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图像的压缩编码是存储、处理和传输图像信息的基础,提高图像的压缩效率一直是人们不断追求的目标。对图像进行压缩编码,目前成熟的做法都是在变换域进行。在变换域进行图像编码可以很好地去除图像数据相关性,达到压缩数据的目的。对于变换域图像编码而言,最根本的问题是去相关变换算法的选择。DFT、DCT、DWT、KL等都是常用的去相关变换算法。在选择变换算法时,我们一般要综合考虑算法的能量集中特性、算法的复杂度、算法的边缘信息保持程度等诸多因素。
DCT变换是变换域图像编码最经典的一个变换算法,它实现了对图像信息从空间域到频率域的变换。JPEG国际标准就是以DCT变换为核心编码算法,是目前应用最广泛的一个编码技术。但是,DCT变换为核心的编码算法存在一些不可避免的缺陷。例如:在高压缩比场合,JPEG的重建图像在水平和垂直方向出现晕圈、幻影,产生“方块”效应。另外,由于DCT反映的是信号或函数的整体特征,而在不少实际问题中我们所关心的是信号在局部范围中的特征。对于图像中的高度非平稳的信号(如图像中的一些突变结构、边缘信息等),用余弦基做图像信号的非线性逼近,其结果不是最优的。
在追寻改进算法的同时,小波变换编码走进了图像编码学者们的视野。小波变换具有DCT变换编码所没有的优点,是对变换域编码方法的一个很好的发展。图像经小波变换后系数分布有一定规律,可以应用一些新的编码技术使编码更有效率,主要的编码技术有:EZW算法、SPIHT算法、EBCOT、算法。JPEG2000是当前用于静止图像编码最新的国际标准,就是以小波变换结合EBCOT算法为核心的,相对于JPEG国际标准,它具有很多很明显的优势。但在应用中,小波变换还存在着一些局限性:在实数域中,对称、正交、紧支的非平凡单小波是不存在的,这使人们不得不在正交性和对称性之间进行折衷。
为了弥补上述不足,人们开始提出新的理论,于是出现了小波理论的新分支--多小波。将传统的单小波拓展到矢量空间,从而得到的多小波包括了传统小波的全部优点,同时又克服了单小波的缺陷,将实际应用中十分重要的正交性、对称性、紧支性、光滑性完美地结合在一起。随着多小波理论的不断丰富和完善,更多具有优秀性质的多小波被提出,多小波在图像处理方面的应用也显示出巨大的潜力。目前,多小波应用在图像编码和图像去噪等方面都具有很好的研究价值。
本文在研究了JPEG2000的核心编码技术--EBCOT算法和多小波变换原理的基础上,提出了基于EBCOT算法的多小波图像编码。采用各种常用的多小波基,结合EBCOT算法,对标准灰度图像进行实验,对比JPEG2000和多小波变换下的图像压缩效果。
在对标准图像的实验中可以得到,基于EBCOT算法的多小波图像编码方法能够对图像进行很好的压缩,特别是利用平衡多小波变换进行编码的图像,重构的效果不管从主观上还是客观上,都得到了与JPEG2000接近的压缩效果。可以看出,利用EBCOT算法和多小波变换具有很好的发展空间。目前的基于多小波变换的编码结果并不是极限,多小波尚未发掘的潜力更是人们继续深入研究的动力。