CN103413287A - 一种jpeg图片合成方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种JPEG图片合成方法及装置，该合成方法根据第一图片和第二图片的拼接模式，对第一图片和第二图片的JPEG位数据流进行DC系数解码，获取拼接区像素块的DC系数量化值，根据拼接区像素块的DC系数量化值，对拼接区下级块的DC系数进行DC预测，对DC预测结果重新进行DC系数编码和熵编码，用熵编码后的DC系数替换原DC系数，按照合成图片JPEG光栅扫描顺序进行整合形成合成图片的JPEG位数据流，完成图片的合成。对应的装置包括DC系数解码模块、DC预测模块、编码模块和位数据流合成模块。本发明的方法和装置，仅对DC系数进行解码，并针对拼接区下级块进行重新的DC预测和DC系数熵解码，计算量小，合成效率高。

Description

一种JPEG图片合成方法及装置
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及JPEG图片的合成方法及装置。
背景技术
智能交通系统ITS（Intelligent Transport System）中的电子警察子系统和卡口子系统中，前端设备捕获的路口违章车辆或者流量记录车辆的图片，需要通过几张图片来完整记录其违章过程以及车牌放大特写，通常，对某一具体的车辆的几个图片一般合成为一张大分辨率图片进行保存。
前端设备抓拍的单张图片和合成图片格式都是JPEG（JointPhotographic Experts Group）格式，视具体应用，合成格式各异。一般具有图1～图3几种模式，图1中由两张JPEG图片合成为一张图片，图1a为两张图片上下拼接合成，此时两张图片宽度相同，且等于合成图片宽度；图1b两张图片按照左右拼接合成，此时两张图片高度相同，且等于合成图片高度。
图2中由三张图片合成，图2a中图片2和图片3高度相同，首先左右拼接合成；然后合成图片再和图片1按照上下拼接合成。图2b中图片2和图片3宽度相同，首先按照上下拼接合成；然后合成图片再和图片1按照左右拼接合成。
图3中由4张图片合成，图3a中图片2、图片3和图片4高度相同，首先按照左右拼接合成；然后合成图片进一步和图片1上下拼接合成；图3b中图片2、图片3和图片4宽度相同，首先按照上下拼接合成，然后合成图片进一步和图片1左右拼接合成。
在现有的JPEG图片合成中，首先需要把所有需要解码的JPEG图片分别解码，得到每个图片的YUV格式，然后把每个YUV格式图片按照合成模式进行合成，合成后再进行JPEG编码。以两个JPEG图片合成为例，如图4所示，两个JPEG图片分别按照JPEG标准的解码流程（熵解码->反DC预测->反量化->IDCT）解码得到YUV图片，然后按照合成模式，对YUV图片进行合成，合成完毕后，再按照JPEG标准的编码流程（DCT->量化->DC预测->熵编码）得到合成的JPEG图片。
由于待合成图片分辨率一般为200万或者500万，若按照两个图片合成的话，相当于进行分辨率为400万或者1000万图片的解码和编码操作。若按照4个图片合成的话，则相当于进行分辨率为800万或2000万的图片的解码和编码。可见JPEG解码和编码的计算量非常大。在后端服务器通用CPU上运行时，这是一个巨大的性能瓶颈。同时由于解码后再编码，也会造成图片质量降低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术JPEG图片合成时计算量大，合成图片质量降低的技术问题，提出一种JPEG图片合成方法，降低了合成图片时的计算量，同时不需要再次进行量化操作，对图片质量不发生影响。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种JPEG图片合成方法，用于合成第一图片和第二图片，其特征在于，该方法包括步骤：
根据第一图片和第二图片的拼接模式，对第一图片和第二图片的JPEG位数据流进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测，获取拼接区相邻像素块的DC系数量化值；
根据拼接区像素块的DC系数量化值，对拼接区下级块像素块的DC系数进行DC预测；
对拼接区下级块DC系数预测结果重新进行DC系数编码和熵编码；
用拼接区下级块经熵编码后的DC系数替换原DC系数，按照合成图片JPEG光栅扫描顺序进行整合形成合成图片的JPEG位数据流，完成图片的合成。
进一步地，所述按照合成图片JPEG光栅扫描顺序进行整合形成合成图片的JPEG位数据流，完成图片的合成，还包括步骤：
保留第一图片或第二图片的头部作为合成图片的头部，并修改头部中的图像高度和宽度信息为合成图片的图像高度和宽度信息。
所述拼接区是在图片拼接时其前一个相邻像素块发生变化的像素块与其前一个相邻像素块共同组成的区域，所述前一个相邻像素块发生变化的像素块称为拼接区下级块，其前一个相邻像素块称为拼接区上级块。因为两个图片进行拼接时，仅拼接区下级块的DC系数预测值需要发生变化，因此只需要对拼接区下级块的DC系数进行重新预测并进行熵编码，最后进行位数据流重组即可完成JPEG图片的合成。
而根据拼接模式的不同，所述第一图片与第二图片的拼接模式是上下拼接，则所述对第一图片和第二图片的JPEG位数据流进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测包括步骤：
对第一图片的全部像素块进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测；
对第二图片的首个像素块进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测。
当所述第一图片与第二图片的拼接模式是左右拼接，则所述对第一图片和第二图片的JPEG位数据流进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测包括步骤：
对第一图片的全部像素块进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测；
对第二图片除最后一行第二像素块到最后一个像素块之外的全部像素块进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测。
其中所述反DC预测即按照DC预测方法逆向操作，残差计算出DC系数量化值。根据DC系数量化值，即可对拼接区下级块重新进行DC预测。
本发明还同时提出了实现上述方法的一种JPEG图片合成装置，用于合成第一图片和第二图片，所述合成装置包括：
DC系数解码模块，用于根据第一图片和第二图片的拼接模式，对第一图片和第二图片的JPEG位数据流进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测，获取拼接区像素块的DC系数量化值；
DC预测模块，用于根据拼接区像素块的DC系数量化值，对拼接区下级块的DC系数进行DC预测；
编码模块，用于对拼接区下级块DC系数预测结果重新进行DC系数编码和熵编码；
位数据流合成模块，用拼接区下级块经熵编码后的DC系数替换原DC系数，按照合成图片JPEG光栅扫描顺序进行整合形成合成图片的JPEG位数据流，完成图片的合成。
进一步地，所述DC系数解码模块还包括：
DC系数熵解码单元，用于对第一图片和第二图片的JPEG位数据流进行DC系数熵解码；
DC系数解码单元，用于对DC系数熵解码后的DC系数进行解码；
反DC预测单元，用于按照DC预测方法逆向操作，得到DC系数量化值。
本发明提出的一种JPEG图片合成方法及装置，通过对待合成图片进行DC解码，获得拼接区像素块的DC系数量化值，并对拼接区下级块进行重新DC预测和熵编码，最后进行位数据流重组得到合成的JPEG图片，由于仅对DC系数进行解码，并针对拼接区下级块进行重新的DC预测和DC系数熵解码，计算量小，合成效率高。
附图说明
图1a为上下拼接两张JPEG图片合成的模式；
图1b为左右拼接两张JPEG图片合成的模式；
图2a为三张JPEG图片混合合成的模式；
图2b为三张JPEG图片混合合成的模式；
图3a为四张JPEG图片混合合成的模式；
图3b为四张JPEG图片混合合成的模式；
图4为现有技术JPEG图片合成编解码算法示意图；
图5a为本发明实施例两张上下拼接JPEG图片合成示意图；
图5b为本发明实施例两张左右拼接JPEG图片合成示意图；
图6为本发明JPEG图片合成方法流程图；
图7为本发明JPEG图片合成装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本发明的限定。
由于JPEG编码标准中对图片中的所有8x8像素块（以下简称像素块）按照从左到右，从上到下的光栅扫描顺序进行编码，对其中一个像素块来说，DCT变换后，形成一个DC系数和63个AC系数，对DC系数和AC系数分别进行量化、DC预测和残差编码。一个DC系数的DC预测是其DC系数量化值DCn与按照光栅扫描顺序前一个像素块的DC系数量化值DCn-1的残差，即diff=DCn-DCn-1；进行残差编码时，即对diff进行编码时采用差分脉冲调制编码技术。对图片中的首个像素块，由于其没有前一个相邻像素块，此时仍采用残差编码，只是此时的前一个相邻像素块的DC系数量化值取缺省值default，即diff=DC1-default，其中DC1为首个像素块的DC系数量化值。
根据JPEG编码标准，两个图片进行拼接后，会产生一个拼接区，下面通过图5a和图5b，对两个图片拼接时的拼接区进行说明，如图5a所示，图片1与图片2进行上下拼接时，仅像素块B的前一个相邻像素块发生了变化，变为像素块A（未变化之前可以理解为默认的像素块）；而对于图5b，前一个相邻像素块发生变化了的像素块增多了，可以看出图片2最左边一列像素块的前一个相邻像素块均发生了变化，同时图片1最左边一列除首个像素块的前一个相邻像素块未发生变化外，其他像素块的前一个相邻像素块也发生了变化，即所有像素块B的前一个相邻像素块均变化为各自对应的前一个像素块A。本发明将所有像素块A称为拼接区下级块，将所有像素块B称为拼接区上级块，将拼接区上级块与拼接区下级块组成的区域称为拼接区，即其前一个相邻像素块发生变化的像素块及其前一个相邻像素块组成的区域称为拼接区，其中前一个相邻像素块发生变化的像素块称为拼接区下级块，其前一个相邻像素块称为拼接区上级块。图5a中拼接区下级块仅包括一个像素块B，拼接区上级块仅包括一个像素块A；图5b中最后一列的像素块A和图片2第一列的像素块B组成了拼接区，图片1第一列像素块B（不包括第1个像素块）和图片2最后一列像素块A（不包括最后一个像素块）组成了拼接区，其中像素块A为拼接区上级块，像素块B为拼接区下级块。根据JPEG标准可知，拼接时，仅拼接区下级块的DC系数编码发生了变化，因此本发明以下仅考虑拼接区下级块的DC系数变化。
图片1与图片2拼接时，由于按照JPEG光栅扫描顺序扫描导致合成图片中拼接区下级块的DC系数发生了变化，其他均未发生变化，因此通过仅对图片拼接区下级块的DC系数进行重新预测和编码，并重组熵编码流即可完成图片的拼接。
本发明根据上述的图片合成特点，仅对待合成图片1和图片2的DC系数解码，并对拼接区下级块的DC系数重新进行DC预测，并进行熵编码后形成新的熵编码流，与拼接区上级块以及非拼接区的熵编码流进行合并，形成合成的图片。
图6为本发明JPEG图片合成方法流程图，包括步骤：
步骤S1、根据待合成图片1和图片2的拼接模式，对图片1和图片2的JPEG位数据流进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测，获取拼接区像素块的DC系数量化值。
ITS系统中的图片都是采用JPEG格式进行保存，保存的JPEG图片是经过熵编码后的JPEG位数据流（JPEG bitstream），因此需要进行图片1和图片2的合成时，传统的方法是对待合成的图片1和图片2进行标准的完全JPEG解码，然后在YUV平面上进行合成。而本发明仅对待合成图片1和图片2进行DC系数熵解码，DC系数熵解码后再进行DC系数解码，DC系数解码后图片1和图片2形成两个DC预测了和量化了的系数图片，然后进行反DC预测，即DCn=DCn-1+diff，就可以得到DC系数量化后的值，称为DC系数量化值。为了对拼接区下级块的DC系数进行重新预测，需要知道拼接区上级块像素块和下级块像素块的DC系数量化值。
以图5a为例，图片1与图片2上下拼接时，拼接区下级块像素块B的前一个相邻像素块是拼接区上级块像素块A，为了重新对像素块B进行DC预测，需要知道像素块A和像素块B的DC系数量化值。而要求得像素块A的DC系数量化值，需要对图片1全部位数据流进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测，可以计算出每一个像素块的DC系数量化值，记录图片1拼接区上级块像素块A的DC系数量化值；同时对图片2的第一个像素块，即像素块B进行DC系数熵解码、DC系数解码，并根据DC1=diff+default进行DC系数反预测，得到像素块B的DC系数量化值。
对于图5b，图片1与图片2左右拼接时，需要对图片1的所有像素块进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测；对图片2除最后一行第二像素块到最后一个像素块之外所有的像素块进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测，计算出每一个像素块的DC系数量化值，记录拼接区像素块即所有像素块A和像素块B的DC系数量化值。
步骤S2、根据拼接区像素块的DC系数量化值，对拼接区下级块的DC系数进行DC预测。
仍然以图5a为例，这里的DC预测按照JPEG标准的DC预测算法重新预测，假设像素块B的DC系数量化值是DCB，按照光栅扫描顺序其前一个相邻像素块A的DC系数量化值是DCA，则预测结果即diff=DCB-DCA。
需要说明的是，JPEG图片中每个像素块按照光栅顺序扫描编码，同时JPEG图片文件有严格的文件格式。JPEG图片文件头部包含图像的高度和宽度信息，在解码JPEG图片时，首先就要解码JPEG图片文件的头部，从而知道图像的高度和宽度信息，按照JPEG码流标准格式，就会依次寻找到每个像素块的码流位置（包含DC和AC位置）和长度。因此可以直接对拼接区的像素块进行操作，以下不再赘述。
步骤S3、再对拼接区下级块DC系数预测结果重新进行DC系数编码和熵编码。
JPEG算法使用了差分脉冲调制编码，对相邻像素块之间量化DC系数的残差进行编码。使用熵编码还可以对差分脉冲调制编码后的DC系数作进一步的压缩。在JPEG有损压缩算法中，使用霍夫曼编码器来减少熵，使用霍夫曼编码器的理由是可以使用很简单的查表（Lookup Table）方法进行编码。压缩数据符号时，霍夫曼编码器对出现频度比较高的符号分配比较短的代码，而对出现频度较低的符号分配比较长的代码。这种可变长度的霍夫曼码表可以事先进行定义。
步骤S4、用拼接区下级块经熵编码后的DC系数替换原DC系数，将图1和图2按照合成图片JPEG光栅扫描顺序进行整合形成合成图片的JPEG位数据流，完成图片的合成。
除了拼接区下级块的DC系数发生变化外，其他像素块的位数据流和拼接区下级块的AC系数未作任何变动，故只需用重新预测的DC系数替换原拼接区下级块的DC系数，然后按照JPEG光栅扫描顺序对合成图片的位数据流进行整合，即在合成时，按照合成图片中所有像素的光栅扫描顺序从左到右，从上到下重新串联形成合成图片的位数据流。
需要说明的是，根据拼接模式，了解到哪些像素块属于拼接区，也就了解到哪些像素块的DC系数需要重新编码。由于在上面解码的时候已经记下了每个像素块的位置和长度，此时按照合成图像的光栅扫描顺序进行串联时，把需要改变的DC系数，代替成新的DC系数即可。
可见本发明在图片拼接时，对原JPEG图片进行非完全解码，合成时也不是在YUV层面进行，而是在熵编码图片层面进行合成，节省了计算资源。需要说明的是，在智能交通系统ITS中，图片的格式一般是相同的，其JPEG图片文件头部的信息一般也是相同的，在进行JPEG图片合成时，保留一个图片文件的头部作为合成图片的头部，并把头部中有关图像高度和图像宽度的信息修改为合成图片的高度和宽度信息。
本发明还提出了采用上述JPEG图片合成方法用来实现JPEG图片合成的装置，如图7所示，一种JPEG图片合成装置，包括：
DC系数解码模块701，用于根据第一图片和第二图片的拼接模式，对待合成的图片1和图片2的JPEG位数据流进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测，获取拼接区相邻像素块的DC系数量化值。
DC预测模块702，用于根据拼接区像素块的DC系数量化值，对拼接区下级块的DC系数进行DC预测。
编码模块703，用于对拼接区下级块DC系数预测结果重新进行DC系数编码和熵编码。
位数据流合成模块704，用于用拼接区下级块经熵编码后的DC系数替换原DC系数，按照合成图片JPEG光栅扫描顺序进行整合形成合成图片的JPEG位数据流，完成图片的合成。
进一步地，DC系数解码模块701还包括DC系数熵解码单元、DC系数解码单元和反DC预测单元，DC系数熵解码单元对像素块进行DC系数熵解码，DC系数解码单元，用于对DC系数熵解码后的DC系数进行解码，得到残差；反DC预测单元按照DC预测方法逆向操作，得到DC系数量化值。
需要说明的是，本发明中DC系数解码和编码是根据JPEG标准中差分脉冲调制编解码技术，对DC系数进行编解码，实际上是对一个像素块的DC系数量化值与其前一个相邻像素块的DC像素量化值的残差进行差分脉冲调制编码和解码。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种JPEG图片合成方法，用于合成第一图片和第二图片，其特征在于，该方法包括步骤：
根据第一图片和第二图片的拼接模式，对第一图片和第二图片的JPEG位数据流进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测，获取拼接区像素块的DC系数量化值；
根据拼接区像素块的DC系数量化值，对拼接区下级块的DC系数进行DC预测；
对拼接区下级块DC系数预测结果重新进行DC系数编码和熵编码；
用拼接区下级块经熵编码后的DC系数替换原DC系数，按照合成图片JPEG光栅扫描顺序进行整合形成合成图片的JPEG位数据流，完成图片的合成。
2.根据权利要求1所述的JPEG图片合成方法，其特征在于，所述按照合成图片JPEG光栅扫描顺序进行整合形成合成图片的JPEG位数据流，完成图片的合成，还包括步骤：
保留第一图片或第二图片的头部作为合成图片的头部，并修改头部中的图像高度和宽度信息为合成图片的图像高度和宽度信息。
3.根据权利要求2所述的JPEG图片合成方法，其特征在于，所述拼接区是在图片拼接时其前一个相邻像素块发生变化的像素块与其前一个相邻像素块共同组成的区域，所述前一个相邻像素块发生变化的像素块称为拼接区下级块，其前一个相邻像素块称为拼接区上级块。
4.根据权利要求3所述的JPEG图片合成方法，其特征在于，所述第一图片与第二图片的拼接模式是上下拼接，则所述对第一图片和第二图片的JPEG位数据流进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测包括步骤：
对第一图片的全部像素块进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测；
对第二图片的首个像素块进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测。
5.根据权利要求3所述的JPEG图片合成方法，其特征在于，所述第一图片与第二图片的拼接模式是左右拼接，则所述对第一图片和第二图片的JPEG位数据流进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测包括步骤：
对第一图片的全部像素块进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测；
对第二图片除最后一行第二像素块到最后一个像素块之外的全部像素块进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测。
6.一种JPEG图片合成装置，用于合成第一图片和第二图片，其特征在于，所述合成装置包括：
DC系数解码模块，用于根据第一图片和第二图片的拼接模式，对第一图片和第二图片的JPEG位数据流进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测，获取拼接区像素块的DC系数量化值；
DC预测模块，用于根据拼接区像素块的DC系数量化值，对拼接区下级块的DC系数进行DC预测；
编码模块，用于对拼接区下级块DC系数预测结果重新进行DC系数编码和熵编码；
位数据流合成模块，用拼接区下级块经熵编码后的DC系数替换原DC系数，按照合成图片JPEG光栅扫描顺序进行整合形成合成图片的JPEG位数据流，完成图片的合成。
7.根据权利要求6所述的JPEG图片合成装置，其特征在于，所述DC系数解码模块还包括：
DC系数熵解码单元，用于对第一图片和第二图片的JPEG位数据流进行DC系数熵解码；
DC系数解码单元，用于对DC系数熵解码后的DC系数进行解码；
反DC预测单元，用于按照DC预测方法逆向操作，得到DC系数量化值。
8.根据权利要求6所述的JPEG图片合成装置，其特征在于，所述位数据流合成模块还用于保留第一图片或第二图片的头部作为合成图片的头部，并修改头部中的图像高度和宽度信息为合成图片的图像高度和宽度信息。
9.根据权利要求8所述的JPEG图片合成装置，其特征在于，所述拼接区是在图片拼接时其前一个相邻像素块发生变化的像素块与其前一个相邻像素块共同组成的区域，所述前一个相邻像素块发生变化的像素块称为拼接区下级块，其前一个相邻像素块称为拼接区上级块。
10.根据权利要求9所述的JPEG图片合成装置，其特征在于，所述第一图片与第二图片的拼接模式是上下拼接，则所述DC系数解码模块对第一图片的全部像素块进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测，对第二图片的首个像素块进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测；所述第一图片与第二图片的拼接模式是左右拼接，则所述DC系数解码模块对第一图片的全部像素块进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测，对第二图片除最后一行第二像素块到最后一个像素块之外的全部像素块进行DC系数熵解码、DC系数解码和反DC预测。
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