專利名稱：：一種用于jpeg編碼的量化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及圖像編碼
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種用于JPEG編碼的量化方法。技術(shù)背景JPEG(JointPhotogr鄰hicExpertsGroup)是一種能對連續(xù)色調(diào)、多極灰度、靜止的數(shù)字圖像壓縮編碼方法。JPEG提供了兩種基本的壓縮編碼技術(shù)-基于DCT(DiscreteCosineTransform,離散余弦變換)的有損壓縮編碼和基于DPCM(DifferentialPulseCodeModulation,差分脈沖編碼調(diào)制)的無損壓縮編碼。兩種編碼均可采用多種操作模式來實(shí)現(xiàn)。JPEG標(biāo)準(zhǔn)共提供了四種操作模式順序編碼；累進(jìn)編碼；無損編碼；分層編碼。這四種操作模式中，順序編碼和累進(jìn)編碼是基于DCT的有損壓縮編碼，無損編碼是基于DPCM的無損壓縮編碼；分層編碼即可以采用基于DCT的有損壓縮編碼，也可以采用基于DPCM的無損壓縮編碼。由于基本順序編碼模式可達(dá)到預(yù)期的壓縮效果，且易于實(shí)施，故市場上絕大多數(shù)用戶系統(tǒng)實(shí)施的是基本順序編碼模式?；贒CT的順序編碼操作模式由DCT變化、量化、熵編碼器構(gòu)成。DCT變化消除圖像塊各像素在空間域的相關(guān)性；量化根據(jù)所需的壓縮圖像質(zhì)量來降低DCT系數(shù)精度，以進(jìn)一步對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，即通過去掉視覺上不太重要的圖像信息來進(jìn)一步提高壓縮效率;熵編碼消除圖像數(shù)據(jù)間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性；最后輸出圖像壓縮數(shù)據(jù)。DCT變化是一一的映射，若不經(jīng)過量化，對DCT系數(shù)進(jìn)行反向變換，從原理上可以無損恢復(fù)出源圖像樣值；熵編碼是無損壓縮編碼過程；而量化是導(dǎo)致圖像信息損失的重要環(huán)節(jié)，通過調(diào)節(jié)量化步長可以動態(tài)調(diào)節(jié)圖像的精度，從而實(shí)現(xiàn)對圖像質(zhì)量的控制。在編碼中，對于量化操作是通過量化矩陣實(shí)現(xiàn)的，例如可以采用下式進(jìn)行(1)其中i^和i^為量化前后的DCT系數(shù)；g肝為量化步長；[.]為四舍五入取整。如果在不影響圖像主觀質(zhì)量前提下，最大程度地提高壓縮效率，則理想情況下應(yīng)取相應(yīng)余弦基函數(shù)的視覺可覺察門限(JND)作為量化步長。JND通常是源圖像特性、顯示設(shè)備特性和觀察距離的函數(shù)。對于特定的應(yīng)用，一般可通過心理視覺實(shí)驗(yàn)來測定JND。JPEG建議采用表1和表2列出的標(biāo)準(zhǔn)亮度和色度量化表，表中給出的量化步長根據(jù)主觀實(shí)驗(yàn)確定，但是也可以采用用戶定義的量化表。由于不同內(nèi)容的圖像細(xì)節(jié)代表不同圖像頻率，而且人眼對圖像不同部分的主觀感覺不同，因此，對不同的DCT系數(shù)采用粗、細(xì)不同的量化，相應(yīng)于人的主觀視覺對高頻失真不如對低頻失真敏感的特性，隨著空間頻率的增加，量化步長也相應(yīng)地增大。表l標(biāo)準(zhǔn)亮度量化表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>9999999999999999JPEG量化矩陣的所有系數(shù)值均放在語法頭里，每幅圖像只有一個(gè)亮度量化矩陣和色度量化矩陣。由于JPEG允許用戶自己定義量化表，故引入了質(zhì)量因子來調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)量化表，從而實(shí)現(xiàn)對圖像質(zhì)量的控制。設(shè)^為質(zhì)量因子，s為標(biāo)準(zhǔn)量化表的縮放比例，。s為標(biāo)準(zhǔn)量化步長，^為經(jīng)過s修改后量化步長的中間變量，《為修正后量化步長，下面對目前JPEG編碼中常用的幾種具有代表性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量化表縮放比例公式進(jìn)行描述")",工寧50(2)12-2/5050<^訓(xùn)將S和(7s進(jìn)行相乘得到Q，對^進(jìn)行范圍限定當(dāng)&S0時(shí)，當(dāng)仏>255，^F255;否則，fQ。從上述公式(2)可以發(fā)現(xiàn)0S"50、1^^50&，s在其范圍內(nèi)出現(xiàn)2N次方數(shù)值不多，而且采用上述標(biāo)準(zhǔn)量化表縮放比例公式和量化公式(1)，使得量化有除法運(yùn)算，其運(yùn)算的復(fù)雜度很大，這對芯片設(shè)計(jì)代價(jià)很大。(b)g={B鮮，(3)1200-50<2^1001100對經(jīng)過縮放后的量化步長^進(jìn)行范圍限定當(dāng)仏《0時(shí)，當(dāng)《>255，^255;否則，f^。從上述公式(3)可以發(fā)現(xiàn)0.5^"(^+0.5，而且相對于公式(3)而言，其復(fù)雜性更"，對硬件實(shí)現(xiàn)起來難度更大。上述的量化方法雖然能夠控制圖像質(zhì)量，但是其運(yùn)算復(fù)雜度大，硬件實(shí)現(xiàn)起來面積大，速度慢，而且功耗大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種圖像數(shù)據(jù)編碼的量化方法，使得質(zhì)量因子調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)量化表的計(jì)算簡便，整個(gè)量化易于實(shí)現(xiàn)，達(dá)到對圖像質(zhì)量的控制。使用本發(fā)明提供的方法，可極大地節(jié)省芯片設(shè)計(jì)中的器件，降低功耗。本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種用于JPEG編碼的量化方法，該方法包括如下步驟6(1)定義標(biāo)準(zhǔn)量化表的縮放比例公式^ct/^":。，其中。為質(zhì)量因子；(2)將輸入的質(zhì)量因子進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)映射，使得縮放比例s為h2、其中，a為整數(shù)，te{0,l};.(3)對標(biāo)準(zhǔn)量化表進(jìn)行修改，使標(biāo)準(zhǔn)量化表中的每一個(gè)量化步長均為2"，其中，/3為整數(shù)；(4)將/2和辺相加，得到和《；(5)對g進(jìn)行范圍限定，得到力，修正后的量化步長為2、(6)根據(jù)修正后的量化步長值，對DCT系數(shù)右移力位；(7)移位后的數(shù)值進(jìn)行四舍五入取整操作，可以得到量化后的值。進(jìn)一步地，在具體硬件實(shí)現(xiàn)上，可以將步驟(1)、(2)、(3)、(4)、(5)簡化為一張查找表，只要知道質(zhì)量因子和DCT系數(shù)在8x8塊里位置，就可以得到DCT系數(shù)對應(yīng)的右移位數(shù)，最后對DCT系數(shù)右移后的結(jié)果進(jìn)行四舍五入就可以得到量化后結(jié)果。本發(fā)明的有益效果是，在芯片設(shè)計(jì)中為實(shí)現(xiàn)JPEG編碼的量化操作，使用本發(fā)明提供的方法，可省掉一個(gè)除法器，只要簡單的右移運(yùn)算即可實(shí)現(xiàn)量化，從而使得設(shè)計(jì)的產(chǎn)品面積變小，功耗降低，成本減少，且計(jì)算速度得到提高。圖1是JPEG編碼器的常規(guī)量化方法示意圖；圖2是本發(fā)明的量化方法流程圖；圖3是本發(fā)明的量化方法實(shí)現(xiàn)示意圖。具體實(shí)施方式下面根據(jù)附圖具體說明本發(fā)明。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的目的和效果將更加明顯。在基于DCT的順序編碼設(shè)計(jì)中，要涉及到量化運(yùn)算。現(xiàn)有的設(shè)計(jì)會經(jīng)常采用圖1所示的方法，先利用質(zhì)量因子對標(biāo)準(zhǔn)量化步長進(jìn)行縮放，然后DCT系數(shù)除以所得到的修正后量化步長<，并對結(jié)果進(jìn)行四舍五入取整操作，可以得到量化后結(jié)果。這種設(shè)計(jì)方法雖然能使圖像質(zhì)量調(diào)節(jié)范圍很大，但是數(shù)值相近的質(zhì)量因子所對應(yīng)的圖像質(zhì)量在視覺上相近，因此沒有必要設(shè)置如此廣的圖像質(zhì)量調(diào)節(jié)范圍，該設(shè)計(jì)存在著冗余。由此可見，這種實(shí)現(xiàn)方法不僅要涉及到復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)量化縮放計(jì)算單元、除法器，該標(biāo)準(zhǔn)量化縮放計(jì)算單元里又有乘法和除法，使得器件消耗大，產(chǎn)品的面積和成本相應(yīng)較高，計(jì)算速度也較慢，而且在視覺效果上該設(shè)計(jì)存在著很多的冗余。本發(fā)明提供了一種新的方法來實(shí)現(xiàn)量化操作，這種實(shí)現(xiàn)方法可以節(jié)省一個(gè)除法器，只用簡單的査表和右移操作即可完成圖像質(zhì)量控制，從而使得設(shè)計(jì)的產(chǎn)品面積變小，功耗降低.成本減少，計(jì)算速度得到提高，而且各檔質(zhì)量因子所對應(yīng)的圖像質(zhì)量在視覺效果上對應(yīng)不同的檔次，可以較差-〉差-〉一般-〉好->較好-〉極好的編碼。本發(fā)明的量化處理方法是首先，定義了標(biāo)準(zhǔn)量化表的縮放比例公式映射，使得縮放比例S為^2"/^Z，&e{0,l});對標(biāo)準(zhǔn)量化表進(jìn)行修改，使標(biāo)準(zhǔn)量化表中的每一個(gè)量化步長均為2""eZ);利用縮放比例修正標(biāo)準(zhǔn)量化步長，所得的量化步長均為2N次方，這樣可以使量化的除法轉(zhuǎn)化為簡單的右移；最后對移位后的數(shù)值進(jìn)行四舍五入取整操作，就可以得到量化后的結(jié)果。本發(fā)明的量化方法流程圖如圖2所示，下面結(jié)合圖2詳細(xì)說明本發(fā)明的方法。其中O為質(zhì)量因子。該公式的縮放比例0S"50，當(dāng)P取最大值100時(shí)^0，實(shí)現(xiàn)對DCT系數(shù)的無損壓縮。由于該公式里有一個(gè)50的計(jì)算因子，而且縮放比例出現(xiàn)2N次方數(shù)值不多，故該公式使得量化計(jì)算有繁雜的除法、乘法操作?，F(xiàn)在按照標(biāo)準(zhǔn)量化表縮放比例范圍不小于以前的標(biāo)準(zhǔn)量化表縮放比例公式范圍原則，且考慮到計(jì)算簡便，使公式里的運(yùn)算盡量為移位操作，使得計(jì)算出來的縮放比例盡可能出現(xiàn)2N次方，對該公式進(jìn)行改進(jìn)。若將公式里的因子50改為其最接近的2N次方數(shù)值64，則可以簡化運(yùn)算。為了FO時(shí)實(shí)現(xiàn)無損壓縮，^最大值應(yīng)取128，故2e[1,128]，這樣縮放比例0^"64，可以達(dá)到改進(jìn)后標(biāo)準(zhǔn)量化表縮放比例范圍不小于以前的標(biāo)準(zhǔn)量化表縮放比例公式范圍的目標(biāo)，而且改進(jìn)后的標(biāo)準(zhǔn)量化表縮放比例在其取值范圍內(nèi)所有的2N次方均可取到，可以簡化量化計(jì)算。故可得到改進(jìn)后的標(biāo)準(zhǔn)，其中。為質(zhì)量因子；將輸入的質(zhì)量因子進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)步驟21:以前常用的標(biāo)準(zhǔn)量化表縮放比例公式為s-量化表縮放比例公式s-[2-2/6464<"128°步驟22:由于數(shù)據(jù)相近的質(zhì)量因子所對應(yīng)的圖像質(zhì)量差別不大，故可以對質(zhì)量因子進(jìn)行內(nèi)部映^f，，減少視覺效果上的冗余。將輸入的1128質(zhì)量因子進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)映射，使得縮放比例s為^.2^/^Z，*e{0,l})，而且將視覺效果相近的質(zhì)量因子歸于一起，實(shí)現(xiàn)不同質(zhì)量因子對應(yīng)不同檔次的視覺效果。質(zhì)量因子的內(nèi)部映射關(guān)系如下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>步驟23:將標(biāo)準(zhǔn)量化表l、2中的每一個(gè)量化步長修改為其最靠近的2"GeZ)，這樣便于結(jié)合縮放比例A將量化的除法轉(zhuǎn)化為簡單右移操作。修改后的標(biāo)準(zhǔn)量化表如下表所示標(biāo)準(zhǔn)亮度量化表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>標(biāo)準(zhǔn)色度量度表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>歩驟24:標(biāo)準(zhǔn)量化步長2"和縮放比例A.21目乘，當(dāng)^0時(shí)，乘積為O;當(dāng)如1吋，可以將乘法轉(zhuǎn)化為歩驟25:設(shè)標(biāo)準(zhǔn)量化步長和縮放比例的乘積為^，對^進(jìn)行范圍限定當(dāng)仏SO，量化步長=1;當(dāng)仏》255，量化步長=256，但是熵編碼的語法頭里應(yīng)該發(fā)送255;否則，量化步長=^。由于^=^2^，故可以將上述過程簡化為當(dāng)^=0時(shí)，/F0;當(dāng)^l且g》8時(shí)，/F8;否則，/F《。步驟26:將DCT系數(shù)右移力位。步驟27:對右移后的數(shù)據(jù)進(jìn)行四舍五入取整，即可實(shí)現(xiàn)量化。根據(jù)本發(fā)明的量化方法，一旦確定質(zhì)量因子，就可以確定DCT系數(shù)右移位數(shù)，因此在具體硬件實(shí)現(xiàn)上，可以將步驟21-25簡化為一張査找表，只要知道質(zhì)量因子和DCT系數(shù)在8x8塊里位置，就可以得到DCT系數(shù)對應(yīng)的右移位數(shù)，最后對DCT系數(shù)右移后的結(jié)果進(jìn)行四舍五入就可以得到量化后結(jié)果，其實(shí)現(xiàn)示意圖如圖3所示。上述實(shí)施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求1、一種用于JPEG編碼的量化方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)定義標(biāo)準(zhǔn)量化表的縮放比例公式<math-cwu><![CDATA[<math><mrow><mi>s</mi><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mn>64</mn><mo>/</mo><mi>Q</mi></mtd><mtd><mn>1</mn><mo>≤</mo><mi>Q</mi><mo>≤</mo><mn>64</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>2</mn><mo>-</mo><mi>Q</mi><mo>/</mo><mn>64</mn></mtd><mtd><mn>64</mn><mo><</mo><mi>Q</mi><mo>≤</mo><mn>128</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow></math>]]></math-cwu><!--imgid="icf0001"file="S2008100600109C00011.gif"wi="219"he="51"img-content="drawing"img-format="tif"/-->其中Q為質(zhì)量因子。(2)將輸入的質(zhì)量因子進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)映射，使得縮放比例s為k·2m，其中，m為整數(shù)，k∈{0，1}。(3)對標(biāo)準(zhǔn)量化表進(jìn)行修改，使標(biāo)準(zhǔn)量化表中的每一個(gè)量化步長均為2n，其中，n為整數(shù)。(4)將n和m相加，得到和g。(5)對g進(jìn)行范圍限定，得到h，修正后的量化步長為2h。(6)根據(jù)修正后的量化步長值，對DCT系數(shù)右移h位。(7)移位后的數(shù)值進(jìn)行四舍五入取整操作，可以得到量化后的值。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于JPEG編碼的量化方法，其特征在于，步驟(1)所述的標(biāo)準(zhǔn)量化表的縮放比例公式的定義方法為按照標(biāo)準(zhǔn)量化表縮放比例范圍不小于以前的標(biāo)準(zhǔn)量化表縮放比例公式范圍原則，且考慮到計(jì)算簡便，使公式里的運(yùn)算盡量為移位操作，使得計(jì)算出來的縮放比例盡可能出現(xiàn)2N次方，定義標(biāo)準(zhǔn)量化表的縮放比例公式^L64」2^，^:，其中。為質(zhì)量因子。(_2-0/6464<Q^1283、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于JPEG編碼的量化方法，其特征在于，步驟(2)所述的質(zhì)量因子內(nèi)部數(shù)據(jù)映射方法為將各個(gè)質(zhì)量因子所對應(yīng)的縮放比例歸到其最接近的2"或0，這樣質(zhì)量因子就可以映射成該縮放比例為2"或0所對應(yīng)的質(zhì)量因子值，而且將視覺效果相近的質(zhì)量因子歸于一起，實(shí)現(xiàn)不同質(zhì)量因子對應(yīng)不同檔次的視覺效果。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于JPEG編碼的量化方法，其特征在于，步驟(3)所述的修改方法為將標(biāo)準(zhǔn)量化表中的每一個(gè)量化步長修改為其最靠近的2"，這樣便于結(jié)合縮放比例&將量化的除法轉(zhuǎn)化為簡單右移操作。5、根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于JPEG編碼的量化方法，其特征在于，步驟(4)所述的相加為標(biāo)準(zhǔn)量化步長2"和縮放比例/fc.2"相乘，當(dāng)^0時(shí)，乘積為O;當(dāng)hl時(shí)，可以將乘法轉(zhuǎn)化為77+肌6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于JPEG編碼的量化方法，其特征在于，步驟(5)所述的范圍限定具體為設(shè)標(biāo)準(zhǔn)量化步長和縮放比例的乘積為仏，對^進(jìn)行范圍限定當(dāng)&SO，量化步長=1;當(dāng)g^255，量化步長=256，但是熵編碼的語法頭里應(yīng)該發(fā)送255;否貝ij，量化步長="。由于經(jīng)過權(quán)利要求l的步驟(l)、(2)、(3)、(4)后^;t.2^=;t.2《，故可以將上述過程簡化為當(dāng)婦0時(shí)，^0;當(dāng)hl且g^8時(shí)，加8;否則，/Fg。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于JPEG編碼的量化方法，其特征在于，一旦確定質(zhì)量因子，就可以確定DCT系數(shù)右移位數(shù)，因此在具體硬件實(shí)現(xiàn)上，可以將步驟(1)、(2)、(3)、(4)、(5)簡化為一張查找表，只要知道質(zhì)量因子和DCT系數(shù)在8x8塊里位置，就可以得到DCT系數(shù)對應(yīng)的右移位數(shù)，最后對DCT系數(shù)右移后的結(jié)果進(jìn)行四舍五入就可以得到量化后結(jié)果。全文摘要本發(fā)明公開了一種用于JPEG編碼的量化方法，該方法首先定義標(biāo)準(zhǔn)量化表的縮放比例公式見式(Ⅰ)，其中Q為質(zhì)量因子；將輸入的質(zhì)量因子進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)映射，使得縮放比例s為2<sup>m</sup>或0，其中，m為整數(shù)；對標(biāo)準(zhǔn)量化表進(jìn)行修改，使標(biāo)準(zhǔn)量化表中的每一個(gè)量化步長均為2n，其中，n為整數(shù)；將n和m相加，得到和g；對g進(jìn)行范圍限定，得到h，修正后的量化步長為2<sup>h</sup>，根據(jù)修正后的量化步長值，對DCT系數(shù)右移h位；使用本發(fā)明提供的方法，與常規(guī)技術(shù)相比可節(jié)省一個(gè)復(fù)雜的除法器，從而使得設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的面積變小，功耗降低，成本降低，計(jì)算速度得到提高，且可以根據(jù)輸入的質(zhì)量因子來更改圖像質(zhì)量。文檔編號H04N7/50GK101252690SQ200810060010公開日2008年8月27日申請日期2008年2月29日優(yōu)先權(quán)日2008年2月29日發(fā)明者興秦,郁軍軍申請人:杭州愛威芯科技有限公司