内嵌图像编码中高效码率控制技术研究

论文摘要

基于小波变换的内嵌编码技术已成为当前静止图像编码领域的主流，目前最优秀的内嵌编码算法是优化截取的内嵌码块编码（Embedded Block Coding with Optimized Truncation，EBCOT）算法，其由Tier-1和Tier-2（简称T1、T2）编码器构成。算法具有码流可随机获取以及良好的恢复图像质量等众多优良特性，因此成为实际应用中首选算法。 在静止图像编码领域里，高性能以及低复杂度编码算法是人们追求的目标之一。本文针对优化截取的内嵌码块编码算法中码率控制部分作了深入研究，并致力于高性能、高效率的码率控制算法及其实现结构的研究，提出了具有创新性的降低计算量、存储量，易于硬件实现的高性能码率控制算法，并成功应用于图像编码硬件系统中。本文主要的工作成果可以概括如下： 1．提出了一种易于硬件实现的T2编码器快速算法并详细给出了其硬件结构。通过降低率失真斜率估计的计算复杂度、简化优化截取方法和码流组织中Tag Tree编码方法，降低了T2编码器硬件实现的难度，减少了硬件资源，提高了JPEG2000硬件系统处理的并行度，输出码流符合JPEG2000标准格式，图像质量下降很小。 2．提出了一种基于重要性权值和反馈控制编码深度的率失真优化算法。对小波变换后不同比特平面的编码过程（Coding Pass）赋予不同的重要性权值，根据重要性由高到低依次进行熵编码，同时T2编码器根据已得到的比特率自适应地反馈控制T1的编码深度。在保持图像质量的前提下，本方法有效地减少了EBCOT算法的计算量和内存使用量。 3．提出了一种新的干涉多光谱图像ROI（感兴趣区域）编码小波分解结构。根据光谱特性，对高频系数光谱ROI区域进行垂直方向的分解，背景区域不进行分解，使光谱信息的能量更加集中，提高光谱区域的编码效果。 4．提出了一种新的基于码块预测的JPEG2000多图像片压缩的码率预分配算法。对各个图像片小波变换和量化后EBCOT编码码块的有效比特平面进行独立的熵估计，并以图像片估计熵总和指导码率预分配。算法复杂度低，熵估计精确，重建效果十分接近全局压缩效果。 5．设计实现了适合于卫星图像传输符合SPIHT算法的小波变换及空间生成树硬件编码器和符合JPEG2000标准的T2硬件编码器。这两套编码器有较高系统处理速度，并且提供通用接口，可以很方便地与其他系统连接，可应用于不同场合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 图像压缩编码方法发展概况
• 1.3 图像数据压缩标准的研究概况
• 1.4 内嵌图像编码技术原理
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 JPEG2000编码系统及其关键技术
• 2.1 引言
• 2.2 JPEG2000编码系统
• 2.3 JPEG2000关键技术
• 2.3.1 码块比特平面编码
• 2.3.2 率失真优化截取与码流组织
• 2.4 JPEG2000硬件实现方案分析
• 2.5 小结
• 2编码器的快速算法'>第三章 易于硬件实现的 T₂编码器的快速算法
• 3.1 引言
• 3.2 率失真斜率的计算
• 3.2.1 编码Pass的失真估计
• 3.2.2 率失真斜率的快速计算
• 3.3 候选截取点的快速确定
• 3.4 易于硬件实现的码流组织算法
• 3.4.1 码流组织算法分析
• 3.4.2 Tag Tree编码快速实现
• 3.5 试验结果
• 2编码器快速算法结构'>3.5.1 T₂编码器快速算法结构
• 3.5.2 测试图像仿真结果
• 3.6 小结
• 第四章 EBCOT的高效率控制算法及其在多光谱图像压缩中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 EBCOT编码分析
• 4.2.1 比特平面的独立处理
• 4.2.2 编码过程的独立处理
• 4.3 EBCOT的高效率控制算法
• 4.3.1 EBCOT编码器效率问题分析
• 4.3.2 基于重要性权值和反馈控制（SPFC）的自适应率控制算法
• 4.3.3 实验结果与分析
• 4.4 EBCOT的高效率控制算法在多光谱图像压缩中的应用
• 4.4.1 干涉多光谱遥感图像成像原理
• 4.4.2 ROI编码简介
• 4.4.3 小波分解结构
• 4.4.4 实验结果与分析
• 4.5 小结
• 第五章 基于码块预测的 JPEG2000码率预分配算法
• 5.1 引言
• 5.2 JPEG2000的多图像片压缩及其问题分析
• 5.3 JPEG2000的码块编码机制
• 5.4 基于码块预测的JPEG2000码率预分配算法
• 5.4.1 图像熵的估计方法
• 5.4.2 本文的图像片码率预分配算法
• 5.5 实验结果
• 5.6 小结
• 第六章 图像编码硬件系统实现
• 6.1 引言
• 6.2 内嵌图像编码中小波变换的硬件设计及其结构实现
• 6.2.1 提升小波变换
• 6.2.2 图像的二维小波变换
• 6.2.3 边界处理
• 6.2.4 整—整型小波变换简介
• 6.2.5 小波变换硬件结构
• 6.2.6 系统时钟和资源
• 6.3 快速SPIHT算法中空间生成树设计与实现
• 6.3.1 原始SPIHT算法
• 6.3.2 基于生成树独立编码的快速SPIHT算法
• 6.3.3 空间生成树模块的硬件实现
• 6.4 EBCOT算法的硬件设计与实现
• 6.4.1 并行的比特平面编码
• 2编码器的硬件实现'>6.4.2 T₂编码器的硬件实现
• 6.5 小结
• 第七章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果
• 一.参加科研情况
• 二.发表论文情况
• 三.获奖情况