多机并行小波三维图像压缩的算法设计及在局域网上实现

摘要

在当今社会，人们对通信的要求已从单纯的符号、文字、语音通信走向符号、文字、语音、静止图像、视频图像等诸要素的综合通信，即我们常说的多媒体通信。图像通信中，主要是对数字图像的处理(包括：采样、扫描、压缩、解压、存储等)和传输。近十年来，图像编码技术得到了迅速的发展和广泛的应用，并且日臻成熟。其标志是图像编码的几个国际标准的制定，即ISO/IEC关于静止图像的编码标准JPEG、CCITT， 关于电视电话/会议电视的视频编码标准H.261和ISO/IEC，关于视频图像的编码标准MPEG－1、MPEG－2等。这些标准融合了各种性能优良的传统图像编码方法，代表了目前图像编码的发展水平。 高维(立体或视频)图像已应用于许多领域，产生巨大的数据集。为了存储和传输这些图像，需要一种针对高维图像的有效压缩方法。二维小波压缩方法已被用作静止图象压缩的一种新的国际标准（JPEG2000）。为改进高维图像的压缩，我们研究高维小波压缩方法，以利用图像高维信息的相关性，提高压缩比。由于数据集庞大，高维小波压缩方法耗时较多，难以应用于实时通讯中。在论文中，作者设计出三维小波并行压缩方法，并利用局域网构建多机系统，将传统在单机上实现的图像编解码过程分散到多机上去，以提高三维图像压缩速度。本文中具体实现是将一个三维矩阵分割成两块，一块传给分机，一块主机自己处理，分别对两个子块进行分解、量化、扫描，或其反过程。最终，由主机将两子块合并成一个整体。处理过程包括：局域网中数据传输、信息传送平台MPI（Message Passing Interface）的应用、分布式并行计算等。 实验证实：三维小波压缩方法能够取得比二维小波压缩方法高的压缩比，并且在多机网络上实现图像压缩的运行时间比在单机上运行时间少，同时基本保持图像的质量。可应用于因特网上的视频图像传输和远程医疗等领域。