专利名称：图像质量精细渐进调整方法
技术领域：
本发明属于数字图像处理领域，是一种能使数字视频图像质量产生精细渐进变化的方法。
背景技术：
随着多媒体时代的到来，人们对音视频质量效果的要求越来越高。而其中的视频质量占据了较大的比重。通常，人们追求的是高清晰度的视觉效果，但在一些特殊的应用场合，如电影、电视制作、幻灯等，我们则需要对数字图像进行一些特殊处理，使之产生若隐若现，或明或暗等等的艺术效果。因此，实现视频数字图像质量的高度弹性变化是多媒体制作者所追求的目标，而图像质量渐进变化则是弹性变化的表现形式之一。
数字图像可以在空间域或频率域表示。在空间域，一幅数字图像可以用RGB表示，也可以用YUV表示等等。在频率域，通常是将空间域图像以8*8或4*4块为单位进行DCT(或类DCT)变换。变换后的不同成分对于视频图像的质量效果有着不同的影响，低频成分集中了图像的大部分能量，表现出图像的框架，而高频成分则体现了图像的细节部分。
在衡量图像质量好坏时，目前比较通用的方法是以峰值信噪比(PSNR)衡量的，其定义如下PSNR=10LOG10X*Y*2552Σ(PIXS-PIXD)2]]>公式一其中，X，Y分别代表图像的行列像素个数，PIXS，PIXD分别表示信源和处理后图像的像素点的值，255是每像素8个比特所能表示的最大值。
在以往的视频编码的国际标准，如H.261、H.263、H.264、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4中，可以通过改变QP值来调整图像质量，其方法是将编码后的残差信号DCT变换后，根据QP值由查找表得到量化后的信号。比如在H.264中，QP值可以在0-51间变化，QP值每增加1，其PSNR就相应下降一点，这样能够实现图像质量的渐进变化，但需要相应的查找表，而且QP值是针对一帧图像，不易实现局部图像质量的灵活调整。因而用改变QP值来调整图像质量，具有需要查找表、灵活性不高、实现复杂的缺点。
因而需要一种实现简单，应用灵活的能使图像质量产生精细渐进变化方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种图像质量精细渐进调整方法，来实现图像质量精细渐进变化。本方法具有实现简单，应有灵活的优点。适合于需要产生图像质量渐进变化的场合，如在电影、电视制作和幻灯等多媒体特效制作应用领域中。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案一种图像质量精细渐进调整方法，其特征在于首先对图像DCT系数进行网格化划分；根据所要求图像质量变化范围，确定网络保留行数的上下界，通过行的递增或递减，完成对图像质量的粗略等级划分；质量进一步细化时，确定DCT系数截短位置；按渐进精度变化要求，确定DCT系数截短步长；具体步骤如下a)图像DCT系数的网格化将DCT系数按从低频到高频的顺序从左向右排列，再将每个系数按二进制数从上至下展开成比特，形成网格；b)图像质量等级的粗略划分在网格中，每一行都具有不同的重要性，从下至上，重要性等级依次上升，保留行数的改变可以实现对图像质量的粗略划分。根据所要求质量变化范围，采用二分法确定网格保留层数的上下界；c)DCT系数初始截短位置DCT系数按从低频到高频重要性降低，要按图像质量变化精度要求确定所截DCT系数的下限。DCT系数初始截短位置应满足下式条件PSNR(ROW，COLUMN-0)＝PSNR(ROW-1)+QDCT系数不截的条件|PSNR(ROW)-PSNR(ROW-1)|＜QPSNR(ROW)保留行数为ROW时，图像峰值信噪比。
Q所要求图像质量峰值信噪比变化精度。
COLUMN_0DCT系数初始截短位置。
d)截短步长的指数模型在确定初始截短位置的前提下，采用指数变化模型，确定DCT系数的截短步长。
本发明的特点与效果本发明提出一种可使图像质量产生精细渐进变化的方法，对所要求变化区域的DCT系数网格进行适当截短，实现了图像质量从粗到细(或从细到粗)的变化。具有应用灵活、软硬件实现简单的优点。适合于需要产生图像质量渐进变化的场合，如在电影、电视制作和幻灯等多媒体特效制作应用领域中。
图1系统实现框2DCT系数网格化图3网格保留行数上下边界的确定图4DCT系数初始截短位置图5DCT系数步长选取具体实施步骤本发明的一个优选实施例详述如下参见图1、图2、图3、图4和图5，1、图像DCT系数的网格化参见图1，将原始图像以8*8块为单位进行DCT变换，将变换后的8*8块按照“之”字形扫描排序，形成1*64从低频到高频排列的一维数组。再将该一维数组每一元素按二进制数从上至下展开，形成网格，参见图2。网格的行数取决于该64个数中的最大值。如最大值为100，则100＝26+25+22，则共有七行，从上至下依次为1，1，0，0，1，0，0。
2、图像质量等级的粗略划分根据所要求变化的区域，标定相应的8*8块，并将所要求变化的PSNR上下限分别用B、A表示。假设网格总的行数为C，从上至下保留的行数为ROW。那么保留行数的上边界ROW上和PSNR的下限A对应，保留行数的下边界ROW下和PSNR的上限B对应参见图3。
1)首先根据A、B确定保留行数的上边界ROW上和下边界ROW下可以用二分法确定ROW上，步骤如下a)初始化。ROWMAX＝C，ROWMIN＝0；b)计算ROW上，ROW上＝(ROWMAX+ROWMIN)/2；c)计算此时得PSNR，将所得的PSNR与A比较，如果PSNR＞A，转到(d)；如果PSNR＝A，转到(f)；如果PSNR＜A，转到(e)；d)ROWMAX＝ROW上，转到(b)；
e)ROWMIN＝ROW上，转到(b)；f)结束。
同理，可以根据PSNR的上限B得到ROW下，参见图3。
2)图像质量的粗略变化实现当保留行数为ROW上时，PSNR达到最小值A。逐行增加网格行数，那么所得到PSNR也在逐步增加，当保留网格行数增加到ROW下时，PSNR也达到上限B。但这样只能实现PSNR较大步长的变化，要进一步实现质量精细变化，则需考虑DCT系数的截短。
3、DCT系数截短网格的从左至右，DCT系数是按从低频到高频的顺序排列，适当的截短高频系数可以实现图像质量的精细渐进变化。定义精细变化尺度为Q，由前一步已经实现了图像质量的粗略变化，保留不同行数间的质量微调要靠截短DCT系数来实现。
1)判断DCT系数是否需要截短如果|PSNR(ROW)-PSNR(ROW-1)|＜Q，那么无需通过截短DCT系数就可达到质量变化要求。如果|PSNR(ROW)-PSNR(ROW-1)|＞Q，那么可以通过截短DCT系数实现PSNR(ROW)、PSNR(ROW-1)间质量微调。其中，PSNR(ROW)是当网格保留层数为ROW时图像峰值信噪比。
2)DCT系数初始截短位置确定为了和前一行所能达到的最好质量的精细衔接，必须确定截短的初始位置。令初始截短位置为COLUMN_0，参见图4。则COLUMN_0应满足以下条件PSNR(ROW，COLUMN_0)＝PSNR(ROW-1)+Q4、截短步长的指数模型截短位置每向后推进一步，正好实现了PSNR的提高。但由于频率的不同成分对于PSNR的贡献不同，故要实现PSNR的线性提高，截短步长不能是线性增加的，此处使用指数变化模型，参见图5。即截短步长的指数规律变化，可以较好地实现PSNR的线性增加。可用下式确定step(n)＝COLUMN_0*eq(n-1)0＜step(n)＜64，q是与DCT系数分布相关的常数。实验证明，q＝1/2可以很好的拟合截短步长的变化，同时实现PSNR的线形增加。
具体操作步骤如下1)选定所要变化的区域，通常将该区域长、宽都设定为8的倍数，将该区域分成8*8的小块，以小块为单位进行DCT变换。
2)将变换后的DCT系数按“之”字形扫描，组成1*64的一维数组，该数组是按从低频系数到高频系数排列的。
3)将该数组向下按位权关系展开成二进制数，进而形成网格。将网格的行定义为ROW，列定义为COLUMN。
4)根据所要求质量变化的边界A、B粗略地计算出对应的网格行数的上下界ROW上、ROW下，这里采用二分法确定。当上下边界所对应的PSNR无法准确的达到A、B时，取ROW上，使之所对应的PSNR略大于A；取ROW下，使之所对应PSNR略大于B，再通过DCT系数截短可准确达到A、B。
5)由前一步已确定了网格行数的上下界，在这个范围内依次增加网格行数，可以实现图像质量递增的粗略变化。
6)在每一特定的网格行数时，都要逐步推进DCT系数的截短位置以实现图像质量的精细变化，为了和前一行所能达到的最好质量的精细衔接，必须确定截短的初始位置。初始位置一旦确定，则可以用指数关系依次得到余下的截短位置。
7)将截短后的DCT网格重新转换成十进制一维数组，进行逆“之”字形排序，再逆DCT变换，得到重构8*8图像块。这样每截短一次进行一次(5)——(7)循环，即可实现图像质量渐进变化。
这样一个可以实现图像精细变化的系统就实现了，以上都是以图像质量递增为例说明的；同理，图像质量精细递减也同样可以实现，只要在第(5)，(6)步中略作调整即可。
本发明已多次通过本人实验验证，证明可以达到预期效果，而且占用系统资源少，灵活度高，实现简单。
权利要求
1.一种图像质量精细渐进调整方法，其特征在于首先对图像DCT系数进行网格化划分；根据所要求图像质量变化范围，确定网格保留行数的上下界，通过行的递增或递减，完成对图像质量的粗略等级划分；质量进一步细化时，确定DCT系数截短位置；按渐进精度变化要求，确定DCT系数截短步长；具体步骤如下a)图像DCT系数的网格化将DCT系数按从低频到高频的顺序从左向右排列，再将每个系数按二进制数从上至下展开成比特，形成网格；b)图像质量等级的粗略划分在网格中，每一行都具有不同的重要性，从下至上，重要性等级依次上升，保留行数的改变可以实现对图像质量的粗略划分。根据所要求质量变化范围，采用二分法确定网格保留层数的上下界；c)DCT系数初始截短位置DCT系数按从低频到高频重要性降低，要按图像质量变化精度要求确定所截DCT系数的下限。DCT系数初始截短位置应满足下式条件PSNR(ROW，COLUMN-0)＝PSNR(ROW-1)+QDCT系数不截的条件|PSNR(ROW)-PSNR(ROW-1)|＜QPSNR(ROW)保留行数为ROW时，图像峰值信噪比。Q所要求图像质量峰值信噪比变化精度。COLUMN_0DCT系数初始截短位置。d)截短步长的指数模型在确定初始截短位置的前提下，采用指数变化模型，确定DCT系数的截短步长。
全文摘要
本发明涉及一种图像质量精细渐进调整方法。首先，对图像DCT系数进行网格化划分；根据所要求图像质量变化范围，确定网格保留行数的上下界，通过行的递增或递减完成图像质量的粗略等级划分，这样在每个分割的范围内，再利用网格列，将DCT系数按从低频成分到高频成分进行合理的取舍，从而达到进一步细化图像质量的目的。本方法具有软硬件实现简单，应用灵活的优点，适用于电影，电视、幻灯等多媒体特效制作应用领域中。
文档编号G06T1/00GK1619591SQ200410067789
公开日2005年5月25日 申请日期2004年11月3日 优先权日2004年11月3日
发明者吴彪, 张颖, 张兆杨 申请人:上海大学