专利名称：一种基于图像集的数据压缩方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明属于图像处理技术领域，涉及一种基于图像集的数据压缩方法与系统。
背景技术：
随着科技的发展，人们对高分辨率图像的需求越来越大,但高分辨率图像的数据量非常大，给存储和传输带来很大压力；因此，人们总在想方设法提高图像数据压缩的压缩比和压缩质量。目前，不管图像压缩方法如何先进，总存在以下问题(I)图像压缩效果随图像特性变化而变化 对一部分图像压缩效果好，对另一部分图像压缩效果不好。用客观评价准则来说，峰值信噪比PSNR可能相差许多，有些文献报告差距30dB。比如，同样的压缩方法，对某一遥感图像压缩，PSNR为30dB左右，对另外的遥感图像压缩，PSNR可能为35dB左右。对一些人物、景物图像压缩，PSNR可能为40dB，而对另一些人物、景物图像压缩，PSNR可能为45dB甚至50dB。(2)研制成功的图像压缩设备对大多数图像压缩效果较好，但对一些图像压缩效果却不好，而用户还想继续使用该压缩设备。因此，如果我们先把原始图像A通过某种方法转换成多幅图像，多幅图像的特性与原始图像产生了不同，对多幅图像分别进行压缩，选出压缩效果最好的进行传输，传输后进行解压缩恢复出原始图像A。采用好的变换方法，可取得好的压缩效果。(3)目前的数据压缩方法是把原始图像本身进行压缩传输，接收端进行解压缩直接获得原始图像，但有时用户不希望解压后直接就得到原始图像，而是希望解压后得到不同于原始图像的替代图像，经过某种运算再得到原始图像，具有一定安全保密性。
发明内容
本发明的技术解决问题是针对现有技术的不足，提供了一种基于图像集的数据压缩方法，根据现有压缩方式利用图像集实现了对原始图像的更优压缩和安全传输。同时，本发明还提供了一种采用本发明所述方法的基于图像集的数据压缩系统。本发明的技术解决方案是一种基于图像集的数据压缩方法，包括以下步骤在图像数据集中选择与待传输的原始图像的大小相同的基础图像；将所述原始图像与各基础图像分别进行运算获得生成图像；对所述生成图像进行压缩编码，将压缩编码效果最好的生成图像的压缩编码数据作为传输数据进行发送；接收端对传输数据译码获得生成图像；利用与发送端相同的基础图像从所述生成图像中提取出原始图像。进一步的，所述图像数据集包括通用图像集和面向应用图像集；所述通用图像集由日常生活典型图像组成；所述面向应用图像集由典型应用领域典型图像组成。进一步的，所述生成图像通过所述基础图像与所述原始图像按灰度值逐位进行异或运算获得。进一步的，所述压缩编码效果通过以下方法进行确定在对生成图像按压缩比进行压缩编码时，所述压缩编码效果根据生成图像的峰值信噪比确定；在对生成图像进行无失真压缩编码时，所述压缩编码效果根据压缩比的大小确定。进一步的，所述生成图像经压缩编码生成的传输数据中具有用于嵌入所述基础图像序号的保留位；在接收端根据所述保留位中的基础图像序号确定用于提取原始图像的基础图像。
本发明所述的基于图像集的数据压缩系统，包括图像发送单元、图像接收单元，还包括基础图像单元、运算编码单元和译码逆运算单元，所述基础图像单元从图像数据集中提取与原始图像数据大小相同的基础图像；所述运算编码单元将原始图像数据与每幅基础图像按灰度值逐位进行异或运算后获得生成图像；对所述生成图像进行压缩编码，将压缩编码效果最好的生成图像的压缩编码数据作为传输数据通过图像发送单元进行发送；所述译码逆运算单元对图像接收单元接收的传输数据进行译码获得生成图像，并利用与发送端相同的基础图像从生成图像中提取出原始图像数据。进一步的，所述图像数据集包括通用图像集和应用图像集；所述通用图像集由日常生活典型图像组成；所述应用图像集由典型应用领域典型图像组成。进一步的，所述压缩编码效果通过以下方法进行确定在对生成图像按压缩比进行压缩编码时，所述压缩编码效果根据生成图像的峰值信噪比确定；在对生成图像进行无失真压缩编码时，所述压缩编码效果根据压缩比的大小确定。进一步的，所述生成图像经压缩编码生成的传输数据中具有用于嵌入所述基础图像序号的保留位；所述译码逆运算单元根据所述保留位中的基础图像序号确定用于提取原始图像的基础图像。本发明与现有技术相比具有如下优点在传统的图像压缩传输中，是对图像直接进行压缩处理，如进行预处理、DCT、小波变换，或者说传统的变换压缩是把图像变换成变换域中的非图像数据，然后对变换后的数据进行压缩传输。而本发明是利用已知图像数据集把原始图像转换为另外多幅生成图像，并通过研究多幅生成图像的压缩性能，选择压缩效果好的生成图像进行压缩传输，生成图像中只要存在一幅比原始图像更容易压缩的图像，采用本发明所述方法就可以获得比现有压缩方法更好的性能。同时，经过原始图像与生成图像的融合处理，对原待传输图像也起到了加密的作用，增加了图像传输的安全性。(I)本发明利用典型的图像数据集，把原始图像变换为生成图像，由于图像数据集采用通用图像集和应用图像集，因此代表型强，涵盖面广，变换后的多幅生成图像很可能有一幅更容易压缩，从而可利用现有压缩方法获得比传统方法更好的图像压缩性能。压缩效果最坏的情况下相当于只对原图像进行压缩，且压缩方法与现有方法一样。
(2)根据本发明所述方法和所述系统的组成，图像的发送端与接收端具有不对称结构，图像接收端的译码设计简单，因此，采用本发明更有利于接收端设备的简化，便于推广应用，除了适合于正常通信外，还适合于点对多点通信，或广播通信。(3)作为传输图像的生成图像，不必采用传统信息加密方法就具有一定保密效果，具有简单、实用的特点，可以采用简单的易于实现的方法，如本发明所采用的两幅图像按灰度值逐位的异或运算，节省了实现成本，降低了保密系统复杂性，提高了传输可靠性。
图I为本发明方法流程图；图2为本发明系统示意图。
具体实施例方式下面就结合附图对本发明做进一步介绍。本发明的图像数据的压缩方法与系统是为了解决大容量、高分辨率图像安全传输问题而提出的，利用已知数据集，把原始图像转换为多幅生成图像，并通过研究各幅生成图像的压缩性能，选择压缩效果好的生成图像作为传输数据。采用本发明可以利用现有压缩方法获得对对待传输的原始图像更好的压缩性能，对原始图像也起到了一定的保护作用，增加了原图像传输的安全性。如图I所示为本发明方法流程图，具体实现步骤如下(I)根据需要发送的原始图像A在图像数据集中选择η幅相同大小的基础图像BI, Β2, ...，Βη，其中，η为与原始图像A大小相同的基础图像的个数。所述原始图像A的大小为M行、N列、Q比特量化，总比特数为MNQ;所述基础图像Bi (i = 1，. . .，η)大小为M行、N列、Q比特量化，总比特数为MNQ，基础图像Bi的灰度值Gi为介于O到2Q_1之间的正整数。所述的图像数据集包括通用图像集，地面日常通用图像集和面向应用图像集。通用图像集、地面日常通用图像集采用日常生活典型图像组成该图像集。该图像集由Lena、Baboon、Airplane、Boat、Goldhill、Pepper等图像组成，η可以小于或等于10。面向应用图像集，根据不同的应用场合，选择典型应用领域典型图像建立图像集，比如纹理库，人脸库，卫星遥感目标库等，η根据情况选取具体值。(2)将原始图像A分别和选择出的η幅基础图像BI，Β2，. . .，Bn进行运算操作合成一幅图像，从而分别得到η副生成图像Cl，C2，. . .，Cn ;通过运算操作获得所述生成图像Ci的一种方式为，将所述基础图像与所述原始图像按灰度值逐位进行异或运算获得。或者采用其他运算方式。(3)对获得的生成图像Ci进行压缩编码，编码方式可以为根据压缩比R进行的压缩编码，也可以为无失真压缩编码。在根据压缩比R进行的压缩编码中，对原始图像A和生成图像Cl，C2，. . .，Cn分别进行压缩编码，选出压缩效果最好的生成图像Cj，j为压缩效果最好的生成图像的序号，同样j也为用于生成该生成图像的基础图像的序号。若j = 0，则表示对原始图像A进行压缩编码后的压缩效果最好。将此序号j数据嵌入到由生成图像经压缩编码后生成的传输数据的预先保留位中，从而可在传输数据到达接收端时，将基础图像的序号同时传输到接收端。
压缩效果根据采用的压缩编码的方式可分为如下两种方法一根据压缩比R对Cl，C2，. . .，Cn分别进行压缩编码，计算各幅图像的峰值信噪比PSNR，选择峰值信噪比PSNR最大的图像作为Cj图像。方法二 对Cl，C2，. . .，Cn分别进行无失真压缩，计算各自的压缩比，按压缩比大小排列，选出压缩比最大的图像作为Cj图像。(4)接收端对接收到的传输数据进行解压译码得到恢复图像Cj，再进行序号信息提取得到j，利用数据集中与序号j相对应的基础图像Bj进行与发送端相逆的运算，从而恢复出原始图像A。对应于本发明实施例所述方法，如图2所示为本 发明系统示意图。本发明所述基于图像集的数据压缩系统包括，发送端的基础图像单元、运算编码单元和图像发送单元；接收端的图像接收单元和译码逆运算单元。在发送端，图像基础单元根据方法步骤(I)在图像数据集中选择与待传输原始图像A大小相同的η幅基础图像Bi (i = I, 2,......, η)。运算编码单元根据方法步骤(2)对原始图像A和η幅基础图像Bi进行压缩编码，从而获得对应于各基础图像的η副生成图像Ci。进一步采用方法步骤(3)所述操作对生成图像Ci的压缩效果进行评估，确定压缩效果最好的生成图像的压缩数据作为传输数据，并利用图像发送单元发送到接收端。在接收端，图像接收单元接收传输数据，并将收到的传输数据输出给译码逆运算单元。译码逆运算单元根据方法步骤(4)从传输数据中提出生成图像，并采用与发送端运算编码单元相逆的运行对生成图像进行逆运算，获得原始图像。本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
权利要求
1.一种基于图像集的数据压缩方法，其特征在于包括以下步骤 在图像数据集中选择与待传输的原始图像的大小相同的基础图像； 将所述原始图像与各基础图像分别进行运算获得生成图像； 对所述生成图像进行压缩编码，将压缩编码效果最好的生成图像的压缩编码数据作为传输数据进行发送； 接收端对传输数据译码获得生成图像； 利用与发送端相同的基础图像从所述生成图像中提取出原始图像。
2.如权利要求I所述的一种基于图像集的数据压缩方法，其特征在于所述图像数据集包括通用图像集和面向应用图像集；所述通用图像集由日常生活典型图像组成；所述面向应用图像集由典型应用领域典型图像组成。
3.如权利要求I所述的一种基于图像集的数据压缩方法，其特征在于所述生成图像通过所述基础图像与所述原始图像按灰度值逐位进行异或运算获得。
4.如权利要求I所述的一种基于图像集的数据压缩方法，其特征在于所述压缩编码效果通过以下方法进行确定 在对生成图像按压缩比进行压缩编码时，所述压缩编码效果根据生成图像的峰值信噪比确定；在对生成图像进行无失真压缩编码时，所述压缩编码效果根据压缩比的大小确定。
5.如权利要求I所述的一种基于图像集的数据压缩方法，其特征在于所述生成图像经压缩编码生成的传输数据中具有用于嵌入所述基础图像序号的保留位；在接收端根据所述保留位中的基础图像序号确定用于提取原始图像的基础图像。
6.一种基于图像集的数据压缩系统，包括图像发送单元、图像接收单元，其特征在于，还包括基础图像单元、运算编码单元和译码逆运算单元， 所述基础图像单元从图像数据集中提取与原始图像数据大小相同的基础图像； 所述运算编码单元将原始图像数据与每幅基础图像按灰度值逐位进行异或运算后获得生成图像；对所述生成图像进行压缩编码，将压缩编码效果最好的生成图像的压缩编码数据作为传输数据通过图像发送单元进行发送； 所述译码逆运算单元对图像接收单元接收的传输数据进行译码获得生成图像，并利用与发送端相同的基础图像从生成图像中提取出原始图像数据。
7.如权利要求6所示的一种基于图像集的数据压缩系统，其特征在于所述图像数据集包括通用图像集和应用图像集；所述通用图像集由日常生活典型图像组成；所述应用图像集由典型应用领域典型图像组成。
8.如权利要求6所示的一种基于图像集的数据压缩系统，其特征在于所述压缩编码效果通过以下方法进行确定 在对生成图像按压缩比进行压缩编码时，所述压缩编码效果根据生成图像的峰值信噪比确定；在对生成图像进行无失真压缩编码时，所述压缩编码效果根据压缩比的大小确定。
9.如权利要求6所示的一种基于图像集的数据压缩系统，其特征在于所述生成图像经压缩编码生成的传输数据中具有用于嵌入所述基础图像序号的保留位；所述译码逆运算单元根据所述保留位中的基础图像序号确定用于提取原始图像的基础图像。
全文摘要
本发明公开了一种基于图像集的数据压缩方法，包括以下步骤在图像数据集中选择与待传输的原始图像的大小相同的基础图像；将所述原始图像与各基础图像分别进行运算获得生成图像；对所述生成图像进行压缩编码，将压缩编码效果最好的生成图像的压缩编码数据作为传输数据进行发送；接收端对传输数据译码获得生成图像；利用与发送端相同的基础图像从所述生成图像中提取出原始图像。同时本发明还提供了一种采用该方法的基于图像集的数据压缩系统。本发明基于现有压缩方式，利用图像集实现了对原始图像的更优压缩和安全传输。
文档编号H04N7/26GK102821277SQ20121025197
公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月20日 优先权日2012年7月20日
发明者周诠, 李晓博, 方海, 黎军, 呼延烺, 张怡, 李静玲 申请人:西安空间无线电技术研究所