專利名稱：：貝爾模板圖像編碼與解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及數(shù)字圖像處理技術(shù)，特別是數(shù)字圖像壓縮技術(shù)，具體為貝爾模板圖像編碼與解碼方法。
背景技術(shù)：
：隨著具有類似貝爾彩色濾波陣列(簡稱貝爾模板)的圖像傳感器在數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)中的廣泛應(yīng)用，為了提高數(shù)字圖像的存儲(chǔ)與傳輸效率，圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)越來越顯得重要。在傳統(tǒng)的數(shù)碼攝像產(chǎn)品中，先對(duì)具有類似貝爾模板格式的數(shù)字圖像(簡稱貝爾模板圖像)進(jìn)行插值處理來估計(jì)每個(gè)像素位置上缺失的另外兩個(gè)顏色值，從而獲得全彩色圖像數(shù)據(jù)，然后采用基于小波變換的JPEG2000或JPEG國際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)插值后的全彩數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。顯然這種傳統(tǒng)的方法在插值過程中又產(chǎn)生了新的數(shù)據(jù)冗余，從而降低了壓縮效率。近年來，直接壓縮原始貝爾模板圖像數(shù)據(jù)成為一個(gè)新的研究方向，產(chǎn)生了許多優(yōu)秀的無損或有損壓縮方法。與傳統(tǒng)的壓縮方法相比，直接壓縮貝爾模板圖像的優(yōu)勢(shì)在于:數(shù)碼相機(jī)或攝像機(jī)的處理器不用執(zhí)行插值算法，大大地降低了計(jì)算負(fù)荷，同時(shí)由于貝爾模板圖像數(shù)據(jù)量僅為全彩圖像的三分之一，有利于提高編碼效率。貝爾模板圖像解碼及插值重構(gòu)全彩圖像可以在PC機(jī)上離線完成。目前，貝爾模板圖像無損壓縮算法提供的壓縮比很低，不能滿足許多實(shí)際應(yīng)用需求。為了提高壓縮比，產(chǎn)生了基于JPEG2000等國際標(biāo)準(zhǔn)的多種有損壓縮算法，這些算法存在的缺點(diǎn)是復(fù)雜度高，解壓縮后的貝爾模板圖像中各分量均產(chǎn)生失真且失真度較高，從而導(dǎo)致了即使在較低的壓縮率時(shí)，采用優(yōu)秀的插值算法也難以重構(gòu)出令人滿意的全彩圖像。總之，這些算法難以在壓縮比、重構(gòu)彩色圖像質(zhì)量和復(fù)雜度之間取得很好的平衡。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決現(xiàn)有直接壓縮原始貝爾模板圖像數(shù)據(jù)的方法難以在壓縮比、重構(gòu)彩色圖像質(zhì)量和復(fù)雜度之間取得很好的平衡的問題，提供一種貝爾模板圖像編碼與解碼方法。該方法實(shí)現(xiàn)貝爾模板圖像有損壓縮和解壓縮。該方法在獲得較高壓縮比的同時(shí)，保證重構(gòu)彩色圖像質(zhì)量更加接近基于無損編解碼的貝爾模板圖像重構(gòu)的彩色圖像質(zhì)量，且兼顧算法的低復(fù)雜度。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的貝爾模板圖像編碼與解碼方法，包括編碼和解碼過程，編碼過程包括如下步驟K分離貝爾模板圖像中紅綠藍(lán)分量，并把分離出的紅色、藍(lán)色分量變成緊湊矩形圖像，綠分量保持為梅花狀圖像；2、無損壓縮綠色分量數(shù)據(jù)，第一步采用因果插值的方法估計(jì)除綠色梅花狀圖像的前兩行、前兩列外的每個(gè)當(dāng)前待編碼原始綠色像素左側(cè)和上方像素位置缺失的綠色像素值(一般的，綠色梅花狀圖像的前兩行，兩列作為編碼的緩沖，是不做處理的)，以滿足L0C0-1編碼器預(yù)測(cè)器和上下文建模的需求，每個(gè)當(dāng)前待編碼原始綠色像素左側(cè)像素位置的綠色像素估計(jì)值等于該像素位置左側(cè)和上方的原始綠色像素值的平均值，每個(gè)當(dāng)前待編碼原始綠色像素上方像素位置的綠色像素估計(jì)值等于該像素位置的左側(cè)和右側(cè)的原始綠色像素值的平均值與該像素位置的上方的原始綠色像素值相加再除以2，其中編碼進(jìn)行到綠色梅花狀圖像每行末端時(shí)，當(dāng)前待編碼原始綠色像素上方像素位置的綠色像素估計(jì)值等于該像素位置的左側(cè)和上方的原始綠色像素值的平均值(顯然，該方法采用真實(shí)的原始綠色像素值來插值估計(jì)缺失的綠色像素值，滿足L0C0-I編碼器的光柵順序編碼要求，有效地降低了綠色通道編碼復(fù)雜度)；第二步應(yīng)用L0C0-I編碼器對(duì)每個(gè)原始綠色像素編碼(即僅對(duì)貝爾模板圖像中原始綠色像素編碼，估計(jì)的綠色值并不被編碼)；3、采用梯度插值法(梯度插值法為現(xiàn)有技術(shù))估計(jì)貝爾模板圖像中原始紅色、藍(lán)色像素位置缺失的綠色像素值，并把原始紅色、藍(lán)色像素位置上估計(jì)的綠色像素分離出來，變成與步驟1中的紅色、藍(lán)色緊湊矩形圖像對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像；4、對(duì)步驟1和步驟3中獲得的紅藍(lán)緊湊矩形圖像及其對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像分別進(jìn)行小波變換；5、小波變換后，紅藍(lán)緊湊矩形圖像低頻子帶與其對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像低頻子帶相減，得到紅-綠低頻子帶色差和藍(lán)-綠低頻子帶色差；6、應(yīng)用LOCO-1編碼器對(duì)紅-綠低頻子帶色差和藍(lán)-綠低頻子帶色差進(jìn)行近無損或無損編碼；7、把步驟2和步驟6獲得的原始綠色分量編碼后得到的碼流和紅藍(lán)低頻子帶色差編碼后得到的碼流復(fù)合形成完整的貝爾模板圖像壓縮碼流，而完成編碼過程；解碼過程包括如下步驟1、從復(fù)合碼流中取得貝爾模板圖像綠色分量碼流，應(yīng)用L0C0-I解碼器獲得原始綠色像素值，并按照梅花狀圖像排列；在解碼每個(gè)原始綠色像素前，需要采用因果插值法獲得當(dāng)前待編碼原始綠色像素左側(cè)及上方位置的綠色像素估計(jì)值，這與編碼過程中的步驟2中的因果插值法是一樣的；2、采用梯度插值法估計(jì)原始紅色、藍(lán)色像素位置缺失的綠色像素值，并把原始紅色、藍(lán)色像素位置上估計(jì)的綠色像素分離出來，分別變成與紅藍(lán)分量對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像，這與編碼過程中的步驟3相同；3、對(duì)紅藍(lán)分量對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像進(jìn)行小波變換，分別得到四個(gè)子帶；4、從復(fù)合碼流中取得紅-綠、藍(lán)-綠低頻子帶色差碼流，應(yīng)用L0C0-I解碼器得到紅-綠、藍(lán)-綠低頻子帶色差信號(hào)；5、解碼貝爾模板圖像中的紅、藍(lán)分量數(shù)據(jù)，解碼紅分量數(shù)據(jù)的過程如下第一步將步驟4得到的紅-綠低頻子帶色差信號(hào)與步驟3得到的對(duì)應(yīng)綠色緊湊矩形圖像的低頻子帶相減，得到紅分量的低頻子帶，第二步把步驟3得到對(duì)應(yīng)紅分量的綠色緊湊矩形圖像的高頻子帶視為紅分量的高頻子帶，第三步至此己得到紅分量的四個(gè)小波子帶，經(jīng)小波逆變換恢復(fù)出紅色緊湊矩形圖像；與解碼紅分量數(shù)據(jù)的過程一樣，可同時(shí)解碼藍(lán)分量而恢復(fù)出藍(lán)色緊湊矩形圖像；6、在步驟l得到的原始梅花狀綠色分量圖像的基礎(chǔ)上，按照編碼前原始紅藍(lán)像素在貝爾模板圖像中的位置，排列解碼后的紅藍(lán)緊湊矩形圖像中的每個(gè)像素，恢復(fù)成貝爾模板圖像。本發(fā)明中所述的LOCO-I編解碼器是現(xiàn)有技術(shù)。所述LOCO-I編解碼器見文獻(xiàn)"Marcelo丄Weinberger,GadielSeroussi,GuillermoSapiro，"TheLOCO~Ilosslessimagecompressionalgorithm:principlesandstandardizationintoJPEG~~LS，，[J].IEEETransImageProcessing,2000，9(6):1309-1364"。本發(fā)明把貝爾模板圖像分離為三色分量通道，基于因果插值對(duì)綠色分量進(jìn)行無損編解碼，保留了原始彩色圖像的主要亮度信息，有效地利用色分量的小波子帶相關(guān)性，對(duì)紅藍(lán)分量進(jìn)行有損編解碼。為了降低算法復(fù)雜度，三個(gè)通道編解碼器均采用低復(fù)雜度的LOCO-I預(yù)測(cè)差分編解碼技術(shù)。采用基于因果插值的LOCO-I技術(shù)對(duì)綠色分量進(jìn)行無損編碼；通過梯度插值法估計(jì)在紅(藍(lán))分量位置上的綠色分量，被估計(jì)的綠色分量與紅(藍(lán))分量之間對(duì)應(yīng)的小波高頻子帶信息存在強(qiáng)烈的相關(guān)性，即被估計(jì)的綠色分量的小波高頻子帶可替換紅(藍(lán))分量的相應(yīng)小波高頻子帶，進(jìn)一步可獲得紅(藍(lán))分量低頻子帶與被估計(jì)綠色分量低頻子帶之間的色差信號(hào)，這種色差信號(hào)可由低復(fù)雜度的LOCO-I技術(shù)進(jìn)行無損或近無損壓縮，從而完成高性能的貝爾模板圖像編碼。在解碼端，首先要獲得無損的綠色分量，其余部分是編碼的逆過程。實(shí)驗(yàn)表明，解碼后貝爾模板圖像與編碼前的貝爾模板圖像相比，其PSNR平均值達(dá)到42dB以上，應(yīng)用高性能的自適應(yīng)濾波插值法可得到視覺無損的全彩圖像。編碼器在色分量分離后得到三路分量，即把紅藍(lán)分量分別緊湊為矩形圖像，綠色分量保持梅花狀圖像，對(duì)每個(gè)分量圖像分別編碼，最后把多路碼流合并為最終壓縮碼流。在貝爾模板圖像中，綠色分量占總像素?cái)?shù)的二分之一，包含原圖像的主要亮度信息，因此對(duì)于綠色分量，采用LOCO-I技術(shù)無損編碼。在編碼每個(gè)原始貝爾模板像素前，應(yīng)采用因果插值法估計(jì)在紅藍(lán)像素位置上缺失的綠色值，獲得全分辨率的綠色分量圖像，為LOCO-I的預(yù)測(cè)器和上下文模型提供了匹配的數(shù)據(jù)。應(yīng)該注意，本發(fā)明僅對(duì)原始貝爾模板圖像中綠色像素編碼，在紅藍(lán)像素位置上估計(jì)的綠色值并不被編碼。對(duì)貝爾模板紅色分量進(jìn)行編碼時(shí)，把緊湊的矩形紅分量和在同位置上插值估計(jì)的矩形綠分量進(jìn)行一層小波變換，本發(fā)明優(yōu)選bior3.3小波，實(shí)驗(yàn)表明對(duì)應(yīng)的小波高頻子帶之間存在強(qiáng)烈相關(guān)性。在解碼端，原始貝爾模板圖像的綠色分量能被無損解碼，可以插值估計(jì)出與原始貝爾模板紅色分量相同位置上的矩形綠色分量。本發(fā)明中，把該矩形綠色分量的小波高頻子帶視為原始貝爾模板紅色分量的高頻子帶，因而在編碼端貝爾模板紅色分量的高頻子帶不必編碼傳輸，只需要編碼貝爾模板紅色分量的低頻子帶，其數(shù)據(jù)量僅為原始貝爾模板紅色分量的四分之一，進(jìn)一步，該低頻子帶與被估計(jì)的矩形綠色分量的低頻子帶相減得到低頻子帶色差信號(hào)，有效地去除了紅綠分量間冗余，降低了編碼的復(fù)雜度，最后采用LOCO-I技術(shù)進(jìn)行無損或近無損(5=1，5=2)編碼。同理可編碼貝爾模板藍(lán)色分量。在解碼端，首先采用基于因果插值的LOCO-I解碼器對(duì)綠色分量無損解碼，獲得原始的貝爾模板梅花狀圖像。應(yīng)注意，正如LOCO-I編碼器中一樣，對(duì)于每個(gè)待解碼的原始貝爾模板綠色像素，其解碼器中的預(yù)測(cè)器和上下文模型也需要得到過去的紅或藍(lán)像素位置上缺失的綠色估計(jì)值，相應(yīng)的估計(jì)方法仍然采用編碼器中的因果插值法。在貝爾模板梅花狀綠色分量圖像基礎(chǔ)上解碼貝爾紅色分量，采用與編碼端相同的梯度插值法估計(jì)原始貝爾模板圖像紅像素位置的綠色像素值，并緊湊為綠色矩形圖像，再進(jìn)行與編碼端一樣的小波變換，得到一個(gè)綠色低頻子帶和三個(gè)綠色高頻子帶。在無損解碼貝爾圖像綠色分量的同時(shí)，紅綠色差的低頻子帶也被解碼，并與剛才得到的綠色低頻子帶相減獲得紅分量的低頻子帶，最后同已得到三個(gè)綠色高頻子帶合成并進(jìn)行小波逆變換，便得到緊湊矩形的紅色分量，顯然與原始貝爾紅色分量相比是失真的。同理可解碼原始貝爾藍(lán)色分量。最后，把解碼后的矩形紅藍(lán)分量和梅花狀綠色分量按照原始貝爾模板中位置恢復(fù)為貝爾圖像即可，實(shí)驗(yàn)表明，解碼后的貝爾模板圖像與原始貝爾模板圖像之間的峰值信噪比(PSNR)平均可達(dá)到42dB以上。由于貝爾模板圖像的綠色分量包含了原始彩色圖像中主要的亮度信息，本發(fā)明對(duì)綠色分量進(jìn)行無損壓縮，對(duì)紅藍(lán)分量進(jìn)行有損壓縮，保證了本發(fā)明在所獲得的壓縮率下，與上述有損壓縮方法相比，重構(gòu)彩色圖像質(zhì)量更加接近基于無損編解碼貝爾模板圖像重構(gòu)的彩色圖像質(zhì)量，且具有較低的復(fù)雜度。圖8給出了用PSNR評(píng)價(jià)編解碼性能的流程。首先原始彩色圖像被降采樣得到原始貝爾模板圖像，經(jīng)編解碼后得到的貝爾模板圖像進(jìn)行自適應(yīng)濾波插值，得到重構(gòu)的彩色圖像，計(jì)算原始彩色圖像與重構(gòu)彩色圖像之間的峰值信噪比(PSNR)，具體計(jì)算公式如下f、2552尸纖^101g~^~~^-Ai:i:("""2"))2其中，/;表示原始彩色圖像數(shù)據(jù)，A表示解碼后插值重構(gòu)的彩色圖像數(shù)據(jù)，x，y表示像素點(diǎn)的坐標(biāo)，H，W表示圖像的有效高度和寬度。所述的自適應(yīng)濾波插值見文獻(xiàn)"DmitriyPaliy,VladimirKatkovnik,RaduBilcu，SakariAlenius，KarenEgiazarian，"SpatiallyAdaptiveColorFilterArrayInterpolationforNoiselessandNoisyData",WileyPeriodicals,Inc.Vol.17，105-122(2007)"圖9是從柯達(dá)標(biāo)準(zhǔn)圖像集中選出的24幅彩色圖像(24bit/像素)，被廣泛用于處理貝爾模板圖像的各類算法的實(shí)驗(yàn)之中。按從左到右從上到下的排列順序，對(duì)每張圖編號(hào)，編號(hào)為1-24。本發(fā)明的技術(shù)效果如下1)提供了一種基于小波變換的高效、低復(fù)雜度的貝爾模板圖像數(shù)據(jù)壓縮與解壓方法。2)本發(fā)明算法結(jié)構(gòu)簡單，計(jì)算量小，完全采用整數(shù)運(yùn)算，在各個(gè)編解碼通道中可重用小波變換和L0C0-I編解碼器，占用硬件資源少，易T硬件實(shí)現(xiàn)。3)采用圖8所示的流程來評(píng)價(jià)本發(fā)明效果。選用Kodak標(biāo)準(zhǔn)圖片集中的24幅全彩圖像(圖9)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在給定比特率時(shí)，本發(fā)明與JPEG2000所產(chǎn)生的PSNR值列在表1中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明在三種比特率下，針對(duì)幾乎所有測(cè)試圖像得到的PSNR值均高于JPEG2000對(duì)應(yīng)值，而且更接近原始貝爾模板直接插值的結(jié)果，重構(gòu)的彩色圖像達(dá)到視覺無損效果。本發(fā)明的復(fù)雜度明顯低于JPEG2000。表1中，第二列表示采用自適應(yīng)濾波插值法對(duì)原始貝爾模板圖像直接插值重構(gòu)后所獲得彩色圖像的PSNR值，第二列為本發(fā)明在三種碼率下解碼后插值重構(gòu)得到彩色圖像的PSNR值，第三列為JPEG2000在三種碼率下解碼后插值重構(gòu)得到彩色圖像的PSNR值。bpp表示壓縮率，即平均每像素的比特?cái)?shù)。其中2.73bbp為色差信號(hào)無損編碼(S二0)的壓縮率，2.56bbp為有損編碼方式(S二l)的壓縮率,2.49bbp為有損編碼(5=2)的壓縮率。表l本發(fā)明效果與JPEG2000的PSNR比較<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>圖l為編碼過程的流程框圖；圖2為解碼過程的流程框圖；圖3貝爾模板圖像色分量分離圖；圖4綠色分量因果插值示意圖；圖5綠色分量梯度插值示意圖；圖6紅色分量編碼通道流程圖；圖7紅色分量解碼通道流程圖；圖8PSNR評(píng)價(jià)原理圖；圖9柯達(dá)標(biāo)準(zhǔn)圖像集；具體實(shí)施例方式貝爾模板圖像編碼與解碼方法，包括編碼和解碼過程，編碼過程包括如下步驟1、分離貝爾模板圖像中紅綠藍(lán)分量，并把分離出的紅色、藍(lán)色分量變成緊湊矩形圖像，綠分量保持為梅花狀圖像；2、無損壓縮綠色分量數(shù)據(jù)，第一步采用因果插值的方法估計(jì)除綠色梅花狀圖像的前兩行、前兩列外的每個(gè)當(dāng)前待編碼原始綠色像素左側(cè)和上方像素位置缺失的綠色像素值，每個(gè)當(dāng)前待編碼原始綠色像素左側(cè)像素位置的綠色像素估計(jì)值等于該像素位置左側(cè)和上方的原始綠色像素值的平均值，每個(gè)當(dāng)前待編碼原始綠色像素上方像素位置的綠色像素估計(jì)值等于該像素位置的左側(cè)和右側(cè)的原始綠色像素值的平均值與該像素位置的上方的原始綠色像素值相加再除以2，其中編碼進(jìn)行到綠色梅花狀圖像每行末端時(shí)，當(dāng)前待編碼原始綠色像素上方像素位置的綠色像素估計(jì)值等于該像素位置的左側(cè)和上方的原始綠色像素值的平均值；第二步應(yīng)用LOCO-1編碼器對(duì)每個(gè)原始綠色像素編碼；3、采用梯度插值法估計(jì)貝爾模板圖像中原始紅色、藍(lán)色像素位置缺失的綠色像素值，并把原始紅色、藍(lán)色像素位置上估計(jì)的綠色像素分離出來，變成與步驟1中的紅色、藍(lán)色緊湊矩形圖像對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像；4、對(duì)步驟1和步驟3中獲得的紅藍(lán)緊湊矩形圖像及其對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像分別進(jìn)行小波變換；5、小波變換后，紅藍(lán)緊湊矩形圖像低頻子帶與其對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像低頻子帶相減，得到紅-綠低頻子帶色差和藍(lán)-綠低頻子帶色差；6、應(yīng)用LOCO-1編碼器對(duì)紅-綠低頻子帶色差和藍(lán)-綠低頻子帶色差進(jìn)行近無損或無損編碼；7、把步驟2和步驟6獲得的原始綠色分量編碼后得到的碼流和紅藍(lán)低頻子帶色差編碼后得到的碼流復(fù)合形成完整的貝爾模板圖像壓縮碼流，而完成編碼過程；解碼過程包括如下步驟1、從復(fù)合碼流中取得貝爾模板圖像綠色分量碼流，應(yīng)用L0C0-I解碼器獲得原始綠色像素值，并按照梅花狀圖像排列；在解碼每個(gè)原始綠色像素前，需要采用因果插值法獲得當(dāng)前待編碼原始綠色像素左側(cè)及上方位置的綠色像素估計(jì)值，這與編碼過程中的步驟2中的因果插值法是一樣的；2、采用梯度插值法估計(jì)原始紅色、藍(lán)色像素位置缺失的綠色像素值，并把原始紅色、藍(lán)色像素位置上估計(jì)的綠色像素分離出來，分別變成與紅藍(lán)分量對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像，這與編碼過程中的步驟3相同；3、對(duì)紅藍(lán)分量對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像進(jìn)行小波變換，分別得到四個(gè)子帶；4、從復(fù)合碼流中取得紅-綠、藍(lán)-綠低頻子帶色差碼流，應(yīng)用L0C0-I解碼器得到紅_綠、藍(lán)-綠低頻子帶色差信號(hào)；5、解碼貝爾模板圖像中的紅、藍(lán)分量數(shù)據(jù)，解碼紅分量數(shù)據(jù)的過程如下第一步將步驟4得到的紅-綠低頻子帶色差信號(hào)與步驟3得到的對(duì)應(yīng)綠色緊湊矩形圖像的低頻子帶相減，得到紅分量的低頻子帶，第二步把步驟3得到對(duì)應(yīng)紅分量的綠色緊湊矩形圖像的高頻子帶視為紅分量的高頻子帶，第三步至此已得到紅分量的四個(gè)小波子帶，經(jīng)小波逆變換恢復(fù)出紅色緊湊矩形圖像；與解碼紅分量數(shù)據(jù)的過程一樣，可同時(shí)解碼藍(lán)分量而恢復(fù)出藍(lán)色緊湊矩形圖像;6、在步驟1得到的原始梅花狀綠色分量圖像的基礎(chǔ)上，按照編碼前原始紅藍(lán)像素在貝爾模板圖像中的位置，排列解碼后的紅藍(lán)緊湊矩形圖像中的每個(gè)像素，恢復(fù)成貝爾模板圖像。本發(fā)明中的小波變換選擇bior3.3小波變換，小波逆變換選擇bior3.3小波逆變換，以進(jìn)一步提高編碼和解碼的效率。結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述-圖1是本發(fā)明編碼過程的流程框圖。先對(duì)貝爾模板圖像進(jìn)行色分量分離，綠色分量保持梅花狀，紅色和藍(lán)色分量變成緊湊矩形圖像。編碼分為三個(gè)通道，每個(gè)通道都采用低復(fù)雜度的LOCO-I編碼器進(jìn)行編碼，整體上降低了編碼器的算法復(fù)雜度。由于綠色分量包含了貝爾模板圖像亮度的主要信息，還要為紅藍(lán)分量編碼通道提供信息，因此綠色分量進(jìn)行無損壓縮。在綠色編碼通道中，因果插值模塊的作用是保證在編碼某個(gè)綠色像素值之前估計(jì)其相應(yīng)上下文中缺失的綠色像素值，開關(guān)Kl表示只輸出對(duì)應(yīng)梅花狀圖像中原始綠色像素的碼字，而不輸出被因果插值估計(jì)的綠色像素的碼字。在紅色分量編碼通道中，基于綠色梅花狀圖像進(jìn)行梯度插值來估計(jì)紅分量像素位置的綠色像素值，然后對(duì)紅分量緊湊圖像及其同像素位置的綠色緊湊圖像分別進(jìn)行一層小波分解，所采用小波為bior3.3，二者的低頻子帶對(duì)應(yīng)系數(shù)相減得到紅-綠低頻子帶色差信號(hào)，最后應(yīng)用LOCO-I編碼器進(jìn)行無損或近無損編碼。同理可編碼藍(lán)色通道。開關(guān)K2表示紅藍(lán)編碼通道可依次復(fù)用LOCO-I編碼器。最終把三個(gè)通道的碼流復(fù)合為完整的貝爾模板圖像碼流。圖2是本發(fā)明解碼過程的流程框圖。對(duì)應(yīng)編碼器，解碼器也分為三個(gè)通道，分別解碼紅綠藍(lán)分量，紅藍(lán)解碼通道可并行工作。首先從編碼流中分離出各分量的碼流，然后應(yīng)用LOCO-I解碼器和因果插值模塊得到原始的綠色像素，并把這些像素排列為如編碼端的梅花狀圖像。接著應(yīng)用如編碼端的梯度插值法估計(jì)原始紅藍(lán)像素位置的綠色像素值，形成各自對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像，分別進(jìn)行一層小波分解得到各自的四個(gè)小波子帶。在紅通道解碼時(shí)，首先應(yīng)用LOCO-I解碼器得到紅-綠低頻子帶色差信號(hào)，再與其對(duì)應(yīng)的綠色矩形圖像的低頻子帶相減獲得紅分量低頻子帶，該低頻子帶與紅分量對(duì)應(yīng)的綠色矩形圖像的高頻子帶合成四個(gè)子帶并進(jìn)行小波逆變換，便得到原始紅分量的解碼值。同理可進(jìn)行藍(lán)通道解碼。開關(guān)K2表示紅藍(lán)編碼通道可依次復(fù)用LOCO-I解碼器。最后，將各通道解碼的像素按照原始貝爾模板圖像位置重新組合，恢復(fù)成貝爾模板圖像。圖3是對(duì)貝爾模板圖像色分量進(jìn)行分離的示意圖。分離后，綠色分量保持梅花狀圖像，紅色、藍(lán)色分量變成緊湊矩形圖像。圖4為因果插值示意圖。基于圖3中分離得到的綠色梅花狀圖像，設(shè)待編碼像素為G34，LOCO-I編碼器需要知道G34左側(cè)和上方缺失的綠色像素值，分別以Gl，Gu表示，估計(jì)方法如下G,L(。2+G23)+2」Gu=「d_(G23+G25)+2」+Gi4)+2~|此外，如果待編碼像素到達(dá)圖像行的末端，設(shè)待編碼像素為G36，Gl的估計(jì)方法不變，Gu的估計(jì)方法變?yōu)镚c/二L(G25+Gi6)+2」顯然，該方法僅采用待編碼像素過去的真實(shí)像素來插值估計(jì)缺失的綠色像素值，滿足LOCO-I編碼器的光柵順序編碼要求，有效地降低了綠色通道編碼復(fù)雜度。圖5是綠色分量梯度插值示意圖。基于圖3中分離得到的綠色梅花狀圖像，估計(jì)紅藍(lán)分量矩形圖像對(duì)應(yīng)的綠色矩形圖像的值，以估計(jì)R33像素位置缺失的綠色像素^為例，方法如下其中&=|(&2+《4)，Gr=|(G23+G43)同理可估計(jì)其它位置缺失的綠色像素值。最后把估計(jì)的綠色像素排列為對(duì)應(yīng)圖3中紅藍(lán)分量矩形圖像的綠色矩形圖像。圖6為紅分量編碼通道的流程圖。紅分量矩形圖像及其對(duì)應(yīng)的綠色矩形圖像通過bior3.3小波一層分解后獲得各自低頻子帶，分別表示為&和，令6iz和i^子帶中對(duì)應(yīng)系數(shù)相減，得到紅-綠低頻子帶色差信號(hào)4^-i^，并輸入LOCO-I編碼器，可以選擇無損編碼(3=0)或有損編碼方式(3=1，3=2)。藍(lán)分量編碼通道工作原理與此相同。圖7為紅色分量解碼通道的流程圖。LOCO-I解碼器輸出紅-綠低頻子帶色差信號(hào)4￡-i^，同時(shí)原始紅分量圖像對(duì)應(yīng)的綠色矩形圖像通過bior3.3小波一層分解后獲得四個(gè)子帶和C^，令&--i^)，則得到紅分量低頻子帶&，進(jìn)一步與4^A^^^合成四個(gè)小波子帶并通過bior3.3小波逆變換，即可得到解碼的紅分量矩形圖像。藍(lán)分量解碼通道工作原理與此相同。權(quán)利要求1、一種貝爾模板圖像編碼與解碼方法，包括編碼和解碼過程，其特征為編碼過程包括如下步驟1、分離貝爾模板圖像中紅綠藍(lán)分量，并把分離出的紅色、藍(lán)色分量變成緊湊矩形圖像，綠分量保持為梅花狀圖像；2、無損壓縮綠色分量數(shù)據(jù)，第一步采用因果插值的方法估計(jì)除綠色梅花狀圖像的前兩行、前兩列外的每個(gè)當(dāng)前待編碼原始綠色像素左側(cè)和上方像素位置缺失的綠色像素值，每個(gè)當(dāng)前待編碼原始綠色像素左側(cè)像素位置的綠色像素估計(jì)值等于該像素位置左側(cè)和上方的原始綠色像素值的平均值，每個(gè)當(dāng)前待編碼原始綠色像素上方像素位置的綠色像素估計(jì)值等于該像素位置的左側(cè)和右側(cè)的原始綠色像素值的平均值與該像素位置的上方的原始綠色像素值相加再除以2，其中編碼進(jìn)行到綠色梅花狀圖像每行末端時(shí)，當(dāng)前待編碼原始綠色像素上方像素位置的綠色像素估計(jì)值等于該像素位置的左側(cè)和上方的原始綠色像素值的平均值；第二步應(yīng)用LOCO-I編碼器對(duì)每個(gè)原始綠色像素編碼；3、采用梯度插值法估計(jì)貝爾模板圖像中原始紅色、藍(lán)色像素位置缺失的綠色像素值，并把原始紅色、藍(lán)色像素位置上估計(jì)的綠色像素分離出來，變成與步驟1中的紅色、藍(lán)色緊湊矩形圖像對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像；4、對(duì)步驟1和步驟3中獲得的紅藍(lán)緊湊矩形圖像及其對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像分別進(jìn)行小波變換；5、小波變換后，紅藍(lán)緊湊矩形圖像低頻子帶與其對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像低頻子帶相減，得到紅-綠低頻子帶色差和藍(lán)-綠低頻子帶色差；6、應(yīng)用LOCO-I編碼器對(duì)紅-綠低頻子帶色差和藍(lán)-綠低頻子帶色差進(jìn)行近無損或無損編碼；7、把步驟2和步驟6獲得的原始綠色分量編碼后得到的碼流和紅藍(lán)低頻子帶色差編碼后得到的碼流復(fù)合形成完整的貝爾模板圖像壓縮碼流，而完成編碼過程；解碼過程包括如下步驟1、從復(fù)合碼流中取得貝爾模板圖像綠色分量碼流，應(yīng)用LOCO-I解碼器獲得原始綠色像素值，并按照梅花狀圖像排列；2、采用梯度插值法估計(jì)原始紅色、藍(lán)色像素位置缺失的綠色像素值，并把原始紅色、藍(lán)色像素位置上估計(jì)的綠色像素分離出來，分別變成與紅藍(lán)分量對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像；3、對(duì)紅藍(lán)分量對(duì)應(yīng)的綠色緊湊矩形圖像進(jìn)行小波變換，分別得到四個(gè)子帶；4、從復(fù)合碼流中取得紅-綠、藍(lán)-綠低頻子帶色差碼流，應(yīng)用LOCO-I解碼器得到紅-綠、藍(lán)-綠低頻子帶色差信號(hào)；5、解碼貝爾模板圖像中的紅、藍(lán)分量數(shù)據(jù)，解碼紅分量數(shù)據(jù)的過程如下第一步將步驟4得到的紅-綠低頻子帶色差信號(hào)與步驟3得到的對(duì)應(yīng)綠色緊湊矩形圖像的低頻子帶相減，得到紅分量的低頻子帶，第二步把步驟3得到對(duì)應(yīng)紅分量的綠色緊湊矩形圖像的高頻子帶視為紅分量的高頻子帶，第三步至此已得到紅分量的四個(gè)小波子帶，經(jīng)小波逆變換恢復(fù)出紅色緊湊矩形圖像；與解碼紅分量數(shù)據(jù)的過程一樣，可同時(shí)解碼藍(lán)分量而恢復(fù)出藍(lán)色緊湊矩形圖像；6、在步驟1得到的原始梅花狀綠色分量圖像的基礎(chǔ)上，按照編碼前原始紅藍(lán)像素在貝爾模板圖像中的位置，排列解碼后的紅藍(lán)緊湊矩形圖像中的每個(gè)像素，恢復(fù)成貝爾模板圖像。2、如權(quán)利要求l所述的貝爾模板圖像編碼與解碼方法，其特征為小波變換選擇bior3.3小波變換，小波逆變換選擇bior3.3小波逆變換。全文摘要本發(fā)明涉及數(shù)字圖像壓縮技術(shù)，具體為貝爾模板圖像編碼與解碼方法。解決現(xiàn)有直接壓縮原始貝爾模板圖像數(shù)據(jù)的方法難以在壓縮比、重構(gòu)彩色圖像質(zhì)量和復(fù)雜度之間取得很好的平衡的問題。本發(fā)明采用LOCO-I技術(shù)對(duì)綠色分量進(jìn)行無損編碼；通過梯度插值法估計(jì)在紅藍(lán)分量位置上的綠色分量，可獲得紅藍(lán)分量的小波低頻子帶與被估計(jì)綠色分量低頻子帶之間的色差信號(hào)，這種色差信號(hào)可由LOCO-I技術(shù)進(jìn)行無損或近無損壓縮。在解碼端，首先要獲得無損的綠色分量，與編碼過程一樣估計(jì)在紅藍(lán)分量位置上的綠色分量，被估計(jì)的綠色分量的小波高頻子帶可替換紅藍(lán)分量的相應(yīng)小波高頻子帶，其余部分是編碼的逆過程。本發(fā)明具有高效、低復(fù)雜度的特點(diǎn)。文檔編號(hào)H04N7/26GK101442673SQ20081008023公開日2009年5月27日申請(qǐng)日期2008年12月19日優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日發(fā)明者程永強(qiáng),續(xù)欣瑩,賈新澤,江趙申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)