ROI編碼技術(shù)在JPEG2000中的應(yīng)用?

韓濤楊卿

（中國飛行試驗(yàn)研究院 西安 710089）

1 JPEG2000壓縮碼流結(jié)構(gòu)

JPEG2000的壓縮碼流包含且只包含一個(gè)main header和至少1個(gè)tile-part。壓縮碼流的結(jié)構(gòu)如圖1所示。main header位于JPEG2000圖像壓縮碼流的開頭，緊接其后的是tile-part。Tile-part由兩部分組成：tile-part header和 tile-part位流數(shù)據(jù)［1］。Tile-part header位于每個(gè)tile-part的起始處。Main header和tile-part header的結(jié)構(gòu)分別如圖2和圖3所示，圖中，實(shí)線表示的標(biāo)志和標(biāo)志段必須存在相應(yīng)的頭中，虛線則不是必須存在的［2］。

2 ROI掩模（mask）的生成

實(shí)際中，人眼在觀察圖像時(shí)，并不是對所有的內(nèi)容都感興趣，而是往往集中在圖像的某個(gè)區(qū)域［2］。在一些圖像編碼應(yīng)用的特殊場合中，比如醫(yī)學(xué)圖像壓縮，醫(yī)生經(jīng)常只對圖象中一些特殊區(qū)域（病灶）感興趣，甚至是要求無損壓縮［3］，而對其他區(qū)域只要達(dá)到視覺要求就可以了。這時(shí)我們可以僅對感興趣區(qū)域進(jìn)行高質(zhì)量直至無損編碼，對其他區(qū)域可以進(jìn)行大壓縮比的編碼，這樣即達(dá)到了提高壓縮效率，又滿足處理要求的目的［4］。

圖1 JPEG2000壓縮碼流結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 Main header結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 tile part header結(jié)構(gòu)示意

所謂ROI掩模實(shí)際上就是對最后重構(gòu)ROI有貢獻(xiàn)的所有小波系數(shù)的集合。

很多人在做ROI編碼時(shí)使用的變換是S，S+P，TT（Two Ten）變換，此處根據(jù)JPEG2000系統(tǒng)的需要，采用的是5/3和9/7提升小波變換。下面以9/7小波變換為例說明ROI掩模的生成［5］。

圖4 小波變換ROI掩模生成示意圖

9/7小波變換的逆過程如下式所示：

其中的參數(shù)值是給定的［6］。在生成ROI掩模時(shí)，首先利用ROI的形狀信息，并根據(jù)所采用的小波變換的逆變換確定重構(gòu)當(dāng)前層ROI系數(shù)所需的上一層系數(shù)，此過程重復(fù)進(jìn)行，直到找到所有的ROI系數(shù)。下圖給出了W9×7濾波器逆變換的示意。

圖5 W9×7濾波器逆變換示意圖

由圖中可以看到，重構(gòu)系數(shù)X（2n）需要用到：

而重構(gòu)X（2n+1）則需要使用：

下圖給出了一個(gè)ROI掩模生成的過程示意。

圖6 ROI掩模生成過程示意圖

3 ROI編碼技術(shù)在JPEG2000中的應(yīng)用

JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)提出了基于ROI的編碼功能，即對圖象中感興趣的區(qū)域以更好的質(zhì)量進(jìn)行編碼，這實(shí)際上在一定程度上也體現(xiàn)了JPEG2000所具有的基于內(nèi)容的編碼能力［7］。

在JPEG2000中，采用的是一種被稱作Maxshift（最大平移）的方法來進(jìn)行ROI編碼，其主要思想是對所有ROI系數(shù)進(jìn)行放大（或?qū)Ρ尘跋禂?shù)進(jìn)行縮小），使ROI系數(shù)與背景系數(shù)分開來，并且ROI系數(shù)所在的位平面高于背景系數(shù)所在的位平面，這樣在編碼時(shí)就可以先編碼ROI系數(shù)［8］。

Maxshift方法的主要過程如下：

1）確定ROI掩模

根據(jù)給出的ROI的形狀來確定ROI掩模，這在前面已經(jīng)說明過了。

2）確定背景系數(shù)的縮小因子

確定了ROI掩模之后，可以求出背景（即圖象中不屬于ROI掩模的部分）系數(shù)的最大值，然后根據(jù)此最大值求出背景系數(shù)的縮小因子，使得縮小后的背景系數(shù)其最大值比ROI系數(shù)中的非零最小值還要?。?］。

3）根據(jù)ROI掩模和背景系數(shù)的縮小因子對背景系數(shù)進(jìn)行縮小操作。如圖7所示。

圖7 背景系數(shù)進(jìn)行縮小操作

4 結(jié)語

本文主要解決JPEG2000圖像壓縮的編碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，本文中將JPEG2000圖像編碼系統(tǒng)分為兩個(gè)子系統(tǒng)：JPEG2000編碼系統(tǒng)與解碼系統(tǒng)。在編碼時(shí)，將圖像首先分塊，經(jīng)過小波變換后量化，然后采用嵌入式碼塊編碼。解碼系統(tǒng)對讀入的壓縮碼流進(jìn)行算術(shù)熵解碼，經(jīng)過反量化、反小波變換、反向DC電平位移后得到原圖像［10］。本系統(tǒng)速度較快，運(yùn)算復(fù)雜度低，所需存儲空間少。本系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域可包括兩部分，一為傳統(tǒng)的JPEG市場，像打印機(jī)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等；一為新興應(yīng)用領(lǐng)域，像網(wǎng)絡(luò)傳輸、無線通訊、醫(yī)療圖像等。本系統(tǒng)也存在一些不足，本系統(tǒng)還不能與目前常見的圖象處理軟件兼容，無法實(shí)現(xiàn)看圖功能。需要進(jìn)一步工作做到與常用的圖像處理軟件兼容。