专利名称：：一种用于jpeg编码的量化方法
技术领域：
：本发明涉及图像编码
技术领域：
，尤其涉及一种用于JPEG编码的量化方法。技术背景JPEG(JointPhotogr邻hicExpertsGroup)是一种能对连续色调、多极灰度、静止的数字图像压縮编码方法。JPEG提供了两种基本的压縮编码技术-基于DCT(DiscreteCosineTransform,离散余弦变换)的有损压縮编码和基于DPCM(DifferentialPulseCodeModulation,差分脉冲编码调制)的无损压缩编码。两种编码均可采用多种操作模式来实现。JPEG标准共提供了四种操作模式顺序编码；累进编码；无损编码；分层编码。这四种操作模式中，顺序编码和累进编码是基于DCT的有损压縮编码，无损编码是基于DPCM的无损压缩编码；分层编码即可以采用基于DCT的有损压縮编码，也可以采用基于DPCM的无损压縮编码。由于基本顺序编码模式可达到预期的压縮效果，且易于实施，故市场上绝大多数用户系统实施的是基本顺序编码模式。基于DCT的顺序编码操作模式由DCT变化、量化、熵编码器构成。DCT变化消除图像块各像素在空间域的相关性；量化根据所需的压縮图像质量来降低DCT系数精度，以进一步对数据进行压縮，即通过去掉视觉上不太重要的图像信息来进一步提高压縮效率;熵编码消除图像数据间的统计相关性；最后输出图像压縮数据。DCT变化是一一的映射，若不经过量化，对DCT系数进行反向变换，从原理上可以无损恢复出源图像样值；熵编码是无损压縮编码过程；而量化是导致图像信息损失的重要环节，通过调节量化步长可以动态调节图像的精度，从而实现对图像质量的控制。在编码中，对于量化操作是通过量化矩阵实现的，例如可以采用下式进行(1)其中i^和i^为量化前后的DCT系数；g肝为量化步长；[.]为四舍五入取整。如果在不影响图像主观质量前提下，最大程度地提高压縮效率，则理想情况下应取相应余弦基函数的视觉可觉察门限(JND)作为量化步长。JND通常是源图像特性、显示设备特性和观察距离的函数。对于特定的应用，一般可通过心理视觉实验来测定JND。JPEG建议采用表1和表2列出的标准亮度和色度量化表，表中给出的量化步长根据主观实验确定，但是也可以采用用户定义的量化表。由于不同内容的图像细节代表不同图像频率，而且人眼对图像不同部分的主观感觉不同，因此，对不同的DCT系数采用粗、细不同的量化，相应于人的主观视觉对高频失真不如对低频失真敏感的特性，随着空间频率的增加，量化步长也相应地增大。表l标准亮度量化表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>9999999999999999JPEG量化矩阵的所有系数值均放在语法头里，每幅图像只有一个亮度量化矩阵和色度量化矩阵。由于JPEG允许用户自己定义量化表，故引入了质量因子来调节标准量化表，从而实现对图像质量的控制。设^为质量因子，s为标准量化表的縮放比例，。s为标准量化步长，^为经过s修改后量化步长的中间变量，《为修正后量化步长，下面对目前JPEG编码中常用的几种具有代表性质的标准量化表縮放比例公式进行描述")",工寧50(2)12-2/5050<^訓将S和(7s进行相乘得到Q，对^进行范围限定当&S0时，当仏>255，^F255;否则，fQ。从上述公式(2)可以发现0S"50、1^^50&，s在其范围内出现2N次方数值不多，而且采用上述标准量化表縮放比例公式和量化公式(1)，使得量化有除法运算，其运算的复杂度很大，这对芯片设计代价很大。(b)g={B鲜，(3)1200-50<2^1001100对经过缩放后的量化步长^进行范围限定当仏《0时，当《>255，^255;否则，f^。从上述公式(3)可以发现0.5^"(^+0.5，而且相对于公式(3)而言，其复杂性更"，对硬件实现起来难度更大。上述的量化方法虽然能够控制图像质量，但是其运算复杂度大，硬件实现起来面积大，速度慢，而且功耗大。
发明内容本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种图像数据编码的量化方法，使得质量因子调节标准量化表的计算简便，整个量化易于实现，达到对图像质量的控制。使用本发明提供的方法，可极大地节省芯片设计中的器件，降低功耗。本发明的目的是通过如下技术方案实现的。一种用于JPEG编码的量化方法，该方法包括如下步骤6(1)定义标准量化表的縮放比例公式^ct/^":。，其中。为质量因子；(2)将输入的质量因子进行内部数据映射，使得縮放比例s为h2、其中，a为整数，te{0,l};.(3)对标准量化表进行修改，使标准量化表中的每一个量化步长均为2"，其中，/3为整数；(4)将/2和辺相加，得到和《；(5)对g进行范围限定，得到力，修正后的量化步长为2、(6)根据修正后的量化步长值，对DCT系数右移力位；(7)移位后的数值进行四舍五入取整操作，可以得到量化后的值。进一步地，在具体硬件实现上，可以将步骤(1)、(2)、(3)、(4)、(5)简化为一张查找表，只要知道质量因子和DCT系数在8x8块里位置，就可以得到DCT系数对应的右移位数，最后对DCT系数右移后的结果进行四舍五入就可以得到量化后结果。本发明的有益效果是，在芯片设计中为实现JPEG编码的量化操作，使用本发明提供的方法，可省掉一个除法器，只要简单的右移运算即可实现量化，从而使得设计的产品面积变小，功耗降低，成本减少，且计算速度得到提高。图1是JPEG编码器的常规量化方法示意图；图2是本发明的量化方法流程图；图3是本发明的量化方法实现示意图。具体实施方式下面根据附图具体说明本发明。下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的目的和效果将更加明显。在基于DCT的顺序编码设计中，要涉及到量化运算。现有的设计会经常采用图1所示的方法，先利用质量因子对标准量化步长进行缩放，然后DCT系数除以所得到的修正后量化步长<，并对结果进行四舍五入取整操作，可以得到量化后结果。这种设计方法虽然能使图像质量调节范围很大，但是数值相近的质量因子所对应的图像质量在视觉上相近，因此没有必要设置如此广的图像质量调节范围，该设计存在着冗余。由此可见，这种实现方法不仅要涉及到复杂的标准量化縮放计算单元、除法器，该标准量化缩放计算单元里又有乘法和除法，使得器件消耗大，产品的面积和成本相应较高，计算速度也较慢，而且在视觉效果上该设计存在着很多的冗余。本发明提供了一种新的方法来实现量化操作，这种实现方法可以节省一个除法器，只用简单的査表和右移操作即可完成图像质量控制，从而使得设计的产品面积变小，功耗降低.成本减少，计算速度得到提高，而且各档质量因子所对应的图像质量在视觉效果上对应不同的档次，可以较差-〉差-〉一般-〉好->较好-〉极好的编码。本发明的量化处理方法是首先，定义了标准量化表的縮放比例公式映射，使得縮放比例S为^2"/^Z，&e{0,l});对标准量化表进行修改，使标准量化表中的每一个量化步长均为2""eZ);利用縮放比例修正标准量化步长，所得的量化步长均为2N次方，这样可以使量化的除法转化为简单的右移；最后对移位后的数值进行四舍五入取整操作，就可以得到量化后的结果。本发明的量化方法流程图如图2所示，下面结合图2详细说明本发明的方法。其中O为质量因子。该公式的縮放比例0S"50，当P取最大值100时^0，实现对DCT系数的无损压縮。由于该公式里有一个50的计算因子，而且縮放比例出现2N次方数值不多，故该公式使得量化计算有繁杂的除法、乘法操作。现在按照标准量化表縮放比例范围不小于以前的标准量化表縮放比例公式范围原则，且考虑到计算简便，使公式里的运算尽量为移位操作，使得计算出来的縮放比例尽可能出现2N次方，对该公式进行改进。若将公式里的因子50改为其最接近的2N次方数值64，则可以简化运算。为了FO时实现无损压縮，^最大值应取128，故2e[1,128]，这样縮放比例0^"64，可以达到改进后标准量化表縮放比例范围不小于以前的标准量化表縮放比例公式范围的目标，而且改进后的标准量化表縮放比例在其取值范围内所有的2N次方均可取到，可以简化量化计算。故可得到改进后的标准，其中。为质量因子；将输入的质量因子进行内部数据步骤21:以前常用的标准量化表縮放比例公式为s-量化表縮放比例公式s-[2-2/6464<"128°步骤22:由于数据相近的质量因子所对应的图像质量差別不大，故可以对质量因子进行内部映^f，，减少视觉效果上的冗余。将输入的1128质量因子进行内部数据映射，使得縮放比例s为^.2^/^Z，*e{0,l})，而且将视觉效果相近的质量因子归于一起，实现不同质量因子对应不同档次的视觉效果。质量因子的内部映射关系如下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>步骤23:将标准量化表l、2中的每一个量化步长修改为其最靠近的2"GeZ)，这样便于结合縮放比例A将量化的除法转化为简单右移操作。修改后的标准量化表如下表所示标准亮度量化表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>标准色度量度表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>歩骤24:标准量化步长2"和縮放比例A.21目乘，当^0时，乘积为O;当如1吋，可以将乘法转化为歩骤25:设标准量化步长和縮放比例的乘积为^，对^进行范围限定当仏SO，量化步长=1;当仏》255，量化步长=256，但是熵编码的语法头里应该发送255;否则，量化步长=^。由于^=^2^，故可以将上述过程简化为当^=0时，/F0;当^l且g》8时，/F8;否则，/F《。步骤26:将DCT系数右移力位。步骤27:对右移后的数据进行四舍五入取整，即可实现量化。根据本发明的量化方法，一旦确定质量因子，就可以确定DCT系数右移位数，因此在具体硬件实现上，可以将步骤21-25简化为一张査找表，只要知道质量因子和DCT系数在8x8块里位置，就可以得到DCT系数对应的右移位数，最后对DCT系数右移后的结果进行四舍五入就可以得到量化后结果，其实现示意图如图3所示。上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。权利要求1、一种用于JPEG编码的量化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤(1)定义标准量化表的缩放比例公式<math-cwu><![CDATA[<math><mrow><mi>s</mi><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mn>64</mn><mo>/</mo><mi>Q</mi></mtd><mtd><mn>1</mn><mo>≤</mo><mi>Q</mi><mo>≤</mo><mn>64</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>2</mn><mo>-</mo><mi>Q</mi><mo>/</mo><mn>64</mn></mtd><mtd><mn>64</mn><mo><</mo><mi>Q</mi><mo>≤</mo><mn>128</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow></math>]]></math-cwu><!--imgid="icf0001"file="S2008100600109C00011.gif"wi="219"he="51"img-content="drawing"img-format="tif"/-->其中Q为质量因子。(2)将输入的质量因子进行内部数据映射，使得缩放比例s为k·2m，其中，m为整数，k∈{0，1}。(3)对标准量化表进行修改，使标准量化表中的每一个量化步长均为2n，其中，n为整数。(4)将n和m相加，得到和g。(5)对g进行范围限定，得到h，修正后的量化步长为2h。(6)根据修正后的量化步长值，对DCT系数右移h位。(7)移位后的数值进行四舍五入取整操作，可以得到量化后的值。2、根据权利要求1所述的用于JPEG编码的量化方法，其特征在于，步骤(1)所述的标准量化表的縮放比例公式的定义方法为按照标准量化表缩放比例范围不小于以前的标准量化表縮放比例公式范围原则，且考虑到计算简便，使公式里的运算尽量为移位操作，使得计算出来的縮放比例尽可能出现2N次方，定义标准量化表的缩放比例公式^L64」2^，^:，其中。为质量因子。(_2-0/6464<Q^1283、根据权利要求1所述的用于JPEG编码的量化方法，其特征在于，步骤(2)所述的质量因子内部数据映射方法为将各个质量因子所对应的縮放比例归到其最接近的2"或0，这样质量因子就可以映射成该縮放比例为2"或0所对应的质量因子值，而且将视觉效果相近的质量因子归于一起，实现不同质量因子对应不同档次的视觉效果。4、根据权利要求1所述的用于JPEG编码的量化方法，其特征在于，步骤(3)所述的修改方法为将标准量化表中的每一个量化步长修改为其最靠近的2"，这样便于结合縮放比例&将量化的除法转化为简单右移操作。5、根据权利要求l所述的用于JPEG编码的量化方法，其特征在于，步骤(4)所述的相加为标准量化步长2"和縮放比例/fc.2"相乘，当^0时，乘积为O;当hl时，可以将乘法转化为77+肌6、根据权利要求1所述的用于JPEG编码的量化方法，其特征在于，步骤(5)所述的范围限定具体为设标准量化步长和縮放比例的乘积为仏，对^进行范围限定当&SO，量化步长=1;当g^255，量化步长=256，但是熵编码的语法头里应该发送255;否贝ij，量化步长="。由于经过权利要求l的步骤(l)、(2)、(3)、(4)后^;t.2^=;t.2《，故可以将上述过程简化为当妇0时，^0;当hl且g^8时，加8;否则，/Fg。7、根据权利要求1所述的用于JPEG编码的量化方法，其特征在于，一旦确定质量因子，就可以确定DCT系数右移位数，因此在具体硬件实现上，可以将步骤(1)、(2)、(3)、(4)、(5)简化为一张查找表，只要知道质量因子和DCT系数在8x8块里位置，就可以得到DCT系数对应的右移位数，最后对DCT系数右移后的结果进行四舍五入就可以得到量化后结果。全文摘要本发明公开了一种用于JPEG编码的量化方法，该方法首先定义标准量化表的缩放比例公式见式(Ⅰ)，其中Q为质量因子；将输入的质量因子进行内部数据映射，使得缩放比例s为2<sup>m</sup>或0，其中，m为整数；对标准量化表进行修改，使标准量化表中的每一个量化步长均为2n，其中，n为整数；将n和m相加，得到和g；对g进行范围限定，得到h，修正后的量化步长为2<sup>h</sup>，根据修正后的量化步长值，对DCT系数右移h位；使用本发明提供的方法，与常规技术相比可节省一个复杂的除法器，从而使得设计的产品的面积变小，功耗降低，成本降低，计算速度得到提高，且可以根据输入的质量因子来更改图像质量。文档编号H04N7/50GK101252690SQ200810060010公开日2008年8月27日申请日期2008年2月29日优先权日2008年2月29日发明者兴秦,郁军军申请人:杭州爱威芯科技有限公司