基于图像质量和码率约束的JPEG2000码率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于图像质量和码率约束的ＪＰＥＧ２０００码率控制方法，包括：输入图像，设定图像质量约束和码率约束；初始化压缩图像失真阈值，并初始化二分查找法中的率失真斜率λ↓［ｍｉｎ］和λ↓［ｍａｘ］；刷新当前率－失真斜率值，令λ＝（λ↓［ｍｉｎ］＋λ↓［ｍａｘ］）／２；计算图像当前码率Ｒ和失真Ｄ；利用二分查找法计算满足图像失真阈值和码率阀值的码率Ｒ、失真Ｄ和最优截断斜率。本发明专利技术可以在ＪＰＥＧ２０００标准码率控制基础上实现，在编码的同时完成码率控制，不增加计算复杂度的情况下，实现了基于图像质量和码率约束的码率控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种JPEG2000图像压缩中码率控制方法，特别涉及一种基于图像质量和码率约束的JPEG2000码率控制方法。
技术介绍
JPEG2000压缩算法以其优越的性能，目前正广泛应用于图像压缩领域。JPEG2000压缩算法中码率控制核心是率-失真最优问题，即达到给定码率的同时，失真最小。JPEG2000标准中采用PCRD-opt(Post-Compression Rate-Distortionoptimization)算法进行码率控制，该码率控制对算术编码后的码流进行优化分层截断，即根据码率约束，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最好(即失真最小)。 假设给定一个分层截断阈值，令Ri和Di分别表示编码块i截断后产生的码率和失真，则编码截断后得到的图像的总体码率和失真为 和 在JPEG2000中标准码率控制方法中，只需要考虑码率约束，即取得 的同时保证最小。 采用拉各朗日乘数法，将码率控制的问题转化为公式(a) 图1是JPEG2000标准编码算法中的一个编码过程，它包括了Tier-1编码、码率控制和Tier-2编码三个阶段。其中，在Tier-1阶段，将计算各编码块i的最优截断点集合Hi，该集合中的元素为斜率λi(zij)和截断点zij(0≤j≤||Hi||-1)，λi(zi)随zi单调递减，对λi(zij)的计算如公式(2)所示 根据公式(a)，将图像最优问题，转化为求解每个编码块的率-失真最优问题。对于不同的λ，利用二分查找法，在集合Hi中查找大于λ的最小λi(zi)对应的截断点zi，并且该截断点集{zi}满足图像码率小于码率阈值。 图1中的JPEG2000标准码率控制方法的具体实现过程如下 步骤1、初始化过程在初始化过程中，初始化二分查找法中的率失真斜率λmin和λmax。令λmin＝0，λmax＝M，其中M依据JPEG2000压缩系统实现不同而不同； 步骤2、刷新当前率-失真斜率值在本步骤中，令λ＝(λmin+λmax)/2； 步骤3、计算图像当前码率R当前质量层中编码块i的截断点zi的λi(z)为集合Hi中大于λ的最小值时，计算图像当前码率 步骤4、判断码率R是否满足码率阈值Rthreshold要求如果R＞Rthreshold，则令λmin＝λ+1，转步骤5；否则，令λbest＝λ，如果R＝Rthreshold，整个码率控制结束，否则令λmax＝λ； 步骤5、码率控制终止如果λmax＞λmin，转步骤2；否则，整个码率控制结束。 关于JPEG2000标准码率控制方法的进一步信息可参考文献1ISO/IEC15444-1，2002，JPEG 2000Image Coding System，page216-219；以及参考文献2D.Taubman and M.Marcellin，“JPEG2000Image Compression Fundamentals，Standardsand Practice”，Kluwer Academic Publishers，Boston，MA，2002，page 339-378。 JPEG2000压缩单帧图像时，码率控制是为了达到给定压缩码率的同时，图像失真最小。然而，在医学图像、遥感图像、视频等方面，对图像质量更为重视。并且，应用JPEG2000压缩图像序列时，如果采用恒定码率压缩，不同复杂度的图像其压缩后的图像质量不同，并且简单图像压缩码率过高，不仅会浪费存储空间和传输带宽，而且会影响图像序列整体质量。因此，在JPEG2000标准算法中的码率控制方法不适用于图像质量要求较高的压缩操作。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有的JPEG2000压缩算法中在码流控制时只采用码流约束，不能保证图像质量的缺陷，从而提供一种符合JPEG2000的、结合图像质量约束和码流约束的码流控制方法。 为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于图像质量和码率约束的JPEG2000码率控制方法，包括 步骤10)、输入一帧图像，设定图像质量约束峰值信噪比PSNRthreshold和码率约束Rthreshold； 步骤20)、根据步骤10)中设定的峰值信噪比PSNRthreshold初始化压缩图像失真阈值Dthreshold，并初始化二分查找法中的率失真斜率λmin和λmax； 步骤30)、刷新当前率-失真斜率值，令λ＝(λmin+λmax)/2； 步骤40)、计算图像当前码率R和失真D，当前质量层中编码块i的截断点zi的率失真斜率λi(z)为集合Hi中大于当前率-失真斜率值λ的最小值时，计算图像当前码率和失真 所述集合Hi为各编码块i的最优截断点集合； 步骤50)、判断步骤40)中计算得到的图像当前码率R是否满足步骤10)中设定的码率阈值Rthreshold，如果R＞Rthreshold，则令λmin＝λ+1，然后执行步骤70)；否则，令λbest＝λ后，执行下一步； 步骤60)、判断步骤40)中计算得到的失真D是否满足步骤20)中初始化得到的失真阈值Dthreshold，如果D＞Dthreshold，则令λmax＝λ，执行下一步；如果D＜Dthreshold，令λmin＝λ+1；否则，整个码率控制结束； 步骤70)、如果λmax＞λmin，执行步骤30)；否则，整个码率控制结束。 上述技术方案中，在所述的步骤10)中，图像质量约束峰值信噪比PSNRthreshold和码率约束Rthreshold由用户根据对码率和图像质量应用的需求设定。 上述技术方案中，在所述的步骤20)中，所述的压缩图像失真阈值Dthreshold由峰值信噪比PSNRthreshold计算得到，其计算公式为 其中，B表示单分量的位深度，N1、N2分别为图像的高度和宽度，C为图像分量数，所述B、N1、N2和C都是图像的属性信息，从图像文件中得到。 上述技术方案中，在所述的步骤20)中，所述的率失真斜率λmin和λmax在初始化时，λmin＝0，λmax＝M，其中M是一个具体的值，依据JPEG2000压缩系统的实现而设定。 上述技术方案中，所述的步骤40)具体包括以下步骤 步骤41)、计算各编码块的图像各分量平方和Dis； 步骤42)、若编码块i为截断点ziλ时，计算各编码块i中所有小于等于ziλ的截断点的失真减小量ΔD之和Dit， 步骤43)、根据步骤41)和步骤42)的计算结果，计算图像整体失真度D， 所述的步骤41)中，所述的Dis有两种计算方法，包括 41-1)、编码块i所有截断点的失真减小量ΔD之和， 41-2)、其中，yi[j]为编码块i中的采样值，bi为编码块i所在子带，Gbi为该子带的综合基矢量的平方范数。 本专利技术的优点在于本专利技术可以在JPEG2000标准码率控制基础上实现，在编码的同时完成码率控制，不增加计算复杂度的情况下，实现了基于图像质量和码率约束的码率控制。 附图说明 图1为在现有的JPEG2000压缩算法中的熵编码流程图； 图2为采用本专利技术的基于图像质量和码率约束的JPEG2000码率控制方法的熵编码流程图； 图3为le本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于图像质量和码率约束的ＪＰＥＧ２０００码率控制方法，包括：步骤１０）、输入一帧图像，设定图像质量约束峰值信噪比ＰＳＮＲ↓［ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ］和码率约束Ｒ↓［ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ］；步骤２０）、根据步骤１０）中设定的峰值 信噪比ＰＳＮＲ↓［ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ］初始化压缩图像失真阈值Ｄ↓［ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ］，并初始化二分查找法中的率失真斜率λ↓［ｍｉｎ］和λ↓［ｍａｘ］；步骤３０）、刷新当前率－失真斜率值，令λ＝（λ↓［ｍｉｎ］＋λ↓［ｍａｘ］）／２ ；步骤４０）、计算图像当前码率Ｒ和失真Ｄ，当前质量层中编码块ｉ的截断点ｚ↓［ｉ］的率失真斜率λ↓［ｉ］（ｚ）为集合Ｈ↓［ｉ］中大于当前率－失真斜率值λ的最小值时，计算图像当前码率Ｒ＝＊＊△Ｒ和失真Ｄ＝＊（Ｄ↓［ｉ］↑［ｓ］－Ｄ↓［ｉ ］↑［ｔ］）；所述集合Ｈ↓［ｉ］为各编码块ｉ的最优截断点集合；步骤５０）、判断步骤４０）中计算得到的图像当前码率Ｒ是否满足步骤１０）中设定的码率阈值Ｒ↓［ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ］，如果Ｒ＞Ｒ↓［ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ］，则令λ↓［ｍ ｉｎ］＝λ＋１，然后执行步骤７０）；否则，令λ↓［ｂｅｓｔ］＝λ后，执行下一步；步骤６０）、判断步骤４０）中计算得到的失真Ｄ是否满足步骤２０）中初始化得到的失真阈值Ｄ↓［ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ］，如果Ｄ＞Ｄ↓［ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ］，则令 λ↓［ｍａｘ］＝λ，执行下一步；如果Ｄ＜Ｄ↓［ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ］，令λ↓［ｍｉｎ］＝λ＋１；否则，整个码率控制结束；步骤７０）、如果λ↓［ｍａｘ］＞λ↓［ｍｉｎ］，执行步骤３０）；否则，整个码率控制结束。...

【技术特征摘要】
1.一种基于图像质量和码率约束的JPEG2000码率控制方法，包括步骤10)、输入一帧图像，设定图像质量约束峰值信噪比PSNRthreshold和码率约束Rthreshold；步骤20)、根据步骤10)中设定的峰值信噪比PSNRthreshold初始化压缩图像失真阈值Dthreshold，并初始化二分查找法中的率失真斜率λmin和λmax；步骤30)、刷新当前率-失真斜率值，令λ＝(λmin+λmax)/2；步骤40)、计算图像当前码率R和失真D，当前质量层中编码块i的截断点zi的率失真斜率λi(z)为集合Hi中大于当前率-失真斜率值λ的最小值时，计算图像当前码率和失真所述集合Hi为各编码块i的最优截断点集合；步骤50)、判断步骤40)中计算得到的图像当前码率R是否满足步骤10)中设定的码率阈值Rthreshold，如果R＞Rthreshold，则令λmin＝λ+1，然后执行步骤70)；否则，令λbest＝λ后，执行下一步；步骤60)、判断步骤40)中计算得到的失真D是否满足步骤20)中初始化得到的失真阈值Dthreshold，如果D＞Dthreshold，则令λmax＝λ，执行下一步；如果D＜Dthreshold，令λmin＝λ+1；否则，整个码率控制结束；步骤70)、如果λmax＞λmin，执行步骤30)；否则，整个码率控制结束。2.根据权利要求1所述的基于图像质量和码率约束的JPEG2000码率控制方法，其特征在于，在所述的步骤10)中，图像质量约束峰值信噪比PSNRthreshold和码率约束Rthreshold由用户根据对码率和图像质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玲，王贞松，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]