CN101106711A

CN101106711A - 基于码率预分配的jpeg2000自适应率控制系统及方法

Info

Publication number: CN101106711A
Application number: CN 200710018190
Authority: CN
Inventors: 李云松; 孔繁锵; 王柯俨; 吴成柯; 刘凯; 雷杰; 周有喜; 汪美珠
Original assignee: Xidian University
Current assignee: SHANDONG HUAYU AEROSPACE SPACE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2027-07-05
Also published as: CN100534186C

Abstract

本发明公开了一种基于码率预分配的JPEG2000自适应率控制系统及方法，主要解决JPEG2000编码方法计算量和存储量大的问题。原始图像经预处理、小波变换和量化后的码块分两路输出，一路直接进入比特平面+MQ编码器，另一路通过熵估计模块估计出每个码块的熵，送入码率分配模块进行码率分配，并通过编码深度控制模块将每个码块的码率反馈给比特平面+MQ编码器，进行码块比特平面编码后，再反馈给编码深度控制模块确定每个码块的编码输出码流，并对该输出码流进行优化截取和码流组织，输出最终码流。同时可根据需要改变编码深度控制系数门限值，灵活的控制编码深度，以提高图像压缩质量。本发明具有复杂度低，易于硬件实现的优点，适用于各种JPEG2000图像实时压缩系统。

Description

基于码率预分配的JPEG2000自适应率控制系统及方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别是一种基于码率预分配的JPEG2000优化码率控制方法，用于各种数字设备的图像压缩编码。

背景技术

随着多媒体和网络技术的发展和应用，已有的静止图像压缩标准JPEG已不能满足当前市场和实际应用的要求，为此国际标准组织于2000年11月制定了静止图像压缩的新标准JPEG2000。该新标准采用了澳大利亚学者David Taubman在High PerformanceScalable Image Compression vith EBCOT(IEEE Trans.Image Processing，vol.9，no.7，pp.1158-1170，July 2000)一文中提出的小波变换和率失真优化截取内嵌码块编码算法EBCOT，该算法分为T1编码器和T2编码器两部分。T1由内嵌比特平面编码和MQ算术编码器组成，完成上下文形成和算术编码；T2部分完成率控制和码流组织。进行率失真优化截取内嵌码块编码算法EBCOT编码时，各小波子带划分为更小的码块，如64×64，以码块为单位独立作T1编码。不同的码块产生的比特流长度是不相同的，它们对恢复图像质量的贡献也是不同的。因此对于所有码块产生的比特流，T2采用了率失真优化技术进行后压缩处理，完成码流的率控制和组织。

JPEG2000采用PCRD(压缩后率失真优化)算法来精确地进行率控制，该算法能够在给定码率条件下使压缩图像质量最好。但PCRD优化算法是在整幅图像上的全局优化过程，它必须要等到整幅图像的所有码块的所有通道编码完成后才能进行分层截取点的搜索，而T1编码器包含了JPEG2000编码器中大部分计算量，约为45％～60％，然而T1编码器很大一部分计算量和存储量对于最终码流来说是冗余的，巨大的计算量和大量的内存是JPEG2000硬件实时实现的瓶颈。

由优化率失真截取算法可知：必须得知所有码块的编码通道的编码长度ΔR_i ^k和每个编码通道的失真减少量ΔD_i ^k，这也就要求T1编码器必须对所有比特平面编码，并存储每个子带的编码数据和相关信息，如存储ΔR_i ^k和ΔD_i ^k等。显然，其中的大部分编码数据并未包含在最终压缩码流中，这就导致T1编码器的大部分计算量和存储器使用量浪费在对最终压缩码流无用的数据上。为了提高编码器的工作效率，T1编码器没有必要对所有的比特平面或所有的子带编码，只要能在T1编码的过程中针对不同的比特率自适应确定一个合适编码深度，在这个编码范围内保证每个码块率失真斜率曲线是严格单调下降的，再进行截取点选择，即可基本达到JPEG2000标准的压缩效果。根据EBCOT实际编码特点可知：第一，斜率在选择优化截取点时仅进行比较运算，也就是说斜率的真实值并不重要，重要的是所用斜率之间的大小关系，这也是我们可以对其预测的前提。第二，每个码块的率失真斜率曲线是与编码的比特平面和编码子带的类型相关的，除了个别的奇异点，其基本呈下降趋势，在同一比特平面内，较早编码的子带比晚编码的子带的率失真斜率大。

因此，缩短时间和减少存储量是迫切需要的，许多学者在这方面做出了大量的研究工作，提出了一些算法，从不同程度提高编码效率。Y.M.Yeung在Efficient rate control forJPEG2000 image coding(IEEE Trans.on Circuits and Systems for Video Technology，vol.15，no.3，pp.335-344，March，2005)一文中根据编码码块中比特平面越高，其所含信息的重要性越高的特点提出了优先扫描率分配算法PSRA，基本思想是在整个图像编码码块中找出一个最大编码通道数，然后按照这个最大编码通道数，将所有码块按照编码通道从高到低编码，直至达到目标码率。在PSRA算法的基础上，Y.M.Yeung又提出了优先扫描最佳截取算法PSOT，其算法思想是按照PSRA算法，高编码通道优先编码，直到达到目标码流，然后从已编码通道中找出率失真斜率最低的编码通道，编码每个码块率失真斜率大于最低率失真斜率的编码通道，最后将所得的码流进行率失真优化截取输出最终码流。PSOT算法改进了PSRA算法的性能，其峰值信噪比PSNR基本上等于JPEG2000标准算法，但是相比PSRA算法却大大增加了计算量和存储空间，而且增加了T2率失真优化截取算法。在这个高编码通道优先编码框架中，需要在所有码块中循环切换码块编码，并且需要保存所有码块的上下文状态变量等状态信息，算法复杂度较高，相关信息存储量大，这在实时系统中是很难做到的。因此设计计算量低、低存储要求的实时JPEG2000压缩率控制算法是非常重要的。吴宗泽在JPEG2000实时截断码率控制新算法及其VLSI结构设计(电子学报，vol.33，no.8，pp.1457-1460.August，2005)一文中根据小波量化权值和编码通道数预先分配各个码块的压缩码字数，提出了JPEG2000码率预分配的率控制算法。该算法极大地降低了JPEG2000的T1编码器的计算量和存储空间，实现了实时截断编码，并且所得的码流不必进行T2率失真优化截取而直接进行码流组织和打包即可，算法复杂度很低，有利于大规模集成电路VLSI实现。但是该算法的峰值信噪比PSNR较低，一般要低于PCRD算法0.8dB以上，图像质量损失较大。TaekonKim在Memory Efficient Progressive Rate-Distortion Algorithm for JPEG2000(IEEE Trans.on Circuits and Systems for Video Technology，vol.15，no.1，pp.181-187.January，2005)提出了高效内存渐进率失真优化算法MEPRD，该算法提出的最小斜率丢弃的思想使T1编码器有效地结合率失真斜率优化截取算法的优点，其性能与标准算法基本相同，且大幅度减少了编码所需的运算量和时间，但是随着码率的增加，编码冗余也随之增加，而且增加了最小斜率搜索算法。

发明的内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于码率预分配的JPEG2000自适应率控制系统及方法，简化码率控制算法复杂度高，提高编码效率和恢复图像质量，实现JPEG2000的码率优化控制。

实现本发明目的的技术关键是引入了一个预测模板，对图像小波变换和量化后EBCOT编码码块的有效比特平面进行独立的熵估计，并以码块估计熵总和指导码率预分配，同时T2编码器由预分配编码比特率自适应地反馈控制编码深度、完成优化截取。

本发明提出的基于码率预分配的JPEG2000自适应率控制系统，包括：预处理、小波变换、量化，T1编码器、T2编码器，该T1编码器由比特平面+MQ编码器组成，该T2编码器由优化截取、码流组织组成，其特征在于T1编码器中增设有熵估计模块，T2编码器中增设有码率分配模块和编码深度控制模块；原始图像经预处理、小波变换和量化后的码块分两路输出，一路直接进入比特平面+MQ编码器，另一路通过熵估计模块估计出每个码块的熵，送入码率分配模块进行码率分配，并通过编码深度控制模块将每个码块的码率反馈给比特平面+MQ编码器，进行码块比特平面编码后，再反馈给编码深度控制模块确定每个码块的编码输出码流，并对该输出码流进行优化截取和码流组织，输出最终码流。

所述的比特平面+MQ编码器输入量化后的码块和编码深度控制模块反馈的每个码块的累加码率，是通过每个码块累加码率控制每个码块的比特平面编码，每个码块编码后输出的码块码流再到编码深度控制模块进行自适应调整编码深度，以控制每个码块的比特平面编码码流。

所述的熵编码模块采用JPEG-LS预测算法对量化输入的码块进行估计，并将估计出的每个码块熵输出给码率分配模块。

所述的码率分配模块将输入的每个码块熵进行累加得到整幅图像的估计熵和每个码块预分配权值，输出每个码块的编码码率给编码深度控制模块。

所述的编码深度控制模块将比特平面+MQ编码器输出的每个码块码流进行累加，并与码率分配模块输入的码块编码码率通过编码深度控制模块进行比较，输出码块累加码率和码块码流分别给比特平面+MQ编码器和优化截取模块。

本发明提出的基于码率预分配的JPEG2000自适应码率控制系统，包括如下过程：

步骤一，利用JPEG-LS预测算法对经过小波变换和量化后的每个码块，进行码块熵H_b的估计，计算整幅图像的估计熵H以及每个码块的编码码率C_b，按JPEG2000标准的码块扫描顺序进行扫描，为所有码块的T1编码作准备；

步骤二，设置当前码块的初始编码深度控制门限d_b＝0；

步骤三，对当前码块进行T1编码，输出当前码块未曾编码的最高通道的编码码流并进行累加，即

R_{b} = \underset{k}{Σ} Δ R_{b}^{k},

其中ΔR_b ^k为当前码块第k个编码通道的编码码流长度，当码块第k个编码通道的失真减少量为ΔD_b ^k；式中，b为图像的当前码块数，k为当前码块的当前码通道数；

步骤四，将累加的编码码流与码块分配编码码率进行比较，调整编码深度控制门限，根据门限控制每个码块的编码截止，输出已编码码块的编码码流；

步骤五，根据已得到ΔD_b ^k和ΔR_b ^k，在已编码的编码通道内，按率失真优化截取点算法剔除每个码块的奇异点，计算出每个码块中相邻候选截取点之间的率失真斜率，最后查找最优截取点，完成码流截取；

步骤六，按JPEG2000标准的码流组织算法，完成码流组织和打包，输出最终码流。

所述的步骤四，按如下过程进行：

1)判断当前码块的编码深度控制门限d_i是否为1，如果d_b不为1，则执行(2)，

如果d_b＝1，则执行(3)；

2)判断码块的累加编码码流R_i是否大于码块的编码码率C_b，如果R_b≤C_b，返回第三步对当前码块的未曾编码的最高通道进行T1编码，如果R_b＞C_b，设置编码深度控制门限d_b为1，返回第三步；

3)判断所有码块是否已经编码完毕，如果所有码块编码完毕，则输出所有码块的编码码流，再返回步骤五进行码流的优化截取，如果没有编码完毕，则执行(4)；

4)截止当前码块的T1编码，准备下一码块的T1编码，并返回步骤二。

本发明由于采用对图像小波变换和量化后EBCOT编码码块的有效比特平面进行独立的熵估计，并以码块估计熵总和指导码率预分配，并由预分配编码码率自适应地反馈控制编码深度、完成优化截取，因而码率预分配精确，大幅度减少了计算量和存储空间，在不同码率下均有效地提高了编码效率，而且获得了与标准算法基本相同的高压缩性能。

本发明与JPEG2000中所采用的PCRD算法的比较测试结果，如表1～表4。比较内容包括三个方面：一是峰值信噪比PSNR的差值ΔPSNR 二是计算量的减少率，该计算量的减少率用T1编码器编码的编码通道个数来衡量；三是算法的存储量的减少率，该存储量的减少率用T1编码中存储的码流字节数和相关信息，即编码通道的失真减少量ΔD_i ^k、编码码流长度ΔR_i ^k和率失真斜率S_i ^k的字节数来衡量；

表1 对标准512*512的Barbara图像的测试比较

码率/bpp	本发明与JPEG2000标准算法比较结果
	本发明与JPEG2000标准算法比较结果			ΔPSNR(dB)	计算量减少率(％)	存储量减少率(％)
	2.01.00.50.250.125	000-0.10-0.17	43.655.565.572.477.6	ΔPSNR(dB)	计算量减少率(％)	存储量减少率(％)	6175.383.889.192.3

表2 对标准512*512的Lena图像的测试比较

码率/bpp	本发明与JPEG2000标准算法比较结果
	本发明与JPEG2000标准算法比较结果			ΔPSNR(dB)	计算量减少率(％)	存储量减少率(％)
	2.01.00.50.250.125	-0.04-0.030-0.13-0.32	4048.55865.772.7	ΔPSNR(dB)	计算量减少率(％)	存储量减少率(％)	55.569.68188.192.6

表3 对标准1024*1024的Field图像的测试比较

码率/bpp	本发明与JPEG2000标准算法比较结果
	本发明与JPEG2000标准算法比较结果			ΔPSNR(dB)	计算量减少率(％)	存储量减少率(％)
	2.01.00.50.250.125	-0.05-0.02-0.03-0.14-0.21	52.9626974.979.9	ΔPSNR(dB)	计算量减少率(％)	存储量减少率(％)	6575.283.389.792.5

表4 对标准2048*2048的Bridge图像的测试比较

码率/bpp	本发明与JPEG2000标准算法比较结果
	本发明与JPEG2000标准算法比较结果			ΔPSNR(dB)	计算量减少率(％)	存储量减少率(％)
	2.01.00.50.250.125	0-0.01-0.03-0.04-0.15	52.563.770.675.480.3	ΔPSNR(dB)	计算量减少率(％)	存储量减少率(％)	64.377.385.289.993

从表1～表4中可以看出，本发明在低码率下，平均PSNR差值最低为0.213dB，而随着码率的增加，图像质量损失是非常少，基本上与PCRD标准方法的性能接近；在不同的码率下，本发明的计算量和存储量都有大幅度的降低，尤其在0.125bpp下，四幅图像的平均计算量减少率和平均存储量减少率分别为77.6％和92.6％，采用本发明提出的率失真控制结构，可以在存储资源上减少为原来的7.4％，而在2bpp下，四幅图像的平均计算量减少率和平均存储量减少率分别为47.3％和61.5％。可见在不同码率下，由于本发明均大大减少了计算量和存储量，因此不仅可在保持图像质量损失很少的前提下，有效地减少了整个JPEG2000编码系统的计算量和存储量，提高了编码器的效率，而且易于硬件实现。

附图说明

图1是现有JPEG2000的编码系统的框图；

图2是本发明的编码系统框图；

图3是本发明预测模板的选择示意图，其中

图3(a)是码块的总体预测模板，

图3(b)是码块的第一行像素的预测模板，

图3(c)是码块的第一列像素的预测模板；

图4是本发明的编码方法流程图；

图5是本发明在不同码率下与JPEG2000标准方法的PSNR平均差值示意图；

图6是本发明在不同码率下与JPEG2000标准方法的计算量减少率示意图；

图7是本发明在不同码率下与JPEG2000标准方法的存储量减少率示意图。

具体实施方式

参考图1，JPEG2000核心编码系统主要包括：预处理、离散小波变换、量化、比特平面+MQ编码器、优化截取、码流组织。输入的原始处理图像首先经过预处理和离散小波变换后，变换成一系列不同的频带；然后将变换后的系数根据压缩需求进行量化处理；将量化后的子带分成码块，作为JPEG2000熵编码的基本处理单元；对各个码块分别进行算术编码器MQ的熵编码处理，生成原始压缩码流；然后，根据需求采用T2编码器中的率失真优化截取算法进行码流截取；最后进行码流组织生成最终压缩码流输出。

参考图2，本发明在JPEG2000核心编码系统的基础上增加了熵估计模块、码率分配模块和编码深度控制模块。输入的原始处理图像首先经过预处理、离散小波变换和量化后，分割成许多码块，分别输入给比特平面+MQ编码器和熵编码模块。该比特平面+MQ编码器输入量化后的码块和编码深度控制模块反馈的每个码块的累加码率，通过每个码块累加码率控制每个码块的比特平面编码，每个码块编码后输出的码块码流再到编码深度控制模块进行自适应调整编码深度，以控制每个码块的比特平面编码码流。该熵编码模块采用JPEG-LS预测算法对量化输入的码块进行估计，并将估计出的每个码块熵输出给码率分配模块。该码率分配模块将输入的每个码块熵进行累加得到整幅图像的估计熵和每个码块预分配权值，输出每个码块的编码码率给编码深度控制模块。该编码深度控制模块将比特平面+MQ编码器输出的每个码块码流进行累加，并与码率分配模块输入的码块编码码率通过编码深度控制码块进行比较，输出码块累加码率和码块码流分别给比特平面+MQ编码器和优化截取模块。然后，根据需求采用T2编码器中的率失真优化截取算法进行码流截取；最后进行码流组织生成最终压缩码流输出。

参考图4，利用本发明系统实现自适应码率控制的过程如下：

一.估计各码块的熵，为每个码块分配编码码流

1.熵估计原理

小波域中的基于码块有效比特平面进行独立估计的熵估计方法，具体描述如下：

假如某图像小波分解后某一子带的系数为x_ij，i＝0，1，....N-1，j＝0，1，....M-1，图像的分辨率为N×M，如果图像压缩过程时用一个步长为Δ_l的量化器进行量化，其中l＝0，1，...L-1，L为小波变换后的子带类型数，经过量化后的码块存在一定的零比特平面，设码块零比特平面数为z_b，b＝0，1，...B-1，B为图像的码块个数，则经过量化和除去码块零比特平面数后码块编码的系数为：

x_{ij}^{bp} = \frac{x_{ij}}{Δ_{l} 2^{z_{b}}}

由系数x_ij ^bp组成的各个码块的熵估计值，考虑到算法复杂度和熵估计的准确性，本发明采用基于JPEG-LS预测算法，其预测模板如图3(a)所示，预测公式为：

如果预测的像素为码块的第一行或第一列，则分别用图3(b)和图3(c)的预测模板，预测值为前一个像素点的值。此时码块的预测熵H_b为：

则整幅图像的估计熵H为：

H = \underset{b < B}{Σ} H_{b}

令W_b为各个码块预分配权值，则：

W_{b} = \frac{H_{b}}{\underset{b < B}{Σ} H_{b}}

且

\underset{b < B}{Σ} W_{b} = 1

各个码块预分配的字节数为C_b＝R_max×W_b，其中R_max为原始图像的压缩字节数；然后对每个码块按C_b进行EBCOT编码即可。

在计算码块估计熵进行编码之前，首先要对图像做预处理，小波变换及量化，从而得到各码块的编码系数x_ij ^bp。本发明实施例采用了4幅经典测试图像：尺寸为512×512的Lena图像、尺寸为512×512的Barbara图像、尺寸为1024×1024的Field图像、尺寸为2048×2048的Bridge图像，这些图像均通过Daubechies9/7滤波器进行4级小波变换，码块大小设定为64×64。图像经4级小波变换后产生的13个子带，其中与低频子带LL同级的4个子带的分辨率最小。对分辨率为512×512的图像，它的子带最小分辨率为32×32，比原始设定的码块大小要小，则这些子带的码块大小为子带分辨率的大小，因而有4个32×32的码块及63个64×64的码块，共67个码块。对于分辨率为1024×1024及2048×2048的图像，所有码块大小均为64×64，这两种分辨率的图像分别有256和1024个码块。

2.熵估计过程

(1)对所有码块编码系数的预测。利用JPEG-LS预测算法对经过小波变换和量化后的每个码块编码系数x_ij ^bp，按照图3所示的预测模版进行预测，如果x_ij ^bp是码块第一行或第一列的值，则用该行或该列的前一个值作为预测值，如图3(b)(c)所示的预测模板，即

或如果x_ij ^bp是码块的第一个值，则预测值为本身，即

如果是码块的其他位置，则采用图3(a)所示的预测模版通过预测公式进行预测。例如第一个码块起始的相邻4个像素的值分别为

x_{00}^{0 p} = 2,

x_{10}^{0 p} = 3,

x_{01}^{0 p} = 1,

x_{11}^{0 p} = 4,

则各点的预测值分别为

又因

x_{00}^{0 p} &GreaterEqual; \min (x_{01}^{0 p}, x_{10}^{0 p}),

所以x₁₁ ^0p的预测值

(2)计算整幅图像的估计熵H。当得到所有码块系数的预测值后，即可先通过

计算各码块的预测熵，再通过

H = \underset{b < B}{Σ} H_{b}

计算整幅图像的估计熵。

针对上述实施例中的三种分辨率图像，分别有67，256和1024个码块估计熵，编码时用这些码块估计熵总和指导码率预分配。

(3)分配每个码块的编码码率C_b。设W_b为码块b的预分配权值，则：

W_{b} = \frac{H_{b}}{H},

各个码块预分配的字节数为C_b＝R_max×W_b，其中R_max为原始图像的压缩字节数。

针对上述实施例中的三种分辨率图像，分别有67，256和1024个码块的编码码率，编码时用这些码块的编码码率指导编码深度控制模块控制码块编码。

(4)作T1编码的前期准备。按JPEG2000标准的码块扫描顺序对所有码块进行扫描，按照扫描顺序排列所有的码块，准备码块的T1编码。

二.设置当前码块的深度控制门限d_b＝0，用来表示当前码块未满足所需码流长度的编码深度。

本发明方法中引入的编码深度控制门限d，其作用是控制增加的编码深度，在此将当前码块的深度控制门限设为0。

三.进行当前码块的T1编码并进行码流累加。

当编码码块b时，首先编码该码块未曾编码的最高通道，将所得码流、该编码通道的ΔD_b ^k和ΔR_b ^k放入存储器中，根据

R_{b} = \underset{k}{Σ} Δ R_{b}^{k}

计算累计码流，并与码块的分配码率进行比较，其中ΔR_b ^k是当前码块第k个编码通道的编码码流长度，ΔD_b ^k是当前码块第k个编码通道的失真减少量；b为图像的当前码块数，k为当前码块的当前码通道数。

四.自适应码率控制。

将累加的编码码流与码块分配编码码率进行比较，调整编码深度控制门限，根据门限控制每个码块的编码截止，输出已编码码块的编码码流。

(1)判断当前码块的编码深度控制门限d_b是否为1，

如果d_b不为1，则执行(2)，

如果d_b＝1，则执行(3)；

(2)判断码块的累加编码码流R_b是否大于码块的编码码率C_b，

如果R_b≤C_b，对当前码块进行T1编码，输出当前码块未曾编码的最高通道的

编码码流并进行累加，

如果R_b＞C_b，设置编码深度控制门限d_b为1，对当前码块进行T1编码，输出

当前码块未曾编码的最高通道的编码码流并进行累加；

(3)判断所有码块是否已经编码完毕，

如果所有码块编码完毕，则输出所有码块的编码码流并进行优化截取，

如果没有编码完毕，则执行(4)；

(4)截止当前码块的T1编码，准备下一码块的T1编码，并设置当前码块的初

始编码深度控制门限d_b＝0。

五优化截取。

根据已得到ΔD_b ^k和ΔR_b ^k，在已编码的编码通道内，按率失真优化截取点算法依次进行剔除每个码块的奇异点、计算出每个码块中相邻候选截取点之间的率失真斜率、查找最优截取点，完成码流截取；

六码流组织并输出最终码流。

按JPEG2000标准的码流组织算法，完成码流组织和打包，输出最终编码码流，实现图像压缩。

本发明的效果可以通过图5～7进一步说明：

从图5可见，本发明在低码率下，平均PSNR差值最低为0.213dB，随着码率的增加，本发明基本上等于PCRD标准方法的性能，可见本发明的图像质量损失是非常少的。

从图6可见，随着压缩倍数的增加，本发明的计算量有大幅度的降低，尤其在0.125bpp下，四幅图像的平均计算量减少率为77.6％。

从图7可见，随着压缩倍数的增加，本发明的存储量有大幅度的降低，尤其在0.125bpp下，四幅图像的平均存储量减少率为92.6％，采用本发明提出的率失真控制结构，可以在存储资源上减少为原来的7.4％。

可见在不同码率下，本发明均大大减少了计算量和存储量。因此本发明在保持图像质量损失很少的前提下，有效地减少了EBCOT的计算量和存储量，提高了编码器的效率，而且本发明算法复杂度低，易于硬件实现。

特别说明：

本发明方法中引入了编码深度控制门限d，其作用是控制增加的编码深度，在上述方法中d的门限设为1，即码块b所得的压缩码流的码率已经大于目标码率，编码深度控制模块通知T1编码器再增加一个编码通道进行编码。引入编码深度控制门限的作用是扩大最终码流的选择范围，尽量减少个别率失真斜率大于最终λ的编码通道未被编码从而影响截取效果。当然编码深度控制门限d的门限值越大，本发明方法的恢复图像的质量与标准算法越相近，但综合考虑，本发明选择d的门限值为1。

Claims

1.一种基于码率预分配的JPEG2000自适应码率控制编码系统，包括：

预处理、小波变换、量化，T1编码器、T2编码器，该T1编码器由比特平面+MQ编码器组成，该T2编码器由优化截取、码流组织组成，其特征在于T1编码器中增设有熵估计模块，T2编码器中增设有码率分配模块和编码深度控制模块；原始图像经预处理、小波变换和量化后的码块分两路输出，一路直接进入比特平面+MQ编码器，另一路通过熵估计模块估计出每个码块的熵，送入码率分配模块进行码率分配，并通过编码深度控制模块将每个码块的码率反馈给比特平面+MQ编码器，进行码块比特平面编码后，再反馈给编码深度控制模块确定每个码块的编码输出码流，并对该输出码流进行优化截取和码流组织，输出最终码流。

2.根据权利要求1所述的编码系统，其特征在于比特平面+MQ编码器输入量化后的码块和编码深度控制模块反馈的每个码块的累加码率，通过每个码块累加码率控制每个码块的比特平面编码，每个码块编码后输出的码块码流再到编码深度控制模块进行自适应调整编码深度，以控制每个码块的比特平面编码码流。

3.根据权利要求1所述的编码系统，其特征在于熵编码模块采用JPEG-LS预测算法对量化输入的码块进行估计，并将估计出的每个码块熵输出给码率分配模块。

4.根据权利要求1所述的编码系统，其特征在于码率分配模块将输入的每个码块熵进行累加得到整幅图像的估计熵和每个码块预分配权值，输出每个码块的编码码率给编码深度控制模块。

5.根据权利要求1所述的编码系统，其特征在于编码深度控制模块将比特平面+MQ编码器输出的每个码块码流进行累加，并与码率分配模块输入的码块编码码率通过编码深度控制码块进行比较，输出码块累加码率和码块码流分别给比特平面+MQ编码器和优化截取模块。

6.一种基于码率预分配的JPEG2000自适应码率控制编码方法，包括如下过程：

步骤二，设置当前码块的初始编码深度控制门限d_b＝0；

R_{b} = \underset{k}{Σ} Δ R_{b}^{k},

其中ΔR_b ^k是当前码块第k个编码通道的编码码流长度，ΔD_b ^k是当前码块第k个编码通道的失真减少量；b为图像的当前码块数，k为当前码块的当前码通道数；

步骤五，根据已得到ΔD_b ^k和ΔR_b ^k，在已编码的编码通道内，按率失真优化截取点算法依次进行剔除每个码块的奇异点、计算出每个码块中相邻候选截取点之间的率失真斜率、查找最优截取点，完成码流截取；

步骤六，按JPEG2000标准的码流组织算法，完成码流组织和打包，输出最终编码码流。

7.根据权利要求6所述自适应码率控制编码方法，其特征在于所述的步骤四按如下过程进行：

(1) 判断当前码块的编码深度控制门限d_b是否为1，如果d_b不为1，则执行(2)，如果d_b＝1，则执行(3)；

(2)判断码块的累加编码码流R_b是否大于码块的编码码率C_b，如果R_b≤C_b，返回步骤三对当前码块的未曾编码的最高通道进行T1编码，如果R_b＞C_b，设置编码深度控制门限d_b为1，返回步骤三；

(3)判断所有码块是否已经编码完毕，如果所有码块编码完毕，则输出所有码块的编码码流，再返回步骤五进行码流的优化截取，如果没有编码完毕，则执行(4)；

(4)截止当前码块的T1编码，准备下一码块的T1编码，并返回步骤二。