專利名稱：游長縮減的二元序列壓縮編碼方法
技術領域：
本發明涉及一種游長縮減ニ元序列壓縮編碼方法，屬于數據無損壓縮技術領域。
背景技術：
現今的電子信息技術領域中，大部分信息是以數字化的方式表示的。數字化多媒體信息尤其是數字視頻、音頻信號的數據量特別龐大，給存儲和傳輸帶來很多問題，如果不對數據進行有效的壓縮就難以得到實際的應用。因此，數據壓縮技術成為當今數字通信、廣播和多媒體中的一項關鍵技木。ニ值圖像、文字頁面、工程圖紙和電路圖等經逐行提取元素后均為ー種ニ元序列，將ニ元序列中的ニ元分別取為O元和I元,ニ元序列中的連續的O元和連續的I元組成的一段分別稱為ー個O游程或I游程,O游程長度稱為O游長，I游程長度稱為I游長。傳統 的ニ元序列的壓縮方法一般采用ー維游程編碼，一維游程編碼的基本原理是利用變長編碼方法分別對ニ元序列中的全體O游程和全體I游程無論長短均重新進行編碼，對較短游程重新編碼后往往導致新的編碼位數超過較短游程長度，導致數據量的膨脹，降低了總體的編碼壓縮效能。例如，國際傳真標準CCITT.4(G3)利用Huffman編碼對游程進行編碼，其壓縮效能較低。本發明提出ー種具有選擇性的游長縮減的ニ元序列壓縮編碼方法，該方法根據ニ元序列中O游程和I游程的分布狀況，分別選取最佳臨界O游長和最佳臨界I游長，對ニ元序列中游長大于等于最佳臨界O游長的全體O游程，采用其游長縮減后的長度與游長縮減前后的轉換關系的一位碼元重新進行編碼，對ニ元序列中的全體I游程按相同方法處理，實現較長游程的壓縮編碼。對游長小于最佳臨界O游長的全體O游程和游長小于最佳臨界I游長的全體I游程用其原始編碼表示，不重新編碼，避免了因對較短的O游程和較短的I游程重新編碼后所導致的位數増加。解碼時只需對游長大于等于最佳臨界O游長和最佳臨界I游長的O游程和I游程，通過游長縮減后的游長與縮減前后轉換關系碼元，即可復原原始O游程與I游程的長度。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術存在的問題提出一種游長縮減的ニ元序列壓縮編碼方法，該方法算法簡單，易于實現，壓縮效能高于傳統的ー維游程編碼方法。本發明提出的游長縮減的ニ元序列壓縮編碼方法，包括以下步驟
(1)、將ニ元序列中的ニ元分別用數值“O”和“I”表示，ニ元序列轉換為O和I組成的ニ值碼序列；
(2)、計算步驟(I)所述的ニ值碼序列中全體O游程和全體I游程的游程長度，用游程長度值依次取代ニ元序列中全體游程后，生成游長序列，其中，O游程對應的游程長度為O游長，I游程對應的游程長度為I游長；
(3)、分別計算步驟(2)所述游長序列中全體O游程和全體I游程的游程長度算木平均值，分別選取游長序列中O游長與I游長的最大臨界游長；
(4)、對步驟(2)中所述的游長序列按每組1024個游長單元進行分組，得到游長序列的各個游長子序列，分組后每個游長子序列的單元個數均為1024，最后ー個子序列的單元個數為
N=1024+(M%1024)(I)
其中，N為最后一個游長子序列的單元個數，M為游長序列總的單元個數，符號“ ％”表示求余；
(5)、分別計算步驟(4)所述游長子序列中的全體O游長和全體I游長在臨界游長取值為1，2，…，η時的編碼位數，η為最大臨界游長，確定最佳臨界O游長和最佳臨界I游長，具體如下
(5-1)、分別確定游長子序列中全體O游長和全體I游長在臨界游長為P時的編碼位數，其中I < P < η，具體如下
(5-1-1)、確定游長子序列中全體O游長在臨界游長為P時的編碼位數選取游長子序列中游長大于等于P的全體O游長，對選取后的各O游長值加上P后整除2，得到O游長縮減后新的O游長，余數為O或1，余數表示O游長縮減前后的轉換關系的一位碼元，新的O游長值加I為原O游長在臨界游長為P時的編碼位數，將上述選取后的全體O游長在臨界游長為P時的編碼位數相加，其和記為Stl,并將Stl與游長子序列中全體O游長小于P的O游長值相加，得到游長子序列中全體O游長在臨界游長為P時的編碼位數；(5-1-2)、確定游長子序列中全體I游長在臨界游長為P時的編碼位數選取游長子序列中游長大于等于P的全體I游長，對選取后的各I游長值加上P后整除2，得到I游長縮減后新的I游長，余數為O或1，余數表示I游長縮減前后的轉換關系的一位碼元，新的I游長值加I為原I游長在臨界游長為P時的編碼位數，將上述選取后的全體I游長在臨界游長為P時的編碼位數相加，其和記為S1，并將S1與游長子序列中全體I游長小于P的I游長值相加，得到游長子序列中全體I游長在臨界游長為P時的編碼位數；(5-2)、分別確定游長子序列中O游長與I游長的最佳臨界游長，具體如下
選取游長子序列中全體O游長在其對應的各臨界游長中編碼位數最小值，該最小值對應的臨界游長為最佳臨界O游長；選取游長子序列中全體I游長在其對應的各臨界游長中編碼位數最小值，該最小值對應的臨界游長為最佳臨界I游長；
(6)、按步驟(5-2)所述的最佳臨界O游長和最佳臨界I游長，對步驟(4)所述的各個游長子序列利用步驟(5)所述方法進行縮減，生成游長縮減后的游長子序列及其游長縮減前后的轉換關系的ニ值碼表，具體如下
(6-1)、選取游長子序列中游長大于等于最佳臨界O游長的全體O游長，對選取后的各O游長加上最佳臨界O游長后整除2，得到游長縮減后新的O游長，余數為O或1，余數表示O游長縮減前后的轉換關系的一位碼元，O游長縮減后的長度值所對應的一串O元與轉換關系碼元為O游長的壓縮編碼，小于最佳臨界O游長的全體O游長不重新編碼；
(6-2)、選取游長子序列中游長大于等于最佳臨界I游長的全體I游長，對選取后的各I游長加上最佳臨界I游長后整除2，得到游長縮減后新的I游長，余數為O或1，余數表示O游長縮減前后的轉換關系的一位碼元，I游長縮減后的長度值所對應的一串I元與轉換關系碼元為I游長的壓縮編碼；小于最佳臨界I游長的全體I游長不重新編碼；(6-3)、將縮減前后轉換關系碼元按O游長和I游長交替的方式依次擺放，生成游長子序列縮減如后轉換關系 值碼表；
(7)、構造游長子序列經縮減后的游長子序列長度編碼表，依次拼接各游長子序列長度編碼表，生成步驟(2)所述游長序列的長度編碼表，具體如下
對步驟(6)所述的游長縮減后的游長子序列，按O和I交替的方式的依次擺放其所對應的ー串O元和一串I元，生成游長子序列縮減后的ニ值碼子序列，將ニ值碼子序列加上2個前綴，前綴為游長子序列中全體O游長和全體I游長是否可縮減的狀態標記，以及O游長和I游長的最佳臨界游長，其中，壓縮狀態標記用O或I表示，O表示不可縮減，所對應的游長子序列中的全體O游長或全體I游長經縮減后的編碼位數大于原游長子序列中全體O游 長或全體I游長的編碼位數，則不可重新編碼，第一個前綴為O，第二個前綴為“空”，“空”表明無需在此前綴處填入數據；壓縮狀態標記I表示可縮減，第一個前綴為I，第二個前綴為最佳臨界游長。，將置入前綴后的ニ值碼子序列稱為游長子序列的長度編碼表，依次將游長子序列的長度編碼表拼接起來，生成步驟(2 )所述游長序列的長度編碼表；
(8)、依次拼接步驟(6-1)所述的游長子序列游長縮減前后的轉換關系ニ值碼表，生成游長序列轉換關系編碼表；
(9)、合并步驟(7)所述游長序列的長度編碼表及步驟(8)所述的游長序列轉換關系編碼表，生成步驟(I)所述ニ值碼序列的壓縮編碼表。上述步驟(3)所述的分別選取游長序列中O游長與I游長的最大臨界游長n，其具體如下當游程算木平均值小于16吋，則確定最大臨界游長n=8 ;當游程算木平均值大于等于16時,則確定最大臨界游長n=16。上述步驟(6)中所述的對步驟(4)所述的各個游長子序列利用步驟(5)所述方法進行縮減，縮減次數不限于一次，最大縮減的次數的確定，具體如下
如果游長算木平均值小于I. 5，則確定最大縮減次數為2 ；
如果游長算木平均值大于等于I. 5，小于2，則確定最大縮減次數為4 ；
如果游長算木平均值大于等于2，小于16，則確定最大縮減次數為8 ；
如果游長算木平均值大于等于16，則確定最大縮減次數為16。本發明的游長縮減的ニ元序列壓縮編碼方法的解碼方式為游長縮減的反過程，換言之，ニ元序列經本發明方法壓縮處理后，可生成一個壓縮文件，通過對壓縮文件的解碼，即可復原原始文件，例如，游長子序列中O游長的最佳臨界O游長為3，設101為該游長子序列中的ー個O游長值，則O游長101經游長縮減后的游長為
round ((101+3)/2) =52轉換關系碼元為O
其中，round表示取整函數，101在原始的ニ值碼序列中用連續的101個O表示，占用101位存儲空間，經縮減后，其游長值為52，加上I位轉換關系碼元，共計53位，比原始的101位節省了 48位。游長復原過程為 2X52+0-3=101
以上步驟(I)- (9)為ニ元序列經一次游長縮減后生成壓縮編碼的過程，在實際應用中，可通過游長多次縮減來實現更高的壓縮比。 本發明提出的游長縮減的ニ元序列壓縮編碼方法具有的優點是該方法可針對游長子序列中游長的分布狀況，對較長游長進行壓縮編碼，對較短游長不進行縮減，能夠避免因對較短游長重新編碼后所導致的編碼位數増加，提高編解碼效率，算法簡單，易于實現，壓縮效能高于傳統的一維游程方法。
圖I是本發明的游長縮減的ニ元序列壓縮編碼方法流程 圖2是本發明的游長多次縮減的ニ元序列壓縮編碼方法流程 圖3是采用本發明的游長縮減的ニ元序列壓縮編碼方法按壓縮比為10. 92壓縮后的ニ值圖像；
圖4是采用本發明的游長縮減的ニ元序列壓縮編碼方法按壓縮比為13. 85壓縮后的ニ值圖像。
具體實施例方式本發明是一種游長縮減的ニ元序列的壓縮編碼方法，其具體的應用對象為數字圖像、ニ值圖像、文字頁面、工程圖紙和電路圖等文件，上述文件經逐行提取元素后生成ー種ニ元序列，將ニ元取值規定為O和1，其中，對256級灰度數字圖像按位平面分解后，可得8個ニ元取值為O和I的ニ值圖像文件，對24位彩色圖像，將3個顏色值按位平面分解后，可得24個ニ元取值為O和I的ニ值圖像文件。對由上述文件轉換后的ニ元序列經本發明方法壓縮處理后，可生成一個壓縮文件，通過對壓縮文件的解碼，即可復原原始文件。本發明提出的一種游長縮減的ニ元序列壓縮編碼方法，如圖I所示，該方法中可對ニ元序列中的游長進行多次縮減，直至達到最佳的壓縮效果，如圖2所示，首先將待壓縮文件轉換為由O和I組成的ニ值碼序列，再將該ニ值碼序列轉換為游長序列，通過游長序列中O游長與I游長的算木平均值獲取O游長與I游長的最大縮減次數，最大縮減次數的確定，具體如下
如果游長算木平均值小于I. 5，則確定最大縮減次數為2 ；
如果游長算木平均值大于等于I. 5，小于2，則確定最大縮減次數為4 ；
如果游長算木平均值大于等于2，小于16，則確定最大縮減次數為8 ；
如果游長算木平均值大于等于16，則確定最大縮減次數為16。將游長序列按步驟(4)所述進行分組處理，生成游長子序列，對各游長子序列中O游長和I游長按O游長最大縮減次數和I游長最大縮減次數分別進行多次縮減，毎次縮減時均選擇I次最佳臨界O游長和最佳臨界I游長，按最佳臨界O游長和最佳臨界I游，分別對游長子序列中的全體O游長和全體I游長進行游長縮減，將多次縮減后的游長子序列按游長屬性，即O游長或I游長，轉換為游長子序列的ニ值碼序列，加上前綴，生成游長子序列長度編碼表，將游長子序列長度編碼表依次合并，生成游長序列長度編碼表，合并游長序列長度編碼表與游長多次縮減過程中生成的轉換關系編碼表，生成原始ニ值碼序列的壓縮編碼文件，實現對ニ元序列的無損壓縮。上述方法中對游長序列的分解是以每組1024個單元來進行分組的，如果游長序列總的游長單元個數少于或等于1024，則不進行分組，這種情形通常會出現在尺寸較小的ニ值圖像中，如果游長序列總得游長單元個數大于1024，且不是1024的整數倍，則游長序列分組后的最后ー組游長子序列的單元個數為下述公式給出
N=1024+(M%1024)
其中，N為最后一個游長子序列的單元個數，M為游長序列總的單元個數，符號“ ％”表示求余。上述方法中對游長子序列中O游長與I游長分別按O游長與I游長最大縮減次數進行多次縮減，在具體實施中，如果游長子序列中O游長經k+Ι次縮減后的編碼位數大于第k次縮減后的O游長編碼位數，其中k+Ι小于等于O游長最大縮減次數，則游長子序列中O游長只進行k次游長縮減，縮減次數記為k，對I游長也按相同方式處理。上述方法中游長子序列長度編碼表由兩部分內容組成，一是碼表的前綴，前綴由壓縮狀態標記、游長縮減次數、各次游長縮減的最佳臨界游長等三段碼元組成；ニ是游長子序列經多次縮減后，新的游長子序列所對應的ニ值碼子序列。如果將游長子序列的順序下標記為0，I, 2,…，游長子序列中的各游長單兀按其順序下標分別稱為偶游長或奇游長，如果游長序列中第一個游長單元為I游長，則全體游長子序列中第一個游長単元均為I游長，游長子序列中全體I游長為偶游長。參照表1，游長子序列長度編碼表中第一段碼元Sign。和Signe為游長子序列中偶游長和奇游長的壓縮狀態標記，游長子序列長度編碼表中第二段碼元S。和Se為偶游長與奇游長的縮減次數，如果子序列中偶游長最大縮減次數小于16，則S。的位數為3位，否則S。的位數為4位，Se的位數按相同方式確定，游長子序列長度編碼表中第三段碼元0l，O2,…為游長子序列中偶游長經S。次縮減后的各次偶游長最佳臨界游長，e1； e2,…為游長子序列中奇游長經Se次縮減后的各次奇游長最佳臨界游長，如果游長子序列中偶游長最大縮減次數小于16，則O1, 02，···的位數為3位，否則O1, 02，…的位數為4位，ei，e2,…的位數按相同方式確定，游長子序列長度編碼表中第四段碼元為游長子序列經多次縮減后新的游長子序列所對應的ニ值碼序列。如果游長子序列長度編碼表中第一段碼元sign。=。，signe=l，則游長子序列長度編碼表中第二段碼元為Se，第三段碼元為ei，e2,…；如果游長子序列長度編碼表中第一段碼元signal，Signe=O,則游長子序列長度編碼表中第二段碼元為S。，第三段碼元為O1, O2, ，如果游長子序列長度編碼表中第一段碼元sign。=。，signe=0，則游長子序列長度編碼表中第二段與第三段碼元均為空，見表I。表I游長子序列長度編碼表
權利要求
1. 一種游長縮減的二元序列壓縮編碼方法，其特征在于，所述方法是在計算機中依次 按一下步驟實現的步驟(1 )，將二元序列中的二元分別用數值“0”和“ 1”表示，二元序列轉換為0和1組 成的二值碼序列；步驟(2)，計算步驟(1)所述的二值碼序列中全體0游程和全體1游程的游程長度，用 游程長度值依次取代二元序列中全體游程后，生成游長序列，其中，0游程對應的游程長度 為0游長,1游程對應的游程長度為1游長；步驟(3)，分別計算步驟(2)所述游長序列中全體0游程和全體1游程的游程長度算術 平均值，分別選取游長序列中0游長與1游長的最大臨界游長n ；步驟(4)，對步驟(2)中所述的游長序列按每組1024個游長單元進行分組，得到游長序 列的各個游長子序列，分組后每個游長子序列的單元個數均為1024，最后一個子序列的單 元個數為N=1024+(M%1024)(1)其中，N為最后一個游長子序列的單元個數，M為游長序列總的單元個數，符號“％”表 示求余；步驟(5)，分別計算步驟(4)所述游長子序列中的全體0游長和全體1游長在臨界游長 取值為1，2，…，n時的編碼位數，n為最大臨界游長，確定最佳臨界0游長和最佳臨界1游 長，具體如下步驟(5-1)、分別確定游長子序列中全體0游長和全體1游長在臨界游長為p時的編碼 位數，其中1 ≤ p ≤n，具體如下步驟(5-1-1)、確定游長子序列中全體0游長在臨界游長為p時的編碼位數 選取游長子序列中游長大于等于P的全體0游長，對選取后的各0游長值加上p后整 除2，得到0游長縮減后新的0游長，余數為0或1，余數表示0游長縮減前后的轉換關系的 一位碼元，新的0游長值加1為原0游長在臨界游長為p時的編碼位數，將上述選取后的全 體0游長在臨界游長為p時的編碼位數相加，其和記為、并將\與游長子序列中全體0游 長小于P的0游長值相加，得到游長子序列中全體0游長在臨界游長為p時的編碼位數； 步驟(5-1-2)、確定游長子序列中全體1游長在臨界游長為p時的編碼位數 選取游長子序列中游長大于等于P的全體1游長，對選取后的各1游長值加上P后整 除2，得到1游長縮減后新的1游長，余數為0或1，余數表示1游長縮減前后的轉換關系的 一位碼元，新的1游長值加1為原1游長在臨界游長為P時的編碼位數，將上述選取后的全 體1游長在臨界游長為P時的編碼位數相加，其和記為Si，并將Si與游長子序列中全體1游 長小于P的1游長值相加，得到游長子序列中全體1游長在臨界游長為P時的編碼位數； 步驟(5-2)、分別確定游長子序列中0游長與1游長的最佳臨界游長，具體如下選取游長子序列中全體0游長在其對應的各臨界游長中編碼位數最小值，該最小值對 應的臨界游長為最佳臨界0游長；選取游長子序列中全體1游長在其對應的各臨界游長中 編碼位數最小值，該最小值對應的臨界游長為最佳臨界1游長；步驟(6)、按步驟(5-2)所述的最佳臨界0游長和最佳臨界1游長，對步驟(4)所述的 各個游長子序列利用步驟(5)所述方法進行縮減，生成游長縮減后的游長子序列及其游長 縮減前后的轉換關系的二值碼表，具體如下步驟(6-1)、選取游長子序列中游長大于等于最佳臨界0游長的全體0游長，對選取后 的各0游長加上最佳臨界0游長后整除2，得到游長縮減后新的0游長，余數為0或1，余數 表示0游長縮減前后的轉換關系的一位碼元，0游長縮減后的長度值所對應的一串0元與轉 換關系碼元為0游長的壓縮編碼，小于最佳臨界0游長的全體0游長不重新編碼；步驟(6-2)、選取游長子序列中游長大于等于最佳臨界1游長的全體1游長，對選取后 的各1游長加上最佳臨界1游長后整除2，得到游長縮減后新的1游長，余數為0或1，余數 表示0游長縮減前后的轉換關系的一位碼元，1游長縮減后的長度值所對應的一串1元與轉 換關系碼元為1游長的壓縮編碼；小于最佳臨界1游長的全體1游長不重新編碼；步驟(6-3)、將縮減前后轉換關系碼元按0游長和1游長交替的方式依次擺放，生成游 長子序列縮減前后轉換關系二值碼表；步驟(7)，構造游長子序列經縮減后的游長子序列長度編碼表，依次拼接各游長子序列 長度編碼表，生成步驟(2)所述游長序列的長度編碼表，具體如下對步驟(6)所述的游長縮減后的游長子序列，按0和1交替的方式的依次擺放其所對 應的一串0元和一串1元，生成游長子序列縮減后的二值碼子序列，將二值碼子序列加上2 個前綴，前綴為游長子序列中全體0游長和全體1游長是否可縮減的狀態標記，以及0游長 和1游長的最佳臨界游長，其中，壓縮狀態標記用0或1表示，0表示不可縮減，所對應的游 長子序列中的全體0游長或全體1游長經縮減后的編碼位數大于原游長子序列中全體0游 長或全體1游長的編碼位數，則不可重新編碼，第一個前綴為0，第二個前綴為“空”，“空”表 明無需在此前綴處填入數據；壓縮狀態標記1表示可縮減，第一個前綴為1，第二個前綴為 最佳臨界游長；將置入前綴后的二值碼子序列稱為游長子序列的長度編碼表，依次將游長子序列的長 度編碼表拼接起來，生成步驟(2)所述游長序列的長度編碼表；步驟(8)，依次拼接步驟(6-1)所述的游長子序列游長縮減前后的轉換關系二值碼子 序列，生成游長轉換關系編碼表；步驟(9)，合并步驟(7)所述游長序列的長度編碼表及步驟(8)所述的游長序列轉換關 系編碼表，生成步驟1 (1)所述二值碼序列的壓縮編碼表。
2.根據權利要求1所述的游長縮減的二元序列壓縮編碼方法，其特征在于，上述步驟 (3)所述的分別選取游長序列中0游長與1游長的最大臨界游長n，具體如下當游程算術平均值小于16時，則確定最大臨界游長n=8 ；當游程算術平均值大于等于16時，則確定最大臨界游長n=16。
3.根據權利要求1所述的游長縮減的二元序列壓縮編碼方法，其特征在于上述步驟 (6)中所述的對步驟(4)所述的各個游長子序列利用步驟(5)所述方法進行縮減，縮減次數 不限于一次，最大縮減的次數的確定，具體如下如果游長算術平均值小于1. 5，則確定最大縮減次數為2 ；如果游長算術平均值大于等于1. 5，小于2，則確定最大縮減次數為4 ；如果游長算術平均值大于等于2，小于16，則確定最大縮減次數為8 ；如果游長算術平均值大于等于16，則確定最大縮減次數為16。
全文摘要
本發明公開了一種游長縮減的二元序列壓縮編碼方法，它包括首先將待壓縮文件轉換為由0和1組成的二值碼序列；再將該二值碼序列轉換為游長序列，計算游長序列中0游長與1游長的算術平均值；獲取0游長與1游長的最大縮減次數；生成游長縮減后的游長子序列及其游長縮減前后的轉換關系的二值碼表；構造游長子序列經縮減后的游長子序列長度編碼表，依次拼接各游長子序列長度編碼表，生成游長序列的長度編碼表；生成游長轉換關系編碼表；分別在長度編碼表和游長序列轉換關系編碼表的首部加入文件頭數據，生成二值碼序列的壓縮編碼表。該方法能夠避免對較短游長重新編碼，導致的編碼位數增加，提高編解碼效率，算法簡單，易于實現。
文檔編號H04N1/41GK102651795SQ20121014836
公開日2012年8月29日 申請日期2012年5月15日 優先權日2012年5月15日
發明者劉萬, 孫瑞鵬, 宋奧, 朱繼, 饒珺, 高健 申請人:上海大學