[發(fā)明專利]一種基于演化計(jì)算的JPEG圖像編碼優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111360751.0
• 申請(qǐng)日: 2021-11-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114095727B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王啟軍;劉萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N19/124
• 分類號(hào): H04N19/124;H04N19/186;H04N19/42;H04N19/625
• 代理公司: 合肥正則元起專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34160
• 代理人: 王俊曉

1.一種基于演化計(jì)算的JPEG圖像編碼優(yōu)化方法，其特征在于，包括：

將圖像轉(zhuǎn)化為YCbCr模式，其中Y為亮度分量，而Cb和Cr則為兩個(gè)色度分量，然后對(duì)三個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立處理，從而獲得離散余弦塊，并對(duì)離散余弦塊進(jìn)行量化處理，將量化處理后的離散余弦塊通過(guò)Z型掃描得到一維符號(hào)串，并對(duì)一維符號(hào)串進(jìn)行游程編碼，進(jìn)而得到最終的二進(jìn)制碼流，完成編碼流程；

在量化過(guò)程中，用不同的量化表得到碼率不同的壓縮圖像，利用多目標(biāo)優(yōu)化的方法求解編碼效率最高的量化表，過(guò)程包括：

步驟一：對(duì)默認(rèn)量化表進(jìn)行初始化，從而對(duì)默認(rèn)量化表的MSE和碼率進(jìn)行優(yōu)化；

步驟二：基于率失真優(yōu)化的量化表更新策略；

步驟三：對(duì)獲得的碼率和MSE進(jìn)行評(píng)價(jià)；

步驟四：對(duì)獲得的碼率和MSE進(jìn)行選解；

對(duì)默認(rèn)量化表進(jìn)行初始化的過(guò)程包括：

將量化表規(guī)模記為pop，最大迭代次數(shù)記為maxgen，初始迭代次數(shù)gen＝0，初始量化表的設(shè)定用默認(rèn)量化表通過(guò)質(zhì)量因子QF設(shè)定不同的值，得到不同的量化表；將問(wèn)題優(yōu)化的目標(biāo)定義為MSE和碼率，默認(rèn)量化表為決策變量，則通過(guò)min函數(shù)對(duì)MSE和碼率進(jìn)行優(yōu)化，所述碼率R_u，v(Q)通過(guò)公式7進(jìn)行量化系數(shù)的一階熵進(jìn)行估算獲得：

其中，Num_blk代表圖像中8x8塊的數(shù)量，S_i代表量化索引i的系數(shù)數(shù)值分布范圍，S_i＝[i*Q(u,v)-Q(u,v)/2,i*Q(u,v)+Q(u,v)/2]，Num_F(u,v)為頻帶(u,v)上值為F(u,v)的數(shù)量；

MSE和碼率的獲取過(guò)程包括：

對(duì)圖像進(jìn)行量化，圖像的量化過(guò)程為：

其中，(u，v)為頻帶坐標(biāo)，F(xiàn)(u,v)為位于頻帶(u,v)處的離散余弦系數(shù)值，Q(u,v)和a(u,v)分別為位于頻帶下的量化步長(zhǎng)和量化后的索引i，量化過(guò)程如公式3所示，反量化的重建過(guò)程為：

由公式3和公式4估算出相應(yīng)的量化誤差：

基于率失真優(yōu)化的量化表更新策略的過(guò)程包括：獲得率失真度量準(zhǔn)則，量化表的更新根據(jù)率失真度量準(zhǔn)則沿著率失真性能提升最大的方向進(jìn)化：首先產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)a，如果a小于0.2，個(gè)體就進(jìn)行交叉操作；如果a大于0.2，個(gè)體就進(jìn)行變異操作，交叉變異產(chǎn)生新的大小為pop的量化表，稱為子量化表，將子量化表與父量化表合并得到新的量化表pop_new；

率失真度量準(zhǔn)則的獲取過(guò)程包括：

其中ΔD(Q)|_{Q(u,v)→Q'(u,v)}和ΔR(Q)|_{Q(u,v)→Q'(u,v)}分別表示當(dāng)量化表中頻帶(u,v)上的量化補(bǔ)償Q(u,v)改變?yōu)镼′(u,v)時(shí)MSE和碼率的變化；

對(duì)碼率和MSE的評(píng)價(jià)的過(guò)程包括：根據(jù)初始化步驟中的公式4和公式7計(jì)算出pop_new的碼率和MSE，用碼率和MSE即可判斷用當(dāng)前量化表得到的圖像質(zhì)量如何，碼率和MSE是兩個(gè)相互矛盾的評(píng)價(jià)指標(biāo)，即碼率越小越好，MSE也是越小越好；

對(duì)獲得的碼率和MSE進(jìn)行選解的過(guò)程包括：

根據(jù)非支配排序方法對(duì)得到的碼率和MSE進(jìn)行排序，得到排序后的具有多個(gè)前沿面的量化表，統(tǒng)計(jì)第一前沿面上的個(gè)體數(shù)num，如果num小于50，直接將第一前沿面的個(gè)體進(jìn)入下一代，否則就進(jìn)行凸包選擇，然后對(duì)凸包上的解進(jìn)行縮放，縮放因子定義如下：

其中QF為質(zhì)量因子,而scale?factor為對(duì)量化表中量化步長(zhǎng)進(jìn)行縮放的因子；最終縮放后的量化表為：

Q′(u，v)＝clip(Q(u，u)*scale?factor+50/100，1，255)

公式10

其中Q'(u,v)和Q(u,v)分別為縮放后的和基準(zhǔn)的在頻帶(u,v)處的量化步長(zhǎng)，clip()為截取函數(shù)，最終得到新的量化表P_temp。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于演化計(jì)算的JPEG圖像編碼優(yōu)化方法，其特征在于，對(duì)三個(gè)分量進(jìn)行處理的過(guò)程包括：將圖像分為互不重疊的大小為8x8的圖像塊，每一個(gè)圖像塊為基本的處理單元，對(duì)每一個(gè)圖像塊進(jìn)行離散余弦變換，離散余弦變換后得到的圖像塊即為離散余弦塊；使用8x8的量化矩陣對(duì)離散余弦塊進(jìn)行量化，從而量化矩陣中存儲(chǔ)的每個(gè)離散余弦頻帶位置的量化步長(zhǎng)，通過(guò)除法取整方式實(shí)現(xiàn)信息舍棄。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于演化計(jì)算的JPEG圖像編碼優(yōu)化方法，其特征在于，離散余弦變換是一種正交規(guī)整變換，因此空間域的誤差能量與頻率域的誤差能量保持不變，利用頻率域的能量誤差計(jì)算空間域的量化誤差；由于離散余弦塊包含64個(gè)頻帶，則壓縮圖像的MSE和碼率可通過(guò)每個(gè)頻帶的MSE和碼率進(jìn)行累積。