一種無(wú)損圖像壓縮系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種新的二進(jìn)制(位級(jí))無(wú)損圖像壓縮系統(tǒng)，即將錯(cuò)誤糾正BCH碼引入到圖像壓縮算法中；將圖像的4位二進(jìn)制加上3位校驗(yàn)碼組成大小為7的碼字，這些塊進(jìn)入到BCH解碼器，消除了校驗(yàn)位后，使得原來(lái)的塊的大小減少到4位。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此壓縮算法是有效的，并給出了一個(gè)很好的壓縮比，而且不丟失數(shù)據(jù)。BCH碼的使用在提高壓縮比方面比單純霍夫曼（Huffman）壓縮的結(jié)果還要好。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種無(wú)損圖像壓縮系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其屬于圖像處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息化的發(fā)展，現(xiàn)行的數(shù)字化城建檔案館的建設(shè)已突破了傳統(tǒng)的、封閉的檔案管理模式，實(shí)現(xiàn)了檔案工作以手工管理為主向以計(jì)算機(jī)管理為主的轉(zhuǎn)變。數(shù)字化城建檔案館的建設(shè)離不開(kāi)對(duì)檔案圖像的處理和壓縮，處理和壓縮結(jié)果的好壞直接影響檔案信息的利用。
[0003]圖像壓縮分為兩類(lèi):有損壓縮和無(wú)損壓縮。有損壓縮允許圖像在壓縮前和解壓縮后有一定程度的不同。而對(duì)無(wú)損壓縮而言，圖像在壓縮前和解壓縮后應(yīng)該完全一樣，不允許有一位的差錯(cuò)。香農(nóng)在1948年,對(duì)最小可能率的無(wú)損數(shù)據(jù)壓縮,建立了熵的基本理論。埃利亞斯在1955年提出了一個(gè)固定長(zhǎng)度的無(wú)損數(shù)據(jù)壓縮方法，使用校驗(yàn)矩陣的線(xiàn)性分組碼，通過(guò)綜合征的數(shù)據(jù)壓縮算法實(shí)現(xiàn)圖像壓縮。溫伯格等人在1999年建議使用的JPEG-LS無(wú)損圖像壓縮算法，結(jié)合了高效的性能調(diào)整模型大家庭Golomb醫(yī)師型碼，這是適應(yīng)性選擇，并嵌入一個(gè)低熵的圖像區(qū)域編碼字母表延伸。Sharma等人在2005年提出了一個(gè)使用JPEG圖像處理技術(shù)的全球性的訓(xùn)練Kohonen網(wǎng)絡(luò)，他們利用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)壓縮圖像文件，因此，圖像與原始圖像相同。Zukoski等人在2006年針對(duì)醫(yī)學(xué)影像提出了一個(gè)新穎的模型壓縮技術(shù)，在臨床相關(guān)的領(lǐng)域使用無(wú)損壓縮，該技術(shù)由放射科醫(yī)師的定義和使用。Muthaiah等人在2008年提出了使用三次樣條插值技術(shù)，這種方法使用不規(guī)則的重建，因此，它是一種有損的技術(shù)，其效率取決于其準(zhǔn)確性。Nadarajan和Zukamain在2008年評(píng)估了字符串匹配算法(LZff和LZSS壓縮)的性能，以提高內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)的性能。他們的一個(gè)模擬研究發(fā)現(xiàn)，LZSS壓縮是一個(gè)比較有效的算法。
[0004]由于壓縮比的限制，僅使用無(wú)損壓縮方法不可能解決圖像和數(shù)字視頻的存儲(chǔ)和傳輸?shù)乃袉?wèn)題。經(jīng)常使用的無(wú)損壓縮方法有Shannon-Fano編碼，Huffman編碼，游程(Run-1ength)編碼，LZff (Lempel-Ziv-ffelch)編碼和算術(shù)編碼等。
[0005]典型的圖像壓縮系統(tǒng)主要由三部分組成:變換部分(Transformer)、量化部分(Quafizer )和編碼部分(Coder )。變換部分體現(xiàn)了輸入原始圖像和經(jīng)過(guò)變換的圖像之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。變換也稱(chēng)為去除相關(guān)，它減少了圖像中的冗余信息。與輸入原始圖像數(shù)據(jù)相t匕，變換后的圖像數(shù)據(jù)提供了一種更易于壓縮的圖像數(shù)據(jù)表示形式。量化部分把經(jīng)過(guò)變換的圖像數(shù)據(jù)作為輸入進(jìn)行處理后，會(huì)得到有限數(shù)目的一些符號(hào)。一般而言，這一步會(huì)帶來(lái)信息的損失，而這也恰是有損壓縮方法和無(wú)損壓縮方法之間主要的區(qū)別。在無(wú)損壓縮方法中，這一步驟并不存在，這是一個(gè)不可逆的過(guò)程，原因就在于這是多到一的映射。量化類(lèi)型有兩種:標(biāo)準(zhǔn)量化與矢量量化。前者是在一個(gè)像素、一個(gè)像素的基礎(chǔ)上量化，而后者是對(duì)像素向量進(jìn)行量化。編碼部分是壓縮過(guò)程中最后一個(gè)步驟，將經(jīng)過(guò)變換的系數(shù)(量化或未量化)編碼為二進(jìn)制位流。編碼可以采用固定長(zhǎng)編碼，或變動(dòng)長(zhǎng)度編碼，前者對(duì)所有符號(hào)賦予等長(zhǎng)的編碼，而后者則對(duì)出現(xiàn)頻率較高的符號(hào)分配較短的編碼。變動(dòng)長(zhǎng)度編碼也叫熵編碼，它能把經(jīng)過(guò)變換得到的圖像系數(shù)數(shù)據(jù)以較短的信息總長(zhǎng)度來(lái)表示，因而在實(shí)際應(yīng)用中，多采用此類(lèi)編碼方式。霍夫曼編碼和算術(shù)編碼為兩種熵編碼方式，雖然它們只代表上述三個(gè)步驟中的最后一個(gè)，但由于這種編碼方式比定長(zhǎng)編碼能達(dá)到壓縮數(shù)據(jù)的目的，它們當(dāng)然也可以認(rèn)為是無(wú)損壓縮的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明中，我們引入了一種新的無(wú)損圖像壓縮方法，它基于BCH碼，在碼字中移除校驗(yàn)位，只保留數(shù)據(jù)位。BCH碼是用于校正多個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤模式的多級(jí)、循環(huán)、錯(cuò)誤校正、變長(zhǎng)數(shù)字編碼，其糾錯(cuò)的方式是:在長(zhǎng)度為k的數(shù)據(jù)位基礎(chǔ)上，增加m位校驗(yàn)位，組成一個(gè)長(zhǎng)度為η的編碼，在對(duì)比驗(yàn)證收到的消息后，解碼器消除這些m位校驗(yàn)位，恢復(fù)成長(zhǎng)度為k的數(shù)據(jù)位。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，當(dāng)n=7時(shí)，我們?nèi)〉昧俗詈玫慕Y(jié)果。與上述新的無(wú)損圖像壓縮方法對(duì)應(yīng)的裝置包括中央處理器、掃描裝置、BCH碼編碼器、游程編碼器和Huffman編碼器。
[0007]具體的壓縮步驟如下:
(1)中央處理器調(diào)用掃描裝置將原始圖像掃描成二進(jìn)制數(shù)字圖像(pdf/jpg/bmp/tif/png/gif 格式)；
(2)中央處理器調(diào)用(n，k)BCH碼編碼器，將步驟(I)掃描成的二進(jìn)制數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換成一個(gè)由k位數(shù)據(jù)產(chǎn)生的長(zhǎng)度為η的塊；
(3)中央處理器判斷步驟(2)產(chǎn)生的長(zhǎng)度為η的塊是否為碼字，若不是，則保留η位非碼字，寫(xiě)入O到位文件，進(jìn)入步驟(7)；
(4)中央處理器調(diào)用BCH碼解碼器對(duì)每個(gè)塊進(jìn)行BCH解碼，形成k位編碼，寫(xiě)入I到位文件；
(5)中央處理器調(diào)用游程編碼器將步驟(4)形成的k位編碼執(zhí)行游程編碼，形成首次壓縮碼；
(6)中央處理器調(diào)用Huffman編碼器將步驟(5)形成編碼執(zhí)行Huffman編碼，形成最終壓縮碼；
(7)中央處理器將位文件為O的η位非碼字與位文件為I的壓縮碼合并，生成最終的壓縮圖像文件。
[0008]解壓步驟則剛好與壓縮步驟相反:
(1)中央處理器讀取壓縮圖像文件，從中提取補(bǔ)充位文件；
(2)中央處理器調(diào)用解碼器對(duì)位文件為I的壓縮碼，用Huffman解碼器解碼，并用RLE解碼器，以增加位的方式使壓縮碼返回到原編碼方式；
(3)中央處理器讀取所有位文件的信息，如果為1，則塊的大小是k位，否則塊的大小是η位；
(4)中央處理器調(diào)用BCH編碼器對(duì)k位編碼進(jìn)行BCH編碼，返回η位的塊，并調(diào)用BCH解碼器解碼；
(5)中央處理器刪除所有位文件，生成二進(jìn)制數(shù)字圖像；
(6)中央處理器將二進(jìn)制數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換成原始圖像。
[0009]由此可見(jiàn)，圖像沒(méi)有任何數(shù)據(jù)丟失而返回到原始狀態(tài)。經(jīng)多次測(cè)試，這種無(wú)損圖像壓縮方法的平均壓縮比約為1.4。【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0012]本發(fā)明的主要思想就是:將錯(cuò)誤糾正BCH碼引入到圖像壓縮算法中，提高圖像的壓縮比，實(shí)現(xiàn)無(wú)損壓縮，具體壓縮步驟如下:
(O計(jì)算機(jī)中的中央處理器調(diào)用掃描裝置將原始圖像掃描成二進(jìn)制數(shù)字圖像，圖像的格式可以是pdf/jpg/bmp/tif/png/gif中的任何一種格式；
(2)中央處理器調(diào)用(7，4) BCH碼編碼器，將步驟(I)掃描成的二進(jìn)制數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換成一個(gè)由4位數(shù)據(jù)產(chǎn)生的長(zhǎng)度為7的塊；
BCH碼編碼器的編碼方式是將大小為K位的塊，通過(guò)增加m位的校驗(yàn)位，形成一個(gè)長(zhǎng)度為η的碼字。在本方法中，我們將η的大小定義為7，是因?yàn)檫@個(gè)值在我們進(jìn)行的多次實(shí)驗(yàn)中，得出了最好的效果。
[0013](3)中央處理器判斷步驟(2)產(chǎn)生的長(zhǎng)度為7的塊是否為碼字，若不是，則保留7位非碼字，寫(xiě)入O到位文件，進(jìn)入步驟(7)；
(4)中央處理器調(diào)用BCH碼解碼器對(duì)每個(gè)塊進(jìn)行BCH解碼，形成4位編碼，寫(xiě)入I到位文件；
(5)中央處理器調(diào)用游程編碼器將步驟(4)形成的4位編碼執(zhí)行游程編碼，形成首次壓縮碼；
(6)中央處理器調(diào)用Huffman編碼器將步驟(5)形成編碼執(zhí)行Huffman編碼，形成最終壓縮碼；
(7)中央處理器將位文件為O的7位非碼字與位文件為I的壓縮碼合并，生成最終的壓縮圖像文件。
[0014]解壓步驟則剛好與上述壓縮步驟相反:
(O計(jì)算機(jī)中的中央處理器讀取壓縮圖像文件，從中提取補(bǔ)充位文件；
(2)中央處理器調(diào)用解碼器對(duì)位文件為I的壓縮碼，用Huffman解碼器解碼，并用RLE解碼器，以增加位的方式使壓縮碼返回到原編碼方式；
(3)中央處理器讀取所有位文件的信息，如果為1，則塊的大小是4位，否則塊的大小是7位;
(4)中央處理器調(diào)用BCH編碼器對(duì)4位編碼進(jìn)行BCH編碼，返回7位的塊，并調(diào)用BCH解碼器解碼；
(5)中央處理器刪除所有位文件，生成二進(jìn)制數(shù)字圖像；
(6)中央處理器將二進(jìn)制數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換成原始圖像。
[0015]應(yīng)理解上述這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等同形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。例如，(n, k) BCH碼編碼可以取n=15, k=7;或者n=15, k=ll,等等。
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)損圖像壓縮系統(tǒng)，包括中央處理器、掃描裝置、BCH碼編碼器、游程編碼器和Huffman編碼器,其特征是,壓縮步驟如下: (1)中央處理器調(diào)用掃描裝置將原始圖像掃描成二進(jìn)制數(shù)字圖像； (2)中央處理器調(diào)用(n，k)BCH碼編碼器，將步驟(I)掃描成的二進(jìn)制數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換成一個(gè)由k位數(shù)據(jù)產(chǎn)生的長(zhǎng)度為η的塊； (3)中央處理器判斷步驟(2)產(chǎn)生的長(zhǎng)度為η的塊是否為碼字，若不是，則保留η位非碼字，寫(xiě)入O到位文件，進(jìn)入步驟(7)； (4)中央處理器調(diào)用BCH碼解碼器對(duì)每個(gè)塊進(jìn)行BCH解碼，形成k位編碼，寫(xiě)入I到位文件； (5)中央處理器調(diào)用游程編碼器將步驟(4)形成的k位編碼執(zhí)行游程編碼，形成首次壓縮碼； (6)中央處理器調(diào)用Huffman編碼器將步驟(5)形成編碼執(zhí)行Huffman編碼，形成最終壓縮碼； (7)中央處理器將位文件為O的η位非碼字與位文件為I的壓縮碼合并，生成最終的壓縮圖像文件。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)損圖像壓縮系統(tǒng)，其特征是，步驟(I)二進(jìn)制數(shù)字圖像格式為pdf/jpg/bmp/tif/png/gif 中的任何一種格式。
3.如權(quán)利要求1所述的無(wú)損圖像壓縮系統(tǒng)，其特征是，對(duì)應(yīng)的解壓步驟如下: (1)中央處理器讀取壓縮圖像文件，從中提取補(bǔ)充位文件； (2)中央處理器調(diào)用解碼器對(duì)位文件為I的壓縮碼，用Huffman解碼器解碼，并用RLE解碼器，以增加位的方式使壓縮碼返回到原編碼方式； (3)中央處理器讀取所有位文件的信息，如果為1，則塊的大小是k位，否則塊的大小是η位； (4)中央處理器調(diào)用BCH編碼器對(duì)k位編碼進(jìn)行BCH編碼，返回η位的塊，并調(diào)用BCH解碼器解碼； (5)中央處理器刪除所有位文件，生成二進(jìn)制數(shù)字圖像； (6)中央處理器將二進(jìn)制數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換成原始圖像。
4.如權(quán)利要求1所述的無(wú)損圖像壓縮系統(tǒng)，其特征是，平均壓縮比為1.4。
5.如權(quán)利要求1-4所述的任一無(wú)損圖像壓縮系統(tǒng)，其特征是，n=7,k=4。
6.如權(quán)利要求1-4所述的任一無(wú)損圖像壓縮系統(tǒng)，其特征是，n=15,k=7。
7.如權(quán)利要求1-4所述的任一無(wú)損圖像壓縮系統(tǒng)，其特征是，n=15,k=ll。
【文檔編號(hào)】H04N7/26GK103428498SQ201310367898
【公開(kāi)日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】劉迎春, 魏華峰 申請(qǐng)人:江蘇新瑞峰信息科技有限公司