基于JPEG-LS算法的CFA数据图像压缩研究

论文摘要

JPEG—LS算法是ISO／ITU规定的连续色调图像无损／近无损压缩标准，它具有高保真、低复杂度等特点，可应用于数码相机、网络传输、无线通信、医疗图像等领域。CFA数据图像是从CCD传感器获取的未经处理的数字图像数据。与一般图像相比，CFA数据图像的每个像素只有一个色值。对CFA这种特殊的数据图像直接进行压缩和存储，图像的冗余度较小，压缩处理的工作量少，同时可以提供更完整的图像信息，因此，对数据的信道传输和解压图像的后续处理都有着重要意义。目前，CFA数据图像的无损压缩尚处在起步阶段，没有合适的算法取得较高的压缩率，一般的无损压缩率在1.6左右。本文就是在研究JPEG—LS压缩算法的基础上，分析了CFA数据图像的统计特征，通过对CFA数据进行结构分离变换，以及使用改进后的JPEG—LS算法，最终将无损压缩率提高到了1.9以上。本文的工作主要有以下几个内容：1、对图像的统计特征进行了研究。首先给出了图像的数学描述，分析了图像数据的确定性和统计性，在此基础上，给出了图像建模，认为一幅自然图像可以近似看作一个类马尔可夫过程，在这个过程中，一个像素值的概率密度函数直接被相邻空域的几个像素所决定。对单CCD产生的CFA图像，首先将图像分为3个色平面，把每个色平面看作灰度图像，然后建立有限的自回归模型，确定合适的阶数进行“上下文”预测。2、对JPEG—LS的核心算法LOCO—Ⅰ进行了深入的研究。重点研究了预测、上下文建模、自适应补偿、重映射、参数估计、自适应限长Golomb编码六个部分，特别是对Golomb编码中的参数k进行了理论推导，并给出了一个编码实例。3、对CFA图像数据进行了压缩实验。本文主要使用了4种方法进行实验，一是对图像数据直接进行压缩；二是对图像数据进行结构分离变换后压缩，包括没有滤波、均值低通滤波和高斯低通滤波3种方法；三是用改进的JPEG—LS算法对CFA图像进行了压缩，包括预测器改进、并行处理改进2种方法；四是用JPEG2000、L—JPEG、PNG等标准算法分别对CFA图像进行了压缩，并与JPEG—LS算法进行了压缩效能的比较。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题背景与目的
• 1.3 国内外研究动态
• 1.4 本文的研究内容及组织
• 第二章 图像压缩基本理论与CFA数据图像统计特征
• 2.1 图像压缩基本理论
• 2.1.1 图像压缩编码技术的发展
• 2.1.2 图像压缩的信息论基础
• 2.1.3 主要图像编码技术
• 2.1.4 图像压缩标准
• 2.1.5 无损图像压缩边界研究及图像质量评价
• 2.2 CFA数据图像研究
• 2.2.1 图像传感器理论
• 2.2.2 CFA数据图像
• 2.2.3 CFA数据图像的统计特征研究
• 2.3 本章小结
• 第三章 JPEG—LS核心算法研究与编码实例
• 3.1 JPEG—LS产生的背景
• 3.2 JPEG-LS核心算法LOCO-I
• 3.3 JPEG-LS无损压缩编码原理研究
• 3.3.1 预测（Prediction）
• 3.3.2 上下文模型（Context Modeling）
• 3.3.3 自适应补偿（Adaptive Correction）
• 3.3.4 参数k的估计（Parameter k Estimation）
• 3.3.5 重映射（Re-mapping）
• 3.3.6 自适应限长Golomb编码（Adapted Limited-length Golomb Coding）
• 3.4 图像格式分析及编码实例
• 3.4.1 图像格式分析
• 3.4.2 编码实例分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 CFA数据图像无损压缩实验及结果分析
• 4.1 直接用JPEG—LS算法对CFA数据图像压缩
• 4.2 基于结构变换分离法对CFA数据图像压缩
• 4.3 基于改进的JPEG-LS算法的CFA数据图像压缩
• 4.3.1 预测器改进
• 4.3.2 并行处理改进
• 4.4 不同图像压缩标准对CFA数据图像压缩
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 实验中部分经典测试图像
• 攻读硕士期间发表的论文