[发明专利]基于整数小波变换的曲线矢量数据压缩式编码方案

说明书

技术领域：

本发明属于矢量数据处理技术领域，是基于整数小波变换实现的曲线矢量数据嵌入式编码无损压缩方法。

背景技术：

矢量数据是指在直角坐标系中，用X、Y坐标表示地图图形或地理实体的位置和形状的数据。矢量数据地图被广泛应用在地理信息系统(GIS)，智能移动终端(ITS)中。但是由于这些设备存储空间和数据处理能力以及移动带宽的限制。过大的矢量数据地图在某种程度上限制了其使用范围。

对矢量化后的地形图等进行压缩处理的过程称之为空间矢量数据的压缩。矢量数据的压缩主要包括各种矢量地图要素的数据压缩。用坐标点序列表示的曲线是矢量地图中最多的图形要素，所以对矢量化后的地图的数据压缩主要是对曲线的压缩，目前讨论最多的也是曲线矢量数据的压缩。

目前存在的矢量数据压缩算法按照技术手段主要分为两类：近似方法和量化编码方法。

近似方法是通过从原始矢量数据点集中抽取出一部分数据点组成新的数据点集的方式来达到减少数据量从而实现压缩的目的。经典的传统矢量数据压缩方法大多使用的是近似方法的思路。以下是一些常用的近似方法：Douglas-Peucker算法(参考对比文件1)，具有预测功能的曲线矢量数据压缩方法(参考对比文件2)，基于动态规划算法的矢量数据压缩模型和方法(参考对比文件3)。

量化编码方法是指对矢量数据使用特定的方法处理成易于编码的形式，然后使用合适的编码方法进行编码从而达到减少数据量进行压缩的目的。量化编码方法相对于近似方法有计算简单易于实现等优势，是当前矢量数据压缩研究的热点。

目前主要的量化编码方法有：Shekhar等提出的聚类方法，将给定的矢量数据集通过聚类的方法形成相应的字典，把数据量较大数据点转换为数据量很小的字典索引形式从而实现矢量数据压缩(参考对比文件4)。Kolesnikov等提出的链码方法，将曲线转化为链码序列，然后使用上下文相关的文本压缩算法进行压缩(参考对比文件5)。朱海军等提出的基于离散余弦变换的矢量数据压缩方法，针对矢量数据复杂的内部结构和失真在矢量数据中的特殊表现形式，提出使用DCT变换处理矢量数据，再对DCT变换系数进行霍夫曼编码来进行压缩(参考对比文件6)。

整数小波变换是通过小波变换的提升方案实现的。传统的小波变换即第一代小波变换，利用小波滤波器对数据序列进行滤波和卷积运算。传统的小波变换都是在实数域的变换，因此即使待分析数据是整数序列，也会被转化成实数域的小波系数。而整数小波变换能够对于整数域的待分析数据，进行整数到整数小波系数的变换，即将整数序列变换映射成整数小波系数，并且可以通过逆变换恢复成原始整数序列。

整数小波变换可以看做是离散小波变换的一种特殊实现方式。IWT作为小波分析理论的发展，不仅继承了离散小波变换的很多优势，更重要的是可以实现很多离散小波变换无法完成的功能。例如，整数小波变换具有真正意义上的无失真可逆性，因此能够实现图像、数据的完全无损压缩。另外整数小波变换是使用提升框架实现的，计算复杂度很低，整数小波变换系数需要的存储空间小，非常便于硬件实现等等。整数小波变换的这些优势使其成为当前的研究热点。

嵌入式编码是一种只需要一个单独的码流就可以使用任意小于或者等于编码码率的码率来进行解码的编码方式。嵌入式编码的编码器可以生成不同大小的码流文件，假设小的文件有n比特，则较大的文件的前n比特与之完全相同。嵌入式编码的主要目的是实现数据的渐进传输，在图像的编码上得到了广泛的应，例如常见的图像格式GIF和JPEG格式都采用了嵌入式编码能够支持渐进传输。

嵌入式编码实现图像渐进传输的优势在于图像的传输可以在任意的时候终止，用户不需要得到完整的图像就可以看到图像的部分信息。在传输信道不好造成图像出书异常中断时，用户也可以通过接收到的部分数据了解整幅图像的大致信息。而在非渐进传输时，如果图像传输异常中断了，用户只能得到已传输部分的完整内容，而不能得到未传输部分的任何信息。

对比文件1：Douglas D H，Peucker T K.Algorithms for the reduction of the number of points required torepresent a digitized line or its caricature[J].The Canadian Cartographer，1973，10：112-122.

对比文件2：黄培之.具有预测功能的曲线矢量数据压缩方法[J].测绘学报，1995，24(4)：316-320.