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基于智能量化技術(shù)的低分辨率圖像編碼方法

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基于智能量化技術(shù)的低分辨率圖像編碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像編碼領(lǐng)域,主要涉及數(shù)字圖像的壓縮技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展,要求圖像的編碼壓縮不僅要滿足多變的傳輸條件,而且 要適應(yīng)不同的顯示環(huán)境,特別是對(duì)于拍攝到的圖像信號(hào),需要能適應(yīng)包括智能手機(jī)和平板 電腦在內(nèi)的各種僅配備了低分辨率顯示屏幕的播放終端的需求。因此,如何在對(duì)圖像信號(hào) 進(jìn)行編碼壓縮的過(guò)程中兼顧高效的低分辨率顯示需求,是目前圖像編碼領(lǐng)域所面臨的一大 挑戰(zhàn)。
[0003] 圖像的低分辨率顯示,通常是對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行空域的下采樣,減少其所顯示的像 素點(diǎn)以滿足低分降低分辨率的要求。在當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用中,首先需要對(duì)原始圖像信號(hào)進(jìn)行 編碼壓縮,接著再對(duì)壓縮后的圖像進(jìn)行空域的下采樣,然后才能進(jìn)行低分辨率的顯示。傳統(tǒng) 的"編碼壓縮+低分辨率顯示"的實(shí)現(xiàn)方法是首先利用基于JPEG圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)的方法對(duì)圖像 內(nèi)的所有像素點(diǎn)進(jìn)行等質(zhì)量的壓縮,然后僅對(duì)需要顯示的部分像素點(diǎn)通過(guò)空域下采樣的方 式進(jìn)行低分辨率顯示輸出。經(jīng)過(guò)這樣的實(shí)現(xiàn)步驟后,大部分編碼后的像素點(diǎn)在下采樣的過(guò) 程被丟棄而沒(méi)有得到使用,因此造成了編碼資源的浪費(fèi),導(dǎo)致了對(duì)壓縮圖像低分辨率重建 的效率低下,參見(jiàn)參考文獻(xiàn)"JPEG(Joint Photographic Experts Group) :IS0/IEC IS 10918-1/ITU-T Recommendation T.81,Digital Compression and Coding of Continuous-Tone Still Image, 1993"。如果能夠合理分配編碼的資源,對(duì)需要進(jìn)行低分辨 率顯示輸出的像素點(diǎn)進(jìn)行高質(zhì)量編碼,對(duì)不需要進(jìn)行顯示輸出的像素點(diǎn)進(jìn)行低質(zhì)量編碼, 那么將會(huì)極大地提高壓縮圖像的低分辨率重建的整體效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種新型的基于智能量化技術(shù)的低分辨率圖像編碼方法,這 種方法主要是利用智能量化技術(shù)進(jìn)行合理的編碼資源分配,在編碼過(guò)程中提高部分需要進(jìn) 行顯示輸出的像素點(diǎn)的質(zhì)量,以適應(yīng)編碼后高效的圖像低分辨重建需求。與傳統(tǒng)的基于 JPEG圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)的"編碼壓縮+低分辨率顯示"的實(shí)現(xiàn)方法相比,本發(fā)明可以根據(jù)低分辨 率顯示輸出的具體需求,靈活地分配編碼資源,從而提高輸出像素點(diǎn)的編碼質(zhì)量,克服傳統(tǒng) 方法無(wú)法控制像素點(diǎn)編碼質(zhì)量的缺點(diǎn)。
[0005] 為了方便描述本發(fā)明的內(nèi)容,首先做以下術(shù)語(yǔ)定義:
[0006] 定義1,傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中圖像分塊的方法
[0007] 傳統(tǒng)的圖像分塊方法按照J(rèn)PEG標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)圖像進(jìn)行分塊的方法,將原始圖像劃分為 多個(gè)互不重疊的等尺寸圖像塊,具體描述過(guò)程參見(jiàn)"JPEG(Joint Photographic Experts Group):IS0/IEC IS 10918-1/ITU-T Recommendation T.81,Digital Compression and Coding of Continuous-Tone Still Image,1993";
[0008] 定義2,傳統(tǒng)的基于智能量化技術(shù)的圖像壓縮方法
[0009] 傳統(tǒng)的基于智能量化技術(shù)的圖像壓縮方法可以根據(jù)需要對(duì)每個(gè)圖像塊內(nèi)的部分 像素點(diǎn)進(jìn)行高質(zhì)量的壓縮,對(duì)剩余的像素點(diǎn)進(jìn)行低質(zhì)量的壓縮。該方法將進(jìn)行高質(zhì)量壓縮 的像素點(diǎn)的坐標(biāo)索引集合定義為Q 1,將進(jìn)行低質(zhì)量壓縮的像素點(diǎn)的坐標(biāo)索引集合定義為 Ω2;并在變換域?qū)⒆儞Q系數(shù)分為兩組分別進(jìn)行普通量化和強(qiáng)制型量化,將進(jìn)行普通量化的 變換系數(shù)的坐標(biāo)索引集合定義為,將進(jìn)行強(qiáng)制型量化的變換系數(shù)的坐標(biāo)索引集合定義 為ψ 2;同時(shí),在傳統(tǒng)的智能量化技術(shù)中提供了三種經(jīng)典的量化策略,即量化策略-1、量化策 略-2和量化策略-3,作為量化時(shí)的選擇;其中,量化策略-1將變換后的部分變換系數(shù)強(qiáng)制量 化為〇后,再調(diào)整剩余的量化系數(shù);量化策略-2使用傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的量化方法 量化部分變換系數(shù)后,再調(diào)整剩余的量化系數(shù);量化策略-3使用傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn) 中的量化方法量化部分變換系數(shù)后,再調(diào)整剩余的非零量化系數(shù)。對(duì)于輸入的圖像塊,該方 法可以進(jìn)行編碼和解碼,以及計(jì)算編碼后圖像的編碼比特?cái)?shù);具體描述過(guò)程參見(jiàn)文獻(xiàn) "Constrained quantization in the transform domain with applications in arbitrarily-shaped object coding";
[0010] 定義3,傳統(tǒng)的雙三次插值方法
[0011] 傳統(tǒng)的雙三次插值方法是二維空間中最常用的插值方法,在這種插值方法中,點(diǎn) (U,v)處的值可以通過(guò)它周圍矩形網(wǎng)格中最近的十六個(gè)點(diǎn)的加權(quán)平均得到;具體描述過(guò)程 參見(jiàn)文獻(xiàn)"Cubic convolution interpolation for digital image processing";
[0012]定義4,傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中圖像塊合成圖像的方法
[0013] 傳統(tǒng)的圖像塊合成圖像的方法是按照J(rèn)PEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中用圖像塊進(jìn)行相互不 重疊組合以合成完整圖像的方法,具體描述過(guò)程參見(jiàn)"JPEG(Joint Photographic Experts Group):IS0/IEC IS 10918-1/ITU-T Recommendation T.81,Digital Compression and Coding of Continuous-Tone Still Image,1993";
[0014] 步驟I,圖像的預(yù)處理
[0015]將大小為WXH的輸入圖像,按照傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中圖像分塊的方法劃分 為N=(WXH)/82個(gè)互不重疊的,大小為8\8的正方形圖像塊,記為也,82,~1,'"1,這里, W代表圖像的寬度,H代表圖像的高度,N代表圖像劃分后圖像塊的總個(gè)數(shù),i代表圖像塊的索 引,ie{l,2,.-,N};
[0016] 步驟2,基于智能量化技術(shù)的圖像塊編碼參數(shù)設(shè)置
[0017] 首先,采用傳統(tǒng)的基于智能量化技術(shù)的編碼算法中所提供的經(jīng)典量化策略-1;
[0018] 其次,定義傳統(tǒng)的基于智能量化技術(shù)的編碼算法中需要進(jìn)行高質(zhì)量壓縮的像素點(diǎn)的坐標(biāo) 索引集合為Mf1,定義傳統(tǒng)的基于智能量化技術(shù)的編碼算法中需要進(jìn)行低質(zhì)量壓縮的像素點(diǎn)的坐 標(biāo)索引集合為尿以這里,運(yùn)m是一個(gè)IX 16的行向量,TS,,,= [1 3 5 7 17 1921 23 33 35 37 39 49 51 53 55]? 是一個(gè)I X48的行向量,區(qū)[2 468 9 10 11 12 13 14 15 16 1820 22 24 25 26 27 28 29 30 31 32 34 36 38 40 41 42 43 44 45 46 47 48 50 52 54 56 57 58 59 60 61 62 63 64]; [0019]最后,定義傳統(tǒng)的基于智能量化技術(shù)的編碼算法中需要進(jìn)行普通量化的變換系數(shù) 的坐標(biāo)索引集合為7^-,,,定義傳統(tǒng)的基于智能量化技術(shù)的編碼算法中需要進(jìn)行強(qiáng)制型量化 的變換系數(shù)的坐標(biāo)索引集合為這里,7石,,是一個(gè)I X 1 6的行向量, 尿,丨=[! 92 3 Η) 1725 18丨丨4 5丨2卜)2633'-丨1],Λ? -個(gè)I X 4 8的行向量, 1?χ,:=[Μ 27 20 13 6 7 14 21 28 35 42 49 57 50 43 36 29 22 15 8 i 6 23 30 37 44 51 58 50 52 45 38 31 24 32 39 46 53 60 61 54 47 40 48 55 62 63 56 64];
[0020] 步驟3,基于智能量化技術(shù)的圖像塊壓縮
[0021] 首先,對(duì)于步驟1中所產(chǎn)生的大小為8X8的圖像塊&,采用傳統(tǒng)的基于智能量化技 術(shù)的圖像壓縮方法和步驟2中設(shè)置的圖像塊編碼參數(shù)進(jìn)行編碼和解碼,得到壓縮后的圖像 塊,記為B/,
[0023] 這里,fm,中的元素,m代表B/內(nèi)元素的橫坐標(biāo),η代表B/內(nèi)元素的縱坐標(biāo),m 和η是自然數(shù),l<m^8,l<n<8; i代表圖像塊的索引,i e {1,2,…,N},N代表步驟1中圖像 劃分后圖像塊的總個(gè)數(shù);
[0024] 然后,采用傳統(tǒng)的雙三次插值方法對(duì)B/中位于(u,v)位置上的像素點(diǎn)進(jìn)行插值, 這里,u為B/內(nèi)像素點(diǎn)的橫坐標(biāo),V為B/內(nèi)像素點(diǎn)的縱坐標(biāo),u和V是自然數(shù),I <8,1 8,并且ι^Ρν不同時(shí)為奇數(shù);插值后得到圖像塊,記為禽;
[0026] 這里,文"是我'中的元素,m代表左;內(nèi)元素的橫坐標(biāo),η代表i;內(nèi)元素的縱坐標(biāo),m 和η是自然數(shù),l<m^8,l<n<8; i代表圖像塊的索引,i e {1,2,…,N},N代表步驟1中圖像 劃分后圖像塊的總個(gè)數(shù);
[0027] 步驟4,空域下采樣
[0028] 首先,定義一個(gè)大小為4 X 4的全零圖像塊矩陣,記為bi:
[0030] 這里,i代表圖像塊的索引,1三{1,2,一,《,_戈表步驟1中圖像劃分后圖像塊的總 個(gè)數(shù);
[0031] 接著,將步驟3得到的矩陣禽中的元素惠、處,、尾和^^逐個(gè)取出,依次放入h 的第1列;將i;中的元素 A3、A:;、尾和及3逐個(gè)取出,依次放入bi的第2列;將中的元素 尾、歲5、歲 5和九逐個(gè)取出,依次放入匕的第3列;將我中的元素尾、/);-、及,7和歲7 逐個(gè)取出,依次放入h的第4列;得到圖像塊b/ :
[0033] 這里,尤"是女中的元素,m代表為'內(nèi)元素的橫坐標(biāo),η代表i;內(nèi)元素的縱坐標(biāo),m 和η都是奇數(shù),并且I i代表圖像塊的索引,i e {1,2,…,N},N代表步驟1中 圖像劃分后圖像塊的總個(gè)數(shù);
[0034] 步驟5,構(gòu)建高分辨率圖像
[0035] 對(duì)于步驟3中產(chǎn)生的圖像塊i丨,采用傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中圖像塊合成圖像 的方法,產(chǎn)生大小為WXH的圖像,記為免,這里,W代表步驟1中輸入圖像的寬度,H代表步驟1 中輸入圖像的高度,i代表圖像塊的索引,1£{1,2,一,《4代表步驟1中圖像劃分后圖像塊 的總個(gè)數(shù)。
[0036] 步驟6,構(gòu)建低分辨率圖像
[0037]對(duì)于步驟4中產(chǎn)生的圖像塊1^,采用傳統(tǒng)的JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中圖像塊合成圖像 的方法,產(chǎn)生大小為(W/2) X (H/2)的圖像,記為i,這里,W代表步驟1中輸入圖像的寬度,H 代表步驟1中輸入圖像的高度,i代表圖像塊的索引,i e {1,2,…,N},N代表步驟1中圖像劃 分后圖像塊的總個(gè)數(shù)。
[0038]本發(fā)明的基本原理:利用智能量化技術(shù)能夠?qū)D像內(nèi)的像素點(diǎn)進(jìn)行有區(qū)別的編碼 重建,對(duì)編碼后圖像的部分像素點(diǎn)進(jìn)行高質(zhì)量編碼,對(duì)另一部分像素點(diǎn)進(jìn)行低質(zhì)量編碼,并 且能夠有效降低整體的編碼碼率。在對(duì)壓縮后的圖像進(jìn)行低分辨率重建時(shí),可以利用智能 量化技術(shù)對(duì)需要顯示輸出的像素點(diǎn)進(jìn)行高質(zhì)量壓縮編碼,對(duì)不需要進(jìn)行顯示輸出的像素點(diǎn) 進(jìn)行低質(zhì)量壓縮編碼,這樣既提高了低分辨率編碼圖像的質(zhì)量,又降低了編碼的碼率,實(shí)現(xiàn) 了高效的編碼壓縮和低分辨率顯示輸出。
[0039] 本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是:為了滿足壓縮后圖像的高質(zhì)量低分辨率顯示需求,將基于智能 量化技術(shù)的編碼方法應(yīng)用于圖像編碼中,通過(guò)合理分配編碼資源,對(duì)構(gòu)成低分辨率輸出圖 像的區(qū)域?qū)嵭懈哔|(zhì)量編碼,對(duì)其他不需要進(jìn)行顯示輸出的區(qū)域?qū)嵭械唾|(zhì)量編碼。
[0040] 本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn):本發(fā)明將智能量化技術(shù)應(yīng)用于壓縮圖像的低分辨率顯示中,將 圖像編碼和低分辨率重建相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了高效的壓縮圖像低分辨率顯示輸出。
[0041] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):實(shí)現(xiàn)了圖像的編碼壓縮與各種分辨率顯示的結(jié)合,圖像的壓縮過(guò) 程為高質(zhì)量低分辨率顯示提供了有力保障。本發(fā)明在對(duì)原始高分辨率圖像進(jìn)行編碼壓縮 后,既能輸出視覺(jué)效果較好
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