基于小波包的圖像壓縮技術(shù)提綱摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，也帶來(lái)了信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)，特別是在圖像信息方面，社會(huì)的需求量越來(lái)越大，在這一背景下，對(duì)圖像進(jìn)行有效的處理、儲(chǔ)存已經(jīng)成為社會(huì)研究的熱點(diǎn)，而在如何對(duì)占有大內(nèi)存的圖像進(jìn)行有效的處理，已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)研究的難點(diǎn)。小波變換技術(shù)的使用，是在人眼視覺相關(guān)屬性的基礎(chǔ)上，有效移除圖像信息中相關(guān)性。所以，采用小波變換技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行有效壓縮是目前討論的焦點(diǎn)。壓縮感知技術(shù)對(duì)原有技術(shù)進(jìn)行了升級(jí)，跳出了原有技術(shù)的束縛范圍，是信息技術(shù)發(fā)展的新方向，這一技術(shù)的應(yīng)用，也促進(jìn)了圖像處理技術(shù)的飛速發(fā)展。論文詳細(xì)研究了基于雙正交小波包的靜態(tài)圖像壓縮方法及其改進(jìn)。雖然圖像壓縮感知技術(shù)給圖像處理帶來(lái)前所未有的便利，但是小波變換還存在兩種缺憾，一是，雖然起到對(duì)圖像的稀疏的功能，但是缺少對(duì)高頻地方的深入分解。二是，采樣值是一個(gè)固定的值，不能根據(jù)不同圖像進(jìn)行不同設(shè)定，這也是圖像壓縮后效果差的重要原因。關(guān)鍵詞：小波包；圖像壓縮；技術(shù)

目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 1目錄 2一、引言 3二、小波的變換原理以及零樹編碼的改進(jìn)算法 4（一）小波的變換原理 4（二）零樹編碼的改進(jìn)算法 5三、小波包的圖像壓縮技術(shù)方法 6（一）小波包的圖像壓縮 6（二）多小波的圖像壓縮 71、預(yù)處理的方法 72、信號(hào)的延拓方法 73、圖像的多小波變換方法 7（三）其它方式小波圖像壓縮方法 81、小波域分形圖像壓縮 82、可逆嵌入小波圖像壓縮 9四、結(jié)語(yǔ) 9參考文獻(xiàn) 9致謝 10

一、引言科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是電腦技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普遍使用，給各個(gè)行業(yè)都帶來(lái)了數(shù)目龐大的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、處理、傳輸?shù)膯栴}。為了對(duì)這些海量的信息進(jìn)行有效的處理，最佳的辦法就是對(duì)這些信息進(jìn)行壓縮，以提高他們的儲(chǔ)存、傳輸速度，但是這處理過程中，還要保證要有較好的壓縮比，避免圖像失真等問題。從信息技術(shù)的發(fā)展過程中可知，圖像壓縮技術(shù)已經(jīng)成為信息技術(shù)發(fā)展的瓶頸，這一技術(shù)同樣與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)有著密不可分的關(guān)系。對(duì)壓縮技術(shù)的研究已經(jīng)成為信息領(lǐng)域至關(guān)重要的熱點(diǎn)問題。小波技術(shù)在圖像處理領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用，主要是因?yàn)樾〔ㄗ儞Q技術(shù)取得信號(hào)的多分辨情況，而且，小波基的存在，還可以與不同的信號(hào)進(jìn)行匹配，同樣，小波技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為研究非平穩(wěn)信號(hào)最佳的技術(shù)手段。小波技術(shù)在應(yīng)用中，有很多優(yōu)點(diǎn)，比如壓縮比較高，速度較快，能較好的保持圖像不失真，還可以對(duì)干擾進(jìn)行約束。目前，小波技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各大領(lǐng)域，包括信號(hào)去噪等領(lǐng)域。該技術(shù)已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)最重要的研究領(lǐng)域，而且前景光明。從人的角度來(lái)分析，圖像比文字有著更多的優(yōu)點(diǎn)，圖像比較快速、直觀、立體、形象地告訴人們信息要表達(dá)的內(nèi)容與意義。根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)，人們有百分之六十的信息來(lái)源于圖像。在信息技術(shù)快速發(fā)展過程中，圖像已經(jīng)變?yōu)楂@取信息的重要平臺(tái)，在重工業(yè)、輕工業(yè)、軍事、醫(yī)療、生活等方面都有著深遠(yuǎn)意義，影響著社會(huì)上的每一個(gè)角落。但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，技術(shù)發(fā)展，社會(huì)對(duì)圖像質(zhì)量也有著較高的標(biāo)準(zhǔn)和要求，而且，超大數(shù)據(jù)量的圖像儲(chǔ)存、傳輸?shù)痊F(xiàn)象越來(lái)越多，這些問題的產(chǎn)生，對(duì)信息處理技術(shù)提出了更高的要求。所以，圖片壓縮技術(shù)顯得至關(guān)重要。受現(xiàn)有技術(shù)的限制，如果圖像沒有被經(jīng)過壓縮就進(jìn)行處理，很難找到滿足要求的網(wǎng)速以及儲(chǔ)存的空間，因此，解決好圖像壓縮問題，是目前亟待解決的較嚴(yán)重的技術(shù)問題。二、小波的變換原理以及零樹編碼的改進(jìn)算法小波變換技術(shù)有著比較先進(jìn)的稀疏技術(shù)，目前已經(jīng)在行業(yè)被普遍的使用。該技術(shù)主要使用時(shí)一頻分析技術(shù)，能對(duì)不同信號(hào)頻率成分進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得他們匯聚到信號(hào)的隨意部位。這因?yàn)檫@一優(yōu)勢(shì)，小波變換常常被人們稱為數(shù)字顯微鏡。小波技術(shù)的應(yīng)用，解決傅里葉分析都不能有效解答的難點(diǎn)，有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，從20實(shí)際八十年中后期，就得打了人們的青睞。（一）小波的變換原理小波變換技術(shù)和多分辨分析法有著同樣的工作原理，就是把一幅圖一分為二，分為近似以及細(xì)節(jié)部分。其中，小尺度瞬變是和精確細(xì)節(jié)相適應(yīng)的，有著較穩(wěn)定的屬性，所以，可以將細(xì)節(jié)部分有效的貯存，然后再在下一個(gè)尺度上面，對(duì)近似部分進(jìn)行分析，再循環(huán)進(jìn)行上述過程。下圖就是該技術(shù)的結(jié)構(gòu)圖。近似部分與高通濾波相適應(yīng)，精細(xì)部分與低通濾波相適應(yīng)，而后經(jīng)過尺度有效消除相關(guān)性，這一過程在視頻處理中被證明是實(shí)用的。它有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，在細(xì)節(jié)基礎(chǔ)上，可將要處理的圖像分解成增多的層，所以即使初期提供是一個(gè)比較粗糙的圖片，后續(xù)可以根據(jù)處理要求再提供相關(guān)的細(xì)節(jié)。（二）零樹編碼的改進(jìn)算法零樹編碼算法在實(shí)際使用中，可以對(duì)圖像有效的恢復(fù)，恢復(fù)后的圖像失真情況不嚴(yán)重，能被人們接受。但是這種算法不能夠有效的產(chǎn)生一種有價(jià)值的映射，而且，在沒有特定條件的支持下，恢復(fù)的圖片失真情況嚴(yán)重。針對(duì)上述問題，國(guó)外有關(guān)專家在1993年，發(fā)表了嵌入零樹小波(EmbeddedZerotreeWavelet，EZW)算法。這種算法與零樹編碼相比，有著很大的優(yōu)勢(shì)，不但保證了輸出的碼流具備嵌入的屬性，還保證了比較好的壓縮比，對(duì)處理過的圖片也能保持原有的畫面。在EZW算法前提下，Said和Pearlmand研究出了SPIHT(SePartitioningInHierarchicalTrees)算法。這種算法仍然是建立在小波算法的基礎(chǔ)上，并對(duì)編碼使用集合劃分。即使這種方法與EZW相比，更為先進(jìn)，但是在應(yīng)用過程中存在難點(diǎn)，因?yàn)檫@種算法必須通過三種鏈表，對(duì)內(nèi)存的需要也無(wú)限增大。針對(duì)上述問題，Lin和Burgress兩位學(xué)者研究出了LZC(ListlessZeretreeCodin目算法，就是為鏈表尋找代替品，也就是標(biāo)志位圖的應(yīng)用，可以有效減少內(nèi)存的需求。我國(guó)這一領(lǐng)域的學(xué)者黃普明等創(chuàng)造性的研究出了改進(jìn)性零樹編碼法，這種算法主要依靠多分辨分析小波時(shí)一頻或者二維的功能，這一方法應(yīng)經(jīng)在壓縮遙感領(lǐng)域被成果的應(yīng)用。鄧錦全、蔡漢添兩位學(xué)者零樹編碼的缺點(diǎn)，研究出了利用邊緣增強(qiáng)結(jié)合一維維納濾波的模式，來(lái)增強(qiáng)壓縮處理后的圖像的品質(zhì)。王嘉、余松煌兩位專家，更是在大量數(shù)據(jù)的分析中，研究出了比特分配的論點(diǎn)，并對(duì)像素集合的意義進(jìn)行創(chuàng)新，這是一種比SPIHT算法更具有實(shí)用性的算法。國(guó)內(nèi)還有很多專家在這一領(lǐng)域有著深入的研究，才使得小波零樹編碼的算法不斷發(fā)展壯大。三、小波包的圖像壓縮技術(shù)方法（一）小波包的圖像壓縮上世紀(jì)九十年代初期，根據(jù)Mally的塔形計(jì)算原理，Coilman和Widcerhauser在其基礎(chǔ)上推出了小波包的概念計(jì)算方法。這個(gè)概念計(jì)算方法的特點(diǎn)有很多：一是可以自我進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以根據(jù)信號(hào)做出對(duì)應(yīng)的措施；二是可以對(duì)低頻和高頻同時(shí)進(jìn)行分解。如下圖所示，信號(hào)S可以被表不為S=AA2十DA2十AD2十DD2。可以看出這個(gè)概念計(jì)算方法最大的優(yōu)勢(shì)就是能對(duì)信號(hào)的高頻部分進(jìn)行更加細(xì)致化加工，使信號(hào)能夠更好的承載內(nèi)容，同時(shí)也強(qiáng)化了信號(hào)的處理能力。在對(duì)一些變化速度和頻率比較快的、分量數(shù)量較多的信號(hào)處理上面，小波包概念計(jì)算法具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，它可以借助對(duì)信號(hào)高效的自我進(jìn)行調(diào)節(jié)能力以及時(shí)頻特殊性對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效分析處理，具有很強(qiáng)的適用性、適用性，很受人們喜愛。隨著科技的發(fā)展，小波包概念計(jì)算法也不斷的被改進(jìn)完善：1997年我國(guó)著名科研人員對(duì)小波包計(jì)算法中出現(xiàn)的頻帶交錯(cuò)的原因進(jìn)行了仔細(xì)的分析研究，并最終提出了移頻算法，有效的解決了頻帶交錯(cuò)現(xiàn)象，確保信號(hào)能及時(shí)的傳遞；2000年，著名工程師徐凌、喻文煥將小波包的信號(hào)變換原則引用到數(shù)據(jù)壓縮的方法之中，并且對(duì)信號(hào)頻率和小波包變化系數(shù)之間的規(guī)律進(jìn)行深入研究，最終將小波包的系數(shù)進(jìn)行標(biāo)量和矢量量化，確定了變化裝換比例，并對(duì)這個(gè)比例進(jìn)行實(shí)踐壓縮檢測(cè)，經(jīng)過多次嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的認(rèn)證，最終形成了可靠性較高的壓縮比例表。2002年，學(xué)者趙學(xué)智針對(duì)小波包變化信號(hào)時(shí)會(huì)使分解序列長(zhǎng)度減少的這一現(xiàn)象進(jìn)行了研究，并針對(duì)性的提出了卷積型小波包變換算法理論。根據(jù)這種理論，信號(hào)無(wú)論被小波包分解多少段，其原有的信號(hào)序列長(zhǎng)度都不會(huì)減少，且信號(hào)強(qiáng)度和原來(lái)一樣。2002年，著名醫(yī)學(xué)博士李長(zhǎng)青利用最優(yōu)小波包尋找最優(yōu)基，并將最優(yōu)基運(yùn)用到心電信號(hào)壓縮上，取得了令人十分滿意的成果。小波包對(duì)圖像、數(shù)據(jù)、文件的壓縮具有其他方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，對(duì)信號(hào)的質(zhì)量有很好的保證。但是由于小波包也同時(shí)對(duì)高頻部分進(jìn)行二次分解，因此對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算量也隨之上升，且花費(fèi)的時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)，導(dǎo)致小波包處理的信號(hào)的效率偏低。目前，對(duì)提高小波包的計(jì)算速度方面還沒有很好的方法，所以下一步的研究重點(diǎn)就是設(shè)計(jì)更快速的計(jì)算法。（二）多小波的圖像壓縮1、預(yù)處理的方法在對(duì)多小波圖像壓縮預(yù)處理上，主要有三種方法：一是自我調(diào)整法，該方法簡(jiǎn)單的說就是將不同頻率段下的小波分量，進(jìn)行能量最小化處理，然后經(jīng)過預(yù)濾波器，這個(gè)方法主要代表是Mfile；二是通過Malla的計(jì)算方法和多小波的緊支撐特性，可以根據(jù)低頻預(yù)處理方法對(duì)高頻進(jìn)行預(yù)處理，這個(gè)方法的主要代表是Strela；三是預(yù)濾波器改造為低通濾波器和高通濾波器的設(shè)計(jì)，以達(dá)到預(yù)處理的目的，這個(gè)方法的主要代表是Xia。2、信號(hào)的延拓方法信號(hào)的延拓方法根據(jù)對(duì)象的不同，可以劃分為周期延拓和對(duì)稱延拓。周期延拓適用于大多數(shù)的多小波系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的適用性，但是會(huì)破壞信號(hào)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。相反，對(duì)稱延拓周期可以保持信號(hào)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，但是它的適用范圍比較狹小，只能用特定的小波。3、圖像的多小波變換方法圖像的多小波變化主要有2種方法。為取得良好的壓縮效果，往往會(huì)將多小波產(chǎn)生的子圖像進(jìn)行量化處理，然后利用多小波變換之后的r2個(gè)子塊之間的聯(lián)系性，通過小波包的轉(zhuǎn)化，對(duì)多小波的系數(shù)進(jìn)行創(chuàng)新排序，以保證系數(shù)的零樹特性，最后再將零樹編碼的方式對(duì)圖像進(jìn)行壓縮。2001年，我國(guó)科學(xué)家甘露等4位學(xué)者對(duì)多小波變化為零樹編碼的性能進(jìn)行研究。并提出了兩項(xiàng)研究成果，一是在標(biāo)量零樹方面，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，多小波零樹組織比單小波零樹組織更有效率，并重新對(duì)多小波零樹進(jìn)行定義；二是在矢量零樹方面，他們根據(jù)多小波變化處理矢量信號(hào)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以從最優(yōu)率的角度出發(fā)，編排多小波零樹編碼方案，并獲得比9-7單小波更好的壓縮效果。當(dāng)然，多小波的研究屬于新興科學(xué)技術(shù)，有很多規(guī)律我們還沒掌握。這其中有很多領(lǐng)域值得我們?nèi)パ芯?，如多小波變換和矢量量化之間的聯(lián)系、多小波對(duì)動(dòng)態(tài)圖像的壓縮等等。（三）其它方式小波圖像壓縮方法1、小波域分形圖像壓縮小波的分形圖像壓縮原理簡(jiǎn)單的書就是利用圖像中相似點(diǎn)和子快之間的聯(lián)系性，通過尋找相似的仿射變化系數(shù)，對(duì)系數(shù)進(jìn)行編碼，以此達(dá)到小波域分形圖像壓縮的目的。這種方法應(yīng)用了迭代函數(shù)系統(tǒng)，因此它具有廣泛性、高效率性、簡(jiǎn)便性等特點(diǎn)。近年來(lái)，小波與分形結(jié)合進(jìn)行壓縮的方法是人們研究的熱點(diǎn)，并且已經(jīng)取得不錯(cuò)的成績(jī)。如1997年，夏黎明教授根據(jù)小波變化規(guī)律，設(shè)計(jì)出了快速分形圖像壓縮編碼，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，獲得了較為優(yōu)質(zhì)的恢復(fù)圖片。1999年，張宗念對(duì)小波的分形圖像編碼原理進(jìn)行深入研究基礎(chǔ)上，并將零樹的理念引入到分形圖像編碼中，提出小波域的分形圖像編碼算法。此外還有很多專家對(duì)小波分形圖像壓縮進(jìn)行了研究，也取得了一定的成就。2、可逆嵌入小波圖像壓縮CREW算法已作為靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)之一。該算法包括小波變換、小波系數(shù)排序、水平上下文模型建立和二進(jìn)制值嫡編碼等四個(gè)步驟。具體步驟如圖所示：四、結(jié)語(yǔ)隨著科技的發(fā)展，尤其是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大量使用，對(duì)圖像壓縮、文件傳輸、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存等提出了很高的要求。目前，經(jīng)過科學(xué)家的辛勤努力，在壓縮感知理論突破了傳統(tǒng)的采樣定理束縛，為信息處理提供了新途徑。本文選擇圖像壓縮作為研究對(duì)象，主要有以下幾個(gè)方便的考慮：一是小波理論運(yùn)用與發(fā)展已經(jīng)有一段時(shí)間，相關(guān)的技術(shù)比較完善，為本文的闡述提供了技術(shù)支持；二是通過對(duì)圖像壓縮的研究，可以對(duì)小波理論進(jìn)行學(xué)習(xí)，增加自己的知識(shí)量；三是希望對(duì)圖像壓縮的研究，可以為圖像處理方面提供新的思路。參考文獻(xiàn)[1]羅孟儒.基于小波包變換的圖像壓縮感知方法[D].湖南大學(xué)，2013.[2]劉敬.基于小波變換的圖像壓縮算法研究[D].重慶大學(xué)，2012.[3]謝小紅.基于小波變換的圖像壓縮感知方法研究[D].湖南大學(xué)，2012.[4]程文波.基于雙正交小波包的圖像壓縮研