一種適用于小容量信息載體的登記照?qǐng)D像壓縮方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及的一種適用于小容量信息載體的登記照?qǐng)D像壓縮方法，包括信息采集、圖像預(yù)處理、頻域變換、量化與熵編碼、壓縮碼流，其特征是：對(duì)登記照?qǐng)D像進(jìn)行了針對(duì)性預(yù)處理，將圖像分為人臉、衣著、背景幾個(gè)部分，對(duì)不同部分采用不同的處理方法；編碼時(shí)，對(duì)圖像的分辨率、圖像類型、編碼參數(shù)預(yù)先約定，圖像編碼的碼流中的碼流控制信息和圖像描述信息很少；解碼時(shí)，對(duì)人臉區(qū)域的分塊數(shù)據(jù)能進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，減少圖像塊數(shù)據(jù)誤碼產(chǎn)生的圖像質(zhì)量損失。
【專利說(shuō)明】一種適用于小容量信息載體的登記照?qǐng)D像壓縮方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種圖像壓縮技術(shù)，尤其是適用于容量較小載體上實(shí)現(xiàn)登記照?qǐng)D像壓縮方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前普遍使用的圖像壓縮技術(shù)中，對(duì)于彩色圖和灰度圖，常用的靜止圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)有兩種:
[0003]其一為JPEG JPEG即“連續(xù)色調(diào)靜止圖像數(shù)字壓縮編碼”國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)稱，是圖像壓縮的常用方法。
[0004]JPEG是以分塊和DCT變換(離散余弦變換)為核心的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，在普通的圖像壓縮中使用十分普遍，但應(yīng)用于對(duì)登記照?qǐng)D像壓縮處理時(shí)仍然存在許多缺陷；主要表現(xiàn)在:
[0005](I)文件格式中含有很多圖像描述信息和碼流控制信息，當(dāng)被壓縮的圖像較小時(shí)，這些冗余信息對(duì)降低壓縮效率的影響很大；
[0006](2)對(duì)圖像中所有的數(shù)據(jù)塊采用相同的壓縮方式，無(wú)法對(duì)登記照中的重要信息:人臉進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)；
[0007](3)文件格式中的圖像描述信息和碼流控制信息抗干擾能力太差，當(dāng)這些信息受到干擾時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)數(shù)據(jù)完全無(wú)法解碼的嚴(yán)重后果。
[0008]其二為JPEG2000 JPEG2000是一個(gè)新型的靜止圖像壓縮編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
[0009]JPEG2000主要采用了 DWT變換(小波變換)來(lái)替代DCT變換，提高了編碼效率，但應(yīng)用于對(duì)登記照?qǐng)D像處理時(shí)也存在以下缺陷:
[0010](I)首先是作為一種標(biāo)準(zhǔn)的文件格式必不可少的文件頭的數(shù)據(jù)降低了壓縮效率；
[0011](2)其次它采用逐漸顯示解碼和SNR可分級(jí)的嵌入式碼流設(shè)計(jì)更適用于網(wǎng)絡(luò)傳輸，在網(wǎng)頁(yè)上顯示圖片時(shí)，利用逐漸顯示解碼能提供更好的用戶體驗(yàn)，但對(duì)于存入多維碼的數(shù)據(jù)則沒(méi)有必要。
[0012]此外，二維碼、三維碼、RFID等是目前廣泛應(yīng)用的標(biāo)簽形式，但作為標(biāo)簽，其信息容量小，圖像數(shù)據(jù)一般需要一定的數(shù)據(jù)容量。當(dāng)需要在這類標(biāo)簽上記錄圖像時(shí)，往往存在容量不足的問(wèn)題?，F(xiàn)有圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)不僅定義圖像數(shù)據(jù)的編碼方法，同時(shí)也制定了文件的格式，圖像文件中除用于描述圖像信息的數(shù)據(jù)外，還有用于描述圖像格式及編碼參數(shù)的控制信息。基于這些圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)生成的圖像文件，不適合二維碼、RFID等小容量信息載體的特定要求。
[0013]因此，如何在小容量信息載體上依據(jù)特定需要記錄登記照?qǐng)D像，并尋求一種具有壓縮效率高、抗干擾能力強(qiáng)、圖像質(zhì)量好的圖像壓縮編碼方法具有一定的實(shí)際意義，也是相關(guān)行業(yè)需要解決的技術(shù)課題。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0014]本發(fā)明的目的:旨在提供一種具有更精簡(jiǎn)壓縮數(shù)據(jù)的圖像壓縮方法，不僅提高圖像壓縮數(shù)據(jù)的抗干擾能力，而且也能提高壓縮數(shù)據(jù)解壓后的圖像質(zhì)量。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的
[0015]本發(fā)明涉及的這種適用于小容量信息載體的登記照?qǐng)D像壓縮方法，包括信息采集、圖像預(yù)處理、頻域變換、量化與熵編碼、壓縮碼流，其特征是:對(duì)登記照?qǐng)D像進(jìn)行針對(duì)性預(yù)處理，將圖像分為人臉、衣著、背景幾個(gè)部分，對(duì)不同部分采用不同的處理方法；編碼時(shí)，對(duì)圖像的分辨率、圖像類型、編碼參數(shù)預(yù)先約定，圖像壓縮碼流中不含有任何圖像描述信息，只需要少量碼流控制信息。
[0016]具體處理步驟如下:
[0017]A.在視頻預(yù)覽窗中預(yù)定登記照?qǐng)D像的輪廓，按設(shè)計(jì)輪廓拍攝照片；
[0018]B.對(duì)登記照進(jìn)行圖像預(yù)處理，即按照?qǐng)D片中的圖像特點(diǎn)、通過(guò)采用邊緣檢測(cè)算法或判斷RGB值或灰度值的方法，將圖片依照人物的五官、登記照背景和衣著分割成2-3部分；
[0019]C.對(duì)登記照?qǐng)D像進(jìn)行DCT變換，對(duì)圖像中的人臉區(qū)域進(jìn)行小數(shù)據(jù)塊分割，并固定塊數(shù)；對(duì)其余區(qū)域進(jìn)行大數(shù)據(jù)塊分割；對(duì)于事先約定分辨率的圖像，為利于解碼時(shí)塊數(shù)據(jù)差錯(cuò)的檢測(cè)，人臉區(qū)域的塊數(shù)量應(yīng)固定，因此其它區(qū)域的圖像塊數(shù)量也是固定的；
[0020]D.對(duì)頻域變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化和熵編碼；
[0021]E.在圖像碼流中，數(shù)據(jù)分為人臉區(qū)域圖像塊數(shù)據(jù)和其它區(qū)域圖像塊數(shù)據(jù)，人臉區(qū)域圖像塊數(shù)據(jù)放在碼流的最前面，并且在最后設(shè)置人臉區(qū)域數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志，利用塊結(jié)束標(biāo)志和人臉區(qū)域結(jié)束標(biāo)志，進(jìn)行數(shù)據(jù)塊自動(dòng)檢錯(cuò)。
[0022]根據(jù)步驟B所述的分割方法將登記圖像分為背景、人臉、衣著三部分時(shí)，則將背景設(shè)定為單一的彩色值或灰度值，將衣著的大部分區(qū)域設(shè)為單一的色彩值或灰度值。
[0023]根據(jù)步驟B所述的分割方法將登記圖像分為背景、人物兩部分時(shí)，則將背景設(shè)定為單一的彩色值或灰度值。
[0024]根據(jù)步驟D所述的壓縮碼流排列方式將人臉區(qū)域的壓縮碼流排在前面，其他區(qū)域的壓縮碼流排在后面。
[0025]頻域變換采用DCT變換；熵編碼采用哈弗曼編碼，預(yù)測(cè)差分編碼和行程編碼；分割的大數(shù)據(jù)塊為8X8個(gè)像素，小數(shù)據(jù)塊為4X4個(gè)像素。所述的頻域變換還可以采用K 一 L變換、沃爾什一哈達(dá)瑪變換或小波變換；熵編碼還可以采用算術(shù)編碼；用于分割的數(shù)據(jù)塊的大小還可以為16X16個(gè)像素。
[0026]根據(jù)以上技術(shù)方案提出的這種登記照?qǐng)D像壓縮方法，不僅為解決小容量信息載體上依據(jù)特定需要記錄登記照?qǐng)D像提供了技術(shù)支持，而且具有更精簡(jiǎn)的壓縮數(shù)據(jù)。不僅提高圖像壓縮數(shù)據(jù)的抗干擾能力，而且也能提高壓縮數(shù)據(jù)解壓后的圖像質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為圖像壓縮編碼流程不意圖；
[0028]圖2.1 -圖2.3為輪廓形狀設(shè)計(jì)實(shí)例示意圖；
[0029]圖3為登記照樣本圖一；
[0030]圖4為登記照樣本圖二 ；[0031]圖5為預(yù)處理前的直方統(tǒng)計(jì)圖；
[0032]圖6為預(yù)處理后的直方統(tǒng)計(jì)圖；
[0033]圖7為樣本圖片被分割的實(shí)例示意圖；
[0034]圖8為登記照原圖；
[0035]圖9為采用普通方法解壓的圖像；
[0036]圖10為采用本發(fā)明方法解壓后的圖像；
[0037]圖11編碼后的數(shù)據(jù)碼流排列順序示意圖；
[0038]圖12為壓縮數(shù)據(jù)解碼流程圖。
[0039]圖中:1 -圖像背景部2 -圖像人像部。
【具體實(shí)施方式】
[0040]這種適用于小容量信息載體的登記照?qǐng)D像壓縮方法，包括信息采集、圖像預(yù)處理、頻域變換、量化與熵編碼、產(chǎn)生壓縮碼流，其特征是:對(duì)登記照?qǐng)D像進(jìn)行針對(duì)性預(yù)處理，將圖像分為人臉、衣著、背景幾個(gè)部分，對(duì)不同部分采用不同的處理方法；編碼時(shí)，對(duì)圖像的分辨率、圖像類型、編碼參數(shù)預(yù)先約定，圖像編碼的碼流中的碼流控制信息和圖像描述信息很少。達(dá)到解碼時(shí)，對(duì)人臉區(qū)域的分塊數(shù)據(jù)能進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，減少圖像塊數(shù)據(jù)誤碼產(chǎn)生的圖像質(zhì)量損失。
[0041]針對(duì)登記照的特點(diǎn)，對(duì)圖像依據(jù)色彩類型、圖像分辨率、采樣精度、編碼參數(shù)等作預(yù)先約定，因此圖像壓縮碼流中不需要任何圖像描述信息，只需要少量碼流控制信息。
[0042]說(shuō)明:在本具體實(shí)施例中，頻域變換采用DCT變換；熵編碼采用哈弗曼編碼，預(yù)測(cè)差分編碼和行程編碼；分割的大數(shù)據(jù)塊為8X8個(gè)像素，小數(shù)據(jù)塊為4X4個(gè)像素。但在本發(fā)明中，頻域變換也可以采用其他方法如K 一 L變換、沃爾什一哈達(dá)瑪變換及小波變換等；熵編碼也可以采用其他方法如算術(shù)編碼等；用于分割的數(shù)據(jù)塊的大小可以是4X4、8X8或16X16個(gè)像素等。
[0043]具體處理步驟如下:
[0044]A.在視頻預(yù)覽窗中預(yù)定登記照?qǐng)D像的輪廓，按設(shè)計(jì)輪廓拍攝照片；
[0045]B.對(duì)登記照進(jìn)行圖像預(yù)處理，即按照?qǐng)D片中的圖像特點(diǎn)、通過(guò)采用邊緣檢測(cè)算法或判斷RGB值的方法，將圖片依照人物的五官、登記照背景和衣著分割成2-3部分；
[0046]C.對(duì)登記照?qǐng)D像進(jìn)行DCT變換，對(duì)圖像中的人臉區(qū)域進(jìn)行4X4小數(shù)據(jù)塊分割并固定塊數(shù)；對(duì)其余區(qū)域進(jìn)行8X8大數(shù)據(jù)塊分割并固定塊數(shù)；對(duì)于事先約定分辨率的圖像，為利于解碼時(shí)塊數(shù)據(jù)差錯(cuò)的檢測(cè)，人臉區(qū)域的塊數(shù)量應(yīng)固定，因此其它區(qū)域的圖像塊數(shù)量也是固定的；
[0047]D.對(duì)頻域變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化和熵編碼；
[0048]E.在熵編碼后的圖像碼流中，數(shù)據(jù)分為人臉區(qū)域圖像數(shù)據(jù)和其它區(qū)域圖像數(shù)據(jù)。人臉區(qū)域圖像數(shù)據(jù)放在碼流的最前面，并且在最后設(shè)置人臉區(qū)域數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志，每個(gè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)塊后都設(shè)置一個(gè)塊結(jié)束標(biāo)志；塊結(jié)束標(biāo)志和人臉區(qū)域結(jié)束標(biāo)志可以幫助解碼時(shí)自動(dòng)檢錯(cuò)。
[0049]根據(jù)步驟B所述的分割方法將登記圖像分為背景、人臉、衣著三部分時(shí)，則將背景設(shè)定為單一的彩色值或灰度值，將衣著的大部分區(qū)域設(shè)為單一的色彩值或灰度值。[0050]根據(jù)步驟B所述的分割方法將登記圖像分為背景、人物兩部分時(shí)，則將背景設(shè)定為單一的彩色值或灰度值。
[0051]以下結(jié)合以上技術(shù)方案進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0052]這種登記照?qǐng)D像壓縮方法，按照?qǐng)D1所述的圖像壓縮編碼流程進(jìn)行包括信息采集、圖像預(yù)處理、DCT變換、量化和熵編碼、壓縮碼流。
[0053]在進(jìn)行圖像采集時(shí)，在進(jìn)行圖像采集時(shí)，在視頻預(yù)覽窗中預(yù)定義人臉(或人物)的輪廓，按輪廓拍攝照片。這種按照特定方法采集到的照片便于圖像的預(yù)處理和分塊編碼，使后續(xù)圖像編碼效果更佳。
[0054]附圖2.1 -2.3給出了三種預(yù)覽框(輪廓的形狀，大小的設(shè)計(jì)不只限于所列出的三種)。如附圖2.1 -2.3所示的三幅圖所示，矩形外框表示進(jìn)行圖像信息采集時(shí)的預(yù)覽框，框內(nèi)區(qū)域表示用于鎖定人物的輪廓，當(dāng)人物在輪廓中時(shí)開(kāi)始采集圖片信息。附圖2.1 -2.3給出的是將圖像分成兩部分:上部為圖像背景部1，下部為圖像人像部2。
[0055]在進(jìn)行圖像預(yù)處理時(shí)，考慮到人臉登記照?qǐng)D像與普通圖片的一個(gè)重要差別在于，圖像的主要信息即人們所關(guān)注的信息主要集中在人物的五官，登記照的背景、人物的衣著是比較次要的信息。人眼看到的普通登記照中的背景是單色的，但事實(shí)上背景中的每個(gè)像素點(diǎn)的RGB值(或灰度值)略有差異；衣著中像素點(diǎn)的RGB值(或灰度值)的差異和跳變則更明顯。如果直接進(jìn)行DCT變換會(huì)產(chǎn)生許多的非零值，降低壓縮效率。因此需要對(duì)背景和衣著部分進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理。
[0056]方案I是將圖像分為三部分:
[0057](a)通過(guò)邊緣檢測(cè)算法或判斷RGB值(或灰度值)的方法將圖像分為人臉，背景，衣著三部分。
[0058](b)將背景塊中的所有像素點(diǎn)都置為單一的彩色值或灰度值，例如對(duì)于彩色圖可以設(shè)置為RGB值為(240，255，255)的天藍(lán)色。
[0059](c)對(duì)衣著部分進(jìn)行圖像平滑處理，以減小圖像彩色值或灰度值的跳變，減少高頻分量。平滑處理的方法可采用歸一化塊濾波，高斯濾波，中值濾波等算法。
[0060]方案2是將圖像分為兩部分(見(jiàn)圖2.1 - 2.3):
[0061](a)通過(guò)邊緣檢測(cè)算法或判斷RGB值(或灰度值)的方法將圖像分為人物，背景兩部分。
[0062](b)將背景塊中的所有像素點(diǎn)都置為單一的彩色值或灰度值。
[0063]對(duì)背景和衣著進(jìn)行預(yù)處理的效果展示:
[0064](I)背景部分的彩色值(或灰度值)的單一化處理:
[0065]以圖3中的登記照?qǐng)D像為例，將背景中的像素點(diǎn)全部統(tǒng)一成單一的RGB值，RGB =(240，255，255)，則DCT變換后只剩下了直流分量，變換后的數(shù)據(jù)塊十分精簡(jiǎn)。此處只展示G分量處理后的結(jié)果，R、B分量，以及由RGB轉(zhuǎn)化成的Y、U、V三個(gè)分量具有相同的處理結(jié)果。表I是登記照左上角8X8像素塊的G分量值；表2是對(duì)表I中的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理前的DCT變換結(jié)果；表3是預(yù)處理后的DCT變換結(jié)果。
[0066]表1.G分量值
[0067]
【權(quán)利要求】
1.一種適用于小容量信息載體的登記照?qǐng)D像壓縮方法，包括信息采集、圖像預(yù)處理、頻域變換、量化與熵編碼、壓縮碼流，其特征是:對(duì)登記照?qǐng)D像進(jìn)行針對(duì)性預(yù)處理，將圖像分為人臉、衣著、背景幾個(gè)部分，對(duì)不同部分采用不同的處理方法；編碼時(shí)，對(duì)圖像的分辨率、圖像類型、編碼參數(shù)預(yù)先約定，圖像壓縮碼流中不含有任何圖像描述信息，只需要少量碼流控制信息。
2.如權(quán)利要求1所述的一種適用于小容量信息載體的登記照?qǐng)D像壓縮方法，其特征在于:具體處理步驟如下: A.在視頻預(yù)覽窗中預(yù)定登記照?qǐng)D像的輪廓，按設(shè)計(jì)輪廓拍攝照片； B.對(duì)登記照進(jìn)行圖像預(yù)處理，即按照?qǐng)D片中的圖像特點(diǎn)、通過(guò)采用邊緣檢測(cè)算法或判斷RGB值或灰度值的方法，將圖片依照人物的五官、登記照背景和衣著分割成2-3部分； C.對(duì)登記照?qǐng)D像進(jìn)行DCT變換，對(duì)圖像中的人臉區(qū)域進(jìn)行小數(shù)據(jù)塊分割，并固定塊數(shù)；對(duì)其余區(qū)域進(jìn)行大數(shù)據(jù)塊分割；對(duì)于事先約定分辨率的圖像，為利于解碼時(shí)塊數(shù)據(jù)差錯(cuò)的檢測(cè)，人臉區(qū)域的塊數(shù)量應(yīng)固定，因此其它區(qū)域的圖像塊數(shù)量也是固定的； D.對(duì)頻域變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化和熵編碼； E.在圖像碼流中，數(shù)據(jù)分為人臉區(qū)域圖像塊數(shù)據(jù)和其它區(qū)域圖像塊數(shù)據(jù)，人臉區(qū)域圖像塊數(shù)據(jù)放在碼流的最前面，并且在最后設(shè)置人臉區(qū)域數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志，利用塊結(jié)束標(biāo)志和人臉區(qū)域結(jié)束標(biāo)志，進(jìn)行數(shù)據(jù)塊自動(dòng)檢錯(cuò)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種適用于小容量信息載體的登記照?qǐng)D像壓縮方法，其特征在于:根據(jù)步驟B所述的分割方法將登記圖像分為背景、人臉、衣著三部分時(shí)，則將背景設(shè)定為單一的彩色值或灰度值，將衣著的大部分區(qū)域設(shè)為單一的色彩值或灰度值。
4.如權(quán)利要求1所述的一種適用于小容量信息載體的登記照?qǐng)D像壓縮方法，其特征在于:根據(jù)步驟B所述的分割方法將登記圖像分為背景、人物兩部分時(shí)，則將背景設(shè)定為單一的彩色值或灰度值。
5.如權(quán)利要求1所述的一種適用于小容量信息載體的登記照?qǐng)D像壓縮方法，其特征在于:根據(jù)步驟D所述的壓縮碼流排列方式將人臉區(qū)域的壓縮碼流排在前面，其他區(qū)域的壓縮碼流排在后面。
【文檔編號(hào)】H04N19/13GK103986930SQ201410242515
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】肖佳琳, 徐端全, 尤新革, 徐煒, 鄭達(dá)川, 徐銘陽(yáng), 胡西 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)