對(duì)象基嵌入式圖像編碼中的碼率控制算法研究【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　對(duì)象基嵌入式圖像編碼中的碼率控制算法研究</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電

2、子信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b>

3、;</p><p>　　在計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展的時(shí)代，當(dāng)存儲(chǔ)和傳輸大量的圖像數(shù)據(jù)時(shí)，圖像壓縮將起到越來(lái)越重要的作用。嵌入式編碼是一種全新的編碼方式，它可以提供某種程度上的可伸縮性。嵌入式編碼特別適合于容易產(chǎn)生誤差的環(huán)境，也可以應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)，圖像瀏覽，無(wú)線傳輸。嵌入式編碼隨著接收比特的增多，原來(lái)的圖像可以逐步被恢復(fù)。當(dāng)然嵌入式的編碼器可以通過(guò)監(jiān)視編碼的一些參數(shù)，在滿足目標(biāo)比特率或者減少誤差的情況下，在任何一點(diǎn)終

4、止編碼。同樣解碼器也可以在任何一點(diǎn)截?cái)啾忍亓?，重?gòu)圖像。</p><p>　　本文是結(jié)合率失真優(yōu)化（PCRD）算法在對(duì)象基嵌入式編碼原理之上實(shí)現(xiàn)了一種新的對(duì)象基嵌入式圖像編碼（EOCOT）的碼率控制算法。它是根據(jù)人的視覺(jué)感知特性，以不同視覺(jué)對(duì)象為基本碼率控制單元進(jìn)行的編碼。該算法先將圖像先進(jìn)行分割得到不同的視覺(jué)對(duì)象，并把原始圖像通過(guò)直流（DC）變換和離散小波變換（DWT）。再依據(jù)圖像總目標(biāo)碼率和小波子帶重要性，預(yù)

5、先分配子帶目標(biāo)碼率。然后，以小波子帶為碼率控制單元，運(yùn)用率失真優(yōu)化的思想對(duì)子帶內(nèi)對(duì)象碼流進(jìn)行優(yōu)化截取和重新組裝，并完成碼率控制過(guò)程。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文實(shí)現(xiàn)的算法可以有效的實(shí)現(xiàn)編碼前預(yù)分配子帶碼字。同時(shí)，在不同碼率要求下，能夠得到不同質(zhì)量的解碼恢復(fù)圖像，實(shí)現(xiàn)有效的碼率控制過(guò)程。</p><p>　　關(guān)鍵詞：EOCOT編碼；PCRD算法； DC變換； DWT變換</p><p><b

6、>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of Multimedia technique, image compression plays a very important role in the storage and mass image data.Embedded image coding is a new coding method,

7、 it also can provide the possibility to reconstruct reproductions of the image better and better as the coding image bit stream is received more and more. Embedded image coding is especially fit for the fallible and cha

8、ngeful environment, such as Internet/wireless transmission, image browse and so on. The output bit stream o</p><p>　　Based on rate distortion optimization (PCRD) algorithm and object proposed embedded codin

9、g principle, a new rate control of object embedded image coding (EOCOT) was proposed. It is according to the visual perception, using different visual object properties for basic code of rate control to coding. The algor

10、ithm obtain the different visual object and the original image through the image segmentation. The original image made by direct current (DC) transform and discrete cosine transform (DWT). I</p><p>　　Key Wor

11、ds：EOCOT code; PCRD algorithms; DC transform; DWT transform</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 引言錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　2 圖像及其編碼方法2</p><p>　　2.1圖像基本概念2</p>

12、;<p>　　2.2圖像編碼方法2</p><p>　　2.2.1 熵編碼2</p><p>　　2.2.2 預(yù)測(cè)編碼3</p><p>　　2.3嵌入式圖像編碼4</p><p>　　3 碼率控制算法5</p><p>　　3.1碼率控制算法的基本概念5</p><p&g

13、t;　　3.2 JPEG2000中的碼率控制算法5</p><p>　　4 對(duì)象基嵌入式圖像編碼中的碼率控制算法7</p><p>　　4.1對(duì)象基嵌入式編碼7</p><p>　　4.2率失真優(yōu)化算法7</p><p>　　4.3 算法步驟8</p><p>　　4.3.1 子帶預(yù)分配目標(biāo)碼字9</

14、p><p>　　4.3.2 熵編碼10</p><p>　　4.3.3 更新總目標(biāo)碼率11</p><p><b>　　5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果12</b></p><p><b>　　6 結(jié)論14</b></p><p><b>　　致謝15</b><

15、/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)16</b></p><p>　　附錄1 算法源程序18</p><p>　　附錄2 科研論文21</p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　近年來(lái)，越來(lái)越多基于小波變換的嵌入式圖像的編碼方法不斷被提出，如內(nèi)嵌零樹(shù)(E

16、ZW)編碼方法、基于分層樹(shù)集合分割(SPIHT)編碼方法以及嵌入式最優(yōu)截?cái)鄩KEBCOT編碼方法[1]。嵌入式編碼能夠?qū)崿F(xiàn)一次壓縮，而解壓重建出多幅不同質(zhì)量和分辨率要求的圖像[2]。傳統(tǒng)EBCOT算法是一種基于碼塊的優(yōu)化截取嵌入式編碼方法，它沒(méi)有利用人的視覺(jué)感知特性對(duì)整張圖像采用相同的編碼策略，因此難以獲得與主觀視覺(jué)感知相匹配的結(jié)果。為了改進(jìn)EBCOT算法中存在的不足，提出一種基于對(duì)象的優(yōu)化截取嵌入式編碼（EOCOT）算法。該算法是基于對(duì)

17、象的一種編碼方法，也是一種新穎的尺度可伸縮的圖像壓縮算法,除了保持很高的壓縮效率和信噪比（SNR）可伸縮性外，還增加了分辨率可伸縮性和支持ROI（感興趣區(qū)域）編碼特性。本文就是在研究現(xiàn)有的EBCOT算法基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)一種基于對(duì)象的優(yōu)化截取嵌入式編碼（EOCOT）算法 [3]。該算法的特點(diǎn)是考慮人的視覺(jué)感知特性，并以不同視覺(jué)對(duì)象為基本編碼單元，可以采用不同的嵌入式編碼策略對(duì)視覺(jué)對(duì)象進(jìn)行獨(dú)立編碼，最終生成各自獨(dú)立碼流。</p>

18、<p>　　研究EBCOT算法中的碼率控制過(guò)程，需要在給定的目標(biāo)碼率下，考慮視覺(jué)對(duì)象壓縮碼流的優(yōu)化截取及重要對(duì)象的優(yōu)化傳輸?shù)膯?wèn)題。EBCOT算法能夠?qū)崿F(xiàn)圖像壓縮的空間分辨率漸進(jìn)性和SNR漸進(jìn)性。該算法采用率失真優(yōu)化的碼率控制算法，根據(jù)不同子帶內(nèi)的碼塊產(chǎn)生的比特流長(zhǎng)度不同，對(duì)恢復(fù)圖像質(zhì)量的貢獻(xiàn)不同，對(duì)所有碼塊編碼完成后，進(jìn)行率失真優(yōu)化處理，比特流重新組裝就可得到最終壓縮碼流。該過(guò)程是在T1編碼后進(jìn)行的，所以被稱為壓縮后率失真優(yōu)化

19、（PCRD）算法。</p><p>　　針對(duì)EOCOT是基于對(duì)象編碼的這個(gè)特點(diǎn)，本文將PCRD算法思想運(yùn)用到對(duì)象基嵌入式編碼中，實(shí)現(xiàn)一種新的對(duì)象基嵌入式圖像編碼中的碼率控制算法。該算法采用預(yù)先分配子帶目標(biāo)碼率的方法，以子帶為碼率控制單元，依據(jù)對(duì)象的視覺(jué)感知特性和重要性，采用率失真優(yōu)化的思想，并對(duì)子帶內(nèi)的對(duì)象碼流進(jìn)行優(yōu)化截取和重新組裝，從而實(shí)現(xiàn)有效的碼率控制過(guò)程。</p><p>　　2 圖

20、像及其編碼方法</p><p><b>　　2.1圖像基本概念</b></p><p>　　圖像是客觀世界能量或者狀態(tài)以可視化的形式在二維平面上的投影，是社會(huì)生活中常見(jiàn)的一種信息媒體，也是人類從外界獲取原始信息的主要途徑[4]。隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算、現(xiàn)代通信技術(shù)，在技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息處理技術(shù)的發(fā)展，人類進(jìn)入了信息化社會(huì)，圖像作為人類最重要的信息載體，更是成為信息時(shí)代必不可

21、少的要素。 </p><p>　　數(shù)字圖像常用一個(gè)數(shù)值的方式來(lái)表示一個(gè)圖像。數(shù)字圖像是圖像的數(shù)字表示，像素是最小的單位。黑白圖像也稱為二值圖像，是指圖像的每一個(gè)像素只能是0或者1，也就是黑或者白，沒(méi)有中間的過(guò)度。彩色圖像是指每個(gè)像素的信息由紅綠藍(lán)（RGB）三原色構(gòu)成的圖形，其中的三原色可以由不同的灰度級(jí)來(lái)描述的。但灰度圖像沒(méi)有彩色信息，圖像的每個(gè)像素的信息是用一個(gè)量化的灰度級(jí)來(lái)描述的。</p>

22、<p>　　圖像信號(hào)的的數(shù)字處理技術(shù)，也稱為數(shù)字圖像信息處理技術(shù)，最常見(jiàn)的是用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理。圖像信息處理的方法主要有：圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像壓縮和圖形重建。</p><p>　　2.2 圖像編碼方法</p><p>　　圖像編碼是指在滿足一定的質(zhì)量信噪比的要求或主觀評(píng)價(jià)得分的條件下，用比較少的比特?cái)?shù)表示圖像或圖像中所包含信息的一種技術(shù)。衡量圖像編碼的指標(biāo)是

23、平均每個(gè)樣本中的編碼比特?cái)?shù)，這一數(shù)值的降低取決于編碼方案是否能充分地去掉相關(guān)性。由于實(shí)際圖像是一個(gè)非平穩(wěn)的過(guò)程，它的局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性會(huì)隨著圖像各局部?jī)?nèi)容細(xì)節(jié)及活動(dòng)量而變化。而自適應(yīng)圖像編碼則能夠根據(jù)圖像局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的變化，自動(dòng)采用不同的參數(shù)甚至能在不同的圖像編碼方案間切換，從而做到充分去除圖像每一局部范圍內(nèi)的相關(guān)性。 </p><p><b>　　2.2.1 熵編碼</b></p>

24、;<p>　　熵編碼是一種無(wú)損編碼，它是基于信號(hào)特性的一種編碼技術(shù)。熵編碼解碼后能無(wú)失真的恢復(fù)原始圖像，其基本原理是給出概率較大的符號(hào)一個(gè)短碼字，而給出概率小的符號(hào)一個(gè)長(zhǎng)碼字，這樣能夠使得最終的平均碼長(zhǎng)較小。有香農(nóng)信息定論可知：圖像的熵值是在保存信息量的前提下進(jìn)行編碼的每像素平均碼元數(shù)的下限，這種信息熵保持編碼叫熵編碼[5]。</p><p><b>　　哈夫曼編碼</b>&l

25、t;/p><p>　　1952年哈夫曼提出了一種編碼方法，即哈夫曼編碼。哈夫曼編碼與信源熵的編碼方法是十分相近的。它是根據(jù)信源中各種符號(hào)出現(xiàn)的概率進(jìn)行的編碼，出現(xiàn)概率越高的符號(hào)其碼字越短，出現(xiàn)概率越小的符號(hào)，則對(duì)應(yīng)的碼字就越長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)較少的平均碼長(zhǎng)。因?yàn)楣蚵幋a較為簡(jiǎn)單有效,所以得到了廣泛的應(yīng)用。哈夫曼編碼的缺點(diǎn)是對(duì)于位的增減反應(yīng)敏感，并且哈夫曼編碼要對(duì)原始數(shù)據(jù)掃描兩遍，以致于數(shù)據(jù)壓縮和還原速度就相對(duì)較慢。<

26、;/p><p><b>　?。?）算術(shù)編碼</b></p><p>　　在算術(shù)編碼中，輸入的字符信息是用0到1之間的數(shù)表示的，它用到符號(hào)的頻率及其編碼間隔這兩個(gè)基本的參數(shù)。它是完全舍棄了輸入的字符用特殊字符代替的思想。在算術(shù)編碼后，對(duì)于輸入的字符信息可形成一個(gè)唯一的浮點(diǎn)數(shù)。算術(shù)編碼的缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)比哈夫曼編碼復(fù)雜一些。而優(yōu)點(diǎn)是在自適應(yīng)模式下，算術(shù)編碼不必預(yù)先統(tǒng)計(jì)符號(hào)概率。算術(shù)

27、編碼的效率要優(yōu)于哈夫曼編碼，則就要使得信源中符號(hào)的概率比較接近。</p><p><b>　?。?）游程編碼</b></p><p>　　游程編碼是相比上述算法比較簡(jiǎn)單的一種編碼技術(shù)，思路是將一個(gè)代表值和串長(zhǎng)用一個(gè)相同值的連續(xù)串來(lái)表示。在進(jìn)行圖像編碼時(shí)，游程直接定義特定方向上有著相同灰度的相鄰元為一輪，它的延續(xù)長(zhǎng)度稱之為延續(xù)的行程。前一游程的中點(diǎn)位置確定了現(xiàn)在游程的中

28、點(diǎn)位置，這樣圖像數(shù)據(jù)就可以由游程來(lái)代替。由于游程是一個(gè)變化的數(shù)值，并且各種長(zhǎng)度的游程出現(xiàn)的頻率不同，因此在許多場(chǎng)合下，采用哈夫曼編碼對(duì)游程進(jìn)行進(jìn)一步的壓縮，從而去除相關(guān)性，同時(shí)也提高了壓縮比[6]。</p><p>　　2.2.2 預(yù)測(cè)編碼</p><p>　　預(yù)測(cè)編碼是在現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)學(xué)和控制論的理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。預(yù)測(cè)編碼會(huì)根據(jù)某一模型利用以往的樣本值，對(duì)新樣本值進(jìn)行預(yù)測(cè)，并把兩者相減得到

29、一個(gè)誤差值，最后對(duì)這一誤差值進(jìn)行編碼。要想使誤差信號(hào)的幅度遠(yuǎn)小于原始信號(hào)，就需要這一模型足夠好且樣本序列在時(shí)間上的相關(guān)性較強(qiáng)，從而可以用較少的數(shù)據(jù)對(duì)其差值量化，最終得到較大的數(shù)據(jù)壓縮結(jié)果。現(xiàn)在常用的方法是差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）法。采用預(yù)測(cè)編碼的方法來(lái)壓縮圖像數(shù)據(jù)的空間和時(shí)間冗余性，這種方法簡(jiǎn)捷、直觀、易于實(shí)現(xiàn)，它的不足在于壓縮能力有限[7]。</p><p>　　2.3 嵌入式圖像編碼</p>

30、<p>　　嵌入式圖像編碼是隨著圖像編碼技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新的編碼技術(shù)。嵌入式編碼的基本原理是將待編碼的比特流，按重要性不同進(jìn)行排序，在給定目標(biāo)碼率或失真度大小的條件下，隨時(shí)截?cái)啾忍亓?，并可以要求結(jié)束編碼；同樣的，對(duì)于給定碼，解碼器也能夠隨時(shí)要求結(jié)束解碼，同時(shí)可以得到相應(yīng)比特流截?cái)嗵幠繕?biāo)碼率的重建圖像[8]。嵌入式編碼的一般順序是：先通過(guò)線性變換將空域的圖像數(shù)據(jù)陣映射到變換域中；然后把變換域中的像素連續(xù)的量化，并把量化的

31、像素進(jìn)行分類與排序；接著對(duì)碼字進(jìn)行熵編碼；最后對(duì)碼塊數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理。</p><p>　　通過(guò)小波變換后的一幅數(shù)字圖像，可以得到不同子帶內(nèi)的小波系數(shù)。低頻子帶聚集了圖像的大部分能量，也就是包含了圖像的主要信息，因此它的小波系數(shù)很大；越是高頻子帶，它包含的圖像信息反而越少，其系數(shù)值也越小。即使在數(shù)值相同的情況下，圖像的高頻信息由高頻子帶反映，對(duì)視覺(jué)來(lái)說(shuō)不太重要；對(duì)視覺(jué)比較重要的部分是由低頻子帶反映，它是圖像的低頻

32、信息。因此，對(duì)相同數(shù)值的系數(shù)，我們一般會(huì)選擇先傳輸較低頻系數(shù)的重要比特，后傳輸較高頻系數(shù)的重要比特。正是由于圖像小波系數(shù)具備了上述的這些特點(diǎn)，所以它非常適合于嵌入式的圖像編碼算法。</p><p><b>　　3 碼率控制算法</b></p><p>　　3.1 碼率控制基本概念</p><p>　　碼率就是數(shù)據(jù)傳輸時(shí)單位時(shí)間傳送的數(shù)據(jù)位數(shù),一

33、般我們用的單位是kbps即千位每秒。碼率控制則是通過(guò)一定的編碼措施，在給定的壓縮率情況下，獲得最佳重構(gòu)圖像質(zhì)量[8]。算法過(guò)程就是找到最優(yōu)截?cái)帱c(diǎn)集合，并對(duì)截?cái)嗪蟮拇a流進(jìn)行組織，最終得到較好的圖像質(zhì)量。碼率控制是圖像編碼中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，編碼時(shí)既要保證圖像輸出碼率滿足目標(biāo)碼率的限制，同時(shí)提供在該碼率下圖像重建質(zhì)量的最優(yōu)化效果。碼率控制的目的是在滿足特殊的目標(biāo)比特率及傳輸時(shí)間要求的條件下，確保用指定碼率編碼下達(dá)到盡可能高的重建圖像質(zhì)量。&l

34、t;/p><p>　　碼率控制算法一直以來(lái)就是研究人員十分關(guān)注的問(wèn)題，其性能的優(yōu)劣直接影響到圖像、視頻的重建質(zhì)量，比如圖像的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)峰值性噪比、主觀質(zhì)量和圖形延時(shí)與抖動(dòng)等。一般的碼率控制算法的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)調(diào)節(jié)編碼時(shí)量化參數(shù)QP的調(diào)整和編碼后緩沖區(qū)充裕度。</p><p>　　就目前而言，碼率控制算法一般分為算術(shù)編碼器壓縮后率控制和算術(shù)編碼器與率控制同時(shí)進(jìn)行兩種[9]。其中PCRD就是典型

35、的壓縮后率控制：先用算術(shù)編碼進(jìn)行編碼，然后從所有編碼碼段中選擇一部分（根據(jù)壓縮需求）包含進(jìn)最終碼流。該方法是算術(shù)編碼和碼率控制前后進(jìn)行，所以要編碼所有的通道，具有很大的計(jì)算復(fù)雜度，這就適合應(yīng)用于對(duì)圖像質(zhì)量要求很高或者具有很多質(zhì)量層的編碼場(chǎng)合。</p><p>　　選擇性算術(shù)編碼是算術(shù)編碼和率控制同時(shí)進(jìn)行的一種編碼，此方法主要是不要求所有的通道都先經(jīng)過(guò)算術(shù)編碼，而是在進(jìn)入算術(shù)編碼的時(shí)候同時(shí)進(jìn)行碼率控制，當(dāng)達(dá)到指定的

36、碼率控制的時(shí)候，系數(shù)就會(huì)停止進(jìn)入編碼。換句話說(shuō)，它是選擇一部分編碼通道進(jìn)行編碼，并將其編碼碼流包含進(jìn)最終碼流。</p><p>　　3.2 JPEG2000中的碼率控制算法</p><p>　　JPEG2000編碼器中，碼率控制可通過(guò)兩種不同的機(jī)制實(shí)現(xiàn)：一是選擇各子帶系數(shù)的量化步長(zhǎng)；二是編碼位流的截?cái)啵催x擇包括進(jìn)輸出碼流中的編碼位流。對(duì)于無(wú)損壓縮編碼而言，因?yàn)榱炕介L(zhǎng)固定地設(shè)為1，所以只

37、能采用位流截?cái)嗟姆椒▽?shí)現(xiàn)碼率的控制。 </p><p>　　JPEG2000碼率編碼的碼率控制算法的改進(jìn)有兩種：帶場(chǎng)景切換檢測(cè)的兩次掃描碼率控制算法（TPSCD）和單緩沖多步長(zhǎng)的碼率控制算法（SBMS）[9]。TPSCD算法進(jìn)行的第一次的編碼掃描是以CBR編碼方式進(jìn)行的，然后將視頻序列進(jìn)行場(chǎng)景切換檢測(cè)，從中得到若干個(gè)復(fù)雜度近似的場(chǎng)景組；同時(shí)從各場(chǎng)景組抽選若干個(gè)樣本幀，利用DBRC算法[10]將確定每個(gè)場(chǎng)景組目標(biāo)碼

38、率，要想掃描得到最后的VBR碼流就得用SBMS算法對(duì)每個(gè)場(chǎng)景組的各幀進(jìn)行第二次的編碼。該算法特別適合應(yīng)用于對(duì)視頻轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求較低的情況。它也能夠在相同碼率下，使得輸出視頻質(zhì)量較為為穩(wěn)定，同時(shí)輸出視頻序列的PSNR方差DBRC算法有較大的改善。SBMS算法是利用視頻相鄰幀的幀間相關(guān)性，當(dāng)前幀的率失真情況是用前一編碼幀的率失真斜率值通過(guò)估計(jì)所得到的。想要有效的節(jié)省編碼時(shí)間，改善輸出視頻質(zhì)量的穩(wěn)定性，就要知道預(yù)測(cè)鄰近幾幀的率失真截止門

39、限。</p><p>　　4 對(duì)象基嵌入式編碼中的碼率控制算法</p><p>　　4.1 對(duì)象基嵌入式編碼</p><p>　　由于EBCOT算法是基于碼塊的嵌入式圖像編碼方法，它沒(méi)有考慮人的視覺(jué)感知特性，并且不同觀察者對(duì)同一圖像的不同對(duì)象視覺(jué)感知存在差異，因此如果對(duì)整幅圖像采用相同的編碼策略，就難以獲得與主觀視覺(jué)相匹配的結(jié)果，而EOCOT則主要考慮了人的視覺(jué)感知

40、特性。首先，以視覺(jué)對(duì)象為基本編碼單元，對(duì)原始圖像進(jìn)行預(yù)處理。主要采用JSEG分割技術(shù)將圖像分割成不同的視覺(jué)對(duì)象，并得到表征其位置信息分布的map圖。然后，對(duì)原始圖像進(jìn)行DC變換和DWT變換，得到視覺(jué)對(duì)象在各子帶內(nèi)的小波系數(shù)分布；同時(shí)，對(duì)map圖再</p><p>　　進(jìn)行類似DWT變換（即與DWT變換后各子帶對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)變換，而map圖中的對(duì)象標(biāo)號(hào)值不變），便于子帶內(nèi)對(duì)象的獨(dú)立編碼。最后，以子帶內(nèi)的視覺(jué)對(duì)象為獨(dú)立編

41、碼單元，對(duì)其位置信息二值掩模圖內(nèi)的對(duì)象系數(shù)位進(jìn)行獨(dú)立位平面編碼和MQ二進(jìn)制算術(shù)編碼。從低頻子集到高頻子集的編碼依次為L(zhǎng)DLL，LDHL，LDLH，LDHH，LD-1HL，LD-1LH，LD-1HH,……,L1HH中的對(duì)象信息，形成嵌入式對(duì)象碼流。最后根據(jù)給定的參數(shù)指標(biāo)（目標(biāo)碼率，重要視覺(jué)對(duì)象）對(duì)所有對(duì)象碼流進(jìn)行優(yōu)化截取和重新組裝，形成最終的壓縮碼流。</p><p>　　4.2 率失真優(yōu)化算法</p>

42、<p>　　EBCOT 碼塊編碼的最大特點(diǎn)是生成的壓縮位流可根據(jù)需要，被截?cái)喑刹煌L(zhǎng)度的位流子集。通過(guò)對(duì)壓縮位流的截?cái)?，可以?shí)現(xiàn)碼率控制。碼流截?cái)嗟拇a率控制方法可以描述為在一定的碼率控制下，尋找優(yōu)化的各碼塊截?cái)帱c(diǎn)集合，使恢復(fù)圖像的總體失真最小。PCRD算法則根據(jù)這一特點(diǎn),刪除奇異點(diǎn)，使率失真斜率嚴(yán)格單調(diào)遞減,并在碼率的限制條件下，需找到一個(gè)最佳斜率門限直到產(chǎn)生一組截取點(diǎn),使圖像總失真最小。率失真曲線是一條凸曲線，率失真理論

43、曲線定義了在不考慮任何約束條件下系統(tǒng)可能達(dá)到最優(yōu)性能，而可操作率失真曲線不是一條光滑的曲線。在給定碼率的條件下，最小失真就出現(xiàn)在凸包絡(luò)上。如果可操作率失真曲線上的操作點(diǎn)越靠近凸包絡(luò)，就表明它的率失真性能越好，反之亦然。希望能夠找到一組編碼參數(shù)使得對(duì)應(yīng)的可操作點(diǎn)盡可能接近凸包絡(luò)。換言之，就是在一組可能的操作點(diǎn)確定能使系統(tǒng)性能最優(yōu)的操作點(diǎn)[11]。率失真優(yōu)化確實(shí)是能夠提高系統(tǒng)的性能。PCRD算法的基本原理介紹如下：</p>&

44、lt;p>　　設(shè)子帶在T1階段產(chǎn)生的內(nèi)嵌比特流的碼率截止到,是某個(gè)截取點(diǎn)（即某個(gè)編碼pass的結(jié)束點(diǎn)），則圖像總的碼率為： </p><p><b>　　（4-1）</b></p><p>　　設(shè)子帶的系數(shù)在恢復(fù)圖像中產(chǎn)生的失真為，假設(shè)子帶小波系數(shù)的失真測(cè)度是加性的，即： </p><

45、p>　?。?-2） </p><p>　　整個(gè)碼率控制模型應(yīng)滿足在總的目標(biāo)碼率接近給定的目標(biāo)碼率的前提下，使得恢復(fù)圖像過(guò)程中總的失真最小。</p><p>　　在限定碼率為的情況下，率失真優(yōu)化的目標(biāo)是在滿足的限制條件下，尋找到一組使得總失真最小。這一問(wèn)題可以轉(zhuǎn)化為使下式最小化。</p><p><b>　?。?-3）</b><

46、;/p><p>　　要想產(chǎn)生一組截取點(diǎn)使得上式在滿足時(shí)最小，就需要通過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。從失真的意義上來(lái)說(shuō)，如果能找到一個(gè)最大的，則其對(duì)應(yīng)的一組截取點(diǎn)能夠使上式最小，并且產(chǎn)生的碼率。在實(shí)際編碼中，通常能找到這樣一個(gè)，使得非常接近。</p><p><b>　　4.3 算法步驟</b></p><p>　　本文算法可以分為子帶目標(biāo)碼率分配、熵編碼、率失

47、真優(yōu)化截取和更新目標(biāo)碼率四個(gè)主要步驟，每個(gè)主要步驟簡(jiǎn)介如下，算法流程圖如圖4-1：</p><p>　　圖4-1 本文碼率控制算法流程圖</p><p>　　4.3.1 子帶預(yù)分配目標(biāo)碼字</p><p>　　原圖像經(jīng)DC變換和DWT變換后，確定子帶的編碼順序和各子帶的起始坐標(biāo)。依據(jù)給定的圖像目標(biāo)碼率和小波子帶重要權(quán)值，給當(dāng)前編碼子帶預(yù)分配目標(biāo)碼率：</p&g

48、t;<p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　小波子帶重要性等于子帶內(nèi)的像素幅值占總圖像域內(nèi)像素幅值的比例，按下式計(jì)算：</p><p><b>　　（4-5）</b></p><p>　　式中，為子帶標(biāo)號(hào)，為圖像域內(nèi)所有點(diǎn)集合，為點(diǎn)的像素幅值。</p><p>　　

49、（a）子帶索引值和起始坐標(biāo) （b）子帶內(nèi)對(duì)象標(biāo)號(hào)</p><p>　　圖4-2 子帶掃描順序和坐標(biāo)劃分</p><p><b>　　4.3.2 熵編碼</b></p><p>　　依據(jù)小波子帶預(yù)分配的目標(biāo)碼字，對(duì)當(dāng)前編碼子帶內(nèi)的視覺(jué)對(duì)象進(jìn)行獨(dú)立位平面編碼和MQ二進(jìn)制算術(shù)編碼。按圖4-2（b）中的對(duì)象標(biāo)號(hào)順序編碼每個(gè)對(duì)

50、象，并計(jì)算對(duì)象的通道的失真增量和編碼碼字增量，確定對(duì)象候選截取點(diǎn)集合。</p><p>　　（1）位平面編碼和通道失真增量。提取視覺(jué)對(duì)象，并形成對(duì)象的位置信息掩模圖。位平面的編碼是以對(duì)象為基本編碼單元，編碼順序從最高比特平面到最低比特平面。在進(jìn)行通道編碼時(shí)，每編碼一個(gè)系數(shù)位，從查失真估計(jì)表得到該位的編碼失真增量，通過(guò)累加通道內(nèi)的所有系數(shù)位的失真增量從而得到該通道失真增量[12-13]。</p>&l

51、t;p>　?。?）MQ編碼和通道碼字增量。MQ算術(shù)編碼是實(shí)現(xiàn)嵌入式編碼壓縮的重要步驟。本文采用將MQ編碼從位平面掃描分離出去的方法，便于計(jì)算通道的累加碼字，使得圖像壓縮中位平面算術(shù)編碼的計(jì)算復(fù)雜度盡量降低[14]。</p><p>　?。?）快速確定候選截取點(diǎn)集合。完成一個(gè)對(duì)象的所有通道編碼后，采用只剔除當(dāng)前奇異點(diǎn)的算法確定候選截取點(diǎn)集合，同時(shí)存儲(chǔ)率失真斜率[15]。具體算法流程圖：</p>

52、<p>　　圖4-3 候選截取點(diǎn)流程圖</p><p>　　4.3.3 更新總目標(biāo)碼率</p><p>　　重新更新目標(biāo)碼率，用目標(biāo)碼率減去子帶最終編碼碼率，并對(duì)未編碼的子帶進(jìn)行編碼和優(yōu)化截取，最終完成整幅圖像編碼和最終碼流存儲(chǔ)。</p><p>　　EOCOT算法考慮到了不同子帶內(nèi)不同對(duì)象的尺寸大小也是各不相同的，采用預(yù)先分配子帶碼字的方法。以子帶為基本

53、控制單元，對(duì)視覺(jué)對(duì)象壓縮碼流進(jìn)行優(yōu)化截取和重裝。最終壓縮碼流的存儲(chǔ)順序是按子帶從低頻到高頻，對(duì)對(duì)象碼流依次存儲(chǔ)。在解碼端，需要通過(guò)兩次解碼，先將結(jié)果碼流送入MQ解碼器，得到解碼碼字，然后再進(jìn)行位平面解碼，即可得到碼率控制下的解碼圖像。</p><p><b>　　5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p><p>　　為驗(yàn)證本文碼率控制算法的有效性，基于VC6.0軟件平臺(tái)，進(jìn)行了仿

54、真測(cè)試。離散小波變換采用三級(jí)雙正交9/7小波。實(shí)驗(yàn)中重點(diǎn)分析算法的碼率控制精度RCS和重建完整圖像的視覺(jué)效果.其中定義碼率控制精度定義如下：</p><p>　?。?-1） </p><p>　　式中，表示目標(biāo)碼率，表示實(shí)際碼率，RCS越小，表示碼率控制越精確。 &

55、lt;/p><p>　　實(shí)驗(yàn)一：驗(yàn)證本文算法的可行性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出：不同碼率控制下，該算法的解碼恢復(fù)圖像及其與原圖像的信噪比。 </p><p>　?。?） （2） （3） （4） （5） </p><p>　　圖5-1 圖像Flower在不同碼率下的重構(gòu)圖</p&g

56、t;<p>　　表5-1 不同壓縮比下圖像的解碼圖像與原圖像的信噪比</p><p>　　實(shí)驗(yàn)二：驗(yàn)證解碼提取重要視覺(jué)對(duì)象的實(shí)驗(yàn)。對(duì)圖像flower的重要視覺(jué)對(duì)象進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出：不同碼率控制下,重要對(duì)象的解碼恢復(fù)對(duì)象及其與原對(duì)象的信噪比。</p><p>　　（1） （2） （3） （4） （5

57、） </p><p>　　圖5-2 Flower中重要對(duì)象在不同碼率下的重構(gòu)圖</p><p>　　表5-2 不同壓縮比下圖像的重要對(duì)象解碼圖與原圖像的信噪比</p><p>　　表5-3 Flower圖像的碼率控制精度</p><p>　　對(duì)象基嵌入式圖像編碼的碼率控制算法是對(duì)小波子帶預(yù)分配碼字的算法，以子帶優(yōu)先截取碼流作為一

58、個(gè)數(shù)據(jù)包，存儲(chǔ)子帶內(nèi)所有視覺(jué)對(duì)象的截取碼流。在相同碼率控制條件下，未基于重要對(duì)象解碼的圖像信噪比要比基于重要對(duì)象解碼圖像的信噪比小。實(shí)際碼率越接近目標(biāo)碼率時(shí)，碼率的控制精度也就越小，碼率控制就越精確。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法的有效性和可行性。</p><p><b>　　6 結(jié)論</b></p><p>　　本文實(shí)現(xiàn)了對(duì)象基嵌入式圖像編碼中的碼率控制算法，并進(jìn)行了仿真實(shí)

59、驗(yàn)。該算法彌補(bǔ)了EBCOT編碼的不足，考慮了人的視覺(jué)感知特性。算法首先依據(jù)給定的目標(biāo)碼率和小波子帶重要性，采用了預(yù)先分配子帶目標(biāo)碼字的方法。然后，以子帶為基本碼率控制單元，按照率失真優(yōu)化原則對(duì)子帶內(nèi)所有對(duì)象壓縮碼流進(jìn)行優(yōu)化截取和重新組裝。最終實(shí)現(xiàn)了在不同碼率控制下，解碼得到不同質(zhì)量的解碼圖和重要對(duì)象解碼圖，為進(jìn)一步研究在給定碼率限制下的重要對(duì)象的優(yōu)先編碼和傳輸提供了思路。</p><p>　　對(duì)于同一幅圖像不同對(duì)

60、象具有不同的視覺(jué)感知特性和重要性，在特定碼率的限制下，往往要根據(jù)觀察者的需要，對(duì)感興趣區(qū)域優(yōu)先編碼和傳輸具有重要視覺(jué)性的對(duì)象，這就需要找到一種精確的碼率控制算法。該算法能對(duì)對(duì)象壓縮碼流進(jìn)行率控制和重新組裝，使得在解碼端能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)先解碼，并獲得最優(yōu)質(zhì)量的圖像。因此，碼率控制算法在對(duì)象基嵌入式編碼中有廣泛的發(fā)展空間和重要的應(yīng)用前景。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>

61、;<p>　　[1] Bosen Liu 1, Hongwei Dong2. An improved EBCOT image coding method[J]. (1. Heilongjiang Electronic Engineering Department of Engineering Institute, Heilongjiang Harbin 150050; 2. Heilongjiang Electronic

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64、HANG. Approach to Object-based Embedded Coding with Optimized Truncation[J]. Proceedings of the Wicom. 2010. 6, 36(6): 15～16.</p><p>　　[4] 魏政剛. 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的歷史、現(xiàn)狀和未來(lái)[J]. 中國(guó)圖像圖形學(xué)報(bào)，1998，4, 3(5): 236～239.</p>

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68、8.</p><p>　　[13] 張敏蛟. 圖像壓縮率失真算法的研究[D]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2006, 6.</p><p>　　[14] 王繼東, 魯琴, 羅武勝, 肖學(xué)敏. 位平面算術(shù)編碼的編碼分離與 MQ編碼器改進(jìn)[J]. 中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào), 2007, 12(10): 1806～1810.</p><p>　　[15] 莊懷宇. 內(nèi)嵌圖像編碼中高效碼率

69、控制技術(shù)研究[D]. 西安電子科技大學(xué), 2006, 6.</p><p><b>　　附錄1 算法源程序</b></p><p>　　int Region_bufferin[WIDTH][WIDTH];</p><p>　　int Region_bufferout[WIDTH][WIDTH];</p><p>

70、　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char *Image, *Image1;</p><p>　　unsigned char Fheadg[54],unsigdata;</p><p>　　char Pallette[1024];</p>

71、<p>　　int Row,Col,M,s,i,j;</p><p>　　long Index;</p><p>　　FILE *in,*out,*inter;</p><p>　　Image=(unsigned char *)calloc (720*720,sizeof(unsigned char));</p><p>　　I

72、mage1=(unsigned char *)calloc (720*720,sizeof(unsigned char)); </p><p>　　if ((in = fopen("c2.raw","rb")) == NULL)</p><p>　　{printf("cannot open inputfile\n");</

73、p><p><b>　　return;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if((out = fopen("97wave_out.raw","wb+")) == NULL)</p><p>　　{printf("can

74、not open outfile\n");</p><p><b>　　return;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(!ReadGrayImage("c2map1.bmp",&Row,&Col,Image,Fheadg,Pallett

75、e))</p><p>　　{ printf("cannot open mapfile\n");</p><p><b>　　return;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　scanf("%d",&s);

76、</p><p><b>　　if(s>=M)</b></p><p>　　printf("the error region");</p><p>　　for(i = 0;i<Row;i++)</p><p>　　for(j = 0;j<Col;j++)</p><

77、;p><b>　　{ </b></p><p>　　Index=i*Col+j;</p><p>　　fread(&unsigdata, 1,1,in);</p><p>　　if(Image1[Index]==s)</p><p>　　Buffer[i+4][j+4] = (float) unsigdat

78、a;</p><p>　　else Buffer[i+4][j+4] =0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//DC變換</b></p><p>　　for(i = 0;i<Row;i++)//行</p><p><b>

79、;　　{</b></p><p>　　for(j = 0;j<Col;j++)//列</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　Index=i*Col+j;</p><p>　　if(Image1[Index]==s)</p><p>　　Buffer[i

80、+4][j+4] = (Buffer[i+4][j+4]-128);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　decode_allsubband(Region_bufferout,Row,Col,s,Image1);</p><p>　

81、　for(i=0;i<(Row>>3);i++)</p><p>　　for(j=0;j<(Col>>3);j++)</p><p>　　Interleave[i+4][j+4]=(float)(Region_bufferout[i][j]-0.5);</p><p><b>　　//小波逆變換</b><

82、;/p><p>　　ldwt(Row,Col,Buffer,Interleave,Bufferout); </p><p><b>　　//DC逆變換</b></p><p>　　for(i = 0;i<Row;i++)</p><p>　　for(j = 0;j<Col;j++)</p>&

83、lt;p><b>　　{ </b></p><p>　　Index=i*Col+j;</p><p>　　if(Image1[Index]==s)</p><p>　　Buffer[i+4][j+4] = Buffer[i+4][j+4]+128;</p><p><b>　　}</b&

84、gt;</p><p>　　for(i = 0;i<Row;i++)</p><p>　　for(j = 0;j<Col;j++)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　Buffer[i+4][j+4]=abs(Buffer[i+4][j+4]);</p><p&

85、gt;　　Index=i*Col+j;</p><p>　　if(Image1[Index]==s)</p><p>　　unsigdata=(unsigned char)floor(Buffer[i+4][j+4]+0.5);</p><p><b>　　else</b></p><p>　　unsigdata=(un

86、signed char)(Buffer[i+4][j+4]+253);</p><p>　　fwrite(&unsigdata,1,1,out);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　fclose(in);</p><p>　　fclose(out);</p><p&g

87、t;<b>　　}</b></p><p>　　void encode_allsubband(int region_bufferin[WIDTH][WIDTH], unsigned char *Image1,int Row,int Col,int s, float interleave[LENGH][LENGH])</p><p><b>　　{</b

88、></p><p>　　int i,j,m,k,h;</p><p>　　long K=0,H=0,Index;</p><p>　　unsigned char unsigdata;</p><p><b>　　m=LEVEL;</b></p><p>　　printf("\nTh

89、e region code sample is:");</p><p>　　for(i=0;i<(Row>>m);i++)</p><p>　　for(j=0;j<(Col>>m);j++)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　Index=i*Col

90、+j;</p><p>　　if(Image1[Index]==s)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　region_bufferin[i][j] =(int)(floor)(interleave[i+4][j+4]+0.5);</p><p>　　if(j%16==0)</p>

91、<p>　　printf("\n");</p><p>　　printf("%d, ",region_bufferin[i][j]);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　regio

92、n_encode(region_bufferin,Row,Col,s,Image1,m);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　附錄2 科研論文</b></p><p>　　對(duì)象基嵌入式圖像編碼中的碼率控制算法研究</p><p>　　摘要：本文是結(jié)合率失真優(yōu)化（PC

93、RD）算法在對(duì)象基嵌入式編碼原理之上實(shí)現(xiàn)了一種新的對(duì)象基嵌入式圖像編碼（EOCOT）的碼率控制算法。它是根據(jù)人的視覺(jué)感知特性，以不同視覺(jué)對(duì)象為基本碼率控制單元進(jìn)行的編碼。該算法先將圖像先進(jìn)行分割得到不同的視覺(jué)對(duì)象，并把原始圖像通過(guò)直流（DC）變換和離散小波變換（DWT）。再依據(jù)圖像總目標(biāo)碼率和小波子帶重要性，預(yù)先分配子帶目標(biāo)碼率。然后，以小波子帶為碼率控制單元，運(yùn)用率失真優(yōu)化的思想對(duì)子帶內(nèi)對(duì)象碼流進(jìn)行優(yōu)化截取和重新組裝，并完成碼率控制過(guò)

94、程。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文實(shí)現(xiàn)的算法可以有效的實(shí)現(xiàn)編碼前預(yù)分配子帶碼字。同時(shí)，在不同碼率要求下，能夠得到不同質(zhì)量的解碼恢復(fù)圖像，實(shí)現(xiàn)有效的碼率控制過(guò)程。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PCRD算法； DC變換； DWT變換</p><p>　　Abstract：Based on rate distortion optimization (PCRD) algorithm and object

95、proposed embedded coding principle, a new rate control of object embedded image coding (EOCOT) was proposed. It is according to the visual perception, using different visual object properties for basic code of rate cont

96、rol to coding. The algorithm obtain the different visual object and the original image through the image segmentation. The original image made by direct current (DC) transform and discrete cosine transform</p><

97、;p>　　Key Words：PCRD algorithms; DC transform; DWT transform</p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　研究EBCOT算法中的碼率控制過(guò)程，需要在給定的目標(biāo)碼率下，考慮視覺(jué)對(duì)象壓縮碼流的優(yōu)化截取及重要對(duì)象的優(yōu)化傳輸?shù)膯?wèn)題。EBCOT算法能夠?qū)崿F(xiàn)圖像壓縮的空間分辨率漸進(jìn)性和SNR漸進(jìn)性

98、。該算法采用率失真優(yōu)化的碼率控制算法，根據(jù)不同子帶內(nèi)的碼塊產(chǎn)生的比特流長(zhǎng)度不同，對(duì)恢復(fù)圖像質(zhì)量的貢獻(xiàn)不同，對(duì)所有碼塊編碼完成后，進(jìn)行率失真優(yōu)化處理，比特流重新組裝就可得到最終壓縮碼流。該過(guò)程是在T1編碼后進(jìn)行的，所以被稱為壓縮后率失真優(yōu)化（PCRD）算法。</p><p>　　針對(duì)EOCOT是基于對(duì)象編碼的這個(gè)特點(diǎn)，本文將PCRD算法思想運(yùn)用到對(duì)象基嵌入式編碼中，實(shí)現(xiàn)一種新的對(duì)象基嵌入式圖像編碼中的碼率控制算法。

99、該算法采用預(yù)先分配子帶目標(biāo)碼率的方法，以子帶為碼率控制單元，依據(jù)對(duì)象的視覺(jué)感知特性和重要性，采用率失真優(yōu)化的思想，并對(duì)子帶內(nèi)的對(duì)象碼流進(jìn)行優(yōu)化截取和重新組裝，從而實(shí)現(xiàn)有效的碼率控制過(guò)程。</p><p>　　2 對(duì)象基嵌入式編碼中的碼率控制算法</p><p>　　2.1 對(duì)象基嵌入式編碼</p><p>　　由于EBCOT算法是基于碼塊的嵌入式圖像編碼方法，它沒(méi)有

100、考慮人的視覺(jué)感知特性，并且不同觀察者對(duì)同一圖像的不同對(duì)象視覺(jué)感知存在差異，因此如果對(duì)整幅圖像采用相同的編碼策略，就難以獲得與主觀視覺(jué)相匹配的結(jié)果，而EOCOT則主要考慮了人的視覺(jué)感知特性。首先，以視覺(jué)對(duì)象為基本編碼單元，對(duì)原始圖像進(jìn)行預(yù)處理。首先，以視覺(jué)對(duì)象為基本編碼單元，對(duì)原始圖像進(jìn)行預(yù)處理。然后，對(duì)原始圖像進(jìn)行DC變換和DWT變換，得到視覺(jué)對(duì)象在各子帶內(nèi)的小波系數(shù)分布。最后，以子帶內(nèi)的視覺(jué)對(duì)象為獨(dú)立編碼單元，對(duì)其位置信息二值掩模圖內(nèi)

101、的對(duì)象系數(shù)位進(jìn)行獨(dú)立位平面編碼和MQ二進(jìn)制算術(shù)編碼。最后根據(jù)給定的參數(shù)指標(biāo)（目標(biāo)碼率，重要視覺(jué)對(duì)象）對(duì)所有對(duì)象碼流進(jìn)行優(yōu)化截取和重新組裝，形成最終的壓縮碼流。</p><p>　　2.2 率失真優(yōu)化算法</p><p>　　EBCOT 碼塊編碼的最大特點(diǎn)是生成的壓縮位流可根據(jù)需要，被截?cái)喑刹煌L(zhǎng)度的位流子集。通過(guò)對(duì)壓縮位流的截?cái)啵梢詫?shí)現(xiàn)碼率控制。PCRD算法則根據(jù)這一特點(diǎn),刪除奇異點(diǎn)，使

102、率失真斜率嚴(yán)格單調(diào)遞減,并在碼率的限制條件下，需找到一個(gè)最佳斜率門限直到產(chǎn)生一組截取點(diǎn),使圖像總失真最小，就是在一組可能的操作點(diǎn)確定能使系統(tǒng)性能最優(yōu)的操作點(diǎn)[1]。</p><p>　　設(shè)子帶在T1階段產(chǎn)生的內(nèi)嵌比特流的碼率截止到,是某個(gè)截取點(diǎn)（即某個(gè)編碼pass的結(jié)束點(diǎn)），則圖像總的碼率為： </p><p><b>　　（2-1）</b></p>

103、;<p>　　設(shè)子帶的系數(shù)在恢復(fù)圖像中產(chǎn)生的失真為，假設(shè)子帶小波系數(shù)的失真測(cè)度是加性的，即： </p><p>　　（2-2） </p><p>　　在限定碼率為的情況下，率失真優(yōu)化的目標(biāo)是在滿足的限制條件下，尋找到一組使得總失真最小。這一問(wèn)題可以轉(zhuǎn)化為使下式最小化。</p><p><b

104、>　　（2-3）</b></p><p>　　要想產(chǎn)生一組截取點(diǎn)使得上式在滿足時(shí)最小，就需要通過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。從失真的意義上來(lái)說(shuō)，如果能找到一個(gè)最大的，則其對(duì)應(yīng)的一組截取點(diǎn)能夠使上式最小，并且產(chǎn)生的碼率。在實(shí)際編碼中，通常能找到這樣一個(gè)，使得非常接近。</p><p><b>　　2.3 算法步驟</b></p><p>　

105、　本文算法可以分為子帶目標(biāo)碼率分配、熵編碼、率失真優(yōu)化截取和更新目標(biāo)碼率四個(gè)主要步驟，每個(gè)主要步驟簡(jiǎn)介如下，算法流程圖如圖2-1：</p><p>　　圖2-1 本文碼率控制算法流程圖</p><p>　　2.3.1 子帶預(yù)分配目標(biāo)碼字</p><p>　　原圖像經(jīng)DC變換和DWT變換后，確定子帶的編碼順序和各子帶的起始坐標(biāo)。依據(jù)給定的圖像目標(biāo)碼率和小波子帶重要權(quán)值

106、，給當(dāng)前編碼子帶預(yù)分配目標(biāo)碼率：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　小波子帶重要性等于子帶內(nèi)的像素幅值占總圖像域內(nèi)像素幅值的比例，按下式計(jì)算：</p><p><b>　　（2-5）</b></p><p>　　式中，為子帶標(biāo)號(hào)，為圖像域內(nèi)所有點(diǎn)集合，為點(diǎn)的像素幅值

107、。</p><p>　　（a）子帶索引值和起始坐標(biāo) （b）子帶內(nèi)對(duì)象標(biāo)號(hào)</p><p>　　圖2-2 子帶掃描順序和坐標(biāo)劃分</p><p><b>　　2.3.2 熵編碼</b></p><p>　　依據(jù)小波子帶預(yù)分配的目標(biāo)碼字，對(duì)當(dāng)前編碼子帶內(nèi)的視覺(jué)對(duì)象進(jìn)行獨(dú)立位平面編碼和MQ二進(jìn)制算術(shù)

108、編碼。按圖2-2（b）中的對(duì)象標(biāo)號(hào)順序編碼每個(gè)對(duì)象，并計(jì)算對(duì)象的通道的失真增量和編碼碼字增量，確定對(duì)象候選截取點(diǎn)集合。</p><p>　?。?）位平面編碼和通道失真增量。提取視覺(jué)對(duì)象，并形成對(duì)象的位置信息掩模圖。位平面的編碼是以對(duì)象為基本編碼單元，編碼順序從最高比特平面到最低比特平面。在進(jìn)行通道編碼時(shí)，每編碼一個(gè)系數(shù)位，從查失真估計(jì)表得到該位的編碼失真增量，通過(guò)累加通道內(nèi)的所有系數(shù)位的失真增量從而得到該通道失真

109、增量[2-3]。</p><p>　?。?）MQ編碼和通道碼字增量。MQ算術(shù)編碼是實(shí)現(xiàn)嵌入式編碼壓縮的重要步驟。本文采用將MQ編碼從位平面掃描分離出去的方法，便于計(jì)算通道的累加碼字，使得圖像壓縮中位平面算術(shù)編碼的計(jì)算復(fù)雜度盡量降低[4]。</p><p>　?。?）快速確定候選截取點(diǎn)集合。完成一個(gè)對(duì)象的所有通道編碼后，采用只剔除當(dāng)前奇異點(diǎn)的算法確定候選截取點(diǎn)集合，同時(shí)存儲(chǔ)率失真斜率[5]。

110、具體算法流程圖：</p><p>　　圖2-3 候選截取點(diǎn)流程圖</p><p>　　2.3.3 更新總目標(biāo)碼率</p><p>　　并對(duì)未編碼的子帶進(jìn)行編碼和優(yōu)化截取，最終完成整幅圖像編碼和最終碼流存儲(chǔ)。</p><p>　　EOCOT算法考慮到了不同子帶內(nèi)不同對(duì)象的尺寸大小也是各不相同的，采用預(yù)先分配子帶碼字的方法。以子帶為基本控制單元，

111、對(duì)視覺(jué)對(duì)象壓縮碼流進(jìn)行優(yōu)化截取和重裝。最終壓縮碼流的存儲(chǔ)順序是按子帶從低頻到高頻，對(duì)對(duì)象碼流依次存儲(chǔ)。</p><p><b>　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p><p>　　為驗(yàn)證本文碼率控制算法的有效性，基于VC6.0軟件平臺(tái)，進(jìn)行了仿真測(cè)試。離散小波變換采用三級(jí)雙正交9/7小波。實(shí)驗(yàn)中重點(diǎn)分析算法的碼率控制精度RCS和重建完整圖像的視覺(jué)效果.其中定義碼率控制精度定

112、義如下：</p><p>　?。?-1） </p><p>　　式中，表示目標(biāo)碼率，表示實(shí)際碼率，RCS越小，表示碼率控制越精確。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)一：驗(yàn)證本文算法的可行性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出：不同碼率控制下，該算法的解碼恢復(fù)圖像及其與原圖像的信噪比。 </p>&

113、lt;p>　　（1） （2） （3） （4） （5） </p><p>　　圖3-1 圖像Flower在不同碼率下的重構(gòu)圖</p><p>　　表3-1 不同壓縮比下圖像的解碼圖像與原圖像的信噪比</p><p>　　實(shí)驗(yàn)二：驗(yàn)證解碼提取重要視覺(jué)對(duì)象的實(shí)驗(yàn)。對(duì)圖像fl