[發明專利]JPEG2000標準中基于碼塊的低存儲編碼器及其編碼方法

無效

• 申請號: 200810018113.9
• 申請日: 2008-05-04
• 公開（公告）號: CN101267558A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 李云松;郭杰;劉凱;王柯儼;雷杰;吳成柯
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;G06T9/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心
• 代理人: 王品華;黎漢華

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，涉及壓縮編碼，特別是一種涉及靜止圖像壓縮標準JPEG2000中的低存儲編碼器與方法，用于符合JPEG2000標準的各種數字圖像壓縮編碼。

背景技術

隨著多媒體和網絡技術的發展及其在醫學影像、遙感圖像和數字圖像/視頻傳輸等方面的應用，以往的圖像壓縮編碼方法已經無法適應高效壓縮、實時傳輸與高效存儲的要求。作為目前國際上最新的靜止圖像壓縮通用標準，JPEG2000具有明顯的優勢，例如：支持單分量或多分量的有損和無損編碼、在低碼率下仍具有很好的性能，同時還支持圖像質量和分辨率的漸進傳輸、感興趣區域ROI編碼，具有良好的抗誤碼性能。以上這些優點來源于JPEG2000分別采用了離散小波變換DWT和率失真優化截取內嵌碼塊編碼結構EBCOT作為其核心的變換和編碼方法。JPEG2000編碼方法首先將大尺寸圖像分割成若干小的分量圖像片，然后對各個圖像分片使用DWT進行多級子帶分解，對劃分在小波子帶系數上的碼塊經過包括比特平面編碼、算術編碼和碼率控制在內的EBCOT完成壓縮編碼，最后打包生成符合JPEG2000標準的文件或者碼流。

JPEG2000編碼方法與之前采用Mallat濾波器組方法實現的小波變換相比，由于在其標準中采用了基于提升的離散小波變換方法，大大降低了小波變換所需的計算量和存儲量，具有計算復雜度低、可實現原位運算、變換形式簡單可逆和能夠實現整型系數小波變換等優點；同時JPEG2000標準中采納了9/7和5/3兩種小波基，其中9/7小波變換用于有損壓縮，其性能最優，而5/3小波變換可用于無損壓縮。由于圖像信號是二維信號，需要對其進行二維小波變換。二維小波變換可分解為水平和垂直方向上的兩個一維小波變換，每一次二維小波分解得到一個低頻子帶LL和三個高頻子帶，即水平子帶LH、垂直子帶HL和對角子帶HH。下一級小波變換是在前一級產生的低頻子帶LL的基礎上進行的，如此重復多次，便可以完成一幅圖像的多級小波分解。

所述的EBCOT算法分為Tier-1和Tier-2兩部分。Tier-1由內嵌的比特平面編碼和MQ算術編碼器組成，完成編碼所需的上下文后進行算術編碼，形成多個子流；Tier-2部分按照由目標碼率計算出來的斜率進行碼流截取，完成碼率控制。進行EBCOT編碼時，各小波子帶劃分為更小的互不重疊的碼塊，如64×64或者32×32，以碼塊為單位獨立作Tier-1編碼。不同的碼塊產生的比特流長度是不相同的，它們對恢復圖像質量的貢獻也是不同的。因此對于所有碼塊產生的比特流，Tier-2采用了率失真優化技術進行后壓縮處理，完成碼流的率控制。

當前有很多關于JPEG2000標準硬件實現的研究和設計方法，但是這些方法在應用中存在以下幾方面的不足：

第一，JPEG2000標準中的離散小波變換計算復雜度高于之前JPEG中的離散余弦變換，且DWT是按照字節或字進行運算；而EBCOT中的比特平面編碼和算術編碼是按照逐個比特處理。這種處理速率上的不匹配往往要求降低DWT的吞吐能力或者提高EBCOT的處理速度，從而導致整體處理能力的下降。

第二，在進行EBCOT編碼時，需要對DWT產生的各個子帶的小波系數逐個進行編碼，因此所有的小波系數都需要在編碼之前存儲下來。而以往的方法是將整幅圖像或整個圖像分片的小波系數全部存儲到片外的靜態隨機存儲器SRAM中，由此帶來的后果是在圖像分片較大的情況下占用的存儲開銷會非常大。如日本研究人員Hideki?Yamauchi等人在2005年期刊IEEE?Journal?of?Solid-state?Circuits發表的文章1440×1080?Pixel，30Frames?Per?Second?Motion-JPEG?2000?Codec?for?HD-Movie?Transmission(Vol.40，No.1，January?2005，pp331-341)中，采用了4096×2048的分片大小，這樣小波系數占用存儲的地址空間就高達4K×2K＝8M(1M＝1024K，1K＝1024)。在小波變換為實時處理的要求下，往往需要采用兩塊相同的SRAM進行乒乓互倒，這時的存儲總量就為一幅圖像小波系數存儲容量的兩倍。