CN108111855B - 一种基于四叉树的自适应码平面块截断编码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于四叉树的自适应码平面块截断编码方法，当前子块首先用绝对矩块截断编码(AMBTC)编码，并立即解码得到解压缩之后的块，将当前块与解压缩之后的块进行对比，如果均方误差小于后阈值，则当前块可以用绝对矩块截断编码压缩，否则，当前块采用双码平面量化的方法进行编码。采用本发明的技术方案，旨在提高解压缩图像的质量。

Description

一种基于四叉树的自适应码平面块截断编码方法
技术领域
本发明属于编码技术领域，尤其涉及一种基于四叉树的自适应码平面块截断编码方法。
背景技术
块截断编码是一种快速的图像压缩技术，它运行时间短，计算复杂度低，常常应用在单核设备和实时应用中，当下主流的基于块截断编码的图像压缩技术得到的解压缩图像质量不高，而且块效应明显。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提出一种基于四叉树的自适应码平面块截断编码方法，旨在提高解压缩图像的质量。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种基于四叉树的自适应码平面块截断编码方法，包括以下步骤：
步骤(1)、如果输入图像是彩色图像，将其分解成红、绿、蓝三个通道，否则执行(2)；
步骤(2)、将整幅图像分解成16×16的子块；
步骤(3)、对于每一个未处理的16×16子块，如果它的方差小于前阈值，则用它的均值进行编码，否则，执行(4)；
步骤(4)、根据当前块的方差，选择处理它的方式：
4.1)如果它的尺寸为4×4，执行(5)；
4.2)如果它的尺寸为16×16或8×8，采用Sobel算子边缘检测方法，把当前块分成两个子块；
4.3)否则，当前块具有不同的行数和列数，直接将它分两个尺寸相同的子块；
步骤(5)当前子块首先用绝对矩块截断编码(AMBTC)编码，并立即解码得到解压缩之后的块，将当前块与解压缩之后的块进行对比，如果均方误差小于后阈值，则当前块可以用绝对矩块截断编码压缩，否则，当前块采用双码平面量化的方法进行编码。
步骤(6)、如果仍有未处理的16×16块，返回(3)。
作为优选，步骤(5)中双码平面量化的方法进行编码如下：
双码平面量化中，共有四个量化级quan(i)，选取一个块中最大的四个像素的均值为最高量化级quan(4)，最小的四个像素的均值为最低量化级quan(1)，其余的量化级由下式计算：
Figure GDA0002714292230000011
其中，quan(i)′为用于编码的量化级，
而这些量化级之间的步长是：
Figure GDA0002714292230000012
需要用8bit压缩第一个量化级，采用7bit压缩步长就足够让解码器得到所有的量化级，将每个像素量化为其最近的量化级并用00，01,10,11表示，如下式所示：
index(i)＝min(abs(xt-quan(i)))(t＝1,2,...16,i＝1,2,3,4)
解码时，首先解出第一个量化级quan(1)和量化步长l，由下式得到所有的量化级：
quan(i)″＝quan(1)+(i-1)*l(i＝1,2,3,4)
其中，quan(i)″为解码后的量化级。
然后，根据码平面的解码情况，赋予相应的量化级即可。
具体实施方式
本发明提供一种基于四叉树的自适应码平面块截断编码方法，包括以下步骤：
步骤(1)、如果输入图像是彩色图像，将其分解成红、绿、蓝三个通道，否则执行(2)；
步骤(2)、将整幅图像分解成16×16的子块；
步骤(3)、对于每一个未处理的16×16子块，如果它的方差小于前阈值，则用它的均值进行编码，否则，执行(4)；
步骤(4)、根据当前块的方差，选择处理它的方式：
4.1)如果它的尺寸为4×4，执行(5)；
4.2)如果它的尺寸为16×16或8×8，采用Sobel算子边缘检测方法，把当前块分成两个子块；
其中，Sobel算子检测边缘，提高子块为平滑块的几率，具体为：
传统的基于四叉树的方法直接将当前块(假设大小为8×8)直接分割成四个大小相同的子块，这种方法并没有考虑当前图像块的自身结构。本发明将首先计算图像块与Sobel算子的相关(correlation)，公式如下：
Figure GDA0002714292230000021
其中，w是3×3的Sobel算子，f是原图像块，整个图像的相关绝对值之和越大，图像块中的边缘越明显；所以只要沿着边缘分割，其子块是平滑块的可能性越高。因此将当前图像块与两种Sobel算子分别计算相关，若结果绝对值之和较高，说明存在水平边缘的可能性更高，因此将当前块分成两个4×8的子块，否则，将当前块分成两个8×4的子块。
4.3)否则，当前块具有不同的行数和列数，直接将它分两个尺寸相同的子块；
步骤(5)当前子块首先用绝对矩块截断编码(AMBTC)编码，并立即解码得到解压缩之后的块，将当前块与解压缩之后的块进行对比，如果均方误差小于后阈值，则当前块可以用绝对矩块截断编码压缩，否则，当前块采用双码平面量化的方法进行编码。
其中，双码平面量化的方法进行编码如下：
当块的尺寸达到最小的可分尺寸时，直接压缩这个块；双码平面指每一个像素用两个比特位来表示；传统方法中每一个像素用一个比特位来表示，虽然精度不高，但相对节省码流。本发明的双比特平面量化可以大大提高图像的质量，但码流也会随之上升。因此，并不是所有的块都用这种双码平面量化的方法，而是只针对用单码平面量化后损失较大的块。
双码平面量化中，共有四个量化级quan(i)，为节省码流，采用均匀量化。同时，为了避免最高或最低的像素值占据统治地位，选取一个块中最大的四个像素的均值为最高量化级quan(4)，最小的四个像素的均值为最低量化级quan(1)，其余的量化级由下式计算：
Figure GDA0002714292230000031
其中，quan(i)′为用于编码的量化级，
而这些量化级之间的步长是：
Figure GDA0002714292230000032
因此只需要用8bit压缩第一个量化级，采用7bit压缩步长就足够让解码器得到所有的量化级。将每个像素量化为其最近的量化级并用00，01,10,11表示，如下式所示：
index(i)＝min(abs(xt-quan(i)))(t＝1,2,...16,i＝1,2,3,4)
解码时，首先解出第一个量化级quan(1)和量化步长l，由下式得到所有的量化级：
quan(i)″＝quan(1)+(i-1)*l(i＝1,2,3,4)
其中，quan(i)″为解码后的量化级，
然后，根据码平面的解码情况，赋予相应的量化级即可。
步骤(6)、如果仍有未处理的16×16块，返回(3)。

Claims (1)

1.一种基于四叉树的自适应码平面块截断编码方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)、如果输入图像是彩色图像，将其分解成红、绿、蓝三个通道，否则执行(2)；
步骤(2)、将整幅图像分解成16×16的子块；
步骤(3)、对于每一个未处理的16×16子块，如果它的方差小于前阈值，则用它的均值进行编码，否则，执行(4)；
步骤(4)、根据当前块的方差，选择处理它的方式：
4.1)如果它的尺寸为4×4，执行(5)；
4.2)如果它的尺寸为16×16或8×8，采用Sobel算子边缘检测方法，把当前块分成两个子块；
4.3)否则，当前块具有不同的行数和列数，直接将它分两个尺寸相同的子块；
步骤(5)、当前子块首先用绝对矩块截断编码(AMBTC)编码，并立即解码得到解压缩之后的块，将当前块与解压缩之后的块进行对比，如果均方误差小于后阈值，则当前块可以用绝对矩块截断编码压缩，否则，当前块采用双码平面量化的方法进行编码；具体为：
步骤(5)中双码平面量化的方法进行编码如下：
双码平面量化中，共有四个量化级quan(i)，选取一个块中最大的四个像素的均值为最高量化级quan(4)，最小的四个像素的均值为最低量化级quan(1)，其余的量化级由下式计算：
Figure FDA0002906085570000011
其中，quan(i)′为用于编码的量化级，
而这些量化级之间的步长是：
Figure FDA0002906085570000012
需要用8bit压缩第一个量化级，采用7bit压缩步长就足够让解码器得到所有的量化级，将每个像素的像素值xt量化为其最近的量化级，用index(i)表示1，2，3，4这四个量化级别索引的二进制表示，即分别是00，01，10，11，如下式所示：
index(i)＝min(abs(xt-quan(i)))(t＝1,2,...16,i＝1,2,3,4)
解码时，首先解出第一个量化级quan(1)和量化步长l，由下式得到所有的量化级：
quan(i)″＝quan(1)+(i-1)*l(i＝1,2,3,4)
其中，quan(i)″为解码后的量化级，
然后，根据码平面的解码情况，赋予相应的量化级即可；
步骤(6)、如果仍有未处理的16×16块，返回(3)。
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