[發明專利]在低壓縮碼率下降低圖像方塊效應的JPEG編碼方法

在審

• 申請號: 201510259905.5
• 申請日: 2015-05-20
• 公開（公告）號: CN104869426A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: 劉昊;邊弘宇;李紅
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04N19/86
• 分類號: H04N19/86;H04N19/60;H04N19/124;H04N19/186
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明涉及一種JPEG圖像編碼的改進方法，具體涉及圖像處理領域中一種在低壓縮碼率下降低圖像方塊效應的JPEG編碼方法。

背景技術

無線傳感器網絡作為一種綜合信息系統，融合了信息采集、處理及傳輸于一體，在軍事、環境、醫療、智能家居等諸多領域擁有廣闊的應用前景。隨著市場需求的推動，溫度、濕度、壓力等這些無線傳感器網絡所能提供的簡單數據，已無法滿足人們對監測環境的全面掌控。人們迫切需要將信息量更豐富的圖像、音視頻等多媒體信息引入進來，使環境監測在實際操作中更精準、更細致，于是便出現了無線多媒體傳感器網絡。

無線多媒體傳感器網絡的顯著特點就是以多媒體數據流的形式實現監測和數據傳輸，這對節點傳感器的數據處理、存儲能力以及網絡帶寬有了更高的要求。節點處理器的工作頻率由原先的幾兆赫茲提高至數十甚至數百兆赫茲，存儲能力也由千字節級別增至兆字節級別。網絡帶寬資源也需要相應增加，才能滿足大數據量傳輸的需求。即便如此，如果不采用數據處理技術，以傳感器節點的能力，仍然無法將數據及時準確地傳送至終端用戶進行分析。因此，擁有一個高效的視頻圖像編碼器是十分重要的。

目前壓縮率較高的圖像編碼標準有H.26x和MPEG-x系列，但這些標準計算量大，實現較復雜，無法滿足無線傳感器網絡對功耗以及芯片面積的要求。相比較而言，算法簡單的靜態圖像編碼方式，如JPEG編碼，更適合無線多媒體傳感器網絡。而Motion-JPEG作為一種視頻壓縮格式，其每幀圖像都采用JPEG編碼來完成。MJPEG不使用幀間壓縮技術，通過對連續靜態圖像進行編碼來實現運動圖像的編碼，可在無線多媒體傳感器網絡的視頻監測技術中得到應用。但JPEG編碼的缺點在于壓縮率較低，編碼文件較大，不適合無線傳感器網絡的窄帶寬傳輸。若增大壓縮比，在低碼率環境下由于JPEG編碼的特性，又會產生強烈的方塊效應，人眼無法接受。因此，提出一種在低壓縮碼率下降低圖像方塊效應的JPEG編碼方法，不僅能夠在增大圖像壓縮比的同時保證一定的圖像質量，而且也可減輕圖像傳輸對無線網絡帶寬的壓力，有一定的實際應用價值。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種JPEG圖像編碼的改進方法，改善目前在低壓縮碼率(小于0.25比特每像素)環境下采用JPEG編碼后的重建圖像出現強烈方塊效應的問題。

為了達到上述目的，本編碼器所用方法的技術方案如下：

一種在低壓縮碼率下降低圖像方塊效應的JPEG編碼方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1，對原始圖像數據進行8×8分塊；

步驟2，以步驟1得到的8×8數據塊為單位，進行全相位反離散余弦雙正交變換，將空間域中的數據轉換至頻域內，所得變換系數送入量化器；

步驟3，量化器使用預先設定的量化步長對步驟2產生的變換系數進行均一量化，得到直流系數和交流系數；

步驟4，對步驟3產生的量化系數進行Z字型掃描，按照從低頻到高頻的順序，以數據流形式送入熵編碼器進行編碼；

步驟5，熵編碼器對步驟4產生的數據流進行熵編碼。

本發明方法采用全相位反離散余弦雙正交變換(all?phase?inverse?discrete?cosine?biorthogonal?transform,APIDCBT)算法替換傳統JPEG編碼中的離散余弦變換算法，使圖像數據由空間域向頻域轉換時，高頻系數有所衰減，量化過程中無需使用較大的量化步長，減少了增大壓縮率造成的高頻系數丟失，重建圖像相鄰分塊間的像素亮度或色度的相關性增強，改善了方塊效應；采用行列分解法完成二維全相位反離散余弦雙正交變換，在行或列處理中，將變換矩陣中的余弦系數或行系數轉換為分數的形式，通過加法器和移位器實現乘法操作，提高了編碼器的工作速度并降低電路功耗；改進量化方式，采用均一量化代替使用傳統JPEG編碼推薦的量化表進行量化，節省了存儲量化表占用的空間；量化器使用倒數乘法運算實現量化中除法操作，采用華萊士樹結構實現該乘法運算，大大降低了計算復雜度，同時又提高了電路的運行速度。

本發明的優點在于改變了傳統JPEG編碼在增大數據壓縮比時產生的高頻系數丟失嚴重的現象，重建圖像時高頻系數對應的圖像細節部分也能得到較好的恢復，從而改善了在低壓縮碼率下方塊效應較明顯的問題。所述方法在保證圖像質量的同時克服了傳統JPEG編碼壓縮率較低的缺點，使得圖像文件更適合窄帶寬傳輸，在無線多媒體傳感器網絡的圖像處理領域具有良好的應用前景。

附圖說明