1、第26卷第1期2009年1月計算機應用研究ApplicationResearchofComputersVol.26No.1Jan.2009一種新的RGB空間的彩色圖像編碼方法王文寧,師磊,李慧娟2(1.山東農業大學信息學院,山東泰安271018;2.山東省泰安供電公司,山東泰安271000)摘要:為了能夠較好地去除彩色圖像色彩分量的相關性,并能獲得較好的恢復圖像,基于圖像色彩信息,提出了一種基于RGB空間的彩色圖像壓縮編碼算法,高效地去除了彩色圖像各分量間的相關性。算法對其中一個分量進行完整DCT變換,對其他兩個分量只求少數幾個非零系數。采用查表法來進行DCT變換,使查表法的優越性得到更好的體

2、現。通過對新色彩空間編碼性能進行的實驗分析結果表明,像色彩分量的相關性,且算法實現簡單,具有較好的信噪比,壓縮、編碼方法結合使用。關鍵詞:色彩分量相關性;離散余弦變換;查表法;中圖分類號:TN919;TP391141文獻標志碼: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多媒體技術是一個日益擴大的全新領域,多媒體數據中,圖像信息量比較豐富,有利于人們

6、的接受,但圖像所占的數據量大,壓縮、存儲和傳輸均是現代信息領域要解決的重要問題。采用快速且有效的編碼方法可以節省大量的資源。在已有彩色圖像編碼的研究文獻16中,幾乎均是采用將RGB色彩空間轉換成YUV、YIQ或YCbCr色彩空間,然后對三個色彩分量進行單獨編碼,并沒有去深入挖掘RGB色彩空間三個色彩分量之間存在的更深層的關系。文獻7提出了基于三維離散余弦變換的彩色圖像編碼算法,有效地利用三基色之間的相關性,但設計三維矩陣運算,耗時多。文獻8提出了基于色差分析的彩色圖像編碼算法。在彩色圖像處理中,將RGB色彩空間轉換成YUV、YIQ或YCbCr色彩空間,這樣做雖然降低了相關性,但圖像仍然輪廓種基

7、于RGB空間彩色圖像壓縮編碼方法。本文算法依據三基色分量頻域變換系數有很好的相關性這一特點,只對其中一個分量進行完整DCT,其他兩個分量只求少數幾個非零系數。本文采用查表法913來進行DCT變換,使得查表法的優越性更好體現。比較以往的算法,本算法的運算量更小。清晰,三個分量圖像呈現相同的結構,而且RGB轉換為YUV每一個像素需要經過3×3矩陣運算,解碼時還要反變換回RGB空間。通過實驗發現,RGB三個分量的相似度很高,它1基于空間的壓縮編碼的編碼算法們的紋理、邊緣、灰度變化均具有非常好的相似性,頻域變換系數也存在極好的相關性,如圖1所示。本文深入分析了RGB色彩分量之間的相關性,提出

8、了一收稿日期:2008203225;修回日期:2008206204由于DCT是最接近于統計最優變換KL變換的正交變換,且具有良好的去相關特性和能量集中特性,被廣泛應用于圖像作者簡介:王文寧(19792),女,山東煙臺人,助教,碩士,主要研究方向為圖像處理(wwn812);師磊(19802),男,山東泰安人,工程師,主要研究方向為計算機技術;李慧娟(19662),女,山東菏澤人,副教授,碩士,主要研究方向為電子技術.396計算機應用研究第26卷的壓縮編碼算法中已有的各種成熟的壓縮標準JPEG、MPEG、H26X以及HDTV等均無一例外地采用基于DCT的壓縮編碼。一般8×8子塊的DCT系

9、數約有10%的數據為非零值(典型為716個),但所使用的算法乘法比較多,運算量很大,且保留的系數僅僅根據經驗值,無法靈活改變,有的圖像塊會損失有用信息,有的圖像塊則保留了一些冗余系數(圖3)。本文的算法依據RGB三顏色分量頻域的相似性,依據G顏色分量的有效系數,靈活確定RB顏色分量的有效系數。在基本編碼系統中,首先將圖像分為8×8的像素塊,然后再進行基于DCT的編碼。算法分為三個基本步驟:a)離散余弦變換(DCT);b)運用人眼視覺系統最佳加權函數量化DCT系數;c)對量化系數進行熵編碼。解碼過程中,離散余弦逆變換是DCT的逆過程。基于DCT的編碼方法是編碼算法的核心內容。而且使用軟

10、件編程過程表明,DCT是JPEG編碼過程中最耗時的環節。在純軟件壓縮情況下,DCT耗時一般約占整個編碼時間的2/3以上。基本壓縮算法的編、解碼過程分別如圖2(a)(b)所示。首先將頻域劃分為兩部分,量化后系數不為零的稱為有效1查表法實現的理論分析-1N-1u=0v=0系數,量化后為零的系數稱為無效系數。基于RGB三個顏色分量的相關性,將G分量進行完整DCT及其量化操作,得到有效系數,記錄下有效系數的位置。由于三個顏色分量從形狀紋理上極為相似,頻域變換后有效系數的分布也幾乎一樣(圖4),本文就理想化地認為它們的有效系數分布是相同的。這二維正向DCT的定義如下: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)樣,已知有效系數的具體位置,對其他兩個分量(R、B分量),(2)/(2M)cos(2y+1)v/(2N)cos(2x+1)u只計算其有效系數。本算法通過查表法實現,既減少了變換過程的運算量,也省去了無效系數的量化運算,是一種一舉兩得的方法。其中:C(u),C(v)=1/2,當u,v=0;C(u),C(v)=1,其他。x,u=0,1,2,M-1;y,v=0,1,2,N-1。無論是直接進行DCT還是采用行、列分離的算法均有其利弊。其優點是:結構直觀

12、;可直接利用一維DCT快速算法程序和硬件結構實現;運算量為M×N點和N×M點的兩次一維DCT。其缺點是:需要大量重復的乘法和加法運算;需要存儲一些額外的中間信息。本文用查表方式1012實現DCT,這樣將一些固定的乘除運算結果放在表中,每次需要用到時直接查詢出進行運算;上式是對8×8的子圖像塊定義的,F(u,v)為變換后數據,8×8的子圖像塊經DCT變換后變為8×8的DCT系數塊。每個DCT系數由64項的和構成,每一項又分為三部分:第一部分的f(x,y)為原圖像數據,由于約定圖像數據均為8位,所以0f(x,y)255;第二部分為1/4或1/8(u

13、,v均為0時);第三部11查表法實現分量的編碼彩色視覺研究15的結果表明人眼對組成彩色信號的各個色彩分量的變化的感知程度是不一樣的,即使在RGB色彩空間,人眼對不同色彩的感覺敏感程度也是不一樣的,人眼對綠色的刺激要比紅色和藍色更為敏感一些,因此突出G的信噪比,可能會使視覺效果更好,通過實驗分析對比也證實了這一點。基于DCT的快速算法分為兩大類型,即常規快速運算法16,17分為兩項余弦值的乘積。只需要建立一個8×8×64×256=1048576個數值的表,就可以將所有的DCT系數可能值覆蓋。但考慮到余弦函數的性質,可以將此表簡化為71×256=18176個

14、值。和查表法913。常規快速算法均是致力于使完整計算由于該方法是將系數與圖像所有可能值事先乘好放入表中,只要在運行時調入內存,再進行尋址取數相加即可,幾乎不進行乘法運算,與常規算法相比,速度得到較大提高。實際測試表明,查表法計算DCT所需時間是常規算法的48%左右,并且查表法10時間與變換對象個數成正比。1三基色分量編碼算法8×8子塊的DCT的總運算量達到最小,每個系數的計算并非獨立,并不能單獨求取幾個系數。對于色彩分量G采用完整DCT,對R彩色分量和B彩色分量根據G分量只求相應的有限幾個有效系數,應用常規快速算法體現不出本算法的優越性,因此筆者對三個彩色分量的DCT采用查表法。圖像

15、壓縮過程中使用DCT時,均是將每一幅圖像分解成多個8×8子圖像塊進行處理,這樣,每個子塊用到的DCT系文獻14在圖像及視頻變換壓縮應用中,統計數據顯示,第1期王文寧,等:一種新的RGB空間的彩色圖像編碼方法表2與常規壓縮算法計算量的比較圖像子塊8×8397數就是定值。由于查表法是將系數與圖像所有可能值事先乘好放入表中,只要在運行時調入內存,再進行尋址取數相加即可,幾乎不進行乘法運算,與常規算法相比,速度得到較大提高。實際測試表明,查表法計算完整DCT所需時間是常規算法的48%左右。查表法所用時間與變換對象個數成正比,這是查表法的另一優于其他算法的地方。下面對R、B顏色分量只

16、是求有限幾個有效系數,使查表法的這一優點得以體現。11、顏色分量的有效系數編碼這部分利用RGB三顏色分量頻域的相似性,依據G顏色分量的有效系數,靈活確定R、B顏色分量的有效系數。上一步通過查表法對G分量進行完整DCT及其量化操作,得到有效系數,記錄下有效系數的位置;這里就設三種顏色分量的有效系數分布是相同的。這樣,已經知道了R、B顏色分量DCT域中有效系數的具體位置(與G相同),對這兩個分量,只計算其有效系數,其他系數直接賦值零。,。比較項乘法加法快速算法(YUV)268608查表法(RGB)0結束語本文提出了一種新的基于RGB空間的彩色圖像壓縮編碼,充分利用了RGB色彩分量之間的相關性。算法

17、依據三基色分量頻域變換系數有很好的相關性這一特點,只對其中一個顏色分量G進行完整DCT變換,R、B顏色這兩個分量只求少數幾個非零系數。DCT,特別是R、B這),使得查表法10,也。另外,811次乘法有8次用于最后一級的,可以減少。比較以往的算法,本算法的運算量更小。參考文獻:1NADENAUMJ,REICHELJ,KUNTM.Wavelet2basedcolorimagecompression:explotingthecontrastsensitivityfunctionJ.IEEETransonImageProcessing,2003,12(1):58270.2BRAHIMIZ,SAADIK

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19、odingforcontentbasedre2trievalJ.JVisCommunImageR,2004,5(1):5072521.5MARTINK,LUKACR,PLATANIOTISKN.EfficientencryptionofwaveletbasedcodedcolorimagesJ.PatternRecognition,2005,38(9):111221115.6SKODRASA,CHRISTOPOULOSC,EBRANHIMIT.TheJPEG2000stillimagecompressionstandardJ.IEEESignalProcessingMagazine,2001,

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