实时截断的JPEG2000速率控制方法技术

本发明专利技术提出一种实时截断的ＪＰＥＧ２０００速率控制技术。本发明专利技术提出一个子带内部码块的有效位平面预测方法，并用于码块码率的分配；提出一种码块码流预分配速率控制方案，它利用ＪＰＥＧ２０００标准压缩率控制计算失真度减小量计算方法的小波权值ω和量化系数δ作为码块之间进行码率分配的权值，并按照码块包含的通道总数进行码块速率分配；根据这种码块预分配的算法提出一种实时编码实时截断的ＶＬＳＩ结构。根据实验证明，本发明专利技术处理速度可以在编码的过程中对ＪＰＥＧ２０００码流进行实时截断处理，可以是编码速度跟压缩比的提高成倍增长，而且存储器的损耗也根据压缩比的提高成比例减少。本发明专利技术解决了ｔｉｅｒｌ编码和最优分层截断的速度瓶颈问题，在图像视频压缩方面有很广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于VLSI设计
具体涉及到在JPEG2000硬件实现中设计出一种实时截断的JPEG2000速率控制方法。
技术介绍
在实际系统如数码相机，可视电话，便携式摄像机以及掌上电脑等产品上，考虑到处理速度和体积的要求，用芯片实现图像数据压缩是必然的选择。在目前已知的JPEG2000芯片结构设计中，如果对图像数据的压缩比很低，体现不出JPEG2000的优势，当压缩比较高的情况下，必须进行速率控制，对编码后的码流进行截断处理。JPEG2000速率控制对算术编码后的码流进行优分层截断，也即是根据用户设定的压缩比，对码流进行截断，以满足保留的码流达到压缩后的图像质量较好。设给定一个分层截断阈值，对第i码块进行截断之后产生的失真为Di，则对于整个图像的总体失真D＝∑Di；已经每个码流接收到码字为Ri，则总体接收到的码字长度为R＝∑Ri。整个压缩率控制模型为 其中Rmax是当前层的目标压缩存储空间。此模型就是在不超过一个固定的存储空间上如何让压缩图像相对与原图像的失真度达到最小。采用Lagrange乘子法，将问题转化为 即，调整λ产生的截断点ni可以使得在ΣRini=Rmax]]>下，Σ(Rini+λDini)]]>最小。ni表示。在截断点ni处的码率失真度斜率(Rate-Distortion Slope，简称RD斜率)的计算为SiniΔDini/ΔRini=Σm,nΔDini(m,n)/ΔRini----(3)]]>3式中的(m，n)指属于编码通道ni的小波系数点， 表示编码通道ni上的(m，n)的位被截断前后带来的失真度较小量。Σm,nΔDini(m,n)]]>表示编码通道ni总体截断前后带来的失真度的减小量。ΔDini(m,n)=22pωiΔi2f(vip(m,n))----(4)]]>在图像很大的情况下，必须对图像进行分块(tile)处理，此时将模型3.1的全局优化问题转化到一个tile上的局部优化。在求解过程中在tile上用编码通道的RD斜率与最优截断阈值λ，进行比较，如果Sini<λ,]]>则码块的第i个码块的第ni个及以后的编码通道被截断。从而调整λ最终达到目标码率接近Rmax。JPEG2000协议用PCRD优化算法来求解模型(1)。从图1中可以看出，编码通道的失真度的计算过程可以，某个编码通道的位被截断后带来的失真度的计算必须与在上下文编码进行通道扫描的过程同时进行，而上下文编码是JPEG2000系统的瓶颈，tier1编码的时间在软件上占50％以上的时间。从硬件仿真的实验来看，Tier1编码的速度相对于其他模块慢很多，也是系统的一个瓶颈。因此，省去RD斜率的计算而提高Tier1编码的速度是很有必要的。另外，PCRD优化算法是一个在tile块上的一个全局优化过程，它必须要等到整个Tile块的所有码块的所有通道编码完成才能进行分层截断点的搜索，这样就需要使用大量的存储器来存储被截断的码流和每个编码通道的RD斜率，而且会导致整个编码实时性下降。此外，PCRD优化算法需要进行分层截断点的搜索，这个搜索过程每次都需要遍历整个tile块上的每一个编码通道，而且需要很多次搜索才能完成，在层数很多的情况下搜索要花费大量的时间。PCRD优化算法有存储器开销很大和系统实时性差的缺点，无论从硬件实现还是从软件实现的角度上讲很有必要对JPEG2000压缩率控制算法进一步优化。通常情况下，图像的压缩倍数要达到10倍以上才能体现JPEG2000的高压缩比的特性，然而对于无损压缩通常情况下，压缩比智能达到1.5～3倍，很多对被截断的码流也进行了编码。有必要找到一种方法可以不用计算RD斜率，不进行分层截断点的搜索，而且可以让不需要的码流不比再进行编码，这样就可以大大的提高系统的实时性，方便VLSI实现。
技术实现思路
根据上述
技术介绍
中存在的缺陷和不足，本专利技术的目的在于，提供一种能够在编码的过程中对码流实时截断的速率控制方法。为达到上述目的，本专利技术采用的解决方案是JPEG2000分层截断点快速搜索方法，包括1.有效位深度预测方法根据已经小波分解后的各个子带的位深度预测还没有进行小波分解的下一级小波分解的小波系数的各个码块的有效位深度。2.码块码流预分配速率控制方案利用JPEG2000标准压缩率控制计算失真度减小量计算方法的小波权值ω和量化系数δ作为码块之间进行码率分配的权值，并按照码块包含的通道总数进行码块速率分配。3.实时编码实时截断JPEG2000编码VLSI结构根据2.提出码块码流预分配速率控制方案，提出一种实时编码实时截断JPEG2000的EBCOT编码VLSI结构。它在码块编码之前预测到当前码块被截断后的编码字节数，在编码过程中，只要码流达到分配的字节数就截断以后的编码，实现实时编码实时截断。本专利技术利用JPEG2000标准压缩率控制计算失真度减小量计算方法的小波权值ω和量化系数δ作为码块之间进行码率分配的权值，并按照码块包含的通道数进行速率分配的方法。可以在码块编码之前预测到当前码块被截断后的编码字节数，这样就可以在编码过程中，只要码流达到分配的字节数就截断以后的编码，从而达到实时截断的效果。本专利技术的速率控制技术可以不用计算RD斜率，不进行分层截断点的搜索，而且可以让不需要的码流不必再进行编码。而且不必再存储编码通道的RD斜率和截断后的码流，存储器可以节省到比压缩比更高的倍数。因此，这种速率控制技术可以使得系统的实时性大大提高，而且存储器损耗小，便于VLSI实现。附图说明图1是速率控制与其他模块的关系；图2是小波子带与码块有效位深度关系；其中(a)为9/7小波分解两级，(b)是5/3小波分解两级，(c)是9/7小波分解三级，(d)9/7小波分解三级；图3是有效位深度预测方法图；其中(a)为5/3小波预测，(b)是9/7小波预测；图4是实时编码实时截断JPEG2000编码体系结构。以下结合附图和专利技术人给出的实施例对本专利技术作进一步的详细描述。具体实施例方式1.有效位深度预测方法众所周知，在小波分解之后能量向L方向集中。更加确切的说，LL子带能量比HL、LH能量高，HL、LH能量比HH能量高。这样就明显的知道两级小波分解的优先级依次递减的顺序为LL0→HL0→LH0→HH0→HL1→LH1→HH1，更高的小波分解级数优先级顺序类似。因此，通常情况下，在体现在子带内的小波分解系数的有效位深度和编码后的字节数。子带内部码块的有效位深度跟小波分解级数和小波子带类型有很重要的关系。在小波分解之后能量向L方向集中。从表现上来说，就是L方向上子带中码块的有效位深度越深。通过大量的实现，可以得到如图2所示的子带和位平面分布关系。码块的位深度基本上从LL→HL→LH→HH分辨率高的方向，子带内的码块的有效位深度依次递减。但是，从实验结果中也可以看出，53小波和97小波又有所不同，53小波的递本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实时截断的ＪＰＥＧ２０００速率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：　　　　１）有效位深度预测方法根据已经分解的小波子带的有效位深度，预测未知小波子带内码块的有效位深度；　　　　　２）码块码流预分配速率控制方案利用ＪＰＥＧ２０００标准压缩率控制计算失真度减小量计算方法的小波权值ω和量化系数δ作为码块之间进行码率分配的权值，并按照码块包含的通道总数进行码块速率分配；　　　　３）根据步骤２）设计出实时编码实时截断ＪＰＥＧ２０００编码ＶＬＳＩ结构，它在码块编码之前预测到当前码块被截断后的编码字节数，在编码过程中，只要码流达到分配的字节数就截断以后的编码，实现实时编码实时截断。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑南宁，吴宗泽，刘跃虎，黄宇，朱悦心，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]