專利名稱：基于w-z結構的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法
技術領域：
本發(fā)明涉及貝爾模板數(shù)字圖像壓縮技術，具體是一種基于W-Z結構的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法。
背景技術：
貝爾模板圖像傳感器被廣泛地應用在數(shù)字成像設備中(如數(shù)碼相機、網(wǎng)絡監(jiān)控攝像機等)。因存儲和通信傳輸?shù)男枰芯扛痈咝У呢悹柲０鍞?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基色分量進行結構分離和轉換，分離后的各分量由JPEG、JPEG2000等算法單獨壓縮編碼。這些算法也存在一些問題，如各分量的量化器未能進行全局優(yōu)化，在通信過程中，信道編碼與熵編碼各自獨立工作，率失真性能還有進一 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計未進行全局優(yōu)化、率失真性能有待提高等問 題，提供了一種基于W-Z結構的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法。本發(fā)明是采用如下技術方案實現(xiàn)的—種基于Wyner-Ziv (W-Z)結構的貝爾模板數(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)過色空間分離轉換為四個分量圖像對每個貝爾模板中的像素進行色空間轉換，把原始的綠色像素值置換為亮度分量1、Y2，原始紅藍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亮度分量圖像A、B和兩個色差分量圖像C、D ;所述四個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是每個貝爾模板中亮度分量Yp Y2的算術平均值，即Y= (YJY2) /2 ;然后，對邊信息Y利用近無損JPEG-LS對其編解碼，并在解碼端得到邊信息Y的估計值f作為解碼端邊信息# (用于S-W解碼和量化系數(shù)的重構)；(III)對亮度分量圖像A或B、色差分量圖像C、D分別采用基于W-Z (Wyner-Ziv)結構的三通道編解碼器進行獨立編解碼，所述每個W-Z結構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進行離散余弦變換，得到各自的DC系數(shù)和帶符號的AC系數(shù)；然后將各自無符號的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，得到各自無符號的AC系數(shù)的估計值；將各自的DC系數(shù)及AC系數(shù)的符號分別經(jīng)過各自編碼、解碼通道，得到DC系數(shù)及AC系數(shù)的符號的估計值；之后將各自的DC系數(shù)和帶符號AC系數(shù)的估計值經(jīng)離散余弦反變換后得到三個分量圖像中各個分量的估計值，即只或y2,cr,cb ;(IV)已知解碼端的亮度分量估計值式或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值#2或$ ;(V)由解碼端得到的各自分量估計值、Λ,經(jīng)色空間逆轉換后，得到原始
貝爾模板數(shù)字圖像中每個像素的估計值，從而完成一幀貝爾模板數(shù)字圖像的編解碼工作。運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分布式結構，采用了 S-W信道編解碼技術，分別對各分量圖像實現(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，重構出無符號AC系數(shù)，把計算復雜度轉移到解碼端，降低了編碼端的計算復雜度。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成一幅子圖，由無損JPEG-LS編解碼，AC系數(shù)符號的編解碼由系數(shù)符號編解碼方法實現(xiàn)。所述系數(shù)符號編角軍石馬方法見文獻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)結構的三通道編解碼器僅對Y1 (或Y2)、Cb、Cr分量的無符號AC系數(shù)編解碼，且三個編解碼通道中的量化器與反量化器是通過拉格朗日代價函數(shù)全局優(yōu)化的，拉格朗日代價函數(shù)為C=D+ λ R，其中D表示三個編解碼通道產(chǎn)生的總失真，R是三個編解碼通道的總速率，此代價函數(shù)不涉及邊信息、DC系數(shù)、AC系數(shù)的編解碼通道。所述拉格朗日代價函數(shù)C=D+λ R為非增的，當λ e
時，所述的拉格朗日代價函數(shù)具有很好的凸性，因此可利用迭代法對所述的量化器進行全局優(yōu)化設計，具體設計如下為敘述簡便，把三個分量圖像中的分量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，其設計如下如圖2所示，在變量X1的編解碼通道中，對變量X' !的任一取值X' 1進行編解碼，其它兩個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函數(shù)為Cl(x'q1)=d1 (Xi,q1) + λr1(x/q1) ；其中，失真期望為
權利要求
1.一種基于W-Z結構的貝爾模板數(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)過色空間分離轉換為四個分量圖像對每個貝爾模板中的像素進行色空間轉換，把原始的綠色像素值置換為亮度分量Yp Y2，原始紅藍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亮度分量圖像A、B和兩個色差分量圖像C、D ;所述四個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是每個貝爾模板中亮度分量Y1^ Y2的算術平均值，即Y= (YJY2) /2 ;然后，對邊信息Y利用近無損JPEG-LS對其編解碼，并在解碼端得到邊信息Y的估計值乍為解碼端邊信息7 ； (III)對亮度分量圖像A或B、色差分量圖像C、D分別采用基于W-Z結構的三通道編解碼器進行獨立編解碼，所述每個W-Z結構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進行離散余弦變換，得到各自的DC系數(shù)和帶符號的AC系數(shù)；然后將各自無符號的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，得到各自無符號的AC系數(shù)的估計值；將各自的DC系數(shù)及AC系數(shù)的符號分別經(jīng)過各自的編碼、解碼通道后，得到DC系數(shù)及AC系數(shù)的符號的估計值；之后將各自的DC系數(shù)和帶符號AC系數(shù)的估計值經(jīng)離散余弦反變換后得到三個分量圖像中各個分量的估計值，即 (IV)已知解碼端的亮度分量估計值只或爲，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值r或 ； (V)由解碼端得到的各自分量估計值 >72>Cr>之經(jīng)色空間逆轉換后，得到原始貝爾模板數(shù)字圖像中每個像素的估計值，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)權利要求1所述的基于W-Z結構的貝爾模板數(shù)字圖像編解碼方法，其特征在于所述基于W-Z結構的三通道編解碼器中三個量化器及反量化器設計如下 把三個分量圖像中的分量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計如下 在變量X1的編解碼通道中，對變量Γ i的任一取值X' i進行編解碼，其它兩個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函數(shù)為
3.根據(jù)權利要求1或2所述的基于W-Z結構的貝爾模板數(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值不超過2。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的基于W-Z結構的貝爾模板數(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分別進行編解碼。
5.根據(jù)權利要求3所述的基于W-Z結構的貝爾模板數(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分別進行編解碼。
6.根據(jù)權利要求4所述的基于W-Z結構的貝爾模板數(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)權利要求5所述的基于W-Z結構的貝爾模板數(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，具體是一種基于W-Z結構的貝爾模板數(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計未進行全局優(yōu)化等問題。一種基于W-Z結構的貝爾模板數(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)過色空間分離轉換為四個分量圖像對每個貝爾模板中的像素進行色空間轉換，把原始的綠色像素值置換為亮度分量Y1、Y2，原始紅藍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亮度分量圖像A、B和兩個色差分量圖像C、D。本發(fā)明設計合理，在高速率情況下，顯示了較好的率失真性能。
文檔編號H04N7/26GK103067708SQ20121057581
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權日2012年12月25日
發(fā)明者程永強, 郝潤芳, 韓俊萍 申請人:太原理工大學