專利名稱：基于w-z結(jié)構(gòu)的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及貝爾模板數(shù)字圖像壓縮技術(shù)，具體是一種基于W-Z結(jié)構(gòu)的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法。
背景技術(shù)：
貝爾模板圖像傳感器被廣泛地應(yīng)用在數(shù)字成像設(shè)備中(如數(shù)碼相機(jī)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像機(jī)等)。因存儲(chǔ)和通信傳輸?shù)男枰?，研究更加高效的貝爾模板?shù)字圖像壓縮編解碼方法顯得尤其重要。在絕大多數(shù)的壓縮編碼方案中，一般先把貝爾圖像的三個(gè)基色分量進(jìn)行結(jié)構(gòu)分離和轉(zhuǎn)換，分離后的各分量由JPEG、JPEG2000等算法單獨(dú)壓縮編碼。這些算法也存在一些問題，如各分量的量化器未能進(jìn)行全局優(yōu)化，在通信過程中，信道編碼與熵編碼各自獨(dú)立工作，率失真性能還有進(jìn)一 步提升的空間。因此，有必要發(fā)明一種新的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法存在的量化器設(shè)計(jì)未進(jìn)行全局優(yōu)化、率失真性能有待提高等問 題，提供了一種基于W-Z結(jié)構(gòu)的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種基于Wyner-Ziv (W-Z)結(jié)構(gòu)的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法,包括如下步驟( I )將一幀貝爾模板數(shù)字圖像經(jīng)過色空間分離轉(zhuǎn)換為四個(gè)分量圖像對(duì)每個(gè)貝爾模板中的像素進(jìn)行色空間轉(zhuǎn)換，把原始的綠色像素值置換為亮度分量1、Y2，原始紅藍(lán)色像素值置換為色差分量C；、Cb，然后分別把亮度分量Yp Y2和色差分量C；、Cb分離后同類合并為矩形的兩個(gè)亮度分量圖像A、B和兩個(gè)色差分量圖像C、D ;所述四個(gè)分量圖像的大小均為原始一幀圖像的1/4 ；(II)令貝爾模板的亮度平均分量Y為邊信息，令邊信息Y是每個(gè)貝爾模板中亮度分量Yp Y2的算術(shù)平均值，即Y= (YJY2) /2 ;然后，對(duì)邊信息Y利用近無損JPEG-LS對(duì)其編解碼，并在解碼端得到邊信息Y的估計(jì)值f作為解碼端邊信息# (用于S-W解碼和量化系數(shù)的重構(gòu))；(III)對(duì)亮度分量圖像A或B、色差分量圖像C、D分別采用基于W-Z (Wyner-Ziv)結(jié)構(gòu)的三通道編解碼器進(jìn)行獨(dú)立編解碼，所述每個(gè)W-Z結(jié)構(gòu)的通道編解碼器均由離散余弦變換(DCT )、量化器、S-W (SI印ian-Wo I f )編碼器、S-W (SI印ian-Wo I f )解碼器、反量化器、離散余弦反變換(IDCT)構(gòu)成；具體過程如下首先將亮度分量圖像A或B和色差分量圖像C、D進(jìn)行離散余弦變換，得到各自的DC系數(shù)和帶符號(hào)的AC系數(shù)；然后將各自無符號(hào)的AC系數(shù)經(jīng)過各自的量化器后送至S-W編碼器，通過信道后，在解碼端邊信息f的條件下，依次通過S-W解碼器的解碼及各自反量化器的反量化后，得到各自無符號(hào)的AC系數(shù)的估計(jì)值；將各自的DC系數(shù)及AC系數(shù)的符號(hào)分別經(jīng)過各自編碼、解碼通道，得到DC系數(shù)及AC系數(shù)的符號(hào)的估計(jì)值；之后將各自的DC系數(shù)和帶符號(hào)AC系數(shù)的估計(jì)值經(jīng)離散余弦反變換后得到三個(gè)分量圖像中各個(gè)分量的估計(jì)值，即只或y2,cr,cb ;(IV)已知解碼端的亮度分量估計(jì)值式或f2，根據(jù)Y= (YJY2) /2，有y=(y1+y2)成立，那么可得到解碼端的亮度分量估計(jì)值#2或$ ;(V)由解碼端得到的各自分量估計(jì)值、Λ,經(jīng)色空間逆轉(zhuǎn)換后，得到原始
貝爾模板數(shù)字圖像中每個(gè)像素的估計(jì)值，從而完成一幀貝爾模板數(shù)字圖像的編解碼工作。運(yùn)用上述方法把一幀貝爾模板數(shù)字圖像分離為亮度分量圖像Α、B和色差分量圖像C、D，基于Wyner-ZiV分布式結(jié)構(gòu)，采用了 S-W信道編解碼技術(shù)，分別對(duì)各分量圖像實(shí)現(xiàn)信源信道聯(lián)合編碼，在解碼端，以邊信息f作為參考信息，通過S-W解碼和量化系數(shù)重構(gòu)，重構(gòu)出無符號(hào)AC系數(shù)，把計(jì)算復(fù)雜度轉(zhuǎn)移到解碼端，降低了編碼端的計(jì)算復(fù)雜度。貝爾模板數(shù)字圖像全部經(jīng)DCT變換后的DC系數(shù)按照變換塊的次序構(gòu)成一幅子圖，由無損JPEG-LS編解碼，AC系數(shù)符號(hào)的編解碼由系數(shù)符號(hào)編解碼方法實(shí)現(xiàn)。所述系數(shù)符號(hào)編角軍石馬方法見文獻(xiàn)Bazhyna A. “Image compression in digital cameras，’[D]· [PhDThesis], Tampere University of Technology, 2009.優(yōu)選地，所述基于W-Z (Wyner-Ziv)結(jié)構(gòu)的三通道編解碼器僅對(duì)Y1 (或Y2)、Cb、Cr分量的無符號(hào)AC系數(shù)編解碼，且三個(gè)編解碼通道中的量化器與反量化器是通過拉格朗日代價(jià)函數(shù)全局優(yōu)化的，拉格朗日代價(jià)函數(shù)為C=D+ λ R，其中D表示三個(gè)編解碼通道產(chǎn)生的總失真，R是三個(gè)編解碼通道的總速率，此代價(jià)函數(shù)不涉及邊信息、DC系數(shù)、AC系數(shù)的編解碼通道。所述拉格朗日代價(jià)函數(shù)C=D+λ R為非增的，當(dāng)λ e
時(shí)，所述的拉格朗日代價(jià)函數(shù)具有很好的凸性，因此可利用迭代法對(duì)所述的量化器進(jìn)行全局優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)如下為敘述簡(jiǎn)便，把三個(gè)分量圖像中的分量Y1或￥2、C；、Cb用變量Xp X2、表示，分別輸入各自的編解碼通道；變量X= (X' ur 2, 3)，其中X'2、v 3分別表示XpX2、X3的離散余弦變換系數(shù)；變量X= (X' !,Xi 2，χ' 3)，其中X' 2、χ' 3表示變量X'
V2、χ/ 3 的任一取值；變量 Q=iV i，q' 2. 3)，其中 q'1、q'3表示χ/ ι、χ/ 2>X1 3 的索引值；變量 Q=(Q' !,Qi 2,Q/ 3)，其中 Q' !> Qi 2、Q' 3 表示變量 X' !> Xi 2、
V3的量化索引變量；劣、劣表示重構(gòu)函數(shù)，j>表示解碼端邊信息] 的任一取值。以編解碼亮度分量圖像的通道中的量化器及反量化器為例，其設(shè)計(jì)如下如圖2所示，在變量X1的編解碼通道中，對(duì)變量X' !的任一取值X' 1進(jìn)行編解碼，其它兩個(gè)分量的正交變換系數(shù)Γ 2、V 3及其量化值Q' 2、Q' 3不變，該通道拉格朗日代價(jià)函數(shù)為Cl(x'q1)=d1 (Xi,q1) + λr1(x/q1) ；其中，失真期望為
權(quán)利要求
1.一種基于W-Z結(jié)構(gòu)的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法，其特征在于包括如下步驟 (I )將一幀貝爾模板數(shù)字圖像經(jīng)過色空間分離轉(zhuǎn)換為四個(gè)分量圖像對(duì)每個(gè)貝爾模板中的像素進(jìn)行色空間轉(zhuǎn)換，把原始的綠色像素值置換為亮度分量Yp Y2，原始紅藍(lán)色像素值置換為色差分量C；、Cb，然后分別把亮度分量Yp Y2和色差分量C；、Cb分離后同類合并為矩形的兩個(gè)亮度分量圖像A、B和兩個(gè)色差分量圖像C、D ;所述四個(gè)分量圖像的大小均為原始一幀圖像的1/4 ； (II)令貝爾模板的亮度平均分量Y為邊信息，令邊信息Y是每個(gè)貝爾模板中亮度分量Y1^ Y2的算術(shù)平均值，即Y= (YJY2) /2 ;然后，對(duì)邊信息Y利用近無損JPEG-LS對(duì)其編解碼，并在解碼端得到邊信息Y的估計(jì)值乍為解碼端邊信息7 ； (III)對(duì)亮度分量圖像A或B、色差分量圖像C、D分別采用基于W-Z結(jié)構(gòu)的三通道編解碼器進(jìn)行獨(dú)立編解碼，所述每個(gè)W-Z結(jié)構(gòu)的通道編解碼器均由離散余弦變換、量化器、S-W編碼器、S-W解碼器、反量化器、離散余弦反變換構(gòu)成；具體過程如下首先將亮度分量圖像A或B和色差分量圖像C、D進(jìn)行離散余弦變換，得到各自的DC系數(shù)和帶符號(hào)的AC系數(shù)；然后將各自無符號(hào)的AC系數(shù)經(jīng)過各自的量化器后送至S-W編碼器，通過信道后，在解碼端邊信息f的條件下，依次通過S-W解碼器的解碼及各自反量化器的反量化后，得到各自無符號(hào)的AC系數(shù)的估計(jì)值；將各自的DC系數(shù)及AC系數(shù)的符號(hào)分別經(jīng)過各自的編碼、解碼通道后，得到DC系數(shù)及AC系數(shù)的符號(hào)的估計(jì)值；之后將各自的DC系數(shù)和帶符號(hào)AC系數(shù)的估計(jì)值經(jīng)離散余弦反變換后得到三個(gè)分量圖像中各個(gè)分量的估計(jì)值，即 (IV)已知解碼端的亮度分量估計(jì)值只或爲(wèi)，根據(jù)Y=(Y1, Y2) /2，有(K, +式)/2成立，那么可得到解碼端的亮度分量估計(jì)值r或 ； (V)由解碼端得到的各自分量估計(jì)值 >72>Cr>之經(jīng)色空間逆轉(zhuǎn)換后，得到原始貝爾模板數(shù)字圖像中每個(gè)像素的估計(jì)值，從而完成一幀貝爾模板數(shù)字圖像的編解碼工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于W-Z結(jié)構(gòu)的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法，其特征在于所述基于W-Z結(jié)構(gòu)的三通道編解碼器中三個(gè)量化器及反量化器設(shè)計(jì)如下 把三個(gè)分量圖像中的分量Y1或Y2、(；、Cb用變量XpX2、X3表示，分別輸入各自的編解碼通道；變量x=(x' i，X' 2，x' 3)，其中X'1、X' 2>x/ 3分別表示Xpx2、X3的離散余弦變換系數(shù)；變量X=(X' i，x' 2，Χ' 3)，其中X'1、x' 2>Χ/ 3表示變量X'1、X' 2、v 3的任一取值；變量 q=(q'丨，q' 2，Q' 3)，其中 Q'1、Q' 2、Q' 3 表示 χ/ ι、χ/ 2、χ/ 3 的索引值；變量 Q=(Q' 1;Q' 2，Q' 3)，其中 Q'1、Q' 2>Q/ 3 表示變量X'1、X' 2>x/ 3 的量化索引變量；、名表示重構(gòu)函數(shù)，夕表示解碼端邊信息；f的任一取值； 編解碼亮度分量圖像的通道中的量化器及反量化器的設(shè)計(jì)如下 在變量X1的編解碼通道中，對(duì)變量Γ i的任一取值X' i進(jìn)行編解碼，其它兩個(gè)分量的正交變換系數(shù)Γ 2、V 3及其量化值Q' 2、Q' 3不變，該通道拉格朗日代價(jià)函數(shù)為
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于W-Z結(jié)構(gòu)的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法，其特征在于所述邊信息Y的編解碼采用δ =2的近無損JPEG-LS編解碼，保證邊信息解碼值的誤差絕對(duì)值不超過2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于W-Z結(jié)構(gòu)的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法，其特征在于所述分量Y1或\、Cb> Cr經(jīng)過離散余弦變換后的DC系數(shù)由無損JPEG-LS分別進(jìn)行編解碼。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于W-Z結(jié)構(gòu)的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法，其特征在于所述分量Y1或\、cb、Cr經(jīng)過離散余弦變換后的DC系數(shù)由無損JPEG-LS分別進(jìn)行編解碼。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于W-Z結(jié)構(gòu)的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法，其特征在于所述S-W編碼器采用率可調(diào)打孔式turbo碼。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于W-Z結(jié)構(gòu)的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法，其特征在于所述S-W編碼器采用率可調(diào)打孔式turbo碼。
全文摘要
本發(fā)明涉及貝爾模板數(shù)字圖像壓縮技術(shù)，具體是一種基于W-Z結(jié)構(gòu)的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法，解決了現(xiàn)有的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法存在的量化器設(shè)計(jì)未進(jìn)行全局優(yōu)化等問題。一種基于W-Z結(jié)構(gòu)的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法，包括如下步驟(Ⅰ)將一幀貝爾模板數(shù)字圖像經(jīng)過色空間分離轉(zhuǎn)換為四個(gè)分量圖像對(duì)每個(gè)貝爾模板中的像素進(jìn)行色空間轉(zhuǎn)換，把原始的綠色像素值置換為亮度分量Y1、Y2，原始紅藍(lán)色像素值置換為色差分量Cr、Cb，然后分別把亮度分量Y1、Y2和色差分量Cr、Cb分離后同類合并為矩形的兩個(gè)亮度分量圖像A、B和兩個(gè)色差分量圖像C、D。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，在高速率情況下，顯示了較好的率失真性能。
文檔編號(hào)H04N7/26GK103067708SQ20121057581
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者程永強(qiáng), 郝潤(rùn)芳, 韓俊萍 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)