19、指纹图像压缩与小波标量量化规范解析

指纹图像压缩与小波标量量化规范解析

1. 引言

在当今的执法领域，指纹图像的处理面临着巨大挑战。随着指纹图像数量的快速增长以及其本身尺寸较大，对这些图像进行高效的存储和传输成为了亟待解决的问题。传统的无损压缩技术，如能实现的最高压缩比仅为 2:1 或 3:1，这对于缓解传输带宽需求和减少存储介质的使用量来说远远不够。

为了应对这一挑战，相关机构开发了一种名为小波标量量化（WSQ）的有损压缩技术。该技术能够在实现大于 10:1 压缩比的同时，保留指纹图像的关键特征，以满足机械模式匹配和人工指纹鉴定的需求。与其他常见的图像压缩标准（如 JPEG 和 JPEG 2000）以及压缩技术（如变换编码、基于 DCT 的压缩、子带编码和分形压缩）相比，WSQ 已成为执法部门用于指纹压缩的主要规范。

2. 小波压缩的一般框架

小波压缩在 20 世纪 90 年代受到了广泛关注，并被 JPEG 2000 和 MPEG4 等重要标准所采用。它的优势在于能够在保证高质量的同时实现有竞争力的压缩比，且不会出现 JPEG 风格离散余弦变换（DCT）压缩中常见的块状伪影。

小波压缩主要包括三个阶段：变换、量化和熵编码。在量化和熵编码阶段，可以采用与其他基于变换的压缩方法相同的技术。
- 变换阶段 ：与标准的基于变换的压缩方法（如 DCT）不同，小波压缩使用一对滤波器（一个低通滤波器和一个高通滤波器），并对每个滤波器的输出进行下采样。这个过程可以递归多次，形成一个称为分解树的树形结构。在小波变换中，设计者可以选择使用的滤波器对和分解树的结构。
- 量化阶段 ：量化可以在单个