[發明專利]一種基于演化計算的JPEG圖像編碼優化方法

有效

• 申請號: 202111360751.0
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114095727B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 王啟軍;劉萍
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: H04N19/124
• 分類號: H04N19/124;H04N19/186;H04N19/42;H04N19/625
• 代理公司: 合肥正則元起專利代理事務所(普通合伙) 34160
• 代理人: 王俊曉

本發明公開了一種基于演化計算的JPEG圖像編碼優化方法，涉及演化計算和JPEG編碼優化技術領域，從進化計算的角度出發，對JPEG的量化表進行優化，針對圖像編碼中的碼率多功能需求，研究基于多目標優化的多功能圖像編碼優化技術，在提升編碼效率的同時，滿足用戶的多種碼率需求，通過對圖像編碼問題進行多目標建模，設計符合率失真最優原則的進化算子、以及環境選擇策略，能有效找到最優量化表，使得圖像的編碼效率能提升10％以上，同時，在優化的過程中產生的多組量化表能夠有效應對圖像壓縮編碼中的不確定性問題。

技術領域

本發明涉及演化計算和JPEG編碼優化技術領域，具體是一種基于演化計算的JPEG圖像編碼優化方法。

背景技術

隨著智能手機的普及，生活和工作中的數字圖像數據量急劇增大，這些海量的圖像數據給磁盤存儲和網絡傳輸帶來了極大的挑戰，圖像壓縮編碼技術能夠在保證圖像質量的前提下減少圖像數據量，目前圖像壓縮編碼技術用的最多的還是JPEG標準，JPEG標準在圖像應用領域仍然處于主導地位，所以對JPEG進行編碼效率的優化，具有廣闊的經濟價值和應用前景。

在實際編碼應用中，用戶的需求并不明確，或者需求存在多樣性，例如智能手機在拍攝一張圖片時，既需要生成面向本地存儲的高質量版本，又需要生成面向網絡傳輸的低質量版本，針對這種應用場景，就需要同時生成不同碼率的圖像,在此過程中就會產生失真，為此，現提供一種基于演化計算的JPEG圖像編碼優化方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于演化計算的JPEG圖像編碼優化方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：一種基于演化計算的JPEG圖像編碼優化方法，包括：

將圖像轉化為YCbCr模式，其中Y為亮度分量，而Cb和Cr則為兩個色度分量，然后對三個分量進行獨立處理，從而獲得離散余弦塊，并對離散余弦塊進行量化處理，將量化處理后的離散余弦塊通過Z型掃描得到一維符號串，并對一維符號串進行游程編碼，進而得到最終的二進制碼流，完成編碼流程；

在量化過程中，用不同的量化表可以得到碼率不同的壓縮圖像，利用多目標優化的方法求解編碼效率最高的量化表，過程包括：

步驟一：對默認量化表進行初始化，從而對默認量化表的MSE和碼率進行優化；

步驟二：基于率失真優化的量化表更新策略；

步驟三：對獲得的碼率和MSE進行評價；

步驟四：對獲得的碼率和MSE進行選解。

進一步的，對三個分量進行處理的過程包括：將圖像分為互不重疊的大小為8x8的圖像塊，每一個圖像塊為基本的處理單元，對每一個圖像塊進行離散余弦變換，離散余弦變換后得到的圖像塊即為離散余弦塊；使用8x8的量化矩陣對離散余弦塊進行量化，從而量化矩陣中存儲的每個離散余弦頻帶位置的量化步長，通過除法取整方式實現信息舍棄。

進一步的，對默認量化表進行初始化的過程包括：

將量化表規模記為pop，最大迭代次數記為maxgen，初始迭代次數gen＝0，初始量化表的設定用默認量化表通過質量因子QF設定不同的值，得到不同的量化表；將問題優化的目標定義為MSE和碼率，默認量化表為決策變量，則通過min函數對MSE和碼率進行優化，所述碼率R_u，v(Q)通過公式7進行量化系數的一階熵進行估算獲得：

其中，Num_blk代表圖像中8x8塊的數量，S_i代表量化索引i的系數數值分布范圍，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)的數量。