ROI編碼技術在JPEG2000中的應用?

韓濤楊卿

（中國飛行試驗研究院 西安 710089）

1 JPEG2000壓縮碼流結構

JPEG2000的壓縮碼流包含且只包含一個main header和至少1個tile-part。壓縮碼流的結構如圖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位流數據［1］。Tile-part header位于每個tile-part的起始處。Main header和tile-part header的結構分別如圖2和圖3所示，圖中，實線表示的標志和標志段必須存在相應的頭中，虛線則不是必須存在的［2］。

2 ROI掩模（mask）的生成

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

圖1 JPEG2000壓縮碼流結構示意圖

圖2 Main header結構示意圖

圖3 tile part header結構示意

所謂ROI掩模實際上就是對最后重構ROI有貢獻的所有小波系數的集合。

很多人在做ROI編碼時使用的變換是S，S+P，TT（Two Ten）變換，此處根據JPEG2000系統的需要，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：

其中的參數值是給定的［6］。在生成ROI掩模時，首先利用ROI的形狀信息，并根據所采用的小波變換的逆變換確定重構當前層ROI系數所需的上一層系數，此過程重復進行，直到找到所有的ROI系數。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，重構系數X（2n）需要用到：

而重構X（2n+1）則需要使用：

下圖給出了一個ROI掩模生成的過程示意。

圖6 ROI掩模生成過程示意圖

3 ROI編碼技術在JPEG2000中的應用

JPEG2000標準提出了基于ROI的編碼功能，即對圖象中感興趣的區域以更好的質量進行編碼，這實際上在一定程度上也體現了JPEG2000所具有的基于內容的編碼能力［7］。

在JPEG2000中，采用的是一種被稱作Maxshift（最大平移）的方法來進行ROI編碼，其主要思想是對所有ROI系數進行放大（或對背景系數進行縮小），使ROI系數與背景系數分開來，并且ROI系數所在的位平面高于背景系數所在的位平面，這樣在編碼時就可以先編碼ROI系數［8］。

Maxshift方法的主要過程如下：

1）確定ROI掩模

根據給出的ROI的形狀來確定ROI掩模，這在前面已經說明過了。

2）確定背景系數的縮小因子

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）系數的最大值，然后根據此最大值求出背景系數的縮小因子，使得縮小后的背景系數其最大值比ROI系數中的非零最小值還要小［9］。

3）根據ROI掩模和背景系數的縮小因子對背景系數進行縮小操作。如圖7所示。

圖7 背景系數進行縮小操作

4 結語

本文主要解決JPEG2000圖像壓縮的編碼系統的設計，本文中將JPEG2000圖像編碼系統分為兩個子系統：JPEG2000編碼系統與解碼系統。在編碼時，將圖像首先分塊，經過小波變換后量化，然后采用嵌入式碼塊編碼。解碼系統對讀入的壓縮碼流進行算術熵解碼，經過反量化、反小波變換、反向DC電平位移后得到原圖像［10］。本系統速度較快，運算復雜度低，所需存儲空間少。本系統應用領域可包括兩部分，一為傳統的JPEG市場，像打印機、掃描儀、數碼相機等；一為新興應用領域，像網絡傳輸、無線通訊、醫療圖像等。本系統也存在一些不足，本系統還不能與目前常見的圖象處理軟件兼容，無法實現看圖功能。需要進一步工作做到與常用的圖像處理軟件兼容。