專利名稱：圖像質(zhì)量精細漸進調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，是一種能使數(shù)字視頻圖像質(zhì)量產(chǎn)生精細漸進變化的方法。
背景技術(shù)：
隨著多媒體時代的到來，人們對音視頻質(zhì)量效果的要求越來越高。而其中的視頻質(zhì)量占據(jù)了較大的比重。通常，人們追求的是高清晰度的視覺效果，但在一些特殊的應(yīng)用場合，如電影、電視制作、幻燈等，我們則需要對數(shù)字圖像進行一些特殊處理，使之產(chǎn)生若隱若現(xiàn)，或明或暗等等的藝術(shù)效果。因此，實現(xiàn)視頻數(shù)字圖像質(zhì)量的高度彈性變化是多媒體制作者所追求的目標，而圖像質(zhì)量漸進變化則是彈性變化的表現(xiàn)形式之一。
數(shù)字圖像可以在空間域或頻率域表示。在空間域，一幅數(shù)字圖像可以用RGB表示，也可以用YUV表示等等。在頻率域，通常是將空間域圖像以8*8或4*4塊為單位進行DCT(或類DCT)變換。變換后的不同成分對于視頻圖像的質(zhì)量效果有著不同的影響，低頻成分集中了圖像的大部分能量，表現(xiàn)出圖像的框架，而高頻成分則體現(xiàn)了圖像的細節(jié)部分。
在衡量圖像質(zhì)量好壞時，目前比較通用的方法是以峰值信噪比(PSNR)衡量的，其定義如下PSNR=10LOG10X*Y*2552Σ(PIXS-PIXD)2]]>公式一其中，X，Y分別代表圖像的行列像素個數(shù)，PIXS，PIXD分別表示信源和處理后圖像的像素點的值，255是每像素8個比特所能表示的最大值。
在以往的視頻編碼的國際標準，如H.261、H.263、H.264、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4中，可以通過改變QP值來調(diào)整圖像質(zhì)量，其方法是將編碼后的殘差信號DCT變換后，根據(jù)QP值由查找表得到量化后的信號。比如在H.264中，QP值可以在0-51間變化，QP值每增加1，其PSNR就相應(yīng)下降一點，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)圖像質(zhì)量的漸進變化，但需要相應(yīng)的查找表，而且QP值是針對一幀圖像，不易實現(xiàn)局部圖像質(zhì)量的靈活調(diào)整。因而用改變QP值來調(diào)整圖像質(zhì)量，具有需要查找表、靈活性不高、實現(xiàn)復雜的缺點。
因而需要一種實現(xiàn)簡單，應(yīng)用靈活的能使圖像質(zhì)量產(chǎn)生精細漸進變化方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種圖像質(zhì)量精細漸進調(diào)整方法，來實現(xiàn)圖像質(zhì)量精細漸進變化。本方法具有實現(xiàn)簡單，應(yīng)有靈活的優(yōu)點。適合于需要產(chǎn)生圖像質(zhì)量漸進變化的場合，如在電影、電視制作和幻燈等多媒體特效制作應(yīng)用領(lǐng)域中。
為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種圖像質(zhì)量精細漸進調(diào)整方法，其特征在于首先對圖像DCT系數(shù)進行網(wǎng)格化劃分；根據(jù)所要求圖像質(zhì)量變化范圍，確定網(wǎng)絡(luò)保留行數(shù)的上下界，通過行的遞增或遞減，完成對圖像質(zhì)量的粗略等級劃分；質(zhì)量進一步細化時，確定DCT系數(shù)截短位置；按漸進精度變化要求，確定DCT系數(shù)截短步長；具體步驟如下a)圖像DCT系數(shù)的網(wǎng)格化將DCT系數(shù)按從低頻到高頻的順序從左向右排列，再將每個系數(shù)按二進制數(shù)從上至下展開成比特，形成網(wǎng)格；b)圖像質(zhì)量等級的粗略劃分在網(wǎng)格中，每一行都具有不同的重要性，從下至上，重要性等級依次上升，保留行數(shù)的改變可以實現(xiàn)對圖像質(zhì)量的粗略劃分。根據(jù)所要求質(zhì)量變化范圍，采用二分法確定網(wǎng)格保留層數(shù)的上下界；c)DCT系數(shù)初始截短位置DCT系數(shù)按從低頻到高頻重要性降低，要按圖像質(zhì)量變化精度要求確定所截DCT系數(shù)的下限。DCT系數(shù)初始截短位置應(yīng)滿足下式條件PSNR(ROW，COLUMN-0)＝PSNR(ROW-1)+QDCT系數(shù)不截的條件|PSNR(ROW)-PSNR(ROW-1)|＜QPSNR(ROW)保留行數(shù)為ROW時，圖像峰值信噪比。
Q所要求圖像質(zhì)量峰值信噪比變化精度。
COLUMN_0DCT系數(shù)初始截短位置。
d)截短步長的指數(shù)模型在確定初始截短位置的前提下，采用指數(shù)變化模型，確定DCT系數(shù)的截短步長。
本發(fā)明的特點與效果本發(fā)明提出一種可使圖像質(zhì)量產(chǎn)生精細漸進變化的方法，對所要求變化區(qū)域的DCT系數(shù)網(wǎng)格進行適當截短，實現(xiàn)了圖像質(zhì)量從粗到細(或從細到粗)的變化。具有應(yīng)用靈活、軟硬件實現(xiàn)簡單的優(yōu)點。適合于需要產(chǎn)生圖像質(zhì)量漸進變化的場合，如在電影、電視制作和幻燈等多媒體特效制作應(yīng)用領(lǐng)域中。


圖1系統(tǒng)實現(xiàn)框2DCT系數(shù)網(wǎng)格化圖3網(wǎng)格保留行數(shù)上下邊界的確定圖4DCT系數(shù)初始截短位置圖5DCT系數(shù)步長選取具體實施步驟本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例詳述如下參見圖1、圖2、圖3、圖4和圖5，1、圖像DCT系數(shù)的網(wǎng)格化參見圖1，將原始圖像以8*8塊為單位進行DCT變換，將變換后的8*8塊按照“之”字形掃描排序，形成1*64從低頻到高頻排列的一維數(shù)組。再將該一維數(shù)組每一元素按二進制數(shù)從上至下展開，形成網(wǎng)格，參見圖2。網(wǎng)格的行數(shù)取決于該64個數(shù)中的最大值。如最大值為100，則100＝26+25+22，則共有七行，從上至下依次為1，1，0，0，1，0，0。
2、圖像質(zhì)量等級的粗略劃分根據(jù)所要求變化的區(qū)域，標定相應(yīng)的8*8塊，并將所要求變化的PSNR上下限分別用B、A表示。假設(shè)網(wǎng)格總的行數(shù)為C，從上至下保留的行數(shù)為ROW。那么保留行數(shù)的上邊界ROW上和PSNR的下限A對應(yīng)，保留行數(shù)的下邊界ROW下和PSNR的上限B對應(yīng)參見圖3。
1)首先根據(jù)A、B確定保留行數(shù)的上邊界ROW上和下邊界ROW下可以用二分法確定ROW上，步驟如下a)初始化。ROWMAX＝C，ROWMIN＝0；b)計算ROW上，ROW上＝(ROWMAX+ROWMIN)/2；c)計算此時得PSNR，將所得的PSNR與A比較，如果PSNR＞A，轉(zhuǎn)到(d)；如果PSNR＝A，轉(zhuǎn)到(f)；如果PSNR＜A，轉(zhuǎn)到(e)；d)ROWMAX＝ROW上，轉(zhuǎn)到(b)；
e)ROWMIN＝ROW上，轉(zhuǎn)到(b)；f)結(jié)束。
同理，可以根據(jù)PSNR的上限B得到ROW下，參見圖3。
2)圖像質(zhì)量的粗略變化實現(xiàn)當保留行數(shù)為ROW上時，PSNR達到最小值A(chǔ)。逐行增加網(wǎng)格行數(shù)，那么所得到PSNR也在逐步增加，當保留網(wǎng)格行數(shù)增加到ROW下時，PSNR也達到上限B。但這樣只能實現(xiàn)PSNR較大步長的變化，要進一步實現(xiàn)質(zhì)量精細變化，則需考慮DCT系數(shù)的截短。
3、DCT系數(shù)截短網(wǎng)格的從左至右，DCT系數(shù)是按從低頻到高頻的順序排列，適當?shù)慕囟谈哳l系數(shù)可以實現(xiàn)圖像質(zhì)量的精細漸進變化。定義精細變化尺度為Q，由前一步已經(jīng)實現(xiàn)了圖像質(zhì)量的粗略變化，保留不同行數(shù)間的質(zhì)量微調(diào)要靠截短DCT系數(shù)來實現(xiàn)。
1)判斷DCT系數(shù)是否需要截短如果|PSNR(ROW)-PSNR(ROW-1)|＜Q，那么無需通過截短DCT系數(shù)就可達到質(zhì)量變化要求。如果|PSNR(ROW)-PSNR(ROW-1)|＞Q，那么可以通過截短DCT系數(shù)實現(xiàn)PSNR(ROW)、PSNR(ROW-1)間質(zhì)量微調(diào)。其中，PSNR(ROW)是當網(wǎng)格保留層數(shù)為ROW時圖像峰值信噪比。
2)DCT系數(shù)初始截短位置確定為了和前一行所能達到的最好質(zhì)量的精細銜接，必須確定截短的初始位置。令初始截短位置為COLUMN_0，參見圖4。則COLUMN_0應(yīng)滿足以下條件PSNR(ROW，COLUMN_0)＝PSNR(ROW-1)+Q4、截短步長的指數(shù)模型截短位置每向后推進一步，正好實現(xiàn)了PSNR的提高。但由于頻率的不同成分對于PSNR的貢獻不同，故要實現(xiàn)PSNR的線性提高，截短步長不能是線性增加的，此處使用指數(shù)變化模型，參見圖5。即截短步長的指數(shù)規(guī)律變化，可以較好地實現(xiàn)PSNR的線性增加?？捎孟率酱_定step(n)＝COLUMN_0*eq(n-1)0＜step(n)＜64，q是與DCT系數(shù)分布相關(guān)的常數(shù)。實驗證明，q＝1/2可以很好的擬合截短步長的變化，同時實現(xiàn)PSNR的線形增加。
具體操作步驟如下1)選定所要變化的區(qū)域，通常將該區(qū)域長、寬都設(shè)定為8的倍數(shù)，將該區(qū)域分成8*8的小塊，以小塊為單位進行DCT變換。
2)將變換后的DCT系數(shù)按“之”字形掃描，組成1*64的一維數(shù)組，該數(shù)組是按從低頻系數(shù)到高頻系數(shù)排列的。
3)將該數(shù)組向下按位權(quán)關(guān)系展開成二進制數(shù)，進而形成網(wǎng)格。將網(wǎng)格的行定義為ROW，列定義為COLUMN。
4)根據(jù)所要求質(zhì)量變化的邊界A、B粗略地計算出對應(yīng)的網(wǎng)格行數(shù)的上下界ROW上、ROW下，這里采用二分法確定。當上下邊界所對應(yīng)的PSNR無法準確的達到A、B時，取ROW上，使之所對應(yīng)的PSNR略大于A；取ROW下，使之所對應(yīng)PSNR略大于B，再通過DCT系數(shù)截短可準確達到A、B。
5)由前一步已確定了網(wǎng)格行數(shù)的上下界，在這個范圍內(nèi)依次增加網(wǎng)格行數(shù)，可以實現(xiàn)圖像質(zhì)量遞增的粗略變化。
6)在每一特定的網(wǎng)格行數(shù)時，都要逐步推進DCT系數(shù)的截短位置以實現(xiàn)圖像質(zhì)量的精細變化，為了和前一行所能達到的最好質(zhì)量的精細銜接，必須確定截短的初始位置。初始位置一旦確定，則可以用指數(shù)關(guān)系依次得到余下的截短位置。
7)將截短后的DCT網(wǎng)格重新轉(zhuǎn)換成十進制一維數(shù)組，進行逆“之”字形排序，再逆DCT變換，得到重構(gòu)8*8圖像塊。這樣每截短一次進行一次(5)——(7)循環(huán)，即可實現(xiàn)圖像質(zhì)量漸進變化。
這樣一個可以實現(xiàn)圖像精細變化的系統(tǒng)就實現(xiàn)了，以上都是以圖像質(zhì)量遞增為例說明的；同理，圖像質(zhì)量精細遞減也同樣可以實現(xiàn)，只要在第(5)，(6)步中略作調(diào)整即可。
本發(fā)明已多次通過本人實驗驗證，證明可以達到預期效果，而且占用系統(tǒng)資源少，靈活度高，實現(xiàn)簡單。
權(quán)利要求
1.一種圖像質(zhì)量精細漸進調(diào)整方法，其特征在于首先對圖像DCT系數(shù)進行網(wǎng)格化劃分；根據(jù)所要求圖像質(zhì)量變化范圍，確定網(wǎng)格保留行數(shù)的上下界，通過行的遞增或遞減，完成對圖像質(zhì)量的粗略等級劃分；質(zhì)量進一步細化時，確定DCT系數(shù)截短位置；按漸進精度變化要求，確定DCT系數(shù)截短步長；具體步驟如下a)圖像DCT系數(shù)的網(wǎng)格化將DCT系數(shù)按從低頻到高頻的順序從左向右排列，再將每個系數(shù)按二進制數(shù)從上至下展開成比特，形成網(wǎng)格；b)圖像質(zhì)量等級的粗略劃分在網(wǎng)格中，每一行都具有不同的重要性，從下至上，重要性等級依次上升，保留行數(shù)的改變可以實現(xiàn)對圖像質(zhì)量的粗略劃分。根據(jù)所要求質(zhì)量變化范圍，采用二分法確定網(wǎng)格保留層數(shù)的上下界；c)DCT系數(shù)初始截短位置DCT系數(shù)按從低頻到高頻重要性降低，要按圖像質(zhì)量變化精度要求確定所截DCT系數(shù)的下限。DCT系數(shù)初始截短位置應(yīng)滿足下式條件PSNR(ROW，COLUMN-0)＝PSNR(ROW-1)+QDCT系數(shù)不截的條件|PSNR(ROW)-PSNR(ROW-1)|＜QPSNR(ROW)保留行數(shù)為ROW時，圖像峰值信噪比。Q所要求圖像質(zhì)量峰值信噪比變化精度。COLUMN_0DCT系數(shù)初始截短位置。d)截短步長的指數(shù)模型在確定初始截短位置的前提下，采用指數(shù)變化模型，確定DCT系數(shù)的截短步長。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像質(zhì)量精細漸進調(diào)整方法。首先，對圖像DCT系數(shù)進行網(wǎng)格化劃分；根據(jù)所要求圖像質(zhì)量變化范圍，確定網(wǎng)格保留行數(shù)的上下界，通過行的遞增或遞減完成圖像質(zhì)量的粗略等級劃分，這樣在每個分割的范圍內(nèi)，再利用網(wǎng)格列，將DCT系數(shù)按從低頻成分到高頻成分進行合理的取舍，從而達到進一步細化圖像質(zhì)量的目的。本方法具有軟硬件實現(xiàn)簡單，應(yīng)用靈活的優(yōu)點，適用于電影，電視、幻燈等多媒體特效制作應(yīng)用領(lǐng)域中。
文檔編號G06T1/00GK1619591SQ200410067789
公開日2005年5月25日 申請日期2004年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月3日
發(fā)明者吳彪, 張穎, 張兆楊 申請人:上海大學