【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及jpeg量化表优化，具体是一种基于固定码率的率失真进化算法优化的jpeg量化表优化方法。
技术介绍
1、jpeg已经在各种应用程序和设备中广泛使用了30多年，并且在很长一段时间内仍将在图像生态系统中占据主导地位。因此，对jpeg标准压缩器的优化对于图像的存储和传输具有重要意义。
2、近几年，在jpeg图像压缩中，求解量化表一直是研究热点，量化表优化得到了广泛研究。然而在不确定的环境下，需要从同一原始图像生成多个版本的压缩图像，在当前研究中并没有考虑到这个问题。在实际的应用场景中，对于用户的固定码率需求需要生成固定码率下的图像。基于此，现提供一种基于固定码率的率失真进化算法优化的jpeg量化表优化方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于固定码率的率失真进化算法优化的jpeg量化表优化方法，以生成固定码率下的jpeg图像。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种基于固定码率的率失真进化算法优化的jpeg量化表优化方法，其特征在于，包括jpeg图像编码步骤和多目标算法优化步骤；
4、所述jpeg图像编码步骤的过程为：
5、(1)将原始图像转换为ycbcr颜色空间，在ycbcr颜色空间中，y代表亮度分量，cr、cb分别代表色度分量和饱和度分量，将y、cr、cb分量分开并存放至3张量化表中；
6、(2)将由原始图像转换的3张量化表分别由左及右、由上到下分割成8x8的图形块
7、(3)将得到的直流系数dc和交流系数ac的中间格式进行熵编码处理，最后得到二进制的数据流，从而完成jpeg图像编码；
8、所述多目标进化算法优化步骤是利用固定码率的率失真进化算法求解固定码率下的量化表，获得固定码率下的压缩图像的过程为：
9、(1)初始化两组jpeg标准量化表作为两组初始种群，其中标准量化表包括标准亮度量化表和标准色度量化表，一组为带码率约束的初始种群，另一组为不带码率约束的初始种群；
10、(2)对两组初始种群分别进行基于率失真优化的交叉、变异操作；
11、(3)对不带码率约束的初始种群经过交叉、变异操作后的种群进行筛选，筛选出符合目标码率要求的后代种群；
12、(4)将两组初始种群分别和后代种群进行合并得到新种群；
13、(5)将合并后的带码率约束的新种群根据适应度值进行种群更新，对于不带码率约束的新种群则采用基于坐标轴参考点优化的方法进行种群更新。
14、作为本专利技术进一步优化的技术方案，每一块所述8x8的图像块经过dct变换后得到每一图像块的dct系数，使用8x8的量化矩阵对dct系数进行量化，量化后的dct系数即为每个dct频带位置的量化步长，量化步长由dct系数矩阵中的元素除以量化矩阵中的相应条目后取整得到。
15、作为本专利技术进一步优化的技术方案，所述两组jpeg标准量化表的初始化过程为：
16、将带约束的初始种群作为父代并记为pop1，不带约束的初始种群作为父代并记为pop2，最大迭代次数记为maxgen，初始迭代次数记为gen＝0，设定图像失真和码率为优化目标，并以标准亮度量化表和标准色度量化表为决策变量，以最小化函数对图像失真和码率进行优化；码率则通过估算量化系数的一阶熵获取，码率ru,v(q)计算公式为：其中，numblk代表原始图像中8x8的图像块的数量，si代表量化索引i的系数数值分布范围，表示为si＝[i*q(u,v)-q(u,v)/2,i*q(u,v)+q(u,v)/2],numf(u,v)为频带(u,v)上值为f(u,v)的数量，q为jpeg标准量化表，f(u,v)为位于频带(u,v)上的离散余弦系数值。
17、作为本专利技术进一步优化的技术方案，所述图像失真通过估算相应的量化误差以获取，量化误差n2(u,v)的计算过程为：
18、先对图像进行量化，图像的量化过程表示为：其中，(u,v)为频带坐标，f(u,v)为位于频带(u,v)上的离散余弦系数值，q(u,v)表示位于频带(u,v)下的量化步长，fq(u,v)则表示量化后的索引i；再对图像进行反量化重建，重建过程为：最后估算相应的量化误差n2(u,v)，表示为：
19、作为本专利技术进一步优化的技术方案，所述两组初始种群进行基于率失真优化的交叉、变异的操作过程为：先获取率失真最大性能提升的频带，量化表在不同的频带内，码率失真特征则不同，在交叉、变异操作的搜索过程中更新量化表以向率失真最大性能提升的频带靠近，再生成一个随机数k，当k小于0.25时个体进行交叉操作，当k大于0.25时个体进行变异操作，两组初始种群进行交叉、变异操作后分别产生新种群off1、off2作为各自的子代，将子代和父代合并分别得到新种群pop_new1、pop_new2。
20、作为本专利技术进一步优化的技术方案，所述率失真最大性能提升的频带的获取过程为：定义斜率j(u,v)以测量特定频带的变化梯度，斜率j(u,v)的计算公式为：
21、其中δd(q)|q(u,v)→q'(u,v)、δr(q)|q(u,v)→q'(u,v)分别表示当量化表中频带(u,v)上的量化补偿由q(u,v)改变为q′(u,v)时图像失真和码率的变化值。
22、作为本专利技术进一步优化的技术方案，在所述交叉、变异操作的搜索过程中更新量化表的方法为：
23、对于一个具有64个量化步长的量化表，先计算当前量化表对应的64个斜率，并对64个斜率进行排序，选择其中最优的几个斜率，然后将当前个体所选频带的量化步长替换为对应个体的量化步长；对于变异操作则每次只处理一个个体，每个个体有64个量化步长，且每个量化步长取值范围是1～255，将每个频带的量化步长以外的所有值作为变异候选值，当前量化步长与其所有候选值之间的率失真斜率的计算方式与j(u,v)计算公式相同，然后每个频带的最优值等于具有最大斜率的候选值，最后通过对所有斜率最大的频带进行排序，确定最优的几个频带，并将确定的最优的几个频带的量化步长替换为其对应的原始的量化步长。
24、作为本专利技术进一步优化的技术方案，所述两组初始种群与后代种群合并得到新种群的过程包括：
25、(1)对于不带约束的初始种群pop2，经过基于率失真的交叉、变异之后得到子代off2，再对子代off2中的解进行挑选，若满足目标码率约束的解直接放入带约束的初始种群pop1内，若不满足目标码率约束的解则在无约束的初始本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于固定码率的率失真进化算法优化的JPEG量化表优化方法，其特征在于，包括JPEG图像编码步骤和多目标算法优化步骤；
2.根据权利要求1所述的一种基于固定码率的率失真进化算法优化的JPEG量化表优化方法，其特征在于，每一块所述8x8的图像块经过DCT变换后得到每一图像块的DCT系数，使用8x8的量化矩阵对DCT系数进行量化，量化后的DCT系数即为每个DCT频带位置的量化步长，量化步长由DCT系数矩阵中的元素除以量化矩阵中的相应条目后取整得到。
3.根据权利要求1所述的一种基于固定码率的率失真进化算法优化的JPEG量化表优化方法，其特征在于，所述两组JPEG标准量化表的初始化过程为：
4.根据权利要求3所述的一种基于固定码率的率失真进化算法优化的JPEG量化表优化方法，其特征在于，所述图像失真通过估算相应的量化误差以获取，量化误差n2(u,v)的计算过程为：
5.根据权利要求3所述的一种基于固定码率的率失真进化算法优化的JPEG量化表优化方法，其特征在于，所述两组初始种群进行基于率失真优化的交叉、变异的操作过程为：先获取率失真
6.根据权利要求5所述的一种基于固定码率的率失真进化算法优化的JPEG量化表优化方法，其特征在于，所述率失真最大性能提升的频带的获取过程为：定义斜率J(u,v)以测量特定频带的变化梯度，斜率J(u,v)的计算公式为：
7.根据权利要求6所述的一种基于固定码率的率失真进化算法优化的JPEG量化表优化方法，其特征在于，在所述交叉、变异操作的搜索过程中更新量化表的方法为：
8.根据权利要求5所述的一种基于固定码率的率失真进化算法优化的JPEG量化表优化方法，其特征在于，所述两组初始种群与后代种群合并得到新种群的过程包括：
9.根据权利要求5所述的一种基于固定码率的率失真进化算法优化的JPEG量化表优化方法，其特征在于，对于所述带码率约束的新种群Pop_new1环境选择的方法根据适应度值排序进行选解，具体选解过程包括：
10.根据权利要求5所述的一种基于固定码率的率失真进化算法优化的JPEG量化表优化方法，其特征在于，对于所述不带码率约束的新种群Pop_new2环境选择采用参考点引导进化的方式进行更新解，具体过程包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于固定码率的率失真进化算法优化的jpeg量化表优化方法，其特征在于，包括jpeg图像编码步骤和多目标算法优化步骤；
2.根据权利要求1所述的一种基于固定码率的率失真进化算法优化的jpeg量化表优化方法，其特征在于，每一块所述8x8的图像块经过dct变换后得到每一图像块的dct系数，使用8x8的量化矩阵对dct系数进行量化，量化后的dct系数即为每个dct频带位置的量化步长，量化步长由dct系数矩阵中的元素除以量化矩阵中的相应条目后取整得到。
3.根据权利要求1所述的一种基于固定码率的率失真进化算法优化的jpeg量化表优化方法，其特征在于，所述两组jpeg标准量化表的初始化过程为：
4.根据权利要求3所述的一种基于固定码率的率失真进化算法优化的jpeg量化表优化方法，其特征在于，所述图像失真通过估算相应的量化误差以获取，量化误差n2(u,v)的计算过程为：
5.根据权利要求3所述的一种基于固定码率的率失真进化算法优化的jpeg量化表优化方法，其特征在于，所述两组初始种群进行基于率失真优化的交叉、变异的操作过程为：先获取率失真最大性能提升的频带，量化表在不同的频带内，码率失真特征则不同，在交叉、变异操作的搜索过程中更新量化表以向率失真最大性能提升的频带靠近，再生成一个随机数k，当k小于0.25时个体进行交...
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