一种新的RGB空间的彩色图像编码方法

1、第26卷第1期2009年1月计算机应用研究ApplicationResearchofComputersVol.26No.1Jan.2009一种新的RGB空间的彩色图像编码方法王文宁,师磊,李慧娟2(1.山东农业大学信息学院,山东泰安271018;2.山东省泰安供电公司,山东泰安271000)摘要:为了能够较好地去除彩色图像色彩分量的相关性,并能获得较好的恢复图像,基于图像色彩信息,提出了一种基于RGB空间的彩色图像压缩编码算法,高效地去除了彩色图像各分量间的相关性。算法对其中一个分量进行完整DCT变换,对其他两个分量只求少数几个非零系数。采用查表法来进行DCT变换,使查表法的优越性得到更好的体

2、现。通过对新色彩空间编码性能进行的实验分析结果表明,像色彩分量的相关性,且算法实现简单,具有较好的信噪比,压缩、编码方法结合使用。关键词:色彩分量相关性;离散余弦变换;查表法;中图分类号:TN919;TP391141文献标志码:A:2009)0120395203NewapprorinRGBcolorspacesWen2ning,SHILei,LIHui2juannyofShandongShandong271000,China)2(1.SchoolofShandongAgriculturalUniversity,TaianShandong271018,China;2.PowerSupplyCom

3、pa2Abstract:Inordertodispelthecorrelationbetweencolorcomponentsofcolorimagesmoreefficientlyandgetbettercolorima2gescompressionresults,thispaperpresentedanalgorithmforthecolorimagecodingintheRGBcolorspaces.InRGBcolorspace,codedoneofthethreecolorcomponentsofacolorimageusingDCTcoding,theothertwocompone

4、ntsonlyaskedtheminorityseveraleffectivecoefficients.ThemethodofsearchingtablestookplaceofgeneralDCTmethod.Manyexperimentswerecarriedouttoanalyzetheencodingperformanceinthenewcolorspace.Theresultsshowthatthenewapproachcangetridofthecorrelationbetweencolorcomponentsofcolorimagesefficientlyandiseasilyi

5、mplemented.Italsoboastsofbettersignaltonoiseratio.Thereconstructedimageisvisualcomfortandthecoderiseasilycombinedwithothercompressionanden2codingmethods.Keywords:correlationbetweencolorcomponents;DCT;methodofsearchingtables;imageencoding;peaksignaltonoiseratio多媒体技术是一个日益扩大的全新领域,多媒体数据中,图像信息量比较丰富,有利于人们

6、的接受,但图像所占的数据量大,压缩、存储和传输均是现代信息领域要解决的重要问题。采用快速且有效的编码方法可以节省大量的资源。在已有彩色图像编码的研究文献16中,几乎均是采用将RGB色彩空间转换成YUV、YIQ或YCbCr色彩空间,然后对三个色彩分量进行单独编码,并没有去深入挖掘RGB色彩空间三个色彩分量之间存在的更深层的关系。文献7提出了基于三维离散余弦变换的彩色图像编码算法,有效地利用三基色之间的相关性,但设计三维矩阵运算,耗时多。文献8提出了基于色差分析的彩色图像编码算法。在彩色图像处理中,将RGB色彩空间转换成YUV、YIQ或YCbCr色彩空间,这样做虽然降低了相关性,但图像仍然轮廓种基

7、于RGB空间彩色图像压缩编码方法。本文算法依据三基色分量频域变换系数有很好的相关性这一特点,只对其中一个分量进行完整DCT,其他两个分量只求少数几个非零系数。本文采用查表法913来进行DCT变换,使得查表法的优越性更好体现。比较以往的算法,本算法的运算量更小。清晰,三个分量图像呈现相同的结构,而且RGB转换为YUV每一个像素需要经过3×3矩阵运算,解码时还要反变换回RGB空间。通过实验发现,RGB三个分量的相似度很高,它1基于空间的压缩编码的编码算法们的纹理、边缘、灰度变化均具有非常好的相似性,频域变换系数也存在极好的相关性,如图1所示。本文深入分析了RGB色彩分量之间的相关性,提出

8、了一收稿日期:2008203225;修回日期:2008206204由于DCT是最接近于统计最优变换KL变换的正交变换,且具有良好的去相关特性和能量集中特性,被广泛应用于图像作者简介:王文宁(19792),女,山东烟台人,助教,硕士,主要研究方向为图像处理(wwn812);师磊(19802),男,山东泰安人,工程师,主要研究方向为计算机技术;李慧娟(19662),女,山东菏泽人,副教授,硕士,主要研究方向为电子技术.396计算机应用研究第26卷的压缩编码算法中已有的各种成熟的压缩标准JPEG、MPEG、H26X以及HDTV等均无一例外地采用基于DCT的压缩编码。一般8×8子块的DCT系

9、数约有10%的数据为非零值(典型为716个),但所使用的算法乘法比较多,运算量很大,且保留的系数仅仅根据经验值,无法灵活改变,有的图像块会损失有用信息,有的图像块则保留了一些冗余系数(图3)。本文的算法依据RGB三颜色分量频域的相似性,依据G颜色分量的有效系数,灵活确定RB颜色分量的有效系数。在基本编码系统中,首先将图像分为8×8的像素块,然后再进行基于DCT的编码。算法分为三个基本步骤:a)离散余弦变换(DCT);b)运用人眼视觉系统最佳加权函数量化DCT系数;c)对量化系数进行熵编码。解码过程中,离散余弦逆变换是DCT的逆过程。基于DCT的编码方法是编码算法的核心内容。而且使用软

10、件编程过程表明,DCT是JPEG编码过程中最耗时的环节。在纯软件压缩情况下,DCT耗时一般约占整个编码时间的2/3以上。基本压缩算法的编、解码过程分别如图2(a)(b)所示。首先将频域划分为两部分,量化后系数不为零的称为有效1查表法实现的理论分析-1N-1u=0v=0系数,量化后为零的系数称为无效系数。基于RGB三个颜色分量的相关性,将G分量进行完整DCT及其量化操作,得到有效系数,记录下有效系数的位置。由于三个颜色分量从形状纹理上极为相似,频域变换后有效系数的分布也几乎一样(图4),本文就理想化地认为它们的有效系数分布是相同的。这二维正向DCT的定义如下:f(x,y)=2/66C(u)C(v

11、)F(u,v)(1)/(2M)cos(2y+1)v/(2N)cos(2x+1)uF(u,v)=2/6-1N-1x=0y=06f(x,y)C(u)C(v)样,已知有效系数的具体位置,对其他两个分量(R、B分量),(2)/(2M)cos(2y+1)v/(2N)cos(2x+1)u只计算其有效系数。本算法通过查表法实现,既减少了变换过程的运算量,也省去了无效系数的量化运算,是一种一举两得的方法。其中:C(u),C(v)=1/2,当u,v=0;C(u),C(v)=1,其他。x,u=0,1,2,M-1;y,v=0,1,2,N-1。无论是直接进行DCT还是采用行、列分离的算法均有其利弊。其优点是:结构直观

12、;可直接利用一维DCT快速算法程序和硬件结构实现;运算量为M×N点和N×M点的两次一维DCT。其缺点是:需要大量重复的乘法和加法运算;需要存储一些额外的中间信息。本文用查表方式1012实现DCT,这样将一些固定的乘除运算结果放在表中,每次需要用到时直接查询出进行运算;上式是对8×8的子图像块定义的,F(u,v)为变换后数据,8×8的子图像块经DCT变换后变为8×8的DCT系数块。每个DCT系数由64项的和构成,每一项又分为三部分:第一部分的f(x,y)为原图像数据,由于约定图像数据均为8位,所以0f(x,y)255;第二部分为1/4或1/8(u

13、,v均为0时);第三部11查表法实现分量的编码彩色视觉研究15的结果表明人眼对组成彩色信号的各个色彩分量的变化的感知程度是不一样的,即使在RGB色彩空间,人眼对不同色彩的感觉敏感程度也是不一样的,人眼对绿色的刺激要比红色和蓝色更为敏感一些,因此突出G的信噪比,可能会使视觉效果更好,通过实验分析对比也证实了这一点。基于DCT的快速算法分为两大类型,即常规快速运算法16,17分为两项余弦值的乘积。只需要建立一个8×8×64×256=1048576个数值的表,就可以将所有的DCT系数可能值覆盖。但考虑到余弦函数的性质,可以将此表简化为71×256=18176个

14、值。和查表法913。常规快速算法均是致力于使完整计算由于该方法是将系数与图像所有可能值事先乘好放入表中,只要在运行时调入内存,再进行寻址取数相加即可,几乎不进行乘法运算,与常规算法相比,速度得到较大提高。实际测试表明,查表法计算DCT所需时间是常规算法的48%左右,并且查表法10时间与变换对象个数成正比。1三基色分量编码算法8×8子块的DCT的总运算量达到最小,每个系数的计算并非独立,并不能单独求取几个系数。对于色彩分量G采用完整DCT,对R彩色分量和B彩色分量根据G分量只求相应的有限几个有效系数,应用常规快速算法体现不出本算法的优越性,因此笔者对三个彩色分量的DCT采用查表法。图像

15、压缩过程中使用DCT时,均是将每一幅图像分解成多个8×8子图像块进行处理,这样,每个子块用到的DCT系文献14在图像及视频变换压缩应用中,统计数据显示,第1期王文宁,等:一种新的RGB空间的彩色图像编码方法表2与常规压缩算法计算量的比较图像子块8×8397数就是定值。由于查表法是将系数与图像所有可能值事先乘好放入表中,只要在运行时调入内存,再进行寻址取数相加即可,几乎不进行乘法运算,与常规算法相比,速度得到较大提高。实际测试表明,查表法计算完整DCT所需时间是常规算法的48%左右。查表法所用时间与变换对象个数成正比,这是查表法的另一优于其他算法的地方。下面对R、B颜色分量只

16、是求有限几个有效系数,使查表法的这一优点得以体现。11、颜色分量的有效系数编码这部分利用RGB三颜色分量频域的相似性,依据G颜色分量的有效系数,灵活确定R、B颜色分量的有效系数。上一步通过查表法对G分量进行完整DCT及其量化操作,得到有效系数,记录下有效系数的位置;这里就设三种颜色分量的有效系数分布是相同的。这样,已经知道了R、B颜色分量DCT域中有效系数的具体位置(与G相同),对这两个分量,只计算其有效系数,其他系数直接赋值零。,。比较项乘法加法快速算法(YUV)268608查表法(RGB)0结束语本文提出了一种新的基于RGB空间的彩色图像压缩编码,充分利用了RGB色彩分量之间的相关性。算法

17、依据三基色分量频域变换系数有很好的相关性这一特点,只对其中一个颜色分量G进行完整DCT变换,R、B颜色这两个分量只求少数几个非零系数。DCT,特别是R、B这),使得查表法10,也。另外,811次乘法有8次用于最后一级的,可以减少。比较以往的算法,本算法的运算量更小。参考文献:1NADENAUMJ,REICHELJ,KUNTM.Wavelet2basedcolorimagecompression:explotingthecontrastsensitivityfunctionJ.IEEETransonImageProcessing,2003,12(1):58270.2BRAHIMIZ,SAADIK

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