专利名称：一种小波图像的编码方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字图像编码和视频编码技术领域，尤其涉及一种小波图像的编码方 法和装置。
背景技术：
自20世纪80年代以来，小波变换因其特有的与人眼视觉特性相符的多分辨率分 析能力及方向选择能力，而被广泛应用于图像压缩领域，并取得了很好的效果。图像经小波分解后可得到一系列不同分辨率的子带，不同分辨率的子带对应的频 率也不同，之后再对得到的子带进行编码，也就是对小波图像进行编码，从而达到压缩图像 的目的，以便执行后续图像传输的操作。小波图像编码的关键就是如何更好地组织和表示 小波系数，从而更好地利用小波系数所具有的统计特性，实现最大程度的数据压缩。其中， 所述小波系数与图像经小波分解后所得的各子带对应，每个子带均有与之对应的多个小波 系数。目前，小波图像编码的方法有很多，包括矢量量化、标量量化、零树编码以及零块 编码等，这些编码方法中，编码效率比较高的主要有两种基于零树(Zero-tree)的小波编 码方法和基于零块aero-block)的小波编码方法。其中，所述基于零树的小波编码方法中，比较有代表性的有嵌入式零树小波 (EZff, Embedded Zero-tree Wavelet)编码方法和分层小波树集合分裂(SPIHT, Set Partitioning In Hierarchical Trees)编码方法。这里，所述EZW编码方法充分利用了不 同尺度间小波系数的相似特性，有效地剔除了对高频小波系数的编码，极大地提高了小波 系数的编码效率；所述SPIHT编码方法，是在EZW编码方法基础上提出的一种更高效的小波 图像编码方法，通过设计空间方向树来更有效地组织小波系数，所述空间方向树的数据结 构不仅充分利用了不同尺度间小波系数的相关性，也充分考虑了同一尺度下小波系数的相 关性，因此可以更有效地组织小波系数，提高编码效率。所述基于零块的小波编码方法，采用四叉树分解的小波系数组织方式，即将图像 分成四个区域，各区域对应一个集，如果这个集中的所有像素值都小于当前预设的阈值，则 认为这个集是不重要，是“零块”，用比特0就可以表示该集中所有小波系数的状态；如果 这个集中的所有像素值都大于当前预设的阈值，则认为这个集是重要的，将这个区域再分 裂成四个子区域得到四个子集，然后对这四个子集重复进行重要性检测，对重要的子集仍 然采用所述四叉树分解方法继续进行分裂，直到确定当前阈值下所有重要的小波系数。基 于零块的小波编码主要有集合分裂嵌入块编码方法(SPECK，Set Partitioned Embedded Block Coder)和优化截断点的嵌入块编码方法(EBC0T，Embedded Block Codingwith Optimized Truncation)等。虽然现有的EZW、SPIHT和SPECK等小波编码方法具有嵌入的特性，但这些编码方 法得到的嵌入式码流对误码非常敏感，由于所述已有的编码方法利用不同子带小波系数间 的相关性，那么，如果码流的传输过程中一旦出现误码，小波系数间的相关性遭到破坏，则此误码之后的码流将失去同步，导致后续将码流解码出的图像“面目全非”，可见，现有小波 编码方法的抗误码能力较差。此外，同样由于现有编码过程中小波系数间的相关性，使得现 有的小波编码方法不支持多种空间分辨率解码，也就是说，现有的小波编码方法得到的压 缩码流经解码后只能得到固定分辨率的解码图像，应用范围受到限制。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种小波图像的编码方法和装置，可提高 编码所得码流的抗误码能力，且码流支持多种空间分辨率的解码。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的本发明提供了一种小波图像的编码方法，该方法包括利用金字塔结构对经小波分解所得的各子带对应的小波系数进行分类，再对已分 类的小波系数执行对应的编码操作，得到各子带的压缩码流；根据各子带压缩码流的率失 真特性，将目标码率在各子带的压缩码流间进行最优分配，依据各子带被分配的码率对各 子带的码流进行截断，得到对小波图像进行编码的码流。其中，所述利用金字塔结构对经小波分解所得的各子带对应的小波系数进行分 类，再对已分类的小波系数执行对应的编码操作的过程，具体为为当前子带构建对应的金字塔结构；为当前子带设置第一像素列表和第二节点列表，并初始化设置第一像素列表和第 二节点列表中的内容及比特平面系数η的初始值大小；对所构建金字塔结构中的所有小波系数进行分类；对分类得到的第一像素列表中的小波系数执行细化操作；判断当前比特平面系数η与1的大小关系，如果η大于等于1，则令η = η_1，并从 所述执行分类操作步骤开始继续执行后续的编码过程；如果η小于1，则结束当前子带的小 波系数完全编码过程。其中，所述当前子带构建的金字塔结构由1级组成，所述1的最大值为max {log/， log/}。其中，所述W和H分别为当前子带的宽度和高度。其中，所述为当前子带设置第一像素列表和第二节点列表时，设置一个第一像素 列表和1个第二节点列表。其中，所述在各子带的压缩码流间分配目标码率，依据被分配的码率截断码流的 过程为根据各子带的率失真特性确定各子带对应的最优截断点，根据所述的最优截断点 对各子带的压缩码流进行截断。本发明还提供了一种小波图像的编码装置，该装置包括编码模块和截断模块； 其中，所述编码模块，用于利用金字塔结构对经小波分解所得的各子带对应的小波系数 进行分类，再对已分类的小波系数执行对应的编码操作，得到各子带的压缩码流，并将所得 的各子带的压缩码流传输给截断模块；所述截断模块，用于根据编码模块所发的各子带压缩码流的率失真特性，将目标码率在各子带的压缩码流间进行最优分配，并依据各子带被分配的码率对各子带的码流进 行截断，得到对小波图像进行编码的码流。其中，所述编码模块利用金字塔结构对经小波分解所得的各子带对应的小波系数 进行分类，再对已分类的小波系数执行对应的编码操作，具体为编码模块先为当前子带构建对应的金字塔结构，并为当前子带设置第一像素列表 和第二节点列表，初始化设置第一像素列表和第二节点列表中的内容及比特平面系数η的 初始值大小；对所构建金字塔结构中的所有小波系数进行分类，并对分类得到的第一像素 列表中的小波系数执行细化操作；还用于判断当前比特平面系数η与1的大小关系，确定η大于等于1时，令η = η-1，并从所述执行分类操作步骤开始继续执行后续的编码过程；确定η小于1时，结束当前 子带的小波系数完全编码过程。其中，所述编码模块进一步包括金字塔构建模块、初始化模块、分类模块、细化模 块和量化模块；其中，所述金字塔构建模块，用于为当前编码的子带构建对应的金字塔结构，并将构建 结果发送到初始化模块；所述初始化模块，用于为当前子带设置第一像素列表和第二节点列表，并初始化 设置第二节点列表和第一像素列表中的内容及比特平面系数η的初始值大小，并将设置的 结果发送到分类模块；所述分类模块，用于以初始化模块所发的初始值为依据对当前子带对应的金字塔 结构中的所有小波系数进行分类，并将分类结果发送到细化模块；还用于收到量化模块所 发的当前比特平面系数η后，以新的η为依据继续执行分类操作；所述细化模块，用于对分类模块分类得到的第一像素列表中的小波系数执行细化 操作，并在执行完当前细化操作后触发量化模块；还用于收到量化模块的通知后将当前子 带的所有小波系数的细化结果发送到截断模块；所述量化模块，用于判断分类模块中当前比特平面系数η与1的大小关系，如果η 大于等于1，则η减1，将递减后的η发送到分类模块，并触发分类模块以新的η为依据继续 执行分类操作；所述量化模块，还用于确定分类模块中当前比特平面系数η小于1时，通知细化模 块将当前子带的所有小波系数的细化结果发送到截断模块。上述方案中，所述截断模块在各子带的压缩码流间分配目标码率，依据被分配的 码率截断码流的操作为根据各子带的率失真特性确定各子带对应的最优截断点，根据所 述的最优截断点对各子带的压缩码流进行截断。本发明提供的小波图像的编码方法和装置，利用金字塔结构对经小波分解所得的 各子带对应的小波系数进行分类，再对已分类的小波系数执行对应的编码操作，得到各子 带的压缩码流；根据各子带压缩码流的率失真特性，将目标码率在各子带的压缩码流间进 行最优分配，依据各子带被分配的码率对各子带的码流进行截断，所得码流即为对小波图 像进行编码的码流。本发明的编码过程是分别对各子带独立进行编码，没有涉及到不同子 带小波系数间的相关性，编码过程相对现有简单，因此，如果传输中某个子带的码流发生误 码不会影响到其它子带的码流，抗误码能力得到提高。
此外，由于编码最终得到的码流是不同级数的子带码流排列组成的，因此，在解码 时可有选择地对部分级数的码流进行解码，从而得到不同分辨率的解码图像，用户体验得 到提高。
图1为本发明小波图像的编码方法实现流程示意图；图2为本发明小波编码后所得的输出码流的结构示意图；图3为本发明所述对各子带的小波系数进行完全编码的方法实现流程示意图；图4为本发明所述金字塔结构组织方法构建所得的结构示意图；图5为本发明小波图像编码的装置结构示意图。
具体实施例方式本发明的基本思想是利用金字塔结构对经小波分解所得的各子带对应的小波系 数进行分类，再对已分类的小波系数执行对应的编码操作，得到各子带的压缩码流；根据各 子带压缩码流的率失真特性将目标码率在各子带的压缩码流间进行最优分配，依据各子带 被分配的码率对各子带的码流进行截断，所得码流即为对小波图像进行编码的码流。下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。图1为本发明小波图像的编码方法实现流程示意图，如图1所示，该流程实现步骤 如下步骤101 利用金字塔结构对经小波分解所得的各子带对应的小波系数进行分 类，再对已分类的小波系数执行对应的编码操作，得到各子带的压缩码流；具体为图像经小波分解后得到对应的小波图像，可根据需要将原始图像进行不 同级数的分解，如进行三级小波分解，分解过程为现有技术，此处不再详述；之后分别对 经小波分解所得的各子带对应的小波系数执行编码操作，分别得到各子带的压缩码流。其 中，所述完全编码是指对各子带独立进行编码，对各子带的编码过程不涉及各子带小波系 数间的相关性。这里，所述对各子带的小波系数进行完全编码的过程中，首先对各子带的小波系 数进行1级金字塔结构构建，所述1为整数，1的最大值为max {log/，log/}，其中，所述W 和H分别为当前子带的宽度和高度；并为每个子带设置一个重要像素列表(LSP，List of Significant Pixels)和 1 个不重要节点列表(LIN，List ofInsignificant Node)，每一级 金字塔对应一个LIN，本发明中，将LSP描述为第一像素列表；将LIN描述为第二节点列表。 对每个子带的小波系数进行编码时，首先要初始化当前子带的第一像素列表和所有第二节
点列表，同时要初始化比特平面系数n，所述η为整数，其值为[邮严㈨”,所述c(i，j)为
当前子带的小波系数值；然后根据η对每一级金字塔结构中的系数进行分类，分类过程从 金字塔最高级开始一直到最低级结束，得到第一像素列表，再对第一像素列表中的系数进 行细化，得到每个系数的第η个最重要比特(MSB，Most SignificantBit)；将n_l，重复上述 的分类和细化过程，直到η = 0为止，得到n+1个比特平面；最后，利用二进制算术编码来进
一步提高压缩效率。步骤102 根据各子带压缩码流的率失真特性，将目标码率在各子带的压缩码流间进行最优分配，依据各子带被分配的码率对各子带的码流进行截断；具体为从各子带经编码所得的压缩码流中，利用现有的计算方法得到各子带的率失真特性；根据各子带对应的率失真特性，将目标码率在各子带的压缩码流间进行分配。 这里，所述目标码率如何分配可以为根据各子带的率失真特性确定各子带对应的最优截断点，使得各子带的截断码率之和小于目标码率时，整幅图像的编码失真率达到最小，也就达到了所述的最优分配。这样，所述将目标码率在各子带的压缩码流间进行分配的过程，也就是在各子带的最优截断点处将各子带截断，截断后所得的截断码率即为各子带被分配的码率。其中，由于各子带有多个截断点，因此需找到各子带的最优截断点；所述率失真特性是指子带被某一截断点截断后所对应的失真率，子带被任一截断点分割后所对应的失真率均可用现有的计算方法得到；所述截断码率是指各子带被截断点截断后的码率。上述目标码率分配的过程可用公式(1)表示如下
权利要求
1.一种小波图像的编码方法，其特性在于，该方法包括利用金字塔结构对经小波分解所得的各子带对应的小波系数进行分类，再对已分类的 小波系数执行对应的编码操作，得到各子带的压缩码流；根据各子带压缩码流的率失真特 性，将目标码率在各子带的压缩码流间进行最优分配，依据各子带被分配的码率对各子带 的码流进行截断，得到对小波图像进行编码的码流。
2.根据权利要求1所述的小波图像的编码方法，其特性在于，所述利用金字塔结构对 经小波分解所得的各子带对应的小波系数进行分类，再对已分类的小波系数执行对应的编 码操作的过程，具体为为当前子带构建对应的金字塔结构；为当前子带设置第一像素列表和第二节点列表，并初始化设置第一像素列表和第二节 点列表中的内容及比特平面系数η的初始值大小；对所构建金字塔结构中的所有小波系数进行分类；对分类得到的第一像素列表中的小波系数执行细化操作；判断当前比特平面系数η与1的大小关系，如果η大于等于1，则令η = η_1，并从所述 执行分类操作步骤开始继续执行后续的编码过程；如果η小于1，则结束当前子带的小波系 数完全编码过程。
3.根据权利要求2所述的小波图像的编码方法，其特性在于，所述当前子带构建的金 字塔结构由1级组成，所述1的最大值为max{logl2w，log/}。
4.根据权利要求3所述的小波图像的编码方法，其特性在于，所述W和H分别为当前子 带的宽度和高度。
5.根据权利要求3或4所述的小波图像的编码方法，其特性在于，所述为当前子带设置 第一像素列表和第二节点列表时，设置一个第一像素列表和1个第二节点列表。
6.根据权利要求1至4任一项所述的小波图像的编码方法，其特性在于，所述在各子带 的压缩码流间分配目标码率，依据被分配的码率截断码流的过程为根据各子带的率失真特性确定各子带对应的最优截断点，根据所述的最优截断点对各 子带的压缩码流进行截断。
7.一种小波图像的编码装置，其特性在于，该装置包括编码模块和截断模块；其中，所述编码模块，用于利用金字塔结构对经小波分解所得的各子带对应的小波系数进行分类，再对已分类的小波系数执行对应的编码操作，得到各子带的压缩码流，并将所得的各 子带的压缩码流传输给截断模块；所述截断模块，用于根据编码模块所发的各子带压缩码流的率失真特性，将目标码率 在各子带的压缩码流间进行最优分配，并依据各子带被分配的码率对各子带的码流进行截 断，得到对小波图像进行编码的码流。
8.根据权利要求7所述的小波图像的编码装置，其特性在于，所述编码模块利用金字 塔结构对经小波分解所得的各子带对应的小波系数进行分类，再对已分类的小波系数执行 对应的编码操作，具体为编码模块先为当前子带构建对应的金字塔结构，并为当前子带设置第一像素列表和第 二节点列表，初始化设置第一像素列表和第二节点列表中的内容及比特平面系数n的初始 值大小；对所构建金字塔结构中的所有小波系数进行分类，并对分类得到的第一像素列表中的小波系数执行细化操作；还用于判断当前比特平面系数η与1的大小关系，确定η大于等于1时，令η = η-1，并 从所述执行分类操作步骤开始继续执行后续的编码过程；确定η小于1时，结束当前子带的 小波系数完全编码过程。
9.根据权利要求8所述的小波图像的编码装置，其特性在于，所述编码模块进一步包 括金字塔构建模块、初始化模块、分类模块、细化模块和量化模块；其中，所述金字塔构建模块，用于为当前编码的子带构建对应的金字塔结构，并将构建结果 发送到初始化模块；所述初始化模块，用于为当前子带设置第一像素列表和第二节点列表，并初始化设置 第二节点列表和第一像素列表中的内容及比特平面系数η的初始值大小，并将设置的结果 发送到分类模块；所述分类模块，用于以初始化模块所发的初始值为依据对当前子带对应的金字塔结构 中的所有小波系数进行分类，并将分类结果发送到细化模块；还用于收到量化模块所发的 当前比特平面系数η后，以新的η为依据继续执行分类操作；所述细化模块，用于对分类模块分类得到的第一像素列表中的小波系数执行细化操 作，并在执行完当前细化操作后触发量化模块；还用于收到量化模块的通知后将当前子带 的所有小波系数的细化结果发送到截断模块；所述量化模块，用于判断分类模块中当前比特平面系数η与1的大小关系，如果η大于 等于1，则η减1，将递减后的η发送到分类模块，并触发分类模块以新的η为依据继续执行 分类操作；所述量化模块，还用于确定分类模块中当前比特平面系数η小于1时，通知细化模块将 当前子带的所有小波系数的细化结果发送到截断模块。
10.根据权利要求7或8所述的小波图像的编码装置，其特性在于，所述截断模块在各 子带的压缩码流间分配目标码率，依据被分配的码率截断码流的操作为根据各子带的率 失真特性确定各子带对应的最优截断点，根据所述的最优截断点对各子带的压缩码流进行 截断。
全文摘要
本发明公开了一种小波图像的编码方法，包括利用金字塔结构对经小波分解所得的各子带对应的小波系数进行分类，再对已分类的小波系数执行对应的编码操作，得到各子带的压缩码流；根据各子带压缩码流的率失真特性，将目标码率在各子带的压缩码流间进行最优分配，依据各子带被分配的码率对各子带的码流进行截断，得到对小波图像进行编码的码流。本发明还同时公开了一种小波图像的编码装置，运用该方法和装置可提高编码所得码流的抗误码能力，且码流支持多种空间分辨率的解码。
文档编号H04N7/30GK102148993SQ20101011632
公开日2011年8月10日 申请日期2010年2月10日 优先权日2010年2月10日
发明者于培松, 卓力, 周真理, 左雯, 张菁, 李晓光, 王宁, 田卫, 郭秀江 申请人:中兴通讯股份有限公司