基于JPEG2000的感兴趣区域图像编码研究

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JPEG2000是一个全新的图像压缩标准,除了优越的压缩性能外,它还支持很多重要的功能,比如支持无损压缩和有损压缩两种编码模式、嵌入式的码流、多样伸缩性、感兴趣区域(RegionofInterst,简称ROI)编码、渐进式传输、图像安全性、网络传输的鲁棒性和随机访问码流等。 本文研究的重点是感兴趣区域编码。由于紧支集小波变换的时频局部化特性,空域中的ROI区域在小波域只对应一部分小波系数(以下称为ROI系数),而JPEG2000采用的EBCOT算法是基于位平面的编码,因此把ROI系数的位平面上移就可以优先编码ROI系数。JPEG2000标准在基本系统和扩展系统里分别采用最大移位法和一般移位法。最大移位法虽然不需要编码感兴趣区域的形状,但不能根据对ROI的感兴趣程度调整移位的数量,缺乏灵活度。一般移位法虽然很灵活,但只支持矩形和椭圆形的感兴趣区,使其应用范围受到很大限制。我们提出的基于小波域形状相似性的ROI编码方法结合了两种方法的优点。由于观察到小波域上各子带ROI区域的形状具有相似性,我们把ROI区域的形状嵌入到小波域最低频子带的ROI系数中形成ROI面具,借助于ROI面具我们在解码端能自动识别出ROI系数,因此我们的ROI方法不仅支持任意形状的ROI,还能根据对ROI的感兴趣程度来选择移位的数量,非常灵活。此外我们的ROI方法还支持多个ROI,并可以根据对每个ROI的相对感兴趣程度来调整移位的数量。我们的ROI方法实现简单,编码时嵌入ROI面具和依据对ROI的感兴趣程度上移ROI系数的位平面,解码时只需在JPEG2000标准解码器端ROI系数作相应的下移位后去掉ROI面具。因此,对我们的ROI编码方法实施解码,只需在JPEG2000标准的解码器端添加一个去掉ROI面具的功能(只需几行代码,参见第三章)。 另外,对于分辨率较大的图像,由于考虑到系统不一定能将整个图像读入内存中,JPEG2000标准把图像划分为拼接块,然后基于每个拼接块单独编码,因此如何把指定的码流分配给各个拼接块便是一个非常重要的问题,它不仅关系到重建图像的PSNR值,尤其会严重影响到重建图像的视觉效果。显然,码率分配只在编码器端进行,与解码器端无关,因此无需对JPEG2000标准的解码器作任何改动。由于我们认为图像的纹理和边缘是图像的重要信息,而在小波域上能很好的刻画出纹理和边缘,因此我们提出了一种在小波域上度量图像信息量的方法。我们的分配方案是,首先根据我们提出的图像信息度量方法计算出各个拼接块的信息量,然后根据信息量的大小对拼接块自适应分配码率。实验结果表明,相对于传统的根据拼接块面积大小分配拼接块码率的分配方案,我们的分配方案能较大的提高重建图像的PSNR值,尤其能明显提高重建图像的视觉效果。另外,由于利用了编码器端的小波变换,因此我们的分配方案实现非常简单。
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