结合Huffman编码和SPIHT算法实现高效图像压缩方法

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1、结合Huffman编码和SPIHT算法实现高效图像压缩方法摘要：在低速通道中传递图像在许多领域中都非常关键。本文阐述了一种基于SPIHT算法对高站质图像进行压缩的方法。该方法能给远距离无线通信应用捉供递进的图像传输能力。这和JPEG标准非常不同。JPEG标准必须先将图像压缩到一定程度后再开始传送。而我们的方法屮，数据头和图片数据被从目标图像中区分开来。头信息经过了必要的修改后先被传送。然后图像数据使用SPIHT压缩并传送。实验表明我们的方法口J以得到更好的压缩率和传输时间。关键词：图像压缩；JPEG；SPIHT；小波；霍夫曼编码1、引言小波变换(wavelettransfoim,WT)是一

2、种新的变换分析方法，它继承并且发展了短时傅立叶变换局部化的思想，同时又克服了窗口大小不随频率变化等缺点，能够提供一个随频率改变的“时间■频率"窗口，是进行信号时频分析和处理的理想工具⑴。它的主要特点是通过变换能够充分突出问题某些方面的特征，能对时间(空间)频率的局部化分析，通过伸缩平移运算对信号(两数)逐步进行多尺度细化，最终达到高频处时间细分，低频处频率细分，能自动适应时频信号分析的要求，从而可聚焦到信号的任意细节，解决了Fourier变换的困难问题，成为继Fourier变换以來在科学方法上的重大突破⑷。这一技术已被广泛应用于图像处理和压缩领域。ShapiroMJerome将小波变换引入

3、到图像压缩领域中来，并捉出了嵌入式零树小波编码方法(EmbeddedZerotreeWavelet,EZW),取得了良好的压缩效果。1996年PearlmanWA和SaidA在Shapiro的EZW算法的基础上,提出了SPIHT算法⑶，解决了EZW算法的一些缺点，但多级树集合分^(SetPartitioninginHierarchicalTrees,SPIHT)算法依然需要人量计算和传输时间，对于在低速通道上图像的实时传送提出了挑战。本文重点介绍了一•种简单有效的方法结合霍夫曼编码实现进一步的压缩。实验结果显示压缩率为0.35978,相较于为量化前的0.21191有较人提升，说明这一方法可

4、以节省大量的传输比特，进而增强压缩性能。2、SPIHT算法本质上來说SPIHT使用了子波段编码以产牛一个塔式结构，从而一个图像被功率互补的低通和高通滤波器连续地分解了，然后再抽取结果图像。那么整个图像分解成四个子带：LL,LH,HL以及HH,其小LL为低频，LH、HL、HH为分别为水平、垂直和对角线上的高频分量。三层分解的小波变换小波系数的树结构如图1。在每个子带中，用一个小方格表示一个小波系数。为简洁阐述，用C；岁表示第m层、在d方向的子带内的一个系数，i、j是本子带内的下标，HL,”,LH『子带的方向序号出衣次分別取一、二、三。低分辨层的一个系数同它的同一方向高一级的分辨层的四个系数，

5、还有更高两级分辨层的十六个系数，大体反映了同空域内相同方向了带的性质，并这类系数间冇着很强的相似性。因此,可将d方向各了带屮表示同位置的小波系数集合比喻为一颗方向树，最低分辨率(最高层的子带)只取一个系数，可以作为树的根节点，每一高层子带的一个系数对应同方向第一层子带的四个系数为其子节点，依此类推。LHiHH

6、图1三层小波变换系数的树结构在图1中，H厶为该方向了带中最低分辨率了带，它的1个系数为一颗方向树的根节点，它的子节点是H厶子带内的⑵+〃,2j+q}o印加共4个系数，它的孙节点是H厶子带内的{4z++g}°勺皿3共十六个系数。这样，以C：；为根节点的一颗方向树包含了二T•一个系数值，

7、有二十个子孙。对于m>2层分解，子带内的一个根节点共有的子孙节吕4点个数为工4'=—(4心一1)(1)/=i3由根节点在最高层方向子带内一个系数为根的方向树也称为最大方向树，并记为TL",j),它表示树上系数的合集。其他层的系数也可以为根，构成一•颗子方向树，记为八％力。3、SPIHT算法特性多级树集合分裂算法(SPIHT)能够生成一个嵌入位流(embeddedbitstream),使接收的位流在任意点中断时，都能解压并重构图像，具有良好的渐进传输特性；算法的初始化过程、细化过程类似于EZW算法，它改进了EZW重要图的表示方法，也就是重要系数在表小的排序信息，使得集合的衣示更为精简，从而提

8、高了编码效率和图像压缩率oSPIHT算法在不同的比特率下比EZW算法的PSNR(峰值信噪比)都冇所捉高，具冇计算复杂度低、位速率易控制的特点。如图2所示,这个金字塔状小波系数被按照重要程度排序,最重要的比特对以先传输，然后才是下一个位平面(bitplane),依此类推，直到最低重要性的位平面到达。这种先进的传输方式可以有效地减小每个位平面均方误差失真。比特行位标记SSSSSSSSS最高位51100000004>11000