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申请/专利权人：华南理工大学

摘要：本发明公开了一种基于NAM分割的块截断图像压缩方法，包括以下步骤：S1、将原图像分割成互不重叠且尺寸相同的矩形子块，并计算每个子块的空间频率值SFM；S2、根据SFM对每个矩形子块作NAM分割，分成不规则的矩形同位块，同位块的判定阈值由SFM和块的面积大小决定；S3、对矩形同位块误差扩散块截断压缩EDBTC，存储每个块的最大像素、最小像素和位图；S4、对压缩信息进行解码，生成图像。所述方法将NAM的分割方法与块截断算法相结合，将图像分割的更加合理，阈值选取也较合理，减少了图像总的分割块数，对比单纯的块截断压缩和采用四叉树分割的块截断压缩，压缩速度和压缩率都有较大的提高，图像压缩效果更好。

主权项：1.一种基于NAM分割的块截断图像压缩方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、初始分割：将原图像分割成互不重叠且尺寸相同的矩形子块，并计算每个子块的空间频率值SFM；S2、NAM分割同位块：根据SFM对每个矩形子块作NAM分割，分成不规则的矩形同位块，同位块的判定阈值由SFM和块的面积大小决定；S3、图像编码：对矩形同位块误差扩散块截断压缩EDBTC，存储每个块的最大像素、最小像素和位图；S4、图像解码：对压缩信息进行解码，生成图像。

全文数据：一种基于NAM分割的块截断图像压缩方法技术领域本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种基于NAM分割的块截断图像压缩方法。背景技术图像压缩是图像处理的一种重要方法，随着信息化时代的来临，大量的图片信息需要存储，不可避免的会占用越来越多的存储资源和网络带宽。然而，一张图片包含许多的冗余信息，去掉冗余并保存关键信息就是图像压缩的关键。图像压缩方法分为有损压缩和无损压缩两种。其中块截断编码BTC是一种快速的有损图像压缩技术，最早是由Delp和Mitchell在1979提出。其算法的主要思想是：将输入图片划分为指定尺寸的不重叠块，分别计算每个块的均值和标准差，每个块对应一个相同尺寸的位图，对于像素值大于均值的，在位图中写入‘1’，否则，在位图中写入‘0’，然后对均值、标准差和位图编码。解码过程就是根据均值和标准差计算高、低量化值，分别替换位图中的‘1’和‘0’。由于经典的BTC算法生成的图像效果较差，一系列改进方案被提出来去进一步减少噪音，提高压缩率和图像质量。其中ErrorDiffusedBTCEDBTC是Guo利用误差扩散将量化误差扩散到相邻的像素点，以维持局部平均像素，所得到的图像显示了良好的图像质量且块效应有所减轻，但是需要更多的处理时间。后来Guo等人又提出了有序抖动块截断算法ODBTC，通过使用Look-Up-Tableditherarrays进一步增加处理效率。2014年他们又提出Dot-DiffusedBTCDDBTC在保证好的图像质量的同时还保留了并行处理能力。2015年又提出了改进的Near-AperiodicDDBTCNADDBTC，其目的是去除或减少周期性模式和脉冲噪声的退化产物。除了上面提到的这些算法以外，还有一些算法是将注意力放在块的分割方式上，如FJYang于2016年提出的Quadtree-basedEDBTCQEDBTC，是利用四叉树分割的方法，将初始的不重叠块，依据全局或局部SFM分割成不同尺寸的子块，再对这些子块进行编码，结果图像不仅质量更高，压缩率也进一步提高。然而这种基于四叉树的分割方式并不合理，分割的块较多，进而导致压缩率并没有较大的提升。发明内容本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种基于NAM分割的块截断图像压缩方法，所述方法是比四叉树分割更合理的分割方式，得到的图像质量更高，同时压缩率也有所提升，更难得是压缩时间也远小于QEDBTC。本发明的目的可以通过如下技术方案实现：一种基于NAM分割的块截断图像压缩方法，所述方法包括以下步骤：S1、初始分割：将原图像分割成互不重叠且尺寸相同的矩形子块，并计算每个子块的空间频率值SFM；S2、NAM分割同位块：根据SFM对每个矩形子块作NAM分割，分成不规则的矩形同位块，同位块的判定阈值由SFM和块的面积大小决定；S3、图像编码：对矩形同位块误差扩散块截断压缩EDBTC，存储每个块的最大像素、最小像素和位图；S4、图像解码：对压缩信息进行解码，生成图像。本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明提供的一种基于NAM分割的块截断图像压缩方法，将NAM的分割方法与块截断算法相结合，将图像分割的更加合理，阈值选取也较合理，减少了图像总的分割块数，对比单纯的块截断压缩和采用四叉树分割的块截断压缩，压缩速度和压缩率都有较大的提高，图像压缩效果更好。附图说明图1为本发明实施例基于NAM分割的块截断图像压缩方法总体流程图。图2为本发明实施例初始分割和计算SFM的流程图。图3为本发明实施例NAM分割同位块的流程图。图4为本发明实施例图像编码过程的流程图。图5为本发明实施例图像解码过程的流程图。图6a是本发明实施例的实验原图，图6b是图6a的解码图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例：本实施例提供了一种基于NAM分割的块截断图像压缩方法，所述方法的整体流程如图1所示，包括以下步骤：S1、初始分割：将原图像分割成互不重叠且尺寸相同的矩形子块，并计算每个子块的空间频率值SFM；假设要将原图像I分成互不重叠且尺寸为M*N的矩形子块，则M和N必须满足分别能被原图像I的行数和列数整除；用R表示行频率，用C表示列频率，用m表示矩形块中的某一行，用n表示矩形块中的某一列，用xm,n表示坐标在m,n处的像素值，用SFM表示空间频率值，则R、C和SFM的计算公式如下所示：S2、NAM分割同位块：根据SFM对每个矩形子块作NAM分割，分成不规则的矩形同位块，同位块的判定阈值由SFM和块的面积大小决定；其中，同位块的判定方法如下：用area表示待判定块的面积，即像素的个数；用ug表示误差允许值，用maxvalue表示待判定块的最大像素值，用minvalue表示待判定块的最小像素值，用diff表示最大像素值与最小像素值之间的差值，ug和diff的计算公式如下：若area≤8，则若8area≤16，则若16area≤32，则若32area≤64，则若64area≤128，则若128area≤196，则diff＝maxvalue-minvalue如果diff不大于ug，则认为待判定块为同位块，否则就是非同位块；NAM分割的步骤具体如下：S2.1、从矩形像素块的左上角开始光栅扫描每一个像素点，如果该像素点之前未被标记过，就将该像素点作为矩形同位块的左上角，坐标记做x0,y0；S2.2、以左上角为起始点，向右下方45度扫描一个像素点作为矩形的预右下角x1,y1，若以x0,y0为左上角、x1,y1为右下角构成的矩形满足同位块的判定规则，则继续向右下方45度扫描，重复此过程直到不满足同位块判定规则，则上一次的点x1,y1即为斜下方向能够找到的最大同位块的右下角，面积记为area1；S2.3、以步骤S2.2中找到的点x1,y1向右水平扫描一个像素点作为矩形的预右下角x2,y2，若以x0,y0为左上角、x2,y2为右下角构成的矩形满足同位块的判定规则，则继续向右水平扫描，重复此过程直到不满足同位块判定规则，则上一次的点x2,y2即为水平方向能够找到的最大同位块的右下角，面积记为area2；S2.4、以步骤S2.2中找到的点x1,y1向下竖直扫描一个像素点作为矩形的预右下角x3,y3，若以x0,y0为左上角、x3,y3为右下角构成的矩形满足同位块的判定规则，则继续向下竖直扫描，重复此过程直到不满足同位块判定规则，则上一次的点x3,y3即为竖直方向能够找到的最大同位块的右下角，面积记为area3；S2.5、比较area1，area2，area3的大小，选择最大矩形作为同位块矩形，并对矩形内的所有像素进行标记；S2.6、返回步骤S2.1，直到所有像素点都被标记。S3、图像编码：对矩形同位块误差扩散块截断压缩EDBTC，存储每个块的最大像素、最小像素和位图；具体过程为：用xi,j表示同位块中位于i,j处的原像素值，x’i,j表示像素值量化误差和，oi,j表示二进制输入值，ei,j表示像素值量化误差，vi,j表示修改后的像素值，hm,n表示像素值量化误差扩散核，则vi,j和ei,j的计算公式如下：vi,j＝xi,j+x’i,jx’i,j＝∑∑ei+m,j+n×hm,nei,j＝vi,j-oi,j其中，hm,n采用Floyd核：接着，计算像素值量化误差扩散后同位块内的最大像素值、最小像素值和平均像素值，将同位块中大于平均像素值的点在相同大小的二进制位图对应位置记为1，小于或等于平均像素值的点记为0，存储最大像素值、最小像素值和二进制位图。S4、图像解码：对压缩信息进行解码，生成图像；具体过程为：读取每个同位块的编码信息：最大像素值、最小像素值和二进制位图，用最大像素值取代二进制位图中记为1的点，用最小像素值取代二进制位图中记为0的点，拼凑成解码图像。使用来源于经典的图像压缩常用图lena作为测试用例，lena原图如图6a所示；在读取原图像后，如图2所示，首先初始分割，将图像分割成互不重叠且尺寸相同的矩形块，计算每个块的空间频率值SFM；然后进行NAM分割同位块的流程，如图3所示，读取得出的每个小块的SFM，光栅扫描小块的未标记点，根据NAM分割规则得到待判定矩形，根据阈值公式计算ug和diff；若diff大于ug，则为非同位块，继续根据分割规则得到待判定矩形；若diff不大于ug，则为同位块；判断该同位块是否是最大面积的同位块，若不是，则继续分割；若是，则对同位块内的像素进行标记。判断小块内的像素点是否都被标记，若否，继续扫描未标记的像素点；若是，则判断是否所有小块都已分割好，若否，则继续分割未被分割的小块；若是，则结束NAM分割；再接着进行图像编码过程，如图4所示，首先，对每个同位块做误差扩散操作，得出误差扩散后的新块的平均像素值、最大像素值和最小像素值，扫描新块的每个像素值，若大于平均像素值，就在二进制位图的相应位置标1；否则就标0。存储最大、最小像素值和位图。最后进行图像解码过程，如图5所示，首先读取每个同位块的最大、最小像素值和位图，将位图中的1用最大像素值替换，0用最小像素值替换，替换后的同位块按对应位置拼接成完整的解码图，如图6b所示。在整个图像的压缩过程中，初始块大小为32，面积误差为8，分割块数为2543，SSIM为0.970768，BitRate为0.666672，压缩时间为1713ms。以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

权利要求：1.一种基于NAM分割的块截断图像压缩方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、初始分割：将原图像分割成互不重叠且尺寸相同的矩形子块，并计算每个子块的空间频率值SFM；S2、NAM分割同位块：根据SFM对每个矩形子块作NAM分割，分成不规则的矩形同位块，同位块的判定阈值由SFM和块的面积大小决定；S3、图像编码：对矩形同位块误差扩散块截断压缩EDBTC，存储每个块的最大像素、最小像素和位图；S4、图像解码：对压缩信息进行解码，生成图像。2.根据权利要求1所述的一种基于NAM分割的块截断图像压缩方法，其特征在于：步骤S1中，假设要将原图像I分成互不重叠且尺寸为M*N的矩形子块，则M和N必须满足分别能被原图像I的行数和列数整除；用R表示行频率，用C表示列频率，用m表示矩形块中的某一行，用n表示矩形块中的某一列，用xm,n表示坐标在m,n处的像素值，用SFM表示空间频率值，则R、C和SFM的计算公式如下所示：3.根据权利要求1所述的一种基于NAM分割的块截断图像压缩方法，其特征在于，步骤S2中，同位块的判定方法如下：用area表示待判定块的面积，即像素的个数；用ug表示误差允许值，用maxvalue表示待判定块的最大像素值，用minvalue表示待判定块的最小像素值，用diff表示最大像素值与最小像素值之间的差值，ug和diff的计算公式如下：若area≤8，则若8area≤16，则若16area≤32，则若32area≤64，则若64area≤128，则若128area≤196，则diff＝maxvalue-minvalue如果diff不大于ug，则认为待判定块为同位块，否则就是非同位块。4.根据权利要求1所述的一种基于NAM分割的块截断图像压缩方法，其特征在于，步骤S2中，NAM分割的步骤具体如下：S2.1、从矩形像素块的左上角开始光栅扫描每一个像素点，如果该像素点之前未被标记过，就将该像素点作为矩形同位块的左上角，坐标记做x0,y0；S2.2、以左上角为起始点，向右下方45度扫描一个像素点作为矩形的预右下角x1,y1，若以x0,y0为左上角、x1,y1为右下角构成的矩形满足同位块的判定规则，则继续向右下方45度扫描，重复此过程直到不满足同位块判定规则，则上一次的点x1,y1即为斜下方向能够找到的最大同位块的右下角，面积记为area1；S2.3、以步骤S2.2中找到的点x1,y1向右水平扫描一个像素点作为矩形的预右下角x2,y2，若以x0,y0为左上角、x2,y2为右下角构成的矩形满足同位块的判定规则，则继续向右水平扫描，重复此过程直到不满足同位块判定规则，则上一次的点x2,y2即为水平方向能够找到的最大同位块的右下角，面积记为area2；S2.4、以步骤S2.2中找到的点x1,y1向下竖直扫描一个像素点作为矩形的预右下角x3,y3，若以x0,y0为左上角、x3,y3为右下角构成的矩形满足同位块的判定规则，则继续向下竖直扫描，重复此过程直到不满足同位块判定规则，则上一次的点x3,y3即为竖直方向能够找到的最大同位块的右下角，面积记为area3；S2.5、比较area1，area2，area3的大小，选择最大矩形作为同位块矩形，并对矩形内的所有像素进行标记；S2.6、返回步骤S2.1，直到所有像素点都被标记。5.根据权利要求1所述的一种基于NAM分割的块截断图像压缩方法，其特征在于，步骤S3的具体过程为：用xi,j表示同位块中位于i,j处的原像素值，x′i,j表示像素值量化误差和，oi,j表示二进制输入值，ei,j表示像素值量化误差，vi,j表示修改后的像素值，hm,n表示像素值量化误差扩散核，则vi,j和ei,j的计算公式如下：vi,j＝xi,j+x′i,jx′i,j＝∑∑ei+m,j+n×hm,nei,j＝vi,j-oi,j其中，hm,n采用Floyd核：接着，计算像素值量化误差扩散后同位块内的最大像素值、最小像素值和平均像素值，将同位块中大于平均像素值的点在相同大小的二进制位图对应位置记为1，小于或等于平均像素值的点记为0，存储最大像素值、最小像素值和二进制位图。6.根据权利要求1所述的一种基于NAM分割的块截断图像压缩方法，其特征在于，步骤S4的具体过程为：读取每个同位块的编码信息：最大像素值、最小像素值和二进制位图，用最大像素值取代二进制位图中记为1的点，用最小像素值取代二进制位图中记为0的点，拼凑成解码图像。

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