专利名称：用于图像压缩的基于叉形编码路径的位平面编码方法
技术领域：
本发明涉及用于图像压缩的基于叉形编码路径的位平面编码方法，特别是应用于符合联合图像专家组(JPEG)2000图像压缩标准的、高速率的、基于叉形编码路径的位平面编码方法。
背景技术：
目前国际最新的图像压缩标准JPEG2000(参考文献[1])具备帧内编码、压缩效果好、支持感兴趣区域编码和渐进式传输等品质，因而在高端数字图像应用中得到了推广。在图像压缩过程中，首先采用提升结构二维离散小波变换(DWT)原始图像，之后采用位平面编码器(BPC)处理小波系数子带生成上下文和码值(CX/D)，再送入算术编码器(AC)进行压缩编码。由于BPC需要对图像的离散小波变换结果的每一个比特位建立上下文，计算复杂度极高，且需要消耗极大的内存。随着各类高清数字图像的应用普及，如何提高位平面编码方法的全并行程度，并有效降低内存消耗已经成了该领域研究热点之一。JPEG2000图像压缩标准采用的BPC方法由David Taubman提出，该方法将量化后的P位有符号小波系数组织为NXN大小的代码块，然后自符号位向下，将小波系数的符号分割成一个独立的符号平面，将小波系数的比特位顺序分割成(P-I)层NXN大小的位平面；在单个位平面内，比特位每4行划分为一个条带。编码器按照光栅顺序，自最高位平面起，自上而下自左向右，逐位平面逐条带逐比特位的编码。单条带内比特位编码算法如下1)判断当前比特位是否属于显著性传播通道(SPP)若比特位当前不显著，而临域的8个比特位中至少有一个是显著的，则其属于该通道，进行零编码(ZC)并计算上下文。 进而判断其本身是否显著；若是则更新显著性状态，进行符号编码(SC)；否则不进行。如果比特位临域皆不显著或比特位本身已经显著，则其不属于该通道，跳过该点去判断下一个点。对条带内所有比特位执行该操作，然后回到起始点执行2)；2)判断当前比特位是否属于幅值细化通道(MRP)若比特位当前显著且未编码， 则属于该通道，进行幅值细化编码；否则不属于该通道，跳过该点去判断下一个点。对条带内所有比特位执行该操作，然后回到起始点执行3)；3)执行清除通道(CLP)使用游程编码(RLC)、零编码和符号编码对不属于显著性传播通道和幅值细化通道的所有剩余比特位进行编码。标准BPC算法自最高位平面起，自上而下自左向右，逐位平面逐条带逐比特位编码，并且按照SPP通道、MRP通道、CLP通道的顺序逐通道编码。这种顺序编码方式速度很慢， 并且存储需要大量的中间数据，因此如何有效提高位平面编码器的编码速度并且减少内部存储消耗，成为国内外学者关注的学术热点之一。该领域具有代表性的研究成果有文献[1]最早提出了基于像素点的位平面编码实现算法，并被JPEG2000标准所采纳；文献[2]采用状态机结构实现比特平面编码；文献 [3]提出基于列的编码过程并行结构，即采用两个窗口编码器对3个通道同时进行扫描编码。由于通道扫描具有先后顺序，必须等到第一个窗口显著性状态更新后，第二个窗口才可以开始编码，两个窗口编码器之间需要交互，增加了控制复杂度；文献[4]提出了比特位跳过和列跳过算法，即跳过无上下文输出的比特位以及列，以减少计算次数。该方法无法发挥电路并行化的优势，优化程度依赖于图像数据，性能起伏较大。文献[5]提出了位平面并行算法，实现了编码的位平面间并行。但单个位平面的编码单元同时采用了文献[3]和[4] 的方案，控制复杂度较高，且消耗资源较大，该缺点在实现位平面并行编码而进行硬件复用后尤为突出。[1]Taubman D. High performance scalable image compression with EBCOT. IEEE Trans, on Image Processing,2000,9(7) :1158-1170[2]Andra K. , Chakrabarti C. , Acharya Τ. , A high-performance JPEG 2000architecture. IEEE Trans, on Circuits and System for Video Technology,2003, 13(3) :209-218[3] Chiang J. -S. , Lin Y. -S. , Hsieh C. -Y. , Efficient pass-parallel architecture for EBCOT in JPEG 2000. In :IEEE International Symposium on Circuits and Systems,2002. 773-776[4] Lian C. -J. , Chen K. -F. , Chen H. -H. , et al. Analysis and architecture design of block-coding engine for EBCOT in JPEG 2000. IEEE Trans, on Circuits and System for Video Technology,2003,13(3) :219-230[5] Liu K. ， Li Y. -S. ， Wu C. -K. ， A high performance EBCOT coding and its VLSI architecture. Journal of Software,2006,17(7) 1553-1560
发明内容
技术问题本发明的目的是提出了适用于SPP和CLP的叉形编码路径，使得完成一个4XN大小条带编码的路径长度缩减为标准算法的(N+1)/2N，有效提高了电路并行度；通过两个编码窗口进行流水线扫描，能平均每个时钟完成16个样本点的位平面编码，并可在位平面间并行执行，避免了时钟浪费和复杂的控制逻辑。技术方案本发明的用于图像压缩的基于叉形编码路径的位平面编码方法，在于其进行显著性传播通道SPP和清除通道CLP编码时遵循叉形的编码路径；通过基于叉形编码路径的两个编码窗口，在单个时钟内流水线的完成16个比特位的位平面编码，进而按照光栅扫描的顺序进一步完成整个条带、整个位平面的位平面编码。所述的显著性传播通道遵循叉形编码路径，是指在判断当前比特位是否属于显著性传播通道时，要判断比特位及其临域显著性状态s是否为1 ；同一列中四个比特位的临域显著性贡献可用公式1表述
权利要求
1.一种用于图像压缩的基于叉形编码路径的位平面编码方法，其特征在于其进行显著性传播通道SPP和清除通道CLP编码时遵循叉形的编码路径；通过基于叉形编码路径的两个编码窗口，在单个时钟内流水线的完成16个比特位的位平面编码，进而按照光栅扫描的顺序进一步完成整个条带、整个位平面的位平面编码。
2.如权利要求1所述的用于图像压缩的基于叉形编码路径的位平面编码方法，其特征在于所述的显著性传播通道遵循叉形编码路径，是指在判断当前比特位是否属于显著性传播通道时，要判断比特位及其临域显著性状态s是否为1 ；同一列中四个比特位的临域显著性贡献可用公式1表述
3.如权利要求1中所述的用于图像压缩的基于叉形编码路径的位平面编码方法，其特征在于所述的清除通道遵循叉形编码路径，是指在判断当前比特位是否属于清除通道时，要判断一列比特位及其临域的显著性状态s是否为1，如公式5表述如果为1，则通过JPEG2000图像压缩标准重的查表方法直接获取编码结果，如果at 为0，进行零编码和符号编码；零编码上下文计算可用公式3表示，符号编码上下文计算可用公式4表示；根据公式3计算零编码上下文时，在求得《 丄 )与《α， )后，同理‘)与‘也已经通过公式2更新为<。， )%々， )，即进一步计算《 丄 +1)与 “的条件同时满足；之后的和 “也如此；符号编码根据式4在求得《丄 )与 “后，‘)已通过公式2更新为<。， )，即可以同时计算《丄叫与 ,“，之后的C^UPcxJm也如此；可以并行进行游程编码，以及零编码和符号编码，根据0^ 的值对编码结果进行选择即可；即是说，清除通道的比特位编码都是沿着叉形编码路径完成的。
4.如权利要求1中所述的用于图像压缩的基于叉形编码路径的位平面编码方法，其特征在于所述的通过基于叉形编码路径的两个编码窗口，在单个时钟内流水线的完成16个比特位的位平面编码，进而按照光栅扫描的顺序进一步完成整个条带、整个位平面的位平面编码，两编码窗口分别指实现显著性传播通道的SPP窗口和同时实现幅值细化通道与清除通道的MRP&CP窗口 ；将单个条带内4X4比特位为基本单元进行操作，采用组合逻辑实现编码，使得两窗口均可在一个时钟内完成各自操作；编码时，在第一个时钟内读入第一个 4X4样本点块，执行SPP窗口，进行显著性传播通道编码；在第二个时钟内读入第二个4X4 样本点块，执行SPP窗口，进行显著性传播通道编码；而第一个4X 4样本点块则并行执行 MRP&CP窗口，同时进行幅值细化过程与清除通道编码；因为采用了流水线操作，平均每个时钟可完成16个样本点的位平面编码，依次对条带内的4X4样本点块重复以上操作来完成整个条带的位平面编码，进而完成整个位平面的。
全文摘要
本发明提出了一种用于图像压缩的基于叉形编码路径的位平面编码方法，特别是应用于符合联合图像专家组(JPEG)2000图像压缩标准的、高速率的、基于叉形编码路径的位平面编码方法。本发明的适用于显著性传播通道和清除通道的叉形编码路径，使得完成一个4×N大小条带编码的路径长度缩减为标准的(N+1)/2N，有效提高了电路并行度；设计了基于该路径的两窗口流水线结构，能平均每个时钟完成16个样本点的位平面编码，并可在位平面间并行执行。该结构最大特点在于关键编码模块采用组合电路实现，通过流水线技术在单个时钟内完成多点的编码，避免了时钟浪费和复杂的控制逻辑；所消耗的时钟周期数仅为标准算法的1/7.8，满足图像实时处理的要求。
文档编号H04N7/26GK102231831SQ20111014905
公开日2011年11月2日 申请日期2011年6月3日 优先权日2011年6月3日
发明者刘文松, 徐龙涛, 朱恩, 王健 申请人:东南大学