基于預截斷的jpeg2000感興趣區(qū)域編碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于聯(lián)合圖像專家組（JPEG2000)的感興趣區(qū)域編碼方法，特別 涉及編碼碼率給定或者背景不重要的場合下感興趣區(qū)域編碼問題。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前國際最新的JPEG2000標準具備幀內(nèi)編碼、壓縮效果好、支持感興趣區(qū)域 (Region of Interest, ROI)編碼和漸進式傳輸?shù)绕焚|(zhì)，因而在高端數(shù)字圖像應(yīng)用中得到了 推廣。在不含ROI編碼的JPEG2000系統(tǒng)中，首先采用離散小波（DWT)處理原始圖像，之后 采用位平面編碼（Bit-plane Coding，BPC)和算術(shù)編碼（Arithmetic Coding，AC)得到各碼 塊的碼流，最后優(yōu)化截斷碼流，并組織輸出。
[0003] ROI編碼將圖像的部分區(qū)域以更高的質(zhì)量編碼，在碼率受限或者背景不重要的應(yīng) 用中，重要的信息被優(yōu)先地保留下來。ROI編碼兩個典型應(yīng)用如下：（1)遙感圖像編碼。遙感 圖像中多包含低價值甚至無價值的信息，此類信息在編碼時占據(jù)較多碼流，關(guān)鍵信息失真 較大，此時應(yīng)用ROI編碼可減少甚至舍棄背景區(qū)域生成的碼流；（2)帶寬有限的通信環(huán)境， 如衛(wèi)星通信、視頻傳輸中每幀圖像在給定碼率下編碼等。此類應(yīng)用中，ROI編碼可使感興趣 區(qū)域分配到更多帶寬，更多有用信息被保留。
[0004] 當前ROI編碼的主流算法是基于小波系數(shù)提升，即小波子帶中ROI系數(shù)的位平面 上移，使其在BPC和AC時被優(yōu)先編碼，進而在優(yōu)化截斷時被優(yōu)先保留。此時，ROI編碼模 塊位于DWT和BPC之間。JPEG2000協(xié)議中采納的最大移位法（Maxshift)和一般移位法 (Scaling Based Method，SBM)均屬此類，并在此基礎(chǔ)上衍生出多種優(yōu)化算法，如部分移位 法（Partial Significant Bitplanes Shift, PSBS)等。然而，此類算法由于使系數(shù)位平面 數(shù)增加，極大地增加了 JPEG2000系統(tǒng)的計算量，尤其是對于JPEG2000硬件系統(tǒng)，后續(xù)BPC、 AC和優(yōu)化截斷等模塊均需作出適應(yīng)性改變，不利于系統(tǒng)的維護。其他ROI編碼方法，如隱 式加權(quán)法等，增加的系統(tǒng)計算量較少，然而無法獲得可媲美系數(shù)移位法的ROI編碼質(zhì)量?？?之，當前的ROI編碼技術(shù)無法均衡ROI編碼質(zhì)量和系統(tǒng)計算量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提出一種具有高ROI編碼質(zhì)量和極低系統(tǒng)計算量的基于預截斷的 JPEG2000感興趣區(qū)域編碼方法。
[0006] 本發(fā)明的基于預截斷的JPEG2000感興趣區(qū)域編碼方法，包括以下步驟：
[0007] a)在具體應(yīng)用場合下，建立碼率查找表；
[0008] b)在具體應(yīng)用場合下，建立面積查找表；
[0009] c)所述步驟a)和b)得到的查找表，分別用碼率和ROI面積索引，輸出分別設(shè)為 Srate和S _，并計算兩查找表輸出之和，設(shè)為Sbg;
[0010] d)根據(jù)指定的原圖像中感興趣區(qū)域位置，計算各小波子帶中感興趣區(qū)域的邊界。 多層小波變換時，當前子帶ROI邊界由原圖像或其上一層LL子帶中ROI邊界計算獲得；
[0011] e)根據(jù)所述步驟d)計算的各子帶ROI邊界，判斷當前子帶系數(shù)是否為ROI系數(shù)； 是則不作任何處理，否則僅保留此系數(shù)S bg個最高位平面，其余位平面置零。
[0012] 本發(fā)明方法的優(yōu)選方案中，步驟a)的具體流程為：
[0013] 首先，采集具體應(yīng)用場景中N(N彡10)幅圖像，并在每幅圖像中指定ROI。ROI面 積為圖像面積的30%，不限制形狀。
[0014] 然后，建立待測試的碼率表。如碼率以步長0· 025bpp(bit per pixel)從0· 025bpp 增大到lbpp，以步長0· 25bpp從Ibpp增大到4bpp。
[0015] 再次，對碼率表中每個碼率，計算Sbg從2增大到S (量化后系數(shù)位平面數(shù)）時，N 幅圖像中ROI的PSNR平均值，并選取Sbg的最優(yōu)值，計為S Mte，使其獲得的ROI的PSNR值高 于但盡可能接近此碼率下ROI的PSNR閾值。
[0016] 最后，簡化碼率表。由于鄰近碼率極有可能獲得相同的Srate，所以碼率表可以簡化 以提尚索引效率。
[0017] 本發(fā)明方法的優(yōu)選方案中，步驟b)的具體流程為：
[0018] 首先，建立待測試的面積表。如ROI面積以增幅5%，從5%增大到75%。
[0019] 然后，對面積表中每個ROI面積，選定Sbg初值為碼率查找表中0. 5bpp對應(yīng)的S bg 值，計為Sbgtl。當ROI面積低于30%時，Sbg從S bg(l遞減到2,當ROI面積高于30%時，S bg從 Sbgtl遞增到S。對上述范圍中每個S bg值，計算N幅圖像中ROI的PSNR平均值。再選取S bg 的最優(yōu)值，使其獲得的ROI的PSNR值高于但盡可能接近此碼率下ROI的PSNR閾值。最后， 用Sbg減去S bgtl，計為S_a，作為此面積對應(yīng)的輸出。
[0020] 最后，簡化面積表。由于鄰近面積極有可能獲得相同的Smea，所以面積表可以簡化 以提尚索引效率。
[0021] 本發(fā)明方法的優(yōu)選方案中，步驟c)的具體流程為：
[0022] 分別用當前碼率和ROI面積索引碼率查找表和面積查找表，設(shè)輸出分別為Srate和 s_a，最終根據(jù)公式（2)獲得Sbg值。
[0023]
【主權(quán)項】
1. 一種基于預截斷的JPEG2000感興趣區(qū)域ROI編碼方法，其特征在于，該方法包括以 下步驟： a) 在具體應(yīng)用場合下，建立碼率查找表； b) 在具體應(yīng)用場合下，建立面積查找表； c) 所述步驟a)和b)得到的查找表，分別用碼率和R0I面積索引，并計算兩查找表輸出 之和，設(shè)為Sbg; d) 根據(jù)指定的原圖像中感興趣區(qū)域位置，計算各小波子帶中感興趣區(qū)域邊界； e) 根據(jù)所述步驟d)計算的各子帶R0I邊界，判斷當前子帶系數(shù)是否為R0I系數(shù)；是， 則不作任何處理；否則僅保留此系數(shù)Sbg個最高位平面，其余位平面置零。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于預截斷的JPEG2000感興趣區(qū)域R0I編碼方法，其特 征在于，所述步驟a)的具體流程為： 首先，采集具體應(yīng)用場景中N幅圖像，并在每幅圖像中指定R0I;其中，10,R0I面 積為圖像面積的30%，不限制形狀； 然后，建立待測試的碼率表； 再次，對碼率表中每個碼率，計算Sbg從2增大到S時，N幅圖像R0I的峰值信噪比PSNR平均值，并選取Sbg的最優(yōu)值，計為SMte，使其獲得的R0I的PSNR值高于但盡可能接近此碼 率下R0I的PSNR閾值，其中，S為量化后系數(shù)位平面數(shù)； 最后，簡化碼率表；由于鄰近碼率極有可能獲得相同的Srat6，所以碼率表可以簡化以提 高索引效率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于預截斷的JPEG2000感興趣區(qū)域R0I編碼方法，其特 征在于，所述步驟b)的具體流程為： 首先，建立待測試的面積表； 然后，對面積表中每個R0I面積，選定Sbg初值為碼率表中0. 5bpp對應(yīng)的Sbg值，計為3_，當1?01面積低于30%時，5138從31^遞減到2，當1?01面積高于30%時，3 138從31^遞增 到S，對上述范圍中每個Sbg值，計算N幅圖像R0I的PSNR平均值；再選取Sbg的最優(yōu)值，使 其獲得的R0I的PSNR值高于但盡可能接近此碼率下R0I的PSNR閾值；最后，用此Sbg最優(yōu) 值減去Sbg(l，計為SaMa，作為此面積對應(yīng)的查找表輸出； 最后，簡化面積表；由于鄰近面積極有可能獲得相同的S_a，所以面積表可以簡化以提 高索引效率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于預截斷的JPEG2000感興趣區(qū)域R0I編碼方法，其特 征在于，所述步驟c)中，分別用當前碼率和R0I面積索引碼率查找表和面積查找表，輸出分 別為SMjPS_，最終由公式（2)獲得Sbg:
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于預截斷的JPEG2000感興趣區(qū)域ROI編碼方法，其特 征在于，所述步驟d)中，子帶R0I邊界由原圖像或者上一層LL子帶中R0I邊界計算得到；一 維小波變換是二維小波變換的基礎(chǔ)，一維序列小波變換R0I邊界計算如公式（3) (4)所示：
其中，1和r分別為原一維序列ROI的左邊界和右邊界，lsub為L、H子帶的左邊界，i^、rH分別為L、H子帶的右邊界；擴展到二維小波變換，矩形左上頂點坐標決定其左邊界和上 邊界，對應(yīng)一維序列的左邊界；矩形右下頂點坐標決定其右邊界和下邊界，對應(yīng)一維序列的 右邊界。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于預截斷的JPEG2000感興趣區(qū)域R0I編碼方法，其 特征在于，所述建立待測試的碼率表中，優(yōu)選地，碼率以步長0. 〇25bpp從0. 025bpp增大到 lbpp，以步長0? 25bpp從lbpp增大到4bpp。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于預截斷的JPEG2000感興趣區(qū)域R0I編碼方法，其特 征在于，所述建立待測試的面積表中，優(yōu)選地，R0I面積以增幅5%，從5%增大到75%。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于預截斷的JPEG2000感興趣區(qū)域編碼方法，其位于JPEG2000系統(tǒng)中小波變換和位平面編碼之間，適用于給定碼率或背景不重要的應(yīng)用場合。發(fā)明通過適當降低背景系數(shù)精度使感興趣區(qū)域分配到更多碼流，在感興趣區(qū)域編碼質(zhì)量、系統(tǒng)計算量等方面表現(xiàn)優(yōu)異，其具體流程為：1、在具體應(yīng)用場合下，建立碼率查找表；2、在具體應(yīng)用場合下，建立面積查找表；3、分別用碼率和感興趣區(qū)域面積來索引碼率和面積查找表，并計算兩查找表輸出之和；4、根據(jù)原圖像中感興趣區(qū)域位置，計算各小波子帶中感興趣區(qū)域邊界；5、預截斷背景系數(shù)。
【IPC分類】H04N19-21, H04N19-167, H04N19-64
【公開號】CN104581157
【申請?zhí)枴緾N201510038308
【發(fā)明人】王建新, 朱恩, 王健, 錢進, 姜軍, 祁友杰
【申請人】東南大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月26日