CN101631243B

CN101631243B - 一种基于小波变换的图像编和解码的方法

Info

Publication number: CN101631243B
Application number: CN 200910091113
Authority: CN
Inventors: 杨敬钰; 薛舟; 戴琼海; 张乃尧
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2029-08-07
Also published as: CN101631243A

Abstract

本发明实施例提供了一种基于小波变换的图像编和解码的方法，所述方法包括：对图像进行DDWT的多级变换，得到图像的小波变换系数；对所述小波变换系数中对应的高频子带的系数进行置零操作，得到第一变换系数；对所述第一变换系数进行DDWT反变换，得到图像的第一分量；将所述第一分量与原图像做差，得到第二分量；对所述第二分量进行ADL-WT的多级变换，得到ADL变换系数和ADL方向信息；分别对所述ADL方向信息、ADL变换系数和第一变换系数进行编码，得到混合编码的码流。本发明实施例通过对图像的高频分量和低频分量采用不同的编码的方法进行处理，与采用单一的编码方法相比，对图像的编码更加合适有效，编码方法的解码图像也具有更好的主观表示效果。

Description

一种基于小波变换的图像编和解码的方法

技术领域

本发明涉及数字图像编码技术领域，特别涉及一种基于小波变换的图像编和解码的方法。

背景技术

图像编码是一种重要的多媒体处理技术，它可以节省存储空间、传输时间和传输带宽。早期的图像编码方法将图像划分为不重叠的子块分别进行离散余弦变换(DCT)，量化，熵编码。在高压缩比编码的情况下，解码图像会出现明显的方块效应和振铃效应等，严重影响视觉效果。这类编码方法的典型代表是JPEG(Joint Photographic Experts Group，联合图像专家组)标准，被视为第一代图像编码方法。

第二代图像编码方法采用具有多分辨分析能力的小波变换。借助于小波变换，图像可以被分解为一定数目具有不同空间分辨率、频率特性和方向特性的子带信号。采用基于位平面的子带编码可以实现图像的可伸缩编码。由于小波基具有良好的局域性，且图像不需要分块进行编码，有效地克服了第一代编码方法中出现的方块效应。这类编码方法的代表为JPEG2000标准。

尽管基于小波的编码克服了方块效应，但是在高压缩比情况下图像边缘会出现“跳棋盘”效应。这是由于传统二维小波由两个一维小波以可分离的方式实现，在一个高频子带中将45°方向和-45°方向混合在一起，对该子带系数的量化会出现严重的“跳棋盘”效应。解决该问题的方法是采用方向变换的小波变。

一种是带有空间方向预测的ADL-WT(Adaptive Directional Lifting Wavelet Transform，自适应提升小波变换)方法。在这种方法中，每一预测步骤都是沿着相关性最强的那个方向进行，而并不只是像传统二维小波那样沿水平和垂直方向。ADL-WT方法对急剧变化的方向性纹理具有很好的表示效率。

另一种是冗余的方向小波变换DDWT(Dual-tree Discrete Wavelet Transform，双树离散小波变换)。在DDWT中，每一级分解产生6个方向性子带，与传统小波变换相比具有2∶1的冗余。因为每一个基函数具有单独的方向，不会产生“跳棋盘”效应。DDWT通过设计希尔伯特对(Hilbert pair)的滤波器实现方向性。随着小波分解级数的增加，实部和虚部互为希尔伯特变换的精度增加，因此对图像中低频的方向性信息具有良好的表示效果。

在对现有技术进行研究后，发明人发现，ADL-WT方法图像的高频部分具有较好的表示效果，但是，ADL-WT的每一级变换的下抽样使得低频分量产生混叠，这直接影响下一级方向小波的预测效率，从而降低自适应方向小波对图像低频分量的表示效率。DDWT对图像中低频的方向性信息具有良好的表示效果，但由于是离散小波的原因，第一级小波基函数的实部和虚部只能很粗糙地满足希尔伯特变换，因此对高频的方向性纹理表示效果不好。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于小波变换的图像编和解码的方法，所述方法包括：

对图像进行双树离散小波变换DDWT的多级变换，得到图像的小波变换系数；

按照预设的高频分量处理策略，对所述小波变换系数中对应的高频子带的系数进行置零操作，得到第一变换系数；

对所述第一变换系数进行DDWT反变换，得到图像的第一分量；

将所述第一分量与原图像做差，得到第二分量；

对所述第二分量进行自适应提升小波变换ADL-WT的多级变换，得到ADL变换系数和ADL方向信息；

分别对所述ADL方向信息、ADL变换系数和第一变换系数进行编码，得到混合编码的码流；

其中，所述预设的高频分量处理策略，具体的为当对图像细致程度要求高时，保留更多的高频分量，对图像细致程度要求低时，保留较少的高频分量；

所述解码方法包括：

对所述混合码流进行解码，重构所述ADL方向信息、ADL变换系数和第一变换系数；

对所述ADL方向信息和ADL变换系数进行ADL-WT的反变换，得到所述第二分量；对所述第一变换系数进行DDWT的反变换，得到所述第一分量；

将所述第一分量和第二分量进行叠加，还原重建所述图像。

本发明实施例通过对图像的高频分量和低频分量采用不同的编码的方法进行处理，与采用单一的编码方法相比，对图像的编码更加合适有效，编码方法的解码图像也具有更好的主观表示效果。

附图说明

图1是本发明实施例1中提供基于小波变换的图像编码的方法流程图；

图2是本发明实施例1中对小波变换系数中的第一级、第二级高频子带的系数进行置零操作的示意图；

图3是本发明实施例1中提供基于小波变换的图像解码的方法流程图；

图4是本发明实施例1中各种小波变换编码方法的解码图像的对比图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

本发明实施例提供了一种基于小波变换的图像编和解码的方法，充分利用DDWT方法处理低频分量的优点，以及ADL-WT方法处理高频分量的优点，对图像的高频分量和低频分量采用不同的编码的方法进行处理。提高了图像编码的表示效果。

参见图1，本发明实施例的方法包括编码方法和解码方法。

具体地，编码方法包括：

101：对图像进行DDWT的多级变换，得到图像的DDWT小波变换系数。

其中，对图像进行多级变换的级数大于1，优选地，可以为4级变换。在对该图像进行了DDWT的多级变换后，还可以对得到的小波变换系数进行迭代的噪声整形操作，以获得稀疏表示。

经过多级DDWT变换，图像被分解为一系列子带，每一个子带对应于相应尺度和方向的信号特征。在图像处理过程中，描述图像的要素包括高频分量和低频分量，图像的低频分量对应图像的概貌，图像的高频分量部分对应图像的细节，图像的高频分量越多，则图像就相应的越细致。低频分量和高频分量具有不同的特性，因此将低频分量和高频分量分别进行处理能获得更高的性能。

具体地，进行编码处理的高频分量越多，则相应解码时得到的高频分量也越多，则解码图像也就更细致。在对图像进行处理，可以根据具体要求，预设高频分量的处理策略：如，在对图像细致程度要求高时，则保留更多的高频分量进行处理，在对图像细致程度要求不高时，则可以保留较少的高频分量。

102：按照预设的高频分量处理策略，对该小波变换系数中对应的高频子带的系数进行置零操作，得到第一变换系数。

本步骤的目的是提取图像中的低频分量。对部分高频子带的系数进行置零后，保留下的子带包括低频子带和与低频子带一起处理的高频子带，对应着图像的低频分量。因此，本步骤中的第一变换系数就是低频子带和与低频子带一起处理的高频子带所对应的系数。

具体地，当预设的高频分量处理策略只需保留较少的高频分量时，则在102中，可以只对第一级高频子带进行置零操作；当预设的高频分量处理策略需要保留较多的高频分量时，则在步骤102中，可以对第一级至更高级的高频子带都进行置零操作。具体地，参见图2，图中阴影区域表示为对第一级、第二级高频子带的系数进行了置零操作。

103：对该第一变换系数进行DDWT反变换，得到图像的第一分量。

具体地，由于102中的第一变换系数就是低频子带和与低频子带一起处理的高频子带所对应的系数。因此，对第一变换系数进行DDWT反变换得到的图像的第一分量。在后续的处理过程中，由于该部分的高频子带和低频子带一起进行了处理，因此，第一分量也可以认为是图像的低频分量，相应的，第一变换系数也可以认为是低频分量所对应的系数。

104：将该第一分量与原图像做差，得到第二分量。

由于第一分量是图像的低频分量，因此将该第一分量与原图像做差后，得到的第二分量即为预设的高频分量处理策略中所需要保留的高频分量。

105：对该第二分量进行ADL-WT的多级变换，得到ADL变换系数和ADL方向信息。

其中，对第二分量进行ADL-WT的多级变换的级数大于1，优选地，可以为3级变换。

从现有技术中可知，ADL-WT方法针对图像中高频分量进行变换，其表示效果更好。而DDWT方法针对图像中低频分量进行变换，其表示效果更好。在本实施例中，对高频分量进行了ADL-WT的变换，对低频分量进行了DDWT变换，其表示效果要好于单一的小波变换方法。

106：分别对该ADL方向信息、ADL变换系数和第一变换系数进行编码，得到混合编码的码流。

具体地，对该ADL变换系数和第一变换系数，可以采用同一种编码方法进行编码，也可以采用不同的编码方法进行编码。

优选地，可以对该ADL方向信息进行自适应哈夫曼编码，得到第一码流；对该ADL变换系数和第二分量进行EBCOT(embedded block coding with optimized truncation，嵌入式优化截断编码)编码器的编码，得到第二码流；该第一码流和第二码流构成混合码流，就完成了图像的混合编码。

相应的，参见图3，解码方法包括：

301：对该混合码流进行解码，重构该ADL方向信息、ADL变换系数和第一变换系数；

具体地，对混合码流解码的方法与106中采用的编码方法相对应，解码是编码的逆过程，具体如下：

302：对该ADL方向信息和ADL变换系数进行ADL-WT的反变换，得到该第二分量；对该第一变换系数进行DDWT反变换，得到该第一分量；

具体的，解码是编码的逆过程，解码得到的第二分量即为预设的高频分量处理策略中所需要保留的高频分量；由于第一变换系数可以近似地认为是低频分量所对应的系数，因此解码得到的第一分量可近似的认为是图像的低频分量。

303：将该第一分量和第二分量进行叠加，重建原图像。

为了体现本发明实施例的表示效果，用JPEG2000的参考软件Jasper进行了试验，参见图4，图中给出了几种编码方法在码率为0.1比特/像素的局部重构质图像。其中，图4(a)为原始图像，图4(b)为基于DDWT的编码方法产生的图像；图4(c)为基于ADL-WT的编码方法产生的图像，图4(c)为本发明实施例的编码方法产生的图像。这三种方法所得重构图像的峰值信噪比分别为24.54dB、25.02dB、25.16dB。由图中可以观察到，与图4(b)和图4(c)想比较，本发明实施例的编码方法的解码图像具有更好的主观表示效果和更高的信噪比。

本发明实施例通过对图像的高频分量和低频分量采用不同的编码的方法进行处理，与采用单一的编码方法相比，对图像的编码处理更加合适有效，编码方法的解码图像也具有更好的主观表示效果。

本发明实施例可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，例如，路由器的硬盘、缓存或光盘中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于小波变换的图像编和解码的方法，所述方法包括：编码方法和解码方法：其特征在于，所述编码方法包括：

对所述第一变换系数进行DDWT反变换，得到图像的第一分量；

将所述第一分量与原图像做差，得到第二分量；

所述解码方法包括：

将所述第一分量和第二分量进行叠加，还原重建所述图像。

2.根据权利要求1所述的基于小波变换的图像编和解码的方法，其特征在于，所述分别对所述ADL方向信息、ADL变换系数和第一变换系数进行编码，得到混合编码的码流，包括：

对所述ADL方向信息进行自适应哈夫曼编码，得到第一码流；

对所述ADL变换系数和第二分量进行嵌入式优化截断编码EBCOT编码器的编码，得到第二码流；所述第一码流和第二码流构成混合码流。

3.根据权利要求1所述的基于小波变换的图像编和解码的方法，其特征在于，所述对图像进行DDWT的多级变换，包括：

对图像进行DDWT的n级的变换，其中n大于1。

4.根据权利要求1所述的基于小波变换的图像编和解码的方法，其特征在于，所述对所述小波变换系数中对应的高频子带的系数进行置零操作，包括：

对所述小波变换系数中第一级的高频子带的系数进行置零操作；

或，对所述小波变换系数中第一级至第n级的高频子带的系数进行置零操作，其中n大于1。

5.根据权利要求1所述的基于小波变换的图像编和解码的方法，其特征在于，所述对所述第二分量进行ADL-WT的多级变换，包括：

对所述第二分量进行ADL-WT的n级变换，其中n大于1。

6.根据权利要求1所述的基于小波变换的图像编和解码的方法，其特征在于，所述对图像进行DDWT的多级变换之后，还包括：

对所述图像的小波变换系数进行迭代的噪声整形处理。