CN1784014A - 用于可缩放图像代码转换的方法 - Google Patents

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Abstract

一种方法代码转换编码的输入比特流形式的图像。所述输入比特流包括质量层，每一质量层包括分辨率等级，每个分辨率等级包括分量，每个分量包括区域，以及每个区域包括数据包分割位置、首部长度和主体长度。部分解码所述输入比特流以获得编码的输入比特流的结构。规定图像中感兴趣区域的坐标，以及定义逐级参数。然后根据所述结构、坐标以及逐级参数来编码所述部分解码的输入比特流以获得编码的输出比特流。

Description

用于可缩放图像代码转换的方法
技术领域
本发明通常涉及图像和视频编码，并具体而言涉及代码转换包括感兴趣区域的图像。
背景技术
视频监视、蜂窝电话机、数码相机、打印机、扫描仪、传真机、复印机、医疗成像、卫星成像、因特网、以及复合文档已经增加了对于图像和视频应用的要求。但是，由于受限制的资源，诸如带宽、存储器和处理器，高质量图像常常是不可能的。图像的质量取决于图像中像素的数量，以及分配给每个像素的位数。例如，对于每个像素24位的1024×1024像素图像将是25Mb的高质量彩色图像，而每像素1位的10×10像素图像将是100比特的低质量黑白缩略图。
一种解决方案将图像中的感兴趣区域(ROI)与背景(BG)区别开来。比BG使用更多的位来编码ROI。通过给ROI分配比BG更多的位，能够减少用于编码图像的比特总数而不减少被编码图像中ROI的感觉的分辨率以及质量。较少的比特减少了所需的资源。
一种ROI编码方法选择性地按比例增加用于ROI的小波变换系数，参见Atsumi等人的“Loss/lossless region-of-interest imagecoding based on set partitioning in hierarchical trees”，IEEEProcessing of ICIP，1998年10月。还以较高的优先级传送所述ROI。但是，根据缩放值，ROI会看上去混合到所述BG中。所以，解码器还需要形状信息来区分ROI和BG。
JPEG 2000标准定义了用于ROI编码的最大移位(max-shift)方法，参见ISO/IEC 15444-1，“Information technology-JPEG 2000image coding system-Part 1：Core coding system”，2000年第一版。JPEG 2000标准使用色彩变换、量化、小波变换、逐级位-平面编码、以及熵编码。经编码的图像作为数据包的分层的流而传送。利用JPEG2000，在编码期间选择输出图像的大小和质量。最大移位方法通过将ROI缩放到非重叠的各位平面中，从背景中分离出ROI，参见Skodras等人的“The JPEG 2000 still image compression standard”，IEEESignal Processing Magazine，2001年9月。所述缩放值足够大以保证与ROI相关的最小系数大于所述背景的最大系数。当解码器接收该缩放值时，解码器通过它们的幅度来识别ROI系数。最大移位方法使得能够编码具有任意的形状的ROI而不用明确发送ROI的形状信息到所述解码器。但是，由于需要用于定义ROI边界的额外代码块，最大移位编码增加了开销。
另一种方法基于逐个平面移位比特来适配ROI的相对重要性，参见Wang等人的“Bitplane-by-bitplane shift(BbBShift)-Asuggestion for JPEG 2000 Region of Interest image coding”，IEEESignal Processing Letters，第9卷，NO.5，2002年5月。但是，该BbBShift方法与JPEG 2000标准不兼容。
另一种方法称作“partial significant bit-planes shift”(PSBShift)，参见Liu等人的“A new JPEG 2000 region-of-interestimage coding method：partial significant bitplanes shift”，IEEE SignalProcessing Letters，第10卷，NO.2，2003年2月。该PSBShift方法致力于保持ROI的高质量。该PSBShift方法也与JPEG 2000标准不兼容。
所有的上述ROI编码方法使用静态编码。也就是，在编码期间定义所述ROI。当仅仅在解码期间可获得ROI信息时这是一个问题。例如，观众期望指定ROI。如果通过外部源动态地提供ROI信息，这也是一个问题。例如，外部处理，诸如对象跟踪，在解码之前分析图像，并确定该ROI。
Rosenbaum等人描述了一种动态ROI编码方法，参见“Flexible，dynamic and compliant region of interest coding in JPEG 2000”，IEEE Processing of ICIP，纽约罗彻斯特，2002年9月。该方法在交互环境中处理动态ROI信息。该方法使用如JPEG 2000标准所定义的区域/层机制，以在每一层中安排区域优先级。该方法动态地***各层。各ROI数据包保持在同一层中，而其它数据包上移一层。但是，动态层***要求记录数据包首部。这需要速率失真重新计算，而这对于实时图像传输应用来说是不希望的特征。而且，该方法与所述JPEG2000标准兼容。
因此，由于现有技术编码方法的这些问题，希望提供一种新的编码机制，这种机制避免重新编码数据包首部以及使ROI编码变得灵活和动态，并且具有低的计算复杂度。
发明内容
一种方法代码转换编码输入比特流形式的图像或视频。数据包形式的输入比特流包括质量层，每个质量层包括分辨率等级，每个分辨率等级包括分量，每个分量包括区域(precinct)，以及每个区域包括数据包分割位置、首部长度和主体长度。
部分解码所述输入比特流以获得被编码的输入比特流的索引结构。规定图像中感兴趣区域的坐标，以及定义逐级参数。
然后根据所述结构、坐标和逐级参数编码所述部分解码的输入比特流以获得编码的输出比特流。
在代码转换期间，根据逐级参数选择性地将输入比特流中的感兴趣区域和背景数据包转换成输出比特流。例如，没有背景数据包包括在输出比特流中，或者只有感兴趣区域和来自低质量层的背景数据包。
附图说明
图1是根据本发明用于代码转换图像的***和方法的方框图；
图2是根据本发明的分层比特流的结构的方框图；
图3是根据本发明的包括感兴趣区域的图像的方框图；
图4是根据本发明要被代码转换的分层数据包的方框图；
图5是根据本发明的输入比特流的方框图；
图6是根据本发明的分辨率等级的方框图；
图7是对应于图6所示分辨率等级的比特流的方框图；
图8是根据本发明要被代码转换的图像的方框图；以及
图9是根据本发明的输出比特流的方框图。
具体实施方式
图1所示为根据本发明用于代码转换包括感兴趣区域(ROI)的图像的***和方法。所述ROI是图像中的矩形区域。***的输入是编码的比特流101，例如JPEG 2000比特流。所述比特流是数据包序列的形式。能够使用有损或无损技术来压缩这些图像。
在编码比特流101期间，在JPEG 2000标准中应用小波变换将所述图像分析为四个子带图像。该子带图像包括描述子带图像的不同空间频率特征的系数。最低频率的子带图像被进一步分解成四个更小的子带。根据需要，能够重复这种处理，以达到期望的图像分辨率。分割每个子带图像成非重叠的矩形块，称之为“代码块”。每个代码块被独立编码成最终的编码比特流101。
为了有效地组织比特流，将各代码块分组到每个分辨率等级内的“区域”。区域分割使得更容易访问对应于图像的特定空间区域的小波系数。每个区域产生比特流中的一个数据包。为了使得能够SNR逐级改善，在多个层上分布包含在一个数据包中的信息。每一层包含来自所考虑区域的一定量的数据。
为了从比特流中的每一质量层以及每一分辨率等级提取期望的数据包，本发明提供了分析器110，用来部分解码数据包首部信息，而不对代码块执行算术解码。这允许进行ROI代码转换120从而以最小的计算复杂度产生编码的输出比特流104。
如图2所示，分析器110使用标记树解码器来获得所述输入比特流的分级数据结构200。
部分解码110比特流101中的数据包来获得结构200。该分级结构包括质量层(Qlayer)201，每一层包括分辨率等级(Rlevel)202，每一分辨率等级包括分量203，每一分量包括区域204，以及每一区域包括数据包分割位置205、首部长度206、和主体长度207。各索引编号使得能够直接访问区域信息205-207。
由于JPEG 2000比特流的复杂体系结构，因此访问每一区域是高代价的。所以，设计数据结构200，以便能够通过索引编号随机地和直接地访问该数据结构。
如图1所示，还例如通过用户或外部源来规定和定义ROI坐标112和逐级参数113。
传送所述结构200、ROI坐标112、以及逐级参数113到代码转换器120。与现有技术不同，在代码转换期间而不是在编码期间规定ROI坐标112。例如，用户标记ROI，或者通过其他技术诸如对象或模式识别提供坐标。识别者定位所述图像中的对象或模式，并在该对象周围拟合ROI以获得坐标。
ROI坐标可能不匹配区域位置。在这种情况下，代码转换120向外舍入所述ROI坐标到最近的区域边界。即，使矩形的ROI更大以适合所述区域定义的边界。在代码转换之前用户还能够定义所述逐级参数，以指示是否能够删除背景(BG)，或者指示对于BG和ROI有多少需要代码转换的质量等级。以下描述逐级参数的使用。
代码转换器使用结构信息200和坐标112来识别输入比特流101中的BG和ROI数据包。根据ROI坐标112和逐级参数113将各数据包重新组织成编码输出比特流104的数据包。最终的编码输出比特流104完全符合JPEG 2000标准。
图3所示为包括ROI 302的实例图像301，以及剩余的背景(BG)303。所述ROI的坐标相对于原点(O)、以及X轴和Y轴来定义。
如图4所示，图像301被编码成比特流101的五个“质量”层411-415的BG数据包401和ROI数据包402。
图5所示为对于单一分辨率等级和一个分量，比特流101的五个层411-415中的ROI和BG数据包采用所谓“层-分辨率-分量-位置(LRCP)”系列的配置。
图6所示为具有三个等级601-603的分辨率图600。一个区域以具体的分辨率等级描述图像中的一个空间区域。在根据JPEG 2000的分解中，每一方向的区域大小是2的幂。高分辨率等级的图像区域通过除以2而被传到下一较低的分辨率等级。对于每一分辨率等级重复这种处理。
图7所示为采用LRCP系列的相应比特流700。从图7可以知道所产生的数据包包含有关给定分辨率等级的图像的具体区域的信息。
为了提取期望的ROI并为BG和ROI规定可缩放的质量，代码转换器120使用两个逐级参数m和n。参数m规定BG 303的期望质量，以及参数n规定ROI 302的期望质量。参数m和n具有以下约束条件：
对于ROI，
0≤m＜n≤最高质量，否则，
对于背景，
0≤m≤最高质量，以及
对于无背景，
m＝0。
在上述最后的约束条件下，整个背景被转换成空数据包，而仅仅代码转换ROI数据包。一个空数据包具有一字节的数据包首部，其第一比特设置为零，无有效载荷。这种情况大大减少了已代码转换的输出比特流的带宽需求。
对于ROI数据包，代码转换器120从输入比特流中仅仅提取最低质量层1到质量层n的ROI数据包，并在输出比特流中编码这些数据包。来自大于n的层的ROI数据包被转换成编码的输出比特流中的空(EPT)数据包。
对于BG数据包，如果m＝0，那么将所有的BG数据包转换成空数据包。如果m＞0，那么代码转换器120从输入比特流中提取最低质量层1到质量层m的BG数据包，并在输出比特流中编码这些数据包。大于m的层上的BG数据包被全部转换成输出比特流中的空数据包。
通过参数m和n的不同组合，可为ROI和BG获得各种质量逐级结果。用户能够利用该特征在视觉要求和通信带宽容量之间进行调节。
图8所示为要利用逐级参数m＝1和n＝4代码转换的实例图像800。图像800具有空数据包801、ROI数据包802、和BG数据包803。
图9所示为相应输出比特流900的数据包。
发明的有益效果
本发明使得能够以任何数量的不同方式从编码的比特流中恢复具有任何期望空间分辨率和图像质量的图像。根据本发明的代码转换是自适应和可缩放的。本发明能够为感兴趣区域保留高质量和高分辨率。图像的剩余部分能够被降低质量或被完全地删除以获得期望的带宽。当与现有技术的方法相比时，根据本发明的方法具有较低的复杂度和增加的效率。
不像现有技术那样，本发明并不完全解码和再编码数据包。本发明选择性地删除数据包或使用空数据包来有效地增加ROI的优先级，这使得能够进行实时代码转换应用。
尽管已经通过优选实施例的一些实例描述了本发明，但是应该明白的是在本发明的精神和范围内可以作出各种其他的调整和修改。所以，附属权利要求书的目的是覆盖本发明真实精神和范围内的所有这些变型和修改。

Claims (19)

1、一种用于可缩放图像代码转换的方法，包括：
部分解码图像的编码的输入比特流以获得该编码的输入比特流的结构；
规定该图像中感兴趣区域的坐标；
定义逐级参数；以及
根据所述结构、坐标以及逐级参数编码所述部分解码的输入比特流，作为编码的输出比特流。
2、根据权利要求1所述的方法，其中所述编码的输入比特流和编码的输出比特流都是JPEG 2000比特流。
3、根据权利要求1所述的方法，其中所述编码的输入比特流包括多个质量层，每个质量层包括多个分辨率等级，每个分辨率等级包括多个分量，每个分量包括多个区域，以及每个区域包括数据包分割位置、首部长度和主体长度。
4、根据权利要求3所述的方法，还包括：
使用索引编号索引所述区域。
5、根据权利要求4所述的方法，还包括：
在所述编码期间使用所述索引编号随机地访问所述结构。
6、根据权利要求4所述的方法，还包括：
在所述编码期间使用所述索引编号直接访问所述结构。
7、根据权利要求1所述的方法，还包括：
在代码转换时由用户定义所述坐标。
8、根据权利要求1所述的方法，还包括：
在代码转换时通过外部源定义所述坐标。
9、根据权利要求8所述的方法，其中所述外部源使用对象识别来确定所述感兴趣区域的参数。
10、根据权利要求8所述的方法，其中所述外部源使用模式识别来确定所述感兴趣区域的参数。
11、根据权利要求3所述的方法，还包括：
向外舍入所述参数到所述多个区域的最近边界。
12、根据权利要求1所述的方法，还包括：
在代码转换时由用户规定所述逐级参数。
13、根据权利要求3所述的方法，其中逐级参数m规定所述图像的背景的质量，以及参数n规定所述感兴趣区域的质量。
14、根据权利要求13所述的方法，还包括：
根据以下条件约束所述逐级参数m和n：
对于所述感兴趣区域，
0≤m＜n≤最高质量，否则
对于所述背景，
0≤m≤最高质量，以及
对于无背景，
m＝0。
15、根据权利要求14所述的方法，其中所述编码的输入比特流包括感兴趣区域数据包和背景数据包，并且该方法还包括：
如果m＝0，则将所有背景数据包转换成所述编码的输出比特流中的空数据包，其中一个空数据包具有一字节的数据包首部，其第一比特设置为零，无有效载荷。
16、根据权利要求15所述的方法，还包括：
对于感兴趣区域数据包，仅仅提取最低质量层1到质量层n的感兴趣区域数据包，在所述编码的输出比特流中编码所提取的感兴趣区域数据包，并将所有其他感兴趣区域数据包转换成所述编码的输出比特流中的空数据包；以及
对于背景数据包，仅仅提取最低质量层1到质量层m的背景数据包，在所述编码的输出比特流中编码所提取的背景数据包，并将所有其他背景数据包转换成该编码的输出比特流中的空数据包。
17、根据权利要求1所述的方法，其中所述编码的输入比特流是包括多个图像的视频，为每一图像执行所述解码、规定、定义以及编码步骤。
18、根据权利要求1所述的方法，其中所述编码的输入比特流包括多个数据包，仅对这些数据包的首部应用所述解码。
19、根据权利要求1所述的方法，其中规定所述逐级参数以符合期望的图像质量和带宽使用。
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