[发明专利]基于码率预分配的JPEG2000自适应率控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别是一种基于码率预分配的JPEG2000优化码率控制方法，用于各种数字设备的图像压缩编码。

背景技术

随着多媒体和网络技术的发展和应用，已有的静止图像压缩标准JPEG已不能满足当前市场和实际应用的要求，为此国际标准组织于2000年11月制定了静止图像压缩的新标准JPEG2000。该新标准采用了澳大利亚学者David Taubman在High PerformanceScalable Image Compression vith EBCOT(IEEE Trans.Image Processing，vol.9，no.7，pp.1158-1170，July 2000)一文中提出的小波变换和率失真优化截取内嵌码块编码算法EBCOT，该算法分为T1编码器和T2编码器两部分。T1由内嵌比特平面编码和MQ算术编码器组成，完成上下文形成和算术编码；T2部分完成率控制和码流组织。进行率失真优化截取内嵌码块编码算法EBCOT编码时，各小波子带划分为更小的码块，如64×64，以码块为单位独立作T1编码。不同的码块产生的比特流长度是不相同的，它们对恢复图像质量的贡献也是不同的。因此对于所有码块产生的比特流，T2采用了率失真优化技术进行后压缩处理，完成码流的率控制和组织。

JPEG2000采用PCRD(压缩后率失真优化)算法来精确地进行率控制，该算法能够在给定码率条件下使压缩图像质量最好。但PCRD优化算法是在整幅图像上的全局优化过程，它必须要等到整幅图像的所有码块的所有通道编码完成后才能进行分层截取点的搜索，而T1编码器包含了JPEG2000编码器中大部分计算量，约为45％～60％，然而T1编码器很大一部分计算量和存储量对于最终码流来说是冗余的，巨大的计算量和大量的内存是JPEG2000硬件实时实现的瓶颈。

由优化率失真截取算法可知：必须得知所有码块的编码通道的编码长度ΔR_i^k和每个编码通道的失真减少量ΔD_i^k，这也就要求T1编码器必须对所有比特平面编码，并存储每个子带的编码数据和相关信息，如存储ΔR_i^k和ΔD_i^k等。显然，其中的大部分编码数据并未包含在最终压缩码流中，这就导致T1编码器的大部分计算量和存储器使用量浪费在对最终压缩码流无用的数据上。为了提高编码器的工作效率，T1编码器没有必要对所有的比特平面或所有的子带编码，只要能在T1编码的过程中针对不同的比特率自适应确定一个合适编码深度，在这个编码范围内保证每个码块率失真斜率曲线是严格单调下降的，再进行截取点选择，即可基本达到JPEG2000标准的压缩效果。根据EBCOT实际编码特点可知：第一，斜率在选择优化截取点时仅进行比较运算，也就是说斜率的真实值并不重要，重要的是所用斜率之间的大小关系，这也是我们可以对其预测的前提。第二，每个码块的率失真斜率曲线是与编码的比特平面和编码子带的类型相关的，除了个别的奇异点，其基本呈下降趋势，在同一比特平面内，较早编码的子带比晚编码的子带的率失真斜率大。