基于全相位离散正弦双正交变换的图像压缩方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了基于全相位离散正弦双正交变换的图像压缩方法及系统，包括在编码端对图像进行类JPEG压缩编码的步骤及接收端进行解压缩的步骤；其中，在编码端对图像进行类JPEG压缩编码时：对输入的源图像进行分块，对每个图像块进行全相位离散正弦双正交变换，对变换后的系数进行均一量化，对量化后的系数进行Zig?zag扫描，对扫描重排后的系数进行哈夫曼编码，得到输出图像；对应的，在接收端进行解压缩时采用与在编码端对图像进行压缩编码相逆的步骤，得到重建图像。使用全相位离散正弦双正交变换算法进行类JPEG编码，有效地提高了图像的压缩性能，减少了低比特率下重建图像中的块效应。
【专利说明】
基于全相位离散正弦双正交变换的图像压缩方法及系统
技术领域
[0001] 本发明设及图像处理领域，具体设及基于全相位离散正弦双正交变换的图像压缩 方法及系统。
【背景技术】
[0002] 图像视频压缩技术是多媒体处理的核屯、，随着网络流媒体、多媒体无线传感网的 兴起，人们对图像W及视频清晰度的要求越来越高。但是由于网络带宽的限制，目前人们对 数据压缩性能的要求越来越高。因此针对图像及视频数据压缩问题，提出了相关的图像视 频编码技术，并制订了相关标准。在运些视频和图像编码的标准中，其核屯、之一是离散余弦 变换。由于图像经过离散余弦变换后的系数矩阵具有稀疏性质，非常适用于数据压缩。
[0003] 基于离散余弦变换的肝EG编码，可W有效地对静态图像进行压缩，去除图像的空 间冗余，节省存储空间。但是基于离散余弦变换的肝EG编码在低比特率下具有严重的块效 应，并且量化表相对复杂。
[0004] 同时随着相机分辨率的提升，日常生活中获得的图像分辨率也越来越高。对于图 像像素较高的原始位图，由于数据量增大，若利用传统CPU串行的结构特点处理，会消耗大 量的时间，效率低下，实时性不强。
[0005] 所W亟需一种可W改善W上问题的方案。
【发明内容】
[0006] 为解决现有技术存在的不足，本发明公开了基于全相位离散正弦双正交变换的图 像压缩方法及系统，本发明基于全相位列率滤波和离散正弦变换提出了一种新型变换即全 相位离散正弦双正交变换，并将其应用于图像压缩领域。在量化过程中，采用统一的量化步 长即均一量化，省去肝EG标准中的复杂量化表，运样做可节省内存，简化计算，提升编码速 度。
[0007] 为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
[000引基于全相位离散正弦双正交变换的图像压缩方法，包括在编码端对图像进行压缩 编码的步骤及接收端进行解压缩的步骤；
[0009] 其中，在编码端对图像进行压缩编码时:对输入的源图像进行分块，对每个图像块 进行全相位离散正弦双正交变换，对变换后的系数进行均一量化，对量化后的系数进行 Zig-zag扫描，对扫描重排后的系数进行哈夫曼编码，得到输出图像；
[0010] 对应的，在接收端进行解压缩时采用与在编码端对图像压缩编码相逆的步骤，得 到重建图像。
[0011] 进一步的，在接收端进行解压缩时的过程为:接收压缩后的图像比特序列;对序列 进行哈夫曼解码;对解码后的数据进行Zig-zag反扫描;对扫描后得到的系数反量化;对反 量化后的变换系数进行逆全相位离散正弦双正交变换;将逆变换处理后的数据写入硬盘； 得到重建图像。
[0012] 进一步的，全相位离散正弦双正交变换为将全相位列率滤波器用于离散正弦变换 得到的一种新型变换。
[0013] 进一步的，全相位离散正弦双正交变换采用H. 265标准使用的VII型大小为NXN二 维离散正弦变换的变换矩阵，由于离散正弦变换为正交变换，将N个响应的平均值y(n)作为 序列x(n)的全相位列率滤波输出，其中转换矩阵V建立了时域的单位脉冲响应和正交变换 域的列率响应之间的关系。
[0014] 进一步的，分块进行全相位离散正弦双正交变换并根据不同的比特率需求，制定 相应的量化步长，对变换系数进行均一量化。
[0015] 进一步的，上述基于全相位离散正弦双正交变换的图像压缩采用基于GHJ的并行 算法进行加速，主要包括基于GPU的并行算法的图像压缩的步骤及基于GPU的并行算法的图 像解压缩的步骤。
[0016] 进一步的，基于GPU的并行算法的全相位离散正弦双正交变换的图像压缩包括：
[0017] 在编码端的主机端，CPU预先在内存中申请两块内存空间X和y，分别用于存放从硬 盘中读取的数据，W及压缩后的数据。将源图像数据从硬盘中加载到内存X，在设备端的显 存中申请两块大小一样的内存Xi和拉；
[001引通过CPU将主机端内存X拷贝到设备端显存Xi中；
[0019] 根据图像尺寸分配GPU资源，为图像中每个图像块在线程网格中申请一块对应大 小的共享内存，并将图像块映射到设备端的线程块，将每个图像块中的每个像素数据映射 到线程块中的每个线程；
[0020] 在每个线程中先对源图像数据并行地进行电平位移。
[0021] 进一步的，上述图像压缩还包括：
[0022] 对每个像素数据做全相位离散正弦双正交变换即并行全相位离散正弦双正交变 换；
[0023] 然后对变换后的系数进行并行量化；
[0024] 对量化后的系数进行并行Zig-zag扫描；
[0025] 对扫描后的系数采用并行奇偶排序获得非零游程长度，并在GPU端做并行的哈夫 曼编码；
[00%]将编完码的数据放入显存X2中，并将拉拷贝到CPU的内存中，在CPU端经过处理后输 出。
[0027]进一步的，基于GPU的并行算法的全相位离散正弦双正交变换的图像解压缩包括： [002引在解码端的主机端，CPU预先在内存中申请两块内存空间Xi和yi，分别用于存放从 硬盘中读取的压缩图像，W及解压缩后的重建图像。将压缩图像从硬盘中加载到内存XI，在 设备端的显存中申请两块大小一样的内存Yi和Y2;
[0029] 将内存Xi拷贝到显存Yi中，对数据分割，并行地进行预处理；
[0030] 对并行处理后的哈夫曼编码系数，在GPU中进行并行的哈夫曼解码；
[0031] 对解码后的系数，再次进行映射，为每个系数块在线程网格中申请一块对应大小 的共享内存，并将系数块映射到设备端的线程块，将每个系数块中的每个像素数据映射到 线程块中的每个线程。
[0032] 进一步的，上述基于GPU的并行算法的图像解压缩还包括：
[0033] 对线程中的每个数据并行地进行反量化；
[0034] 对反量化后的系数进行并行Zig-zag反扫描；
[00巧]对反扫描后的系数做并行的逆全相位离散正弦双正交变换（Inverse All曲ase Discrete Sine Biorthogonal TransformJAPDSBT)即并行IAPDSBT变换；
[0036] 将每个线程中逆变换后得到的系数进行电平平移；
[0037] 将并行解码后的数据放入显存Y2中，并将Y2拷贝到CPU的内存中，即得到重建图像。
[0038] 基于全相位离散正弦双正交变换的图像压缩系统，包括编码端及解码端：
[0039] 其中，在编码端包括全相位离散正弦双正交变换模块，用于实现对分块后的图像 进行全相位离散正弦双正交变换；
[0040] 均一量化模块，用于实现对变换后的系数进行均一量化；
[0041 ] Zig-zag扫描模块，用于实现对量化后的系数进行Zig-zag扫描；
[0042] 哈夫曼编码模块，用于实现对扫描重排后的系数进行哈夫曼编码，得到输出图像；
[0043] 在解码端包括哈夫曼解码模块，用于实现对压缩后的图像比特序列进行哈夫曼解 码；
[0044] Zig-zag反扫描模块，用于实现对解码后的数据进行Zig-zag反扫描；
[0045] 反量化模块，用于实现对扫描后得到的系数反量化；
[0046] 逆全相位离散正弦双正交变换模块，用于实现对反量化后的变换系数进行逆全相 位离散正弦双正交变换，得到重建图像。
[0047] 进一步的，上述基于全相位离散正弦双正交变换的图像压缩系统采用GHJ图形处 理器进行并行处理。
[004引基于全相位离散正弦双正交变换（All Phase Discrete Sine Bio;rthogonal Transform, APDSBT)的类肝EG编码相较于传统的肝EG编码标准，它采用了 APDSBT来代替离 散余弦变换，减少了块效应对图像质量的影响。并且基于全相位离散正弦双正交变换的 肝EG编码由于可采用均一量化，减少了运算复杂度，节省了内存。
[0049] 对于图形处理器(Graphics Processing化it,GPU)，由于其具有特有的并行架 构，可为高强度的密集计算并行化提供便利。英伟达公司推出了运算平台通用并行计算架 构（Compute Unified Device Architecture,CUDA)，利用CUDA技术在图形处理器上优化基 于全相位离散正弦双正交变换的肝EG图像压缩的核屯、算法，可显著提升计算速度，极大地 提高图像的压缩效率的同时可减少块效应。
[0050] 本发明的有益效果：
[0051] (1)本发明基于全相位列率滤波和离散正弦变换提出了一种新型变换即全相位离 散正弦双正交变换，并将其应用于图像压缩领域。
[0052] (2)使用全相位离散正弦双正交变换算法进行类JPEG编码，有效地提高了图像的 压缩性能，减少了低比特率下重建图像中的块效应。
[0053] (3)采用均一量化，省去了肝EG标准中复杂的量化表，节省了内存，简化了计算，提 升了编码速度。
[0054] (4)采用基于GPU的并行计算对基于APDSBT的肝EG编解码进行加速，克服了传统处 理器计算能力和存储带宽上的劣势，导致计算效率不高的问题，同时克服了现有技术中图 像编解码需要高端硬件支持的缺点，使得本发明具有普适性。
【附图说明】
[0055]图1 CUDA并行结构示意图；
[0化6]图2 APDSBT-JPEG流程图；
[0057]图3基于离散正弦变换的全相位列率滤波示意图；
[005引图4(a)基于APDSBT-JPEG算法Lena图像的率失真曲线；
[0059] 图4 (b)基于APDSBT-肝EG算法Barbara图像的率失真曲线；
[0060] 图4 (C)基于APDSBT-JPEG算法Baboon图像的率失真曲线；
[0061 ]图4(d)基于APDSBT-肝EG算法化idge图像的率失真曲线；
[0062] 图5(a)DCT-JPEG在比特率为0.20b卵时Zon邱late图像的主观效果；
[0063] 图5 (b Mpdcbt-JPEG在比特率为0.20b卵时Zon邱late图像的主观效果；
[0064] 图5 (C) DST-JPEG在比特率为0.20b卵时Zon邱late图像的主观效果；
[00化]图5(d)APDSBT-JPEG在比特率为0.20b卵时Zon邱late图像的主观效果；
[0066] 图6并行APDSBT-肝EG图像编解码示意图。
【具体实施方式】：
[0067] 下面结合附图对本发明进行详细说明：
[0068] 本发明的思路是，使用全相位离散正弦双正交变换和均一量化分别代替传统肝EG 图像编码中的离散余弦变换和传统量化表，并且使用基于GPU的并行计算对APDSBT-肝EG进 行加速。
[0069] 基于全相位离散正弦双正交变换的JPEG编码方法，如图2所示，具体包括W下步 骤：
[0070] (1)将源图像，读进内存；
[0071] (2)把输入图像分为8 X 8的图像块；
[0072] (3)对每个图像块进行全相位离散正弦双正交变换；
[0073] (4)对变换后的系数进行均一量化；
[0074] (5)对量化后的系数进行Zig-zag扫描；
[0075] (6)对扫描重排后的系数进行哈夫曼编码；
[0076] (7)得到输出图像。
[0077] 对肝EG传输和存储的优化方法，其接收端解压缩过程如下：
[0078] (1)接收压缩后的图像比特序列；
[0079] (2)对序列进行哈夫曼解码；
[0080] (3)对解码后的数据进行Zig-zag反扫描；
[0081] (4)对扫描后得到的系数反量化；
[0082] (5)对反量化后的变换系数进行逆全相位离散正弦双正交变换；
[0083] (6)将逆变换处理后的数据写入硬盘；
[0084] (7)得到重建图像。
[0085] 实施例1
[0086] 如图3所示，在本发明中，区别现有技术的必要技术特征:将全相位列率滤波器用 于离散正弦变换，得到了 一种新型变换一-全相位离散正弦双正交变换。
[0087] 本发明采用H. 265标准中使用的VII型大小为NXN二维离散正弦变换(Discrete Sine Transform,DST)的变换矩阵为：
[008引
（I)
[0089] 其中，i，j代表元素所在矩阵的行和列。
[0090] 由于DST为正交变换，满足:S-i = sT，ei(i=0,1，???，N-1)是第i个元素为1其余元素 为0的N维列向量。将N个响应的平均值y(n)作为时域序列x(n)(n = 0，l，…，N-1)的全相位列 率滤波输1中，可得：
[0091]
(2)
[0092] 其中Xi全相位数据矩阵x(n)的第i列，F是长度为N的列率响应向量，m，k是求和参 变量，因此有
[0093] (3)
[0094]
[0095] (4)
[009W 倘
[0097]由此可W得到h = VF，其中转换矩阵V建立了时域的单位脉冲响应和正交变换域的 列率响应之间的关系，本发明称运种由全相位列率滤波推演而来的转换矩阵为全相位离散 正弦双正交变换(All Phase Discrete Sine Biorthogonal Transform,APDSBT)矩阵，V的 元素为：
[009引
（6)
[0099]做变量代换:i一i，T一i，m一 j，得
[0100]
仍
[0101] 将式(I)代入到式(7)中，可得变换矩阵V的一般形式为：[01091
側 (9)
[0105] 全相位离散正弦双正交变换与离散余弦变换的相似之处在于：当NXN的源图像数 据矩阵使用它们经过变换后，均可得到相应的变换域系数矩阵，并且图像的低频分量集中 在系数矩阵的左上角，并且直流系数位于系数矩阵左上角的第一个位置;右下角为高频分 量系数。根据人眼的视觉特性，对低频分量进行细量化、对高频分量进行粗量化即可达到很 好的压缩效果，运样做使得大多数高频系数变为零，即量化后的系数呈稀疏分布。两者的不 同之处在于:与离散余弦变换相比，全相位离散正弦双正交变换具有更好的能量集中特性 和对高频分量进行衰减的特性，即在变换的过程中就已对不同的频率进行了不同加权，将 其用于图像压缩中的肝EG编码框架，在量化过程中，对所有的变换系数采用简单的均一量 化，即用一个统一的量化步长去量化，即可达到对低频细量化和对高频粗量化的目的。而省 去肝EG标准中根据人眼的视觉特性所设计的复杂量化表。运样做可节省内存，简化计算，提 升编码速度。而且得到了比传统肝EG算法更好的压缩效果。
[0106] 实施例2
[0107] 在本发明中，区别于现有技术的必要技术特征是：提出了一种新型变换即全相位 离散正弦双正交变换，并用它代替肝EG标准中的离散余弦变换，并且使用一个统一的量化 步长即均一量化代替原有肝EG标准中的复杂量化表，应用于图像压缩。本发明可基于软件 实现。如图1所示，输入原始图像，将图像分为8X8的图像块，分块进行全相位离散正弦双正 交变换，并根据不同的比特率需求，制定相应的量化步长，对变换系数进行均一量化，接着 对直流系数化C)进行预测编码，对交流系数(AC)进行Zig-zag扫描和游程编码，然后根据标 准的哈夫曼码表进行赌编码，输出压缩图像的比特序列。在接收端将接收到的比特序列，依 次经过哈夫曼解码、Zig-zag反扫描、反量化W及逆全相位离散正弦双正交变换，即可得到 重建图像。
[0108] 本发明对传统肝EG编码标准的改进之处在于:使用全相位离散正弦双正交变换代 替传统的离散余弦变换，并且对所有的变换系数采用均一量化，其余部分与肝EG编码框架 相同。
[0109] 在MATLAB 2012环境下对本发明提出的技术方案进行了计算机仿真实验，实验得 到W下结论：
[0110] (1)采用基于全相位离散正弦双正交变换的类JPEG压缩算法，可W得到比采用传 统变换W及其他相关变换的类肝EG压缩算法更好的主观效果，有效地减少了低比特率时出 现的块效应。
[0111] (2)在客观评价方面，采用全相位离散正弦双正交变换的类肝EG压缩算法，可W得 到比采用传统变换W及其他相关变换的类肝EG压缩算法更好的客观效果。其峰值信噪比要 明显优于传统的基于离散余弦变换的肝EG标准。
[0112] 表1给出了对典型标准测试图像Lena.bmp(大小为512X512、化k特/像素），基于几 种常用变换：离散余弦变换(Discrete Cosine Trans化;rm,DCT)、全相位离散余弦双正交变 换（All Phase Discrete Cosine Biorthogonal Transfo;rm,APDCBT)、离散正弦变换 (Discrete Sine Biorthogonal Transform,DST) W及本发明提出的全相位离散正弦双正 交变换（All 陆ase Discrete Sine Biorthogonal Transform,APDSBT)用于肝EG编码框架 在不同比特率下的峰值信噪比。从表1中数据可W看出：本发明提出的APDSBT在各种比特率 下均优于DCT、APDCBT和DST。
[0113] 图4(a)~图4(d)是对其他标准测试图像使用不同的变换用于JPEG编码框架的率 失真曲线，其中图4(a)为Lena图像，图4(b)为Barbara图像，图4(c)为Baboon图像，图4(d)为 化1(1旨6图像。699为编码比特率单位，表示比特/像素（13；[1:/9；[义61);?5^表示峰值信噪比 (Peak Signal to Noise Ratio)。由图4(a)~图4(d)可W看出，对运几幅标准测试图像，本 发明提出的APDSBT在各种比特率下均优于DCT、APDCBT和DST。
[0114] 表1 Lena图像采用不同变换基用于肝EG编码框架的峰值信噪比的对比
[0115]
[0116]
[0117] (3)在主观评价方面，图5(a)~图5(d)给出了比特率为0.20bpp时对大小为512 X 512的标准测试图像Zon邱late, bmp使用不同算法进行压缩，并对重建图像的左上角64 X 64 个像素对长宽各放大8倍的效果图，其中图5 (a)为DCT-肝EG，图5 (b)为APDCBT-肝EG，图5 (C) 为DST-J阳G，图5(d)为APDSBT-肝EG。由图5(a)~图5(d)可W看出：与DCT、APDCBT、DST相比， APDSBT可W有效地减少块效应。
[011引实施例3
[0119] 基于全相位离散正弦双正交变换的JPEG图像压缩标准的核屯、编解码系统主要包 括8个模块，在编码端，首先对图像进行全相位离散正弦双正交变换，然后进行均一量化，接 着进行Zig-zag扫描，然后进行哈夫曼编码。在解码端，首先进行哈夫曼解码，然后进行Zigzag 反扫描 ，接着进行反量化 ，最后进行逆 APDSBT 。
[0120] 基于全相位列率滤波和离散正弦变换，提出全相位离散正弦双正交变换来提高 肝EG的编码性能，并在量化时采用均一量化，简化了量化过程。
[0121] 针对利用传统处理器对图像进行肝EG编解码效率低的问题，提出了一种利用图形 处理器的并行APDSBT-JPEG图像编解码系统。
[0122] CUDA是英伟达在2007年针对图形处理器推出的通用并行计算架构，CUDA采用类C 语言，极大地节省了开发人员的学习任务，简化了图形处理器编程接口，降低了利用图形处 理器进行并行编程的难度，使开发人员可W很容易地进行开发。如图1所示，基于GPU的并行 运算的实质在于对任务进行合理的分解，在一个CUDA程序的内核函数中包含两层并行结 构，线程间的并行和线程块间的并行，每一个内核函数被映射到一个线程网格中，因此，对 于图像数据，也进行相应的映射。
[0123] 在本发明中，采用基于GPU的并行算法对提出的APDSBT-JPEG算法进行加速，相比 于传统的CPU,可W获得百倍的加速。下面结合附图6对该并行算法做进一步描述。
[0124] 主机Host端：Intel酷眷 13-2100，主频3. IGHz ,Host端内存6G;
[01巧]设备Device端:Nvidia GeForce GTX 480,流处理器单元480个，显存1.5G，显存位 宽384bit，核屯、频率700MHz。
[01%]软件环境:CUDA7.0，Windows 10，VS2012。
[0127]基于GPU并行的APDSBT-肝EG图像压缩算法的具体实现过程如下：
[012引（1)在主机端(CPU) ,CPU预先在内存中申请两块内存空间X和y，分别用于存放从硬 盘中读取的数据，W及压缩后的数据。将源图像数据从硬盘中加载到内存X。在设备端的显 存中申请两块大小一样的内存Xi和拉；
[0129] (2)通过CPU将主机端内存X拷贝到设备端显存Xi中；
[0130] (3)根据图像尺寸分配GPU资源，为图像中每个8X8的图像块在线程网格中申请一 块对应大小的共享内存，并将图像块映射到设备端的线程块，将每个图像块中的每个像素 数据映射到线程块中的每个线程。
[0131] (4)在每个线程中先对源图像数据并行地进行电平位移-128;
[0132] (5)对每个像素数据做全相位离散正弦双正交变换即并行APDSBT变换。
[0133] (6)然后对变换后的系数进行并行量化。
[0134] (7)对量化后的系数进行并行Zig-zag扫描。
[0135] (8)对扫描后的系数采用并行奇偶排序获得非零游程长度，并在GPU端做并行的哈 夫曼编码。
[0136] (9)将编完码的数据放入显存X2中，并将X2拷贝到CPU的内存中，在CPU端经过处理 后输出。
[0137] 在解码端，解压缩的步骤如下：
[013引（1)在主机端(CPU) ,CPU预先在内存中申请两块内存空间Xi和yi，分别用于存放从 硬盘中读取的压缩图像，W及解压缩后的重建图像。将压缩图像从硬盘中加载到内存XI。在 设备端的显存中申请两块大小一样的内存Yi和Y2;
[0139] (2)将内存Xi拷贝到显存Y冲，对数据分割，并行地进行预处理；
[0140] (3)对并行处理后的哈夫曼编码系数，在GPU中进行并行的哈夫曼解码；
[0141] (4)对解码后的系数，再次进行映射，为每个8X8的系数块在线程网格中申请一块 对应大小的共享内存，并将系数块映射到设备端的线程块，将每个系数块中的每个像素数 据映射到线程块中的每个线程；
[0142] (5)对线程中的每个数据并行地进行反量化；
[0143] (6)对反量化后的系数进行并行Zig-zag反扫描；
[0144] (7)对反扫描后的系数做逆全相位离散正弦双正交变换即并行IAPDSBT变换；
[0145] (8)将每个线程中逆变换后得到的系数进行电平平移+128;
[0146] (9)将并行解码后的数据放入显存Y2中，并将Y2拷贝到CPU的内存中，即得到重建图 像。
[0147] 下面结合基于CPU端和GPU端的APDSBT-JPEG的处理时间的测试结果，对本发明的 结果做进一步描述。
[0148] 本发明的测试图像采用7幅大小分别为128X128、128X256、256X256、256X512、 512X512、512X 1024、1024 X 1024，比特深度均为Sbit的灰度图像，通过对比APDSBT-肝EG 算法在CPU端和GPU端运行20次的平均时间进行分析，实验结果详见表2。
[0149] 表2APDSBT-JPEG在CPU平台和GPU平台运行时间对比
[0150]
[0151] 从表2中的实验数据可W看出，基于GPU并行的APDSBT-JPEG算法相较于传统的基 于CPU的串行算法有着近百倍的加速比，极大地节省了压缩和解压缩时间。
[0152] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围W内。
【主权项】
1. 基于全相位离散正弦双正交变换的图像压缩方法，其特征是，包括在编码端对图像 进行类JPEG压缩编码的步骤及接收端进行解压缩的步骤； 其中，在编码端对图像进行类JPEG压缩编码时:对输入的源图像进行分块，对每个图像 块进行全相位离散正弦双正交变换，对变换后的系数进行均一量化，对量化后的系数进行 Zig-zag扫描，对扫描重排后的系数进行哈夫曼编码，得到输出图像； 对应的，在接收端进行解压缩时采用与在编码端对图像进行压缩编码相逆的步骤，得 到重建图像。2. 如权利要求1所述的基于全相位离散正弦双正交变换的图像压缩方法，其特征是，在 接收端进行解压缩时的过程为:接收压缩后的图像比特序列;对序列进行哈夫曼解码;对解 码后的数据进行Zig-zag反扫描;对扫描后得到的系数反量化;对反量化后的变换系数进行 逆全相位离散正弦双正交变换;将逆变换处理后的数据写入硬盘;得到重建图像。3. 如权利要求1或2所述的基于全相位离散正弦双正交变换的图像压缩方法，其特征 是，全相位离散正弦双正交变换为将全相位列率滤波器用于离散正弦变换得到的一种新型 变换。4. 如权利要求3所述的基于全相位离散正弦双正交变换的图像压缩方法，其特征是，全 相位离散正弦双正交变换采用H. 265标准使用的VII型大小为NXN二维离散正弦变换的变 换矩阵，由于离散正弦变换为正交变换，将N个响应的平均值y(n)作为序列x(n)的全相位列 率滤波输出，其中转换矩阵V建立了时域的单位脉冲响应和正交变换域的列率响应之间的 关系。5. 如权利要求1所述的基于全相位离散正弦双正交变换的图像压缩方法，其特征是，基 于全相位离散正弦双正交变换的图像压缩采用基于GPU的并行算法进行加速，主要包括基 于GHJ的并行算法的图像压缩的步骤及基于GPU的并行算法的图像解压缩的步骤。6. 如权利要求5所述的基于全相位离散正弦双正交变换的图像压缩方法，其特征是，基 于GHJ的并行算法的全相位离散正弦双正交变换的图像压缩包括： 在编码端的主机端，CPU预先在内存中申请两块内存空间X和y，分别用于存放从硬盘中 读取的数据，以及压缩后的数据。将源图像数据从硬盘中加载到内存X，在设备端的显存中 申请两块大小一样的内存Χι和X2 ; 通过CRJ将主机端内存X拷贝到设备端显存Xi中； 根据图像尺寸分配GPU资源，为图像中每个图像块在线程网格中申请一块对应大小的 共享内存，并将图像块映射到设备端的线程块，将每个图像块中的每个像素数据映射到线 程块中的每个线程； 在每个线程中先对源图像数据并行地进行电平位移。7. 如权利要求6所述的基于全相位离散正弦双正交变换的图像压缩方法，其特征是，图 像压缩还包括： 对每个像素数据做全相位离散正弦双正交变换即并行全相位离散正弦双正交变换； 然后对变换后的系数进行并行量化； 对量化后的系数进行并行Zig-zag扫描； 对扫描后的系数采用并行奇偶排序获得非零游程长度，并在GPU端做并行的哈夫曼编 码； 将编完码的数据放入显存X2中，并将χ2拷贝到CPU的内存中，在CPU端经过处理后输出。8. 如权利要求5所述的基于全相位离散正弦双正交变换的图像压缩方法，其特征是，基 于GHJ的并行算法的全相位离散正弦双正交变换的图像解压缩包括： 在解码端的主机端，CPU预先在内存中申请两块内存空间xdPyi，分别用于存放从硬盘 中读取的压缩图像，以及解压缩后的重建图像，将压缩图像从硬盘中加载到内存X1，在设备 端的显存中申请两块大小一样的内存Υι和Y2 ; 将内存X1拷贝到显存Y:中，对数据分割，并行地进行预处理； 对并行处理后的哈夫曼编码系数，在GRJ中进行并行的哈夫曼解码； 对解码后的系数，再次进行映射，为每个系数块在线程网格中申请一块对应大小的共 享内存，并将系数块映射到设备端的线程块，将每个系数块中的每个像素数据映射到线程 块中的每个线程。9. 如权利要求8所述的基于全相位离散正弦双正交变换的图像压缩方法，其特征是，基 于GHJ的并行算法的图像解压缩还包括： 对线程中的每个数据并行地进行反量化； 对反量化后的系数进行并行Zig-zag反扫描； 对反扫描后的系数做逆全相位离散正弦双正交变换即并行IAPDSBT变换； 将每个线程中逆变换后得到的系数进行电平平移； 将并行解码后的数据放入显存Y2中，并将Y2拷贝到CHJ的内存中，即得到重建图像。10. 基于全相位离散正弦双正交变换的图像压缩系统，其特征是，包括编码端及解码 端； 其中，在编码端包括全相位离散正弦双正交变换模块，用于实现对分块后的图像进行 全相位离散正弦双正交变换； 均一量化模块，用于实现对变换后的系数进行均一量化； Zig-zag扫描模块，用于实现对量化后的系数进行Zig-zag扫描； 哈夫曼编码模块，用于实现对扫描重排后的系数进行哈夫曼编码，得到输出图像； 在解码端包括哈夫曼解码模块，用于实现对压缩后的图像比特序列进行哈夫曼解码； Zig-zag反扫描模块，用于实现对解码后的数据进行Zig-zag反扫描； 反量化模块，用于实现对扫描后得到的系数反量化； 逆全相位离散正弦双正交变换模块，用于实现对反量化后的变换系数进行逆全相位离 散正弦双正交变换，得到重建图像。
【文档编号】H04N19/176GK105847800SQ201610331215
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】周晓, 单荣杨, 王成优, 蒋保臣
【申请人】山东大学（威海）