像压缩编码的方案主要是利用小 波变换后系数的分布特性来得到不同的方案。目前 常用的三种经典小波图像编码是嵌入式零树图像编 码 ( EZ ) 、 W 分层树中的分配样本图像编码 ( SP I T ) H 和小波数据形态表示图像编码 (MRWD )。 3 1 1 嵌入式零树图像编码 . . 零树编码方法由小波变换、 零树量化和熵编码 三部分组成。 根据相同方向、 不同分辨率子带图像间的相似 性, 通过把不重要的小波 系数 ( 即小 于某一门限的 小波系数 ) 组 织成为四叉树, 然后用 较少的比特数 来表示它, 从而提高了图像的压缩比特率。零树小

2期

刘刈文等: 小波变换图 像编码的研究进展

? 85?

于构造非线性小波变换 (如整 数变换 ) 等特 点。这 些优点的存在使得提升小波在图像压缩中得到了广 泛的应用
[ 7- 8]

从整数到整数的变换, 而且对变换后的数据进行熵 编码就能够实现图像的无损压缩。在此方面, 仍存 在着一些有待探索的地方。
参考文献: [ 1] A reepong sa S K aewka , mnerd N, Syed Y F, et a.l W ave let based com pression for i age retrieval syste s [ D ]. TX, m m U SA: T he U n iversity o f T exas at A r ling ton, 2001. [ 2] 徐长发, 李国 宽. 实用小 波方 法 ( 第二 版 ) [M ]. 武汉: 华中科技大学 出版社, 2004. [ 3] 王琪, 钟玉 琢. 一种结 合量 化的 零树 小波 图像 编码 器 [ J] . 清华大学学报 (自然 科学版 ), 2000, 40( 7): 109111 116. , [ 4] 陈豫. 小波零树编码算法的 改进与实 现 [ J]. 中国 矿业 大学学报, 2005 34( 2) : 232- 235 , . [ 5] W Swe ldens. T he lifting schem e A custom - design con : struction of b iorthogona l w avelets [ J]. App. Co put l m . H ar on. Ana.l , 1996, 3( 2) : 186- 200 m . [ 6] W Swe ldens. T he lifting sche e A construction of second m : generation wave le ts[ J]. SI AM J M ath A na , 1997, 29 . . . ( 2): 511- 546. [ 7] 潘国洪, 吕 韶义. 基于 提升 方案 的整 数小 波图 像编 码 [ J] . 杭州电子工业学院学报, 2004 24( 1): 83- 86 , . [ 8] 闫允一, 郭宝龙, 陈龙 潭. 小 波提升 原理在 图像编 码中 的应用 [ J] . 计算机应用研 究, 2004, 21( 8) : 136- 137 , 174 . [ 9] 陈刚, 金以 文. 基于金 字塔 正交 小波 分解 的快 速分 形 图像编码 [ J]. 电子学报, 1998, 26( 8): 37- 42 . [ 10] Jin L i and C. - C. Jay K uo I age Compression w ith a . m H ybridW ave let- F racta l Coder[ J]. I EEE T ransactions on I age P rocess ing 1999 8( 6): 868- 873. m , , [ 11] 谢鑫, 马争鸣. 小波分形混合 图像编码 [ J]. 中国 图像 图形学报, 2000( 9): 716- 724 . [ 12] 李会方, 牛朝, 俞 卞章. 彩 色图 像的 广义 分形 小波 变 换压缩算法 [ J] . 计算机 工程 与应 用, 2005( 2): 1921 .



3 3 小波分形编码 . 分形图像压缩编码是当前图像处理领域的一个 研究热点, 是目前较有发展前途的图像编码方法之 一。分形和小波结合主要从两个方面进行: 基于图 像块小波分解特性的分形图像编码和基于小波变换 域的分形图像编码。前者利用经过小波分解后, 图 像块所具有的独特空间 - 频率特性, 可以构造较好 的分类和搜索方法, 从而大大加快了分形编码的速 度; 后者利用图像经小波分解后, 呈现出子图本身的 相似性和同方向不同分辨率子图之间存在分形意义 下的相似性, 同时, 在同分辨率下不同方向子带图像 中, 其具有相同空间位置的小波系数之间尚存在较 强的相关性。实验证明在不 影响图像质量 的前提 下, 编码时间缩短了 100倍以上
[ 9]

。因此, 将分形编

码和小波变换域的子带图像编码相结合得到了广泛 [ 10- 12 ] 应用 。

4 总



小波变换图像编码除具有传统 编码方法的优 点, 还具有压缩比高, 压缩速度快, 压缩后能保持图 像特征基本不变, 且在传递过程中可以抗干扰的优 点。经小波变换处理后的图像细节部分清晰, 层次 感强, 适合于高压缩比应用领域要求。尤其是基于 提升方法的二代小波兼具小波快速算法的特性实现 ( 上接第 82页 ) ? 打开入 库表数据库, 按条件删 除原表数 据。 打开文件, 如果发生错误, 将文件移入错误路径、 记 录错误日志; 成功则解析入库字段 拼装 insert 语句 并执行; ? 如果格式错误, 将文件移入错误路径、 记录错 误日志, 成功执行到文件尾, 则表示此文件入库正常 结束; ? 数据文件装载完毕, 将文件移入备份路径并 继续下一个文件。

息, 故障发生到监控报警延时小于 1分钟; 对于现有 硬件环境, 实时监控时 CPU 利用率不大于 60 , 数 % 据库服务器 CPU 的利用率影响度小于 1 。数据中 % 心系统的建设, 将使公司在客户服务、 市场营销、 风 险控制、 降低成本等方面跨上一个新的台阶, 使公司 的核心竞争力大大提升。
参考文献: [ 1] 陈京民. 数据仓库与数 据挖掘 技术 [ M ]. 北京: 电 子工 业出版社, 2002 . [ 2] A braha S ilberschatz 著. 杨冬 青, 唐 世 渭, 译. 数 据 库 m , 系统概念 [M ]. 北京: 机械工业出版社, 2003 . [ 3] V assiliadis P, S i itsis A, Skiadopou los S. Conceptual m m ode ling for ETL processes[M ]. N e Y o rk ACM P ress w : , 2OO2. [ 4] 于宝琴. 基于 O rac le的企 业数据移 植工具的开 发 [ J]. 组合机床与自 动化加工技术, 2005( 9) : 43- 45. [ 5] 谷岩. 利用数据仓库技术解 决异构 数据库 的集成 问题 [ J] . 计算机应用与软件. 2005, 22( 6): 24- 26 . [ 6] 郭志懋. 数 据质 量 和数 据 清 洗研 究 综述 [ J]. 软 件 学 报, 2002 13( 11): 2076- 2080 , .

4 结束语
系统现应用于若干证券、 银行企业, 运行情况良 好。数据中心系统不但完全实现了分布式、 异构数 据的自动采集功能, 也为灾难备份系统提供了数据 支持, 可在线反向恢复业务系统的原始数据; 实现了 远程启停采集端应用服务、 采集任务和配置参数; 在 遇到异常时系统自动报 警, 并给出 准确、 面的信 全


小波变换图像编码的研究进展.pdf

小波变换图像编码的研究进展 - 第 2期 2008年 4月 微 处 理 机 M

小波变换图像编码的研究进展_论文.pdf

小波变换图像编码的研究进展 - 基于小波变换的图像编码是当今十分流行的编码方法。

基于小波变换的图像编码技术研究.pdf

基于小波变换的图像编码技术研究 - 题 目 基于小波变换的图像编码技术研究 黄千

基于小波变换图像压缩编码研究的现状与发展.doc

基于小波变换图像压缩编码研究的现状与发展 - 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 基于小波变换图像压缩编码研究的现状与发 展 作者:杜广环 来源:《科技创新...

小波变换在运动图像压缩编码中的最新进展.pdf

小波变换在运动图像压缩编码中的最新进展 - 维普资讯 http://www.cqvip.com 小波变换在运动图像压缩编码中的最新进展 袁修贵, 诚 黄( 中南大学数学科学与计算...

基于小波变换图像压缩编码研究的现状与发展_论文.pdf

基于小波变换图像压缩编码研究的现状与发展 - 本中介绍了小波变换基本理论,讨论了小波图像压缩研究现状和进展,特别就目前小波图像编码与其它新兴图像编码方法相结合...

基于小波静态图像编码研究进展_论文.pdf

基于小波静态图像编码研究进展 - 介绍基本的小波理论和基于小波理论的图像压缩基本技术,并且对近十几年来小波图像压缩研究进行回顾,介绍小波图像压缩研究的进展,然后...

基于小波变换与改进的层式DCT图像编码技术比较研究.pdf

基于小波变换与改进的层式DCT图像编码技术比较研究 - 6 计算机与信息技术 开发与应用 基于小波变换与改进的层式 DCT 图像编码技术比较研究 高丽娜 贾萍 张宝菊...

基于小波变换的图像编码研究.pdf

基于小波变换的图像编码研究 - 第 38 卷第 2 期 2010 年 4 月 浙

基于小波变换的图像压缩研究进展_论文.pdf

基于小波变换的图像压缩研究进展 - 在分析小波变换理论的基础上,讨论了小波变换图像压缩中的应用,介绍了当今一些主要研究成果,并展望了其未来发展方向。

基于小波变换的图像压缩编码方法研究.pdf

基于小波变换的图像压缩编码方法研究 - 科技创新导报 2009 NO.02ScienceandTechnologyInnovationHerald IT技术 基于小波变换...

图像编码技术的研究和应用.doc

编码方法:第二代编码方法、 分形编码、模型编码、 神经网络编码小波变换编码。...目前研究最多、进展最快的是针对可视电话应用中的图像 序列编码。这类应用中的...

基于小波变换的图像压缩编码.ppt

基于小波变换图像压缩编码_信息与通信_工程科技_专业资料。基于小波变换图像压缩编码的相关内容 基于小波变换的图象压缩 算法SPIHT的MATLAB实现姓名:高志斌 学号:...

浅谈基于小波变换的图像压缩与编码技术.pdf

浅谈基于小波变换的图像压缩与编码技术_兵器/核科学_工程科技_专业资料。看看小波...(Fourier)变换与小波变换从本质上看无非是研究如何利用简单、初 等的函数近似...

数字图像压缩技术的研究现状与展望.doc

数字图像压缩技术的研究现状与展望_计算机软件及应用_IT/计算机_专业资料。关于...2.小波变换图像压缩的发展现状及前景 目前 3 个最高等级的小波图像编码分别是...

基于小波变换的JPEG2000图像压缩研究.pdf

从而实现了图像传输比特率的完全控制和图像 这一工作对小波变换图像编码的研究起到了

数字图像压缩技术的研究及进展.doc

数字图像压缩技术的研究进展测绘学院 遥感科学与技术11-1 郭连杰 201101180704 ...关键词: 分形图像压缩; 小波变换; 任意形状可视对象编码; 发展前景; 现状 ;...

数字图像压缩技术的研究及进展.pdf

EquipmentManufactringTechnologyNO.4,2007 数字图像压缩技术的研究进展田 勇1, ...关键词: JPEG;JPEG2000; 分形图像压缩; 小波变换; 任意形状可视对象编码 中图...

基于多尺度几何分析的图像编码研究进展_论文.pdf

基于多尺度几何分析的图像编码研究进展 - 近10年来,在小波变换的理论基础之上,

毕业设计_开题报告_图像压缩技术的研究及.doc

(PictureCodiSymP0sium), 在这次会议之后,图像压缩编码算法的研究有了很大进展。...目前,小波变换图像压缩编码算法已成为图像压缩研究领域的一 个主要方向,基于...