基于小波变换的遥感图像有损压缩优化技术

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第6卷第2期地球信息科学Vo1．6．No．22004年6月GEO—INFORMAn0NSCrENCEJune，2004基于小波变换的遥感图像有损压缩优化技术曾滂，傅俏燕，王文字，何善铭(中国资源卫星应用中心，北京100830)摘要：在遥感应用领域，对图像质量的要求较为严格，因此，在遥感图像数据的噪声处理中，应注重保持高质量图像。本文提出了一种基于小波变换的遥感图像有损压缩优化技术。首先分析了离散余弦变化在数据压缩中存在的缺陷与不足；其次应用小波的良好变焦性能，提出2层2维小波图像的塔式分解方案，分离出图像

2、的直流、低频和高频分量；最后在统计意义上，基于最小均方误差原理，针对遥感图像的低频和高频分量构造最优量化器，实现图像的高质量压缩，并通过实验，得到压缩比与峰值信噪比的大致关系。关键词：遥感；图像压缩；离散余弦变化；小波变换中图分类号：rP75；102081引言而可消除恢复图像的分块效应；此外，我们转向优良量化器的设计，对大量遥感图像进行统计，可在遥感图像是一巨大的海量数据，以普通航空像一定程度上选取合乎遥感图像特性的优良量化器，实现遥感图像的高性能压缩。片为例，一幅尺寸为23x23em遥感图像，若按25trm间隔采样，每像元8bits量化，其数据量为8

3、4．5MB，因此，对遥感图像的有效压缩，提取所需信2小波变换在数据压缩中的应用息是其重要目的。对一组图像数据进行比特分割(所谓比特分小波分析在信号处理、优化处理、语音分析、模割，即将量化后的数据分成不同的比特特性，依此式识别和量子物理等众多科学领域，被认为是近年取出某一比特位上的值形成二值图像)的信噪结构来在工具及方法上的重大突破。分析、研究，发现通常每像元为8bit的灰度图像扫描数据中，低位的2个比特基本属于噪声信号。从2．1小波的变焦性能信息源数据信噪结构角度分析：图像的有失真编码如果函数，∈Ln，且满足是合理的，这就为图像有损压缩提供了理论基础。

4、=』dzo<∞(1)目前，离散余弦变化(DCT)已成为JPEG的数据压缩标准，但DCT变化法进行遥感图像压缩会称0(t)为小波函数。由公式(1)知：出现两大缺点：首先，图像的压缩比较低；其次，恢复图像容易出现分块效应。当然，采用H．C．Reeve设Jl(t)ld￡<∞(2)计的低通平滑滤波器对图像进行平滑，可在某种程JR0(t)dt=0(3)度上消除分块效应，但同时损失了遥感图像纹理信即O(t)具有衰减性和波动性，这就是函数被息。通常数据压缩分为变换、量化及编码。为了达到称为小波的缘由。高质量的图像压缩目的，首先可借助小波变换实现若对(t)进行伸缩与平

5、移，得图像的灵活分解，由于小波分解针对整幅图像，从收稿日期：2003—04—19．作者简介：曾涝(1972一)，1997年毕业于武汉测绘科技大学光电工程学院，获工学硕士，高级工程师。现为中国空间技术研究院飞行器设计专业博士研究生，致力于中巴资源一号卫星遥感图像的相对辐射校正、图像恢复等领域的研究，已发表文章多篇。维普资讯http://www.cqvip.com2期曾涝等：基于小波变换的遥感图像有损压缩优化技术·89·(t)=lal一[(卜6)／a](4)若忽略计算过程中的误差，其重构图像将与原图完其中，o,b∈R，口≠0。为了说明变焦问题，假设全一致。

6、是一对称双窗函数，并进一步假设a>O、且只考虑频本次实验进行2层2维小波的图像分解，图2谱的正半频率部分。当的中心及半径分别为t、是2时，图像小波分解结构示意图。其中A代表图像亮度子图分量，其系数对恢复图像的质量产△时，那么的中心及半径为6+、；若的生极大的影响；DD22、D32代表图像低频分量，其中心及半径分别为∞、△时，那么的中心及半系数对恢复质量产生较大的影响；D小D．．、D一，代径分别为oY／a、A~bla，亦即时间一频率窗，由表图像高频分量，其系数在零值附近，对恢复质量影响较小。(t-a,／,，t+△)×(‘I)·△，‘I)’+△)变为(6+

7、’-aa~，b+at*+a~p)×(∞．△∞件△)A固定b，则当a逐渐减小时，窗的中心逐渐从b92_1的右边向b靠近，即向高频方向移动；同时，窗的宽D-2度减小，窗的高度增大，此时窗的面积一直保持不变(图1所示，假设6产6：)。因此，小波函数经过伸缩与平移后，具有极其敏感的“变焦”特性，能够聚D一11焦到信号的任意细微环节。小波的变焦性能意义在于：我们可以根据实际情况，利用小波变换进行若干层的图像分解，尽量消除图像的冗余度和相互关系，在保持图像纹理的图22层2维图像小波分解数据结构图同时，提高压缩倍率。Fig．2Two-layerandtwo-dime

8、nsionwaveletetransformframe3图像高性能压缩的优良量化器设计03’／