[发明专利]控制压缩数据量

说明书

技术领域

本发明总体上涉及数字图像处理领域，尤其涉及用于在JPEG2000图像压缩中高效地控制压缩数据速率(compressed data rate)的方法。

背景技术

JPEG2000是提供一组丰富的特征以满足不同应用的需要的尖端图像压缩技术。这些特征由于形成JPEG2000压缩系统的各种组件的性质而可以实现。下文提供了对这些组件的简要说明，且更完整的说明可以在Signal Processing：Image Communication，Vol.17，pp.3-48，2002中的由M.Rabbani和R.Joshi所著的题为“An overview of the JPEG 2000 stillimage compression standard”的论文中找到。

图1举例说明JPEG2000压缩系统中的基本组件。原始图像数据被发送到预处理器10，在那里，可以对原始图像进行若干修改。一种可能的修改是称为不可逆颜色变换(ICT)的颜色变换。此变换被设计为将红-绿-蓝(RGB)图像数据转换为亮度(Y)和两个色度(Cb、Cr)分量以改善压缩性能。然后，使用离散小波变换12来变换经预处理的数据，离散小波变换12将空间图像数据转换成对应于多个空间频率子带的小波系数。用具有恒域(deadzone)的均匀量化器14将该小波系数量化。量化是以由已量化的小波系数重构的图像中的误差为代价降低用来表示小波系数的数据量的多对一映射。对于每个频率子带b的量化程度由与子带相关的量化器步长(图1中表示为Q(b))来确定。在JPEG2000系统中常常指定用于量化的单个基础步长，然后通过使用小波变换(即从每个频率子带的频带增益因数)的性质来导出对应于各种频率子带的一组量化器步长。可替换地，可以对频率子带指定一组明确的量化器步长以便更精确地控制量化。

然后，将已量化的小波系数划分成小代码块，并使用自适应二进制算术编码器(adaptive binary arithmetic encoder)16将来自每个代码块的量化系数编码为位面(bitplane)。此步骤称为第一层(Tier-1)编码。最后，通过使用位流组织器(bitstream organizer)18以各种方式布置已编码代码块数据来产生压缩代码流。此步骤称为第二层(Tier-2)编码。在第二层编码中，可以丢弃对应于已量化的小波系数的一个或多个位面的已编码数据，这将以解压缩图像中的误差增加为代价降低压缩数据量。从给定小波系数中丢弃位面等同于该系数的较粗(coarser)量化。如果将最初应用于系数的量化器步长表示为Δ，则丢弃k个最低有效位面之后的有效量化器步长为2^k·Δ。在美国专利6,650,782中由Joshi等人描述了系数位面的丢弃与所得量化程度之间的这种关系。

JPEG2000中所实现的灵活性以高计算复杂性为代价，且期望在仍提供期望水平的图像质量的同时降低这种复杂性。这种高计算复杂性在运动图像应用中尤其是个问题，在运动图像应用中，在序列中存在对于编码系统来说必须以高吞吐量来编码以便节省时间和计算资源的大量帧。JPEG2000编码器中的计算负荷的重要部分在使用算术编码器来将已量化的小波系数编码以形成压缩数据的第一层编码期间发生。在第一层编码之后，常常在第二层编码期间丢弃大量的压缩数据以实现用于压缩代码流的预指定大小，或实现在解压缩期间重构的图像中的预指定失真水平。改变压缩数据量的此过程称为速率控制。