嵌入式图像编码中码率控制技术的应用研究

摘要

数字图像的表示需要大量的数据,但是图像数据是高度相关的,或者说存在冗余信息,去掉这些冗余信息后可以有效压缩图像,同时又不会损害图像的有效信息。而数字图像压缩就是为了解决图像数据量大,存储和传输困难这些问题的。
　　 本文以高保真的图像使用硬件实现的应用为目标,认真研究JPEG2000图像压缩标准的编码过程,对其算法进行较深入的分析及讨论。
　　 在上述的基础上,根据硬件实现的特点,提出了自己的优化方案:从率失真优化截取算法入手,采用了一种新的截断歧异点处理的算法,除去了原算法中的可能产生的反复迭化,简化了硬件实现,降低了对硬件存储器的要求,但图像质量无明显下降。优化码率控制中的二分查找法中的码流长度的计算方法,使用相对比值来代替原算法中多次调用标记树编码的部分,从而提高硬件的并行度。详细分析了JPEG2000的EBCOT中的T2编码器中的标记树算法的原理,了解了其实现难度,通过控制小波变换后产生的子带中码块个数来简化标记树算法在硬件中的实现,使其产生的码流格式仍符合JPEG2000的码流标准,从而简化标记树编码的硬件实现,也可以大量减少存储器。分析了JPEG2000信息头的格式,对特定图像的信息头的硬件编码使用固化的方法实现,跳过信息头编码部分。通过以上几种优化方法,可以较大的提高硬件的并行度,降低硬件实现难度,减少存储空间,而压缩后的图像质量控制在可以接受的范围内。
　　 根据JPEG2000标准中,不同参数对最终图像的码流长度可能产生的影响,在特定的图像条件下,总结出回归公式,然后使用该回归公式来预测最终的每个码块的码流截断位置,实现了一种实时截断码率控制算法。使用这种算法替代原JPEG2000中的率失真优化进行后压缩处理算法,可以明显减少原算法中大量计算,降低系统对存储器的要求,也能有效的提高系统的运行速度。
　　 最后对进一步的工作方向进行了简要的讨论。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪言

1.1 数字图像处理简介

1.2 数字图像发展背景

1.3 数字图像的主要特点

1.4 国内外研究现状、发展动态

1.5 本文的基本结构

第2章 数字图像压缩知识简介

2.1 进行图像数据压缩的基本原理

2.2 数字图像的熵

2.3 无损和有损压缩

2.3.1 无损和有损定义

2.3.2 常见编码算法

2.4 有损压缩与失真

2.5 压缩度量

第3章 JPEG 2000算法标准介绍

3.1 WEB图象压缩的革命与JPEG 2000的诞生

3.2 JEPG2000标准的特点

3.3 JPEG 2000的相关应用与软件支持

3.4 JPEG和JPEG 2000静态图像的实际效果

3.4.1 图像压缩主观效果对比

3.4.2 局部压缩

3.5 JPEG 2000编解码系统基本框架

3.6 JPEG 2000中的核心算法

3.6.1 小波变换

3.6.2 量化

3.6.3 熵编码

3.6.4 独立嵌入块

3.6.5 质量层与结构

3.6.6 算法及编码结构

3.6.7 结论

3.7 对JPEG 2000的未来展望

第4章 嵌入式码率控制分析及基于硬件实现的优化

4.1 JPEG 2000标准中的码率控制

4.2 最佳内嵌编码(EBCOT)详细分析和处理

4.3 率失真算法码控截断点基于硬件实现的改进

4.3.1 率失真算法分析

4.3.2 率失真码流截断优化计算

4.3.2 率失真码流截断优化算法的实现

4.3.3 实际图像PSNR对比结果

4.4 码控中二分法计算码流长度的优化

4.4.1 T2编码器二分查找算法中码流长度的计算方法的分析

4.4.2 T2编码器二分查找算法的码流长度的优化计算

4.4.3 附加信息长度统计信息

4.5 标记树的硬件实现优化

4.5.1 T2编码器中的标记树编码计算过程

4.5.2 标记树的优化算法分析

4.6 JPEG 2000文件文件头分析

4.6.1 JPEG 2000信息头分析

4.6.1 JPEG 2000信息头的硬件实现处理

4.6.3 信息头优化算法结果分析

4.7 优化总结

第5章 JPEG 2000实时截断码率控制算法

5.1 压缩后率失真优化方法优缺点分析

5.2 实时截断码率控制算法的分析

5.2.1 最终码流与图像压缩参数的关系分析

5.2.2 实时截断码率控制算法的设计

5.2.3 数学同归分析的简介

5.2.4 回归分析的结果

5.3 结果比较

5.4 实时截断码率控制算法的结论

第6章 总结与展望

6.1 本文的总结

6.2 进一步的工作方向

致谢

参考文献

个人简历 在校期间发表的学术论文与研究成果