基于零树和位平面的小波图像压缩算法A-软件学报.PDF

1000-9825/2002/13(03)0460-07 ©2002 Journal of Software 软 件 学 报 Vol.13, No.3 基于零树和位平面的小波图像压缩算法 牛建伟, 王 刃, 李 波 (北京航空航天大学 计算机科学与工程系,北京 100083) E-mail: niujianwei@263.net 摘要: 通过有机结合零树编码、位平面编码和算术编码,提出了一种基于零树和位平面的小波图像压缩算法 ZBP(Zerotree and bit plane).ZBP 不仅充分利用了零树符号之间的相关性, 而且从位数据的层面上挖掘出了小波 系数值之间的相关性,从而提高了算术编码的性能.实验结果表明,ZBP 的压缩效果优于目前已有的小波图像压 缩算法. 关 键 词: 小波变换;零树编码;位平面编码;算术编码; 图像压缩 中图法分类号: TP391 文献标识码: A 小波变换[1] 虽然能够去除图像整体上的相关性,但是小波系数之间仍然残存了大量的相关性,而当前的小 [2] [3] 波图像压缩算法一般都未能对小波系数相关性进行深层次的挖掘和利用.零树编码 、位平面编码 和算术编 [4] 码 是当前小波图像压缩算法中最常用的 3 种编码技术,三者的有机结合可以极大地提高算术编码的性能,从 而提高整个算法的压缩性能.但是,在目前已有的算法中,零树编码和位平面编码都没有能与算术编码很好地结 合起来,因此其压缩效率都受到了一定的影响. 零树编码和位平面编码可以看作是把小波系数值转变为符号流(零树符号、位数据) 的过程,而算术编码可 以看作是将这些符号流转变为二进制位流的过程.这两个过程都实现了数据的压缩,如何使用算术编码有效地 编码符号流是决定整个算法压缩效果的关键.算法编码的性能取决于两个方面:一方面是符号表的大小,算术编 码使用的符号表越小,对所编码符号概率的统计和预测越准确;另一方面是频率分布表的使用,算术编码使用频 率分布表来记录符号的概率,在编码过程中根据其概率为符号分配位流.把所有需要编码的符号按照其上下文 进行分类,并对每一类符号使用一个特定的频率分布表编码,可以极大地提高算术编码的性能,从而提高整个算 法的压缩率. 针对传统零树编码和位平面编码的不足,本文提出用“上下文相关的零树编码算法”来编码零树符号 图[2](significance map),用“位平面预测编码算法”来编码系数值(coefficient values).这两个算法充分利用了小波 系数之间的相关性,并且将零树编码、位平面编码和算术编码有机地结合起来,通过结合这两个算法就得到了 “基于零树和位平面的小波图像压缩算法”. 1 上下文相关的零树编码算法 上下文相关的零树编码(context-sensitive Zerotree, 简称 CZ)算法充分挖掘和利用了零树符号之间的相关 收稿日期: 2000-04-11; 修改日期: 2000-09-11 基金项目: 国家自然科学基金资助项目69974005); 国家863 高科技发展计划资助项目(2001AA1 14142);国家“九五” 国防预研基金资助项目 作者简介: 牛建伟(1969 －), 男,河南郑州人,博士生,讲师,主要研究领域为视频压缩与流媒体技术,分布式系统;王刃(1974 －), 男,重庆人,硕士,主要研究领域为图像压缩技术;李波(1966 －), 男, 四川南充人,博士,教授,博士生导师,主要研究领域为数字多媒体技 术,人工智能. 牛建伟 等:基于零树和位平面的小波图像压缩算法 461 性,其基本思想是: (1) 修改传统的零树符号表,使生成的零树符号图有助于用算术编码进行高效的编码. (2) 制订一套预测准则,在编码每个零树符号时,分析其上下文,根据预测准则得到该符号类型的预测值,并 根据预测值选择相应的频率分布表来编码该符号. 1.1 零树符号表的修改 传统的零树编码使用了 4 种符号[3]来表示不同类型的小波系数,这使得算术编码的符号表过大,既不利于 提高其性能, 也不利于对待编码符号进行预测.