基于JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)的感興趣區(qū)域編碼

　　JPEG2000 標(biāo)準(zhǔn)是利用了離散小波變換技術(shù)和嵌入式編碼技術(shù)一EBCOT，它不但提高了壓縮比，而且提供了很多新編碼方法。感興趣區(qū)域編碼（ROI）便是新編碼方法之一。ROI 編碼不僅較好地保持了圖像的視覺(jué)效果，而且更大限度地壓縮了圖像，這非常有利于解決信道擁擠，和存儲(chǔ)空間過(guò)大的問(wèn)題。

　　在使用圖像過(guò)程中，人們通常只對(duì)圖像的某一區(qū)域關(guān)注較多，我們稱(chēng)之為感興趣區(qū)域，而對(duì)其他區(qū)域關(guān)注較少，我們稱(chēng)之為背景區(qū)域。于是我們?cè)趫D像編碼過(guò)程中，可以對(duì)關(guān)注較多的感興趣區(qū)域進(jìn)行高質(zhì)量的編碼，而對(duì)背景區(qū)域較低質(zhì)量的編碼，從而提高圖像壓縮比，這就能更進(jìn)一步地協(xié)調(diào)好圖像質(zhì)量與壓縮比的矛盾，這就是ROI 編碼技術(shù)。

　　1 JPEG2000 標(biāo)準(zhǔn)中的兩種感興趣區(qū)域編碼方法JPEG2000 中給出了兩種感興趣區(qū)域編碼算法：一般位移法和最大位移法。

　　1.1 一般位移法一般位移法就是對(duì)于一個(gè)位移因子S，就是背景區(qū)域內(nèi)的系數(shù)右移S 位，這樣做是使得感興趣區(qū)域的一部分系數(shù)比背景區(qū)域的系數(shù)的位平面要高，如圖1（c）。在編碼時(shí)，位平面高的會(huì)先于位平面低的先編碼，于是感興趣區(qū)域的一部分系數(shù)就會(huì)先編碼和傳輸，然后才是剩余一部分感興趣區(qū)域位平面和背景區(qū)域位平面一起編碼傳輸。

　　在一般位移法中，位移因子的選擇范圍是非常大的，可以根據(jù)不同的需要來(lái)確定S 的值。當(dāng)位移因子較大時(shí)，感興趣區(qū)域位平面和背景區(qū)域位平面相對(duì)較分離，編碼時(shí)幾乎是感興趣區(qū)域都編碼完了才開(kāi)始編碼背景區(qū)域的位平面。當(dāng)位移因子較小時(shí)，將會(huì)有較多的感興趣區(qū)位平面和背景區(qū)域位平面一起編碼傳輸。

　　一般位移法也有它的不足之處，就是編碼時(shí)，需要把感興趣區(qū)域的形狀參數(shù)一起編碼和傳輸出去，這就增加了編解碼的難度，而且形狀參數(shù)的編碼也會(huì)擠占信道，也就降低了編碼效率。JPEG2000 標(biāo)準(zhǔn)中，只能滿(mǎn)足對(duì)橢圓和矩形的感興趣區(qū)域編碼，這在一定程度上限制了感興趣編碼的廣泛應(yīng)用。

　　1.2 最大位移法最大位移法中，所有量化系數(shù)輸入到編碼器后，編碼器根據(jù)輸入的量化系數(shù)，生產(chǎn)一個(gè)特定的位移因子S，次位移因子S 可以能使得感興趣區(qū)域位平面和背景區(qū)域位平面完全分離開(kāi)，沒(méi)有任何重疊部分，如圖1（b）。也就是此時(shí)位移因子得滿(mǎn)足：S逸max（Mb），Mb是所有位平面幅度的最大值。

　　最大位移法中，不需要對(duì)形狀信息進(jìn)行編碼，所以可以節(jié)約一些碼流。但是由于位移因子S 的值是唯一固定的，所以不能調(diào)節(jié)感興趣區(qū)域和背景區(qū)域的相對(duì)圖像質(zhì)量。

　　2 通用的部分位平面偏移方法正是由于標(biāo)準(zhǔn)中的兩種ROI 編碼都有一定不足，于是廣大學(xué)者對(duì)ROI 編碼進(jìn)行了很多的研究，探索出了一下新的編碼算法。本文下面就要介紹一種新的感興趣編碼算法：通用的部分位平面偏移方法［4］（Generalized PartialBitplanes Shift Method，GPBShift）。

　　標(biāo)準(zhǔn)方法中是一次完成位平面的移動(dòng)，但GPBShift方法是將ROI 的位平面系數(shù)分割為兩段，將BG 的位平面系數(shù)也劃分為兩段，編碼時(shí)按照不同的圖片質(zhì)量需要對(duì)四個(gè)位平面段進(jìn)行相應(yīng)的移動(dòng)。

　　圖2 是GPBShift 方法的位平面偏移示意圖。其中S1=3，表示ROI 系數(shù)中被劃分較高位平面的個(gè)數(shù)；S2=6，是BG 系數(shù)中被劃分較高位平面的個(gè)數(shù)。在圖2 中，位平面的由上到下的序號(hào)依次為1，2，3，4，5，……。在編碼時(shí)，GPBShift的位平面偏移方法為：淤對(duì)于ROI 系數(shù)中的某一位平面b：如果b臆S1，則不偏移；否則，下移到位平面b+S1。

　　于對(duì)于BG 系數(shù)中的某一位平面b：如果b臆S2，下移到位平面b+S1；否則，下移到位平面b+S1+［max（Mb）-S2］。

　　解碼時(shí)，操作剛好與上述位移方法相反。

　　在運(yùn)用此方法時(shí)，盡管理論上S1 和S2 可以自由地取0 到max（Mb）之間的任意整數(shù)，但取值不當(dāng)，會(huì)影響編碼效率和系統(tǒng)的可靠性。例如：當(dāng)S1》S2，位平面就出現(xiàn)“空閑”的狀態(tài)，如圖3 所示。這樣就擴(kuò)大了系數(shù)的變化范圍，降低了系數(shù)的準(zhǔn)確性，而且會(huì)影響編碼的速度。所以實(shí)際應(yīng)用中要求S1臆S2。GPBShift 方法運(yùn)用JPEG2000 的ROI 編碼，兼顧了其他改進(jìn)算法的優(yōu)點(diǎn)，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：淤對(duì)ROI 的形狀沒(méi)有要求，不用進(jìn)行形狀編/解碼，降低了對(duì)編/解碼的要求，節(jié)約了數(shù)據(jù)量；于可以對(duì)分辨率不同ROI，運(yùn)用不同的小波子帶；盂通過(guò)設(shè)定不同的S 值，能自由地調(diào)節(jié)ROI 和BG 重建圖像的相對(duì)質(zhì)量；榆多個(gè)不同分辨率的ROI 可以存在于同一副圖像中。

　　一種新的ROI編碼算法——PSBShift算法，它結(jié)合了JPEG2000中定義的兩種標(biāo)準(zhǔn)RIO編碼算法的優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：圖像編碼 JPEG2000 感興趣區(qū)域編碼 JPEG2000是由ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）和IEC（國(guó)際電工協(xié)會(huì)）聯(lián)合開(kāi)發(fā)的新興圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。JPEG2000因?yàn)椴捎昧穗x散小波變換和最新的嵌入式編碼技術(shù)，所以具備了傳統(tǒng)的JPEG所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

　　它具有以下主要特點(diǎn)：

　?。?）良好的低比特率壓縮性能，其壓縮率比JPEG高約30%左右；

　?。?）支持無(wú)損和有損壓縮；

　　（3）按圖像質(zhì)量或分辨率漸進(jìn)傳輸；

　?。?）對(duì)碼流的隨機(jī)存取和感興趣區(qū)域（ROI）的編碼；

　?。?）較強(qiáng)的抗誤碼性能。