CN1310190C - 根据每块的能量编码静止图像的离散小波变换器件与方法 - Google Patents

根据每块的能量编码静止图像的离散小波变换器件与方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于根据每个块的能量的编码与解码静止图像的离散小波变换(DWT)器件。该DWT器件包括：能量计算部分，用于以具有预定数目像素的块为单位来计算输入图像的能量；图像分解部分，用于通过三次分解分布了低频分量的频带，进行所述图像的三级分解；以及系数替换部分，用于用0(零)替换在经所述三级分解的频带中分布了高频分量的频带。

Description

根据每块的能量编码 静止图像的离散小波变换器件与方法
技术领域
本领域涉及一种用来进行联合图象专家组标准(JPEG)2000中离散小波变换(DWT)与离散小波逆变换(IDWT)的器件与方法，更具体地涉及一种用来进行JPEG 2000中DWT与IDWT的器件与方法，其根据在JPEG 2000的编码器/解码器(CODEC)中每个时间域上每个所输入的图像块的能量，能够以正确的方式自适应地编码/解码DWT与IDWT。
背景技术
JPEG标准是对于连续调次(continuous-tone)静止图像的国际压缩标准，其已经被选做静止图像压缩标准并且通过提供各种计算机应用程序与硬件已经提供了许多多媒体服务。然而，由于其有限的性能，JPEG标准被限定在其适用领域。具体地讲，JPEG标准的有限性能的例子有：低压缩能力、非集成有损/无损压缩系统、对于大容量图像的不适用性、在嘈杂环境下的低传送稳定性、对诸如图片等合成图像的压缩退化、对合成文件等的压缩恶化。
为了解决JPEG标准的这些问题，已经提出了JPEG 2000标准。JPEG 2000标准是下一代静止图像的标准，其将各种功能融入了JPEG标准。具体地，JPEG2000标准的标准化由国际电信联盟小组8(ITU-R SG8)与标准化国际组织/国际电子技术委员会联合技术委员会1/下属委员会29/工作小组1(ISO/IECJTCl/SC29/WG1)同时进行。JPEG 2000标准将一个综合代码付与各种类型的静止图像，这些静止图像具有各不相同的特点，诸如自然图像、科学图像、医学图像、遥感图像、文件图像、图片图像等等。
JPEG 2000标准可以以变化的方式应用到所有与静止图像相关联的领域，例如医学图像、因特网/万维网图像、遥感、图像存档、图片与计算机合成图像、传真、打印与发表图像、激光图像、数字照相机、扫描仪与数字影印机、经济学文件、保安摄象机、地球成像、照片与艺术品的数字图书馆、摄象机电话等等。
最近，出现了这样一种逐渐增长的需求：在低发送速度与窄频带宽的环境下(诸如计算机网络、公共电话网络、无线电频道等等)以非常高的速度发送大量的数据，用于各种多媒体的通信。
对于基于移动图像专家组(MPEG)或者H.26x(诸如H.263、H.264等图像编码解码器)的独立编码/解码的移动图像或者根据JPEG标准的静止图像，诸如离散余弦变换(DCT)、离散小波变换(DWT)、运动估计(ME)与运动补偿(MC)等各种技术被用来基于按希望大小分离的图像块进行数据压缩变换。当数据使用这种数据压缩变换传送时，数据的发送速度不高，并且不能保证用户觉得满意的最低图像质量。
随着技术的进步，移动通信系统已经从第一代的模拟系统进展到第二代的数字系统，到了异步宽频带码分多址(WCDMA)或国际移动电线-2000(IMT-2000)。结果，移动通信系统具备了以高速提供全球宽频带漫游服务的能力。异步的WCDMA具有各种功能，例如无线多媒体服务功能、在按需视频(VOD)模式下在终端上播放运动图像/静止图像或者用相机为图像照相然后在使用各自终端的移动通信用户之间进行双向通信的发送/接收图像的功能。
此类WCDMA终端对于负责内部调治解调功能的部分以及负责包括多媒体功能的应用的部分越来越重要。因此，使用了WCDMA的终端面临着对于中央处理单元(CPU)越来越重的负担以及越来越大的计算数据量，其中CPU用来处理包括静止图像的各种多媒体数据。因此，为了有效地使用WCDMA通信系统，不仅还需要提供基本通信功能的调制解调器，而且还需要负责应用以降低多媒体数据的运算量与错误的模块与存储器。
编码/解码基于MPEG-1、2、4或H.26x的运动图像以及基于JPEG与JPEG2000的静止图像的现有技术包括DCT/离散余弦逆变换(IDCT)算法、DWT/离散小波逆变换(IDWT)算法等等。DCT/IDCT算法将运动图像的每个图像帧分割为8×8大小的块，然后以此块为单位进行编码/解码。在静止图像的JPEG 2000标准中，DWT/IDWT算法将每个图像分割为适当大小的板块，然后以每个板块为单位或者针对包含多个板块的某个区域进行解码/编码。
如上所述，在静止图像的JPEG 2000标准的情况下，DWT/IDWT算法进行板块化，即适当地将相应静止图像分割为各个板块，并进行每个板块的编码/解码。当编码/解码每个图像板块时，DWT/IDWT算法相对于形成这些板块的所有图像系数进行编码/解码。当通过该技术恢复已编码图像时，所恢复的图像具有高清晰度。然而，因为必须计算相应于整个板块的每个图像系数，所以具有以下问题：计算量增加，并且图像的复杂度增加。另外，为了使用此技术编码/解码图像，需要满足以下要求：能够存储复杂图像和计算结果的存储器，以及计算复杂图像的充足时间，这就导致了另一个问题。
发明内容
因此，提出本发明用来解决现有技术中的上述问题，本发明的目的在于提供一种离散小波变换(DWT)/离散小波逆变换(IDWT)器件与方法，以使用该器件与方法重建静止图像，该器件与方法能够降低当编码/解码JPEG2000静止图像时由形成板块的所有图像系数的编码/解码所产生的计算量与时间。
本发明的另一目的是提供DWT/IDET器件与方法，以使用该器件与方法重建静止图像，该与方法能够当编码/解码JPEG 2000静止图像时降低进行形成板块的所有图像系数的编码/解码所需的存储器容量与硬件复杂度。
为了达到这些目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于编码与解码静止图像的离散小波变换(DWT)器件，包括：能量计算部分，用于以具有预定数目的像素的块为单位来计算输入图像的能量；图像分解部分，用于根据以块为单位计算的能量值的大小进行相应块的自适应可变级分解；以及系数替换部分，用于根据能量计算部分所计算的能量而用0替换在经所述基于相应块能量值的自适应可变级分解的频带中分布了高频分量的频带，并且进行图像重建。
最好，该DWT器件进一步包括：子采样部分，用于在所述能量计算部分计算输入图像的能量之前进行将输入图像像素数目降低一半的子采样。另外，由所述图像分解部分分解的相应块由一级分解、二级分解、以及三级分解中任意一个自适应地进行。
最好，所述图像分解部分将在由所述能量计算部分所计算的能量值的最大与最小值之间的范围等分为三个范围，并且将这三个等分范围按照能量大小的递增顺序设置为第一能量级、第二能量级、以及第三能量级，以及根据相应块属于哪个所述能量级来确定分解级。最好，根据所述相应块的能量值所属的范围，所述系数替换部分用0替换在经所述自适应可变级分解的频带中的至少一个分布了高频分量的频带的系数。
由此，当所述相应块的能量值属于所述第三能量级时，所述图像分解部分进行相应块的一级分解，并且所述系数替换部分用0替换经所述一级分解的频带的频带1HH的系数。另外，当所述相应块的能量值属于所述第二能量级时，所述图像分解部分进行相应块的一级分解，并且所述系数替换部分用0替换经所述一级分解的频带的频带1HH、1HL、以及1LH的系数。同时，当所述相应块的能量值属于所述第一能量级时，所述图像分解部分进行相应块的二级分解，并且所述系数替换部分用0替换经所述二级分解的频带的频带1HH、1HL、1LH以及2HH的系数。另外，当所述相应块的能量值属于负值时，所述图像分解部分进行相应块的三级分解，并且所述系数替换部分用0替换经所述三级分解的频带的频带1HH、1HL、1LH、2HH以及3HH的系数。
为了达到这些目的，根据本发明的另一方面，提供了一种用于使用用于编码与解码静止图像的小波变换(DWT)器件来重建该静止图像的方法，所述方法包括以下步骤：(a)在能量计算部分处，以具有预定数目的像素的块为单位来计算输入图像的能量；(b)在图像分解部分处，根据以块为单位所计算的能量值的大小进行相应块的自适应可变级分解；以及(c)在系数替换部分处，根据在步骤(a)中计算的能量而用0替换在经所述基于相应块能量值的自适应可变级分解的频带中分布了高频分量的频带，并且进行图像重建。
最好，该重建静止图像的方法进一步包括以下步骤：在步骤(a)计算所述能量之前，进行将输入图像像素数目降低一半的子采样。另外，在步骤(b)中分解的相应块由一级分解、二级分解、以及三级分解中任意一个自适应地进行。
同时，在步骤(b)，将在所计算的能量值的最大与最小值之间的范围等分为三个范围，以将这三个范围按照能量大小的递增顺序设置为第一能量级、第二能量级、以及第三能量级，并且根据相应块属于哪个所述能量级来确定分解级。另外，在步骤(c)，根据所述相应块的能量值所属于的范围，用0替换在经所述自适应可变级分解的频带中的至少一个分布了高频分量的频带的系数。
最好，当在步骤(a)中计算的相应块的能量值属于所述第三能量级时，在步骤(b)相应块经过一级分解，以及在步骤(c)，用0替换经所述一级分解的频带的频带1HH的系数。另外，当在步骤(a)中计算的相应块的能量值属于所述第二能量级时，在步骤(b)相应块经过一级分解，以及在步骤(c)，用0替换经所述一级分解的频带的频带1HH、1HL、以及1LH的系数。
同时，当在步骤(a)中计算的相应块的能量值属于所述第一能量级时，在步骤(b)相应块经过二级分解，以及在步骤(c)，用0替换经所述二级分解的频带的频带1HH、1HL、1LH以及2HH的系数。另外，当在步骤(a)中计算的相应块的能量值属于负值时，在步骤(b)相应块经过三级分解，以及在步骤(c)，用0替换经所述三级分解的频带的频带1HH、1HL、1LH、2HH以及3HH的系数。
根据本发明，通过子采样源图像，对每个具有预定数目像素的、经子采样的图像块进行三级分解，用0替换在这些经三级分解的块中包含高频分量的频带的系数，就重建了源图像。结果，就可能不仅降低由图像编码与解码所引起的计算量与时间，而且能够进一步简化基于硬件的构造。
另外，通过子采样源图像，针对经子采样的源图像以具有预定数目像素的块为单位计算的能量值，将在所计算的能量值的最小与最大值之间的范围等分为三个，进行块的三级分解，并且根据相应块的能量值属于所述三等分范围的哪一个用0替换一些经三级分解的频带的系数，就可能不仅降低由图像编码与解码所引起的计算量与时间，而且能够进一步简化基于硬件的构造。
另外，通过子采样源图像，针对经子采样的源图像以具有预定数目像素的块为单位计算的能量值，将在所计算的能量值的最小与最大值之间的范围等分为三个，根据相应块的能量值属于所述三等分范围的哪一个进行块的自适应可变级分解，并且用0替换具有高频分量的频带的系数，就可能不仅降低进行图像编码与解码所需的计算量与时间，而且能够进一步简化基于硬件的构造。
附图说明
本发明的以上以及其他目标、特征、以及优点将在下面结合附图的详细描述中变得显而易见，其中：
图1为显示一般JPEG 2000中进行静止图像的编码/解码的系统的示意图；
图2为解释当输入源图像信号时图1的DWT器件10的信号转换处理的方框图；
图3为显示在DWT器件10处经过三级分解的一个图像块的方框图；
图4为显示根据本发明压缩静止图像的DWT器件的优选实施方式的方框图；
图5为显示图4的DWT器件中每个方框的操作的方框图；
图6为显示一个例子的方框图，其可能在图4的图像分解部分处经过可变级分解；
图7为显示一个例子的方框图，其中用0(零)替换了块，该块经过图4的图像分解部分处的自适应可变级分解以及可变级分解。
图8为显示一个例子的方框图，其中系数用0(零)替换了块，该块经过图4的图像分解部分处的不管能量级的三级分解以及三级分解。
图9与图10为显示例子的方框图，其中系数替换部分处根据相应块的能量值进行系数替换，该能量值由能量计算部分针对图像计算，该图像在图4的图像分解部分处经过三级分解；
图11为显示一个例子的方框图，其中系数替换部分处根据相应块的能量值进行系数替换，该能量值针对图像，该图像在图4的图像分解部分处根据能量级经过可变级分解；
图12为显示使用根据本发明的优选实施方式的DWT器件重建静止图像的方法的流程图；
图13为详细显示图12的步骤S160至S220的流程图。
具体实施方式
此后，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。首先，应该注意类似的部分具有尽可能类似的附图标记，即使它们在不同的附图中出现。在对本发明的描述中，当可能使本发明的主题不清楚时，将省略对此处所包含的公知功能与配置的描述。
图1为显示一般JPEG 2000中进行静止图像的编码/解码的系统的示意图。如图所示，进行静止图像编码/解码的系统被分为压缩静止图像的编码侧与解码已压缩静止图像的解码侧。
编码侧包括离散小波变换(DWT)器件10、量化器12、以及可变长度编码器14。当输入源图像信号时，DWT器件10针对所输入的图像进行离散小波变换。量化器12以具有预定数目像素的块为单位进行经离散小波变换的图像的量化。此处，量化器12以“之”字型模式扫描经过了以块为单位的量化的图像的每个块的量化值，以输出量化值给可变长度编码器14。可变长度编码器14将从量化器12输入的量化值转换为可变长度编码数据。在这种情况下，可变长度编码器14借助未在附图中显示的比特流生成器输出可变长度编码数据，或者已压缩数据，作为已编码连续比特流。
解码侧包括可变长度解码器24、解量化器22、以及离散小波逆变换(IDWT)20。当输入已压缩图像时，可变长度解码器24针对已压缩图像进行可变长度解码，以取得具有预定数目像素的每个块的量化值。解量化器22进行经可变长解码的量化值的解量化，以取得经离散小波变换的图像。IDET单元20针对该已解量化的、经离散小波变换的图像进行IDWT，从而取得恢复图像。
图2显示当输入源图像信号时图1的DWT器件10的信号转换处理。首先，DWT器件10以预定数目的像素为单位进行源图像的板块化，以取得经板块化的图像块，如附图标记20所示。此处，每个经板块化的图像块在处DWT器件10处经过小波分解，如附图标记32所示，从而每个图像块被分解为四个子图像块。更具体地说，DWT器件10在x轴方向上过滤每个图像块，从而经过滤的图像块被分解为两个子图像块，其中一个用于低频分量，另一个用于高频分量。进而，DWT器件10在y轴防线上过滤这两个用于低频与高频分量的子图像块的每一个，以将其再次分解为两个子图像块，换而言之，称为四个子图像块。
这四个经DWT器件10分解的子图像块分别被归类为LL、LH、HL、HH频带。此处，频带LL的图像为与未被分解为子图像的图像的分辨率相比分辨率降低一半的低频分量，具有高的能量聚集与重要的图像信息。频带LH、HL、HH为高频分量，具有水平、垂直、或对角线图像分量的边沿分量，并且具有低能量聚集以及相应于图像轮廓部分的详细图像信息。
DWT器件10分解频带LL的子图像，其在四个所分解的子图像中具有高能量聚集，再次称为四个子图像。DWT器件10重复该图像分解过程，从而频带LL的子图像逐步地分解为四个子图像。该图像分解过程被称为“多分辨率分解”。在这种情况下，能量的聚集发生在经多分辨率分解的图像的最小频带处。另外，经多分辨率分解的图解具有各不相同的频率特点。在图2中，附图标记34表示将每个图像块分解三次所取得的图像。此处，将每个图像块分解三次的过程被称为“三级分解”。
图3显示在DWT器件10处经过三级分解的一个图像块。DWT器件10针对一个图像块进行初级分解，或一级分解，从而该图像块被分解为四个频带1LL、1LH、1HL、1HH的子图像。然后，DWT器件10针对由一级分解所分解的四个子图像中的频带1LL子图像进行次级分解(或二级分解)，从而频带1LL的子图像再次被分解为四个频带2LL、2LH、2HL、2HH子图像。最后，DWT器件10针对由二级分解所分解的四个子图像中的频带2LL子图像进行再次级分解(或三级分解)，从而频带2LL的子图像再次被分解为四个频带3LL、3LH、3HL、3HH子图像。
所有这些经分解的子图像都由图1的量化器12与可变长度编码器14压缩，然后由可变长解码器24、解量化器22、IDWT器件20恢复。换而言之，在现有JPEG静止图像压缩方法中，静止图像按预定分解级分解，而不管源图像的重要性与复杂度，然后所有经分解的图像被编码压缩。结果，就有压缩图像所需的计算程序与电路变得复杂的问题。
图4为显示根据本发明压缩静止图像的DWT器件的优选实施方式的方框图。如图所示，该DWT器件包含子采样部分100、能量计算部分200、图像分解部分300、以及系数替换部分400。
当输入源图像时，子采样部分100对所输入的源图像进行子采样，以将输入源图像的大小降低一半。例如，在源图像具有256x256像素大小的情况下，当该源图像由子采样部分100子采样时，其被转换为子图像，每个子图像具有128x128个像素大小。本发明可以应用到进行子采样与不进行子采样两种情况。
能量计算部分200针对该图像使用下面的公式(1)以预定数目像素的块为单位的能量，该图像的像素大小由子采样降低了一半。在本实施方式中，以具有16×16或者32×32像素大小的块为单位来计算能量。
公式(1)
P MB = 1 R 2 Σ x = 0 R - 1 Σ y = 0 R - 1 S log S
其中PMB：以块为单位的图像能量，
R：图像的像素大小，以及
S＝|f(x，y)-E(f)|，
其中f(x，y)：图像相应像素的值，以及
E(f)：在该块中整个图像的像素的平均值。
在本实施例中，用于在能量计算部分200处计算能量的像素大小R为16与32。
根据由能量计算部分计算的能量值，图像分解部分300确定图像分解的次数，然后根据所确定的分解次数将图像分解为四个子图像。在分解图像时，图像分解部分300分解图像的次数反比于按16×16或32×32的像素大小计算的能量值。即，能量值越大，分解次数越少。能量值越小，分解次数越多。
在本实施方式中，图像分解部分300将由能量计算部分200计算的能量值的范围或者在最大值与0(零)之间的范围等分为三个。在这三个能量值等分范围中，一个用于最低能量值，一个用于最接近0(零)的能量值、称为“第一能量级”，中等能量值之一称为“第二能量级”，最高能量值之一称为“第三能量级”。
由此，图像分解部分300确定由能量计算部分200所计算的能量值属于三个等分能量级中的哪一个。当相应块的能量值属于第三能量级时，图像分解部分300针对相应块进行单次分解，或者一级分解。当相应块的能量值属于第二能量级时，图像分解部分300针对相应块进行一级分解。另外，当相应块的能量值属于第一能量级时，图像分解部分300针对相应块进行二级分解。然而，当相应块的能量值由于公式1的log函数的性质而为负值时，图像分解部分300针对相应块进行三级分解。简而言之，当JPEG静止图像进行DWT时，根据基于相应块的能量值的图像重要性以可变的次数分解相应块，从而可能减少由图像的编码与解码所引起的计算量与时间间隔。
在本实施方式中，图像分解部分300可以根据每个块的能量值进行相应块的自适应分解，但是图像分解部分300也可以对相应块总进行三级分解。每当再次分解已由图像分解部分300分解的块时，这些块总是被分解为频带LL、LH、HL、HH子图像。
系数替换部分400根据能量值对由图像分解部分300分解的一些块替换0(零)，其中这些块的每一个都是其中相应于能量值分布高频分量的频带。当图像分解部分300根据相应块的能量值进行自适应分解时，系数替换部分400将以下所述的相应频带的系数替换为0(零)。即，当相应块的能量值属于第三能量级时，并且因此相应块经过一级分解时，系数替换部分400用0(零)替换由一级分解所分解的频带中频带1HH的系数。
当相应块的能量值属于第一能量级时，并且因此相应块经过二级分解时，系数替换部分400用0(零)替换由二级分解所分解的频带中频带1HH、1HL、1LH、2HH的系数。
然而，当相应块的能量值由于log函数的性质而为负值时，并且由此相应块经过三级分解时，系数替换部分400用0(零)替换由三级分解所分解的频带中频带1HH、1HL、1LH、2HH、3HH的系数。
在这种方式中，重建的图像经过用于编码的量化以可变长编码。因此，通过子采样源图像，对每个具有预定数目图像的、经子采样的图像块进行三级分解，用0(零)替换在这些经三级分解的块中包含高频分量的频带的系数，就重建了源图像。结果，就可能不仅降低由图像编码与解码所引起的计算量与时间，而且能够进一步简化基于硬件的构造。
另外，通过子采样源图像，针对经子采样的源图像以具有预定数目像素的块为单位计算的能量值，将在所计算的能量值的最小与最大值之间的范围等分为三个，进行块的三级分解，并且根据相应块的能量值属于所述三等分范围的哪一个用0(零)替换一些经三级分解的频带的系数，就可能不仅降低由图像编码与解码所引起的计算量与时间，而且能够进一步简化基于硬件的构造。
另外，通过子采样源图像，针对经子采样的源图像以具有预定数目像素的块为单位计算的能量值，将在所计算的能量值的最小与最大值之间的范围等分为三个，根据相应块的能量值属于所述三等分范围的哪一个进行块的自适应可变级分解，并且用0(零)替换具有高频分量的频带的系数，就可能不仅降低进行图像编码与解码所需的计算量与时间，而且能够进一步简化基于硬件的构造。
根据本发明，图4的DWT器件同样可以应用于IDWT器件，其进行IDWT，以恢复经压缩的图像。
图5显示图4的DWT器件中每个方框的操作。当输入源图像时，子采样部分100针对所输入的源图像50进行子采样，以取得具有减半像素大小的图像。在这种情况下，子采样部分100可能对源图像50不进行子采样。
能量计算部分200针对经子采样或未经子采样的图像120以具有16×16(122)或32×32(124)像素大小的块为单位计算的能量。图像分解部分300将所计算能量的最大与最小值之间的范围等分为三个，并且验证相应块的能量值属于这三个等分范围中的哪一个。根据相应块的能量值所属于的范围，图像分解部分300对相应块进行自适应可变级分解，如附图标记320所示。在经过根据相应块的能量值所属于的范围的可变级分解的频带中，系数替换部分400确定要用0(零)替换的频带，然后用0(零)替换在经分解的频带中所确定的替换频带(如附图标记420所示)。此时，系数替换部分400输出图像，其中预定的频带被替换为0(零)并且被重建，作为用于量化的块。
图6显示一个例子，其可能在图4的图像分解部分300处经过可变级分解。具体地讲，图6A显示经一级分解的块，图6B显示经二级分解的块，图6C显示经三级分解的块。即，如图6A，当相应块的能量值属于所述三个等分范围的三个能量级中的第一与第二能量级时，图像分解部分300进行一级分解。如图6B，当相应块的能量值属于所述三个等分范围的三个能量级中的第一能量级时，图像分解部分300进行二级分解。如图6C，当相应块的能量值具有负值而不属于所述三个等分范围的三个能量级中的任何一个时，图像分解部分300进行三级分解。
以这种方式，通过根据相应块的能量级对相应块自适应地进行可变级分解，就可能降低进行分解所需的计算量与时间。
图7显示一个例子，其中在系数替换部分400处用0(零)替换了块，该块经过图4的图像分解部分300的自适应可变级分解，与可变级分解。图7A显示的状态中，当源图像A中相应块的能量值由能量计算部分200计算属于第三能量级时，高频带的频带1HH经过图像分解部分300的一级分解，由此在系数替换部分400处被0(零)替换。
图7B显示的状态中，当源图像A中相应块的能量值由能量计算部分200计算属于第二能量级时，高频带的频带1HH、1HL、1LH经过图像分解部分300的一级分解，由此在系数替换部分400处被0(零)替换。
图7C显示的状态中，当源图像A中相应块的能量值由能量计算部分200计算属于第一能量级时，高频带的频带1HH、1HL、1LH、2HH经过图像分解部分300的二级分解，由此在系数替换部分400处被0(零)替换。
图7D显示的状态中，当源图像A中相应块的能量值由能量计算部分200计算具有负值时，高频带的频带1HH、1HL、1LH、2HL、3HH经过图像分解部分300的三级分解，由此在系数替换部分400处被0(零)替换。
图8显示一个例子，其中系数替换部分400处用0(零)替换了块，该块经过图4的图像分解部分300处的不管能量级的三级分解以及三级分解。
图8A显示的状态中，当源图像A中相应块经过三级分解并且该相应块的能量值由能量计算部分200计算属于第三能量级时，所述经三级分解的频带的频带1HH在系数替换部分400处被0(零)替换。
图8B显示的状态中，当源图像A中相应块经过三级分解并且该相应块的能量值由能量计算部分200计算属于第二能量级时，所述经三级分解的频带的频带1HH、1HL、1LH在系数替换部分400处被0(零)替换。
图8C显示的状态中，当源图像A中相应块经过三级分解并且该相应块的能量值由能量计算部分200计算属于第一能量级时，所述经三级分解的频带的频带1HH、1HL、1LH、2HH在系数替换部分400处被0(零)替换。
图8D显示的状态中，当源图像A中相应块经过三级分解并且该相应块由能量计算部分200计算的能量值具有负值时，所述经三级分解的频带的频带1HH、1HL、1LH、2HL、3HH经过图像分解部分300的三级分解，由此在系数替换部分400处被0(零)替换。
图9显示一个例子，其中系数替换部分400处根据相应块的能量值进行系数替换，该能量值针对图像计算，该图像在图4的图像分解部分300处经过三级分解。
图9A显示的状态中，当源图像A中相应块的能量值由能量计算部分200计算属于第三能量级时，由系数替换部分400三级分解的频带的频带1HH被0(零)替换。
图9B显示的状态中，当源图像A中相应块的能量值由能量计算部分200计算属于第二能量级时，由系数替换部分400三级分解的频带的频带1HH、1HL、1LH被0(零)替换。
图10显示一个例子，其中系数替换部分400处根据相应块的能量值进行系数替换，该能量值针对图像计算，该图像在图4的图像分解部分300处经过三级分解。
图10A显示的状态中，当源图像A中相应块的能量值由能量计算部分200计算属于第一能量级时，由系数替换部分400三级分解的频带的频带1HH、1HL、1LH、2HH被0(零)替换。
图10B显示的状态中，当源图像A中相应块的能量值由能量计算部分200计算具有负值时，由系数替换部分400三级分解的频带的频带1HH、1HL、1LH、2HH、3HH被0(零)替换。
图11显示一个例子，其中系数替换部分400处根据相应块的能量值进行系数替换，该能量值针对图像，该图像在图4的图像分解部分300处根据能量级经过可变级分解。图11详细显示了进行图7所示相应块的替换的例子，由此提供简要描述。
图11A显示的状态中，当由能量计算部分200计算的相应块的能量值属于第三能量级时，频带1HH经过图像分解部分300的一级分解，然后在系数替换部分400处被0(零)替换。
图11B显示的状态中，当由能量计算部分200计算的相应块的能量值属于第二能量级时，频带1HH、1HL、1LH经过图像分解部分300的一级分解，然后在系数替换部分400处被0(零)替换。
图11C显示的状态中，当由能量计算部分200计算的相应块的能量值属于第一能量级时，频带1HH、1HL、1LH、2HH经过图像分解部分300的二级分解，然后在系数替换部分400处被0(零)替换。
图11D显示的状态中，当由能量计算部分200计算的相应块的能量值具有负值时，频带1HH、1HL、1LH、2HH、3HH经过图像分解部分300的三级分解，然后在系数替换部分400处被0(零)替换。
图12为显示使用根据本发明的优选实施方式的DWT器件重建静止图像的方法的流程图。首先，当输入源图像时，子采样部分100进行输入源图像的子采样，以将所输入的源图像大小减半(步骤S100)。能量计算部分200针对经子采样的图像使用公式1以预定数目像素的块为单位计算的能量值(步骤S120)。
图像分解部分300将由能量计算部分200计算的能量值的最大与最小值之间的范围等分为三个范围，并且将这三个等分范围设定为能量值的顺序，即第一能量级、第二能量级、与第三能量级(步骤S140)。图像分解部分300检验由能量计算部分200所计算的每个块的能量值属于这三个等分范围中的哪一个。图像分解部分300根据相应块的能量值所属于的范围确定分解次数(步骤S180)。结果，图像分解部分300自适应地根据所确定的分解次数进行相应块的可变级分解(步骤S200)。
系数替换部分400用0(零)替换在图像分解部分300处经过可变级分解的频带中至少一个包含高频分量的频带的系数(步骤S220)。由此，系数替换部分400输出图像，该图像通过用0(零)替换包含高频分量的频带的系数而重建，作为用于量化的块。在IDWT器件中使用时，系数替换部分400输出图像，该图像通过用0(零)替换包含高频分量的频带的系数而重建，作为用于显示的块。即，本事实方式可以应用到编码静止图像的情况，也可以应用到解码静止图像的情况。
因此，当静止图像经过DWT时，通过根据基于相应块的能量值的图像重要性确定可变级分解的次数，并且通过进行相应块的可变级分解，就可能降低由图像的编码与解码所引起的计算量与时间间隔。
图13为详细显示图12的步骤S160至S220的流程图。首先，图像分解部分300检验相应块的能量值是否属于第三能量级(步骤S182)。如果验证相应块的能量值属于第三能量级，则图像分解部分300进行相应块的一级分解(步骤S202)。由此，系数替换部分400用0(零)替换经一级分解的频带中频带1HH的系数，在该频带上分布了高频分量(步骤S222)。
如果验证相应块的能量值不属于第三能量级，则图像分解部分300检验相应块的能量值是否属于第二能量级(步骤S184)。如果验证相应块的能量值属于第二能量级，则图像分解部分300进行相应块的一级分解(步骤S204)。由此，系数替换部分400用0(零)替换经一级分解的频带中频带1HH、1HL、1LH的系数，在这些频带上分布了高频分量(步骤S224)。
如果验证相应块的能量值不属于第二能量级，则图像分解部分300检验相应块的能量值是否属于第一能量级(步骤S186)。如果验证相应块的能量值属于第一能量级，则图像分解部分300进行相应块的二级分解(步骤S206)。由此，系数替换部分400用0(零)替换经二级分解的频带中频带1HH、1HL、1LH、2HH的系数，在这些频带上分布了高频分量(步骤S226)。
如果验证相应块的能量值不属于第一能量级，则图像分解部分300检验相应块的能量值是否具有负值(步骤S188)。如果验证相应块的能量值具有负值，则图像分解部分300进行相应块的三级分解(步骤S208)。由此，系数替换部分400用0(零)替换经三级分解的频带中频带1HH、1HL、1LH、2HH、3HH的系数，在这些频带上分布了高频分量(步骤S228)。
因此，相应块根据其能量值大小经过自适应可变级分解，从而可能降低进行图像的编码与解码所需的计算量与时间间隔。
根据本发明，通过不进行在板块单元中所有小波系数的解码，根据时间轴上的能量水平将每个图像板块分类为第一级、第二级、以及第三级，允许具有最小图像信息的高频分量的频带(例如HH、HL、LH)的系数由0(零)填充，并且再次通过IDWT进行解码，就可能不仅确保尽可能高的图像质量，而且可以降低恢复图像的计算量。即，通过以适当程度忽略包含高频分量的图像板块，即进行被忽略图像板块的零填充，并且只使用零填充所排除的剩余小波图像系数自适应地进行IDWT，就可能至少确保所恢复的图像质量，以及图片信噪比(PSNR)。
另外，当静止图像经过编码与解码时，该静止图像被板块化，并且包含高频分量的板块的系数被处理为值0(零)。因此，就可能减少进行图像编码与解码的计算量，提高处理速度，并且进一步简化基于硬件的构造。
另外，当需要生成、存储、发送至少一个静态图像时，该静止图像经过板块化，并且包含高频分量的板块的系数被处理为值0(零)，并且只有其他板块的系数经过编码与解码。因此，可能进一步简化基于硬件的构造。结果，可能提供紧凑的产品并减低生产成本。
虽然参照某些优选实施方式显示并描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解在不脱离权利要求所限定的本发明的原理与范围的前提下可以进行各种形式与细节的改变。

Claims (34)

1.一种用于编码与解码静止图像的离散小波变换器件，包括：
能量计算部分，用于以具有预定数目像素的块为单位来计算输入图像的能量；
图像分解部分，用于通过三次分解分布了低频分量的频带来进行所述图像的三级分解；以及
系数替换部分，用于根据能量计算部分所计算的能量而用0替换在经所述三级分解的频带中分布了高频分量的频带。
2.如权利要求1所述的离散小波变换器件，其中所述能量计算部分以块为单位来计算所述能量如下：
P MB = 1 R 2 Σ x = 0 R - 1 Σ y = 0 R - 1 S log S
其中PMB：以块为单位的图像能量，
R：所述图像的像素大小，以及
S＝|f(x，y)-E(f)|，
其中f(x，y)：所述图像相应像素的值，以及
E(f)：在所述块中所有图像的像素的平均值。
3.如权利要求1所述的离散小波变换器件，进一步包括：子采样部分，用于在所述能量计算部分计算输入图像的能量之前进行将输入图像像素数目降低一半的子采样。
4.如权利要求1所述的离散小波变换器件，其中：
所述图像分解部分将在由所述能量计算部分所计算的能量值的最大与最小值之间的范围等分为三个等分范围，并且将这三个等分范围按照能量大小的递增顺序分为第一能量级、第二能量级、以及第三能量级；以及
根据所述相应块的能量值所属的范围，所述系数替换部分用0替换在经所述三级分解的频带中的至少一个分布了高频分量的频带的系数。
5.如权利要求4所述的离散小波变换器件，其中，当所述相应块的能量值属于所述第三能量级时，所述系数替换部分用0替换经三级分解的频带的频带1HH的系数。
6.如权利要求4所述的离散小波变换器件，其中，当所述相应块的能量值属于所述第二能量级时，所述系数替换部分用0替换经三级分解的频带的频带1HH、1HL、以及1LH的系数。
7.如权利要求4所述的离散小波变换器件，其中，当所述相应块的能量值属于所述第一能量级时，所述系数替换部分用0替换经三级分解的频带的频带1HH、1HL、1LH以及2HH的系数。
8.如权利要求4所述的离散小波变换器件，其中，当所述相应块的能量值为负值时，所述系数替换部分用0替换经三级分解的频带的频带1HH、1HL、1LH、2HH以及3HH的系数。
9.一种用于编码与解码静止图像的离散小波变换器件，包括：
能量计算部分，用于以具有预定数目的像素的块为单位来计算输入图像的能量；
图像分解部分，用于根据以块为单位计算的能量值的大小进行相应块的自适应可变级分解；以及
系数替换部分，用于用0替换基于相应块能量值在自适应可变级分解的频带中分布高频分量的频带，并且进行图像重建。
10.如权利要求9所述的离散小波变换器件，进一步包括：子采样部分，用于在所述能量计算部分计算输入图像的能量之前进行将输入图像像素数目降低一半的子采样。
11.如权利要求9所述的离散小波变换器件，其中由所述图像分解部分分解的相应块由一级分解、二级分解、以及三级分解中任意一个自适应地进行。
12.如权利要求11所述的离散小波变换器件，其中所述图像分解部分将在由所述能量计算部分所计算的能量值的最大与最小值之间的范围等分为三个等分范围，并且将这三个等分范围按照能量大小的递增顺序设置为第一能量级、第二能量级、以及第三能量级，以及根据相应的块属于哪个所述能量级来确定分解级。
13.如权利要求12所述的离散小波变换器件，其中，根据所述相应块的能量值所属范围，所述系数替换部分用0替换在经所述自适应可变级分解的频带中的至少一个分布了高频分量的频带的系数。
14.如权利要求13所述的离散小波变换器件，其中，当所述相应块的能量值属于所述第三能量级时，所述图像分解部分进行相应块的一级分解，并且所述系数替换部分用0替换经所述一级分解的频带的频带1HH的系数。
15.如权利要求13所述的离散小波变换器件，其中，当所述相应块的能量值属于所述第二能量级时，所述图像分解部分进行相应块的一级分解，并且所述系数替换部分用0替换经所述一级分解的频带的频带1HH、1HL、以及1LH的系数。
16.如权利要求13所述的离散小波变换器件，其中，当所述相应块的能量值属于所述第一能量级时，所述图像分解部分进行相应块的二级分解，并且所述系数替换部分用0替换经所述二级分解的频带的频带1HH、1HL、1LH以及2HH的系数。
17.如权利要求13所述的离散小波变换器件，其中，当所述相应块的能量值属于负值时，所述图像分解部分进行相应块的三级分解，并且所述系数替换部分用0替换经所述三级分解的频带的频带1HH、1HL、1LH、2HH以及3HH的系数。
18.一种使用用于编码与解码静止图像的离散小波变换器件来重建静止图像的方法，所述方法包括以下步骤：
a)在能量计算部分处，以具有预定数目的像素的块为单位来计算输入图像的能量；
b)在图像分解部分处，针对所述块的图像进行频带的三级分解，在该频带上分布了低频分量；以及
c)在系数替换部分处，根据在步骤a)中计算的能量而用0替换在经所述三级分解的频带中分布了高频分量的频带，以重建所述图像。
19.如权利要求18所述的方法，其中在步骤a)以块为单位计算能量如下：
P MB = 1 R 2 Σ x = 0 R - 1 Σ y = 0 R - 1 S log S
其中PMB：以块为单位的图像能量，
R：所述图像的像素大小，以及
S＝|f(x，y)-E(f)|，
其中f(x，y)：所述图像相应像素的值，以及
E(f)：在所述块中所述图像的所有像素的平均值。
20.如权利要求18所述的方法，进一步包括以下步骤：在步骤(a)之前，在子采样部分处，进行将输入图像像素数目降低一半的子采样。
21.如权利要求18所述的方法，其中：
在步骤(b)，将在所计算的能量值的最大与最小值之间的范围等分为三个范围，以将这三个等分范围按照能量大小的递增顺序设置为第一能量级、第二能量级、以及第三能量级；以及
在步骤(c)，根据所述相应块的能量值所属的范围，用0替换在经所述三级分解的频带中的至少一个分布了高频分量的频带的系数。
22.如权利要求21所述的方法，其中在步骤(c)，当所述相应块的能量值属于所述第三能量级时，用0替换经三级分解的频带的频带1HH的系数。
23.如权利要求21所述的方法，其中在步骤(c)，当所述相应块的能量值属于所述第二能量级时，用0替换经三级分解的频带的频带1HH、1HL、以及1LH的系数。
24.如权利要求21所述的方法，其中在步骤(c)，当所述相应块的能量值属于所述第一能量级时，用0替换经三级分解的频带的频带1HH、1HL、1LH以及2HH的系数。
25.如权利要求21所述的方法，其中在步骤(c)，当所述相应块的能量值为负值时，用0替换经三级分解的频带的频带1HH、1HL、1LH、2HH以及3HH的系数。
26.一种使用用于编码与解码静止图像的离散小波变换器件来重建静止图像的方法，所述方法包括以下步骤：
a)在能量计算部分处，以具有预定数目的像素的块为单位来计算输入图像的能量；
b)在图像分解部分处，根据以块为单位所计算的能量值的大小进行相应块的自适应可变级分解；以及
c)在系数替换部分处，用0替换在经所述基于相应块能量值的自适应可变级分解的频带中分布了高频分量的频带，并且进行图像重建。
27.如权利要求26所述的方法，进一步包括以下步骤：在步骤(a)计算所述能量之前，进行将输入图像像素数目降低一半的子采样。
28.如权利要求26所述的方法，其中在步骤(b)中分解的相应块由一级分解、二级分解、以及三级分解中任意一个自适应地进行。
29.如权利要求28所述的方法，其中在步骤(b)，将在所计算的能量值的最大与最小值之间的范围等分为三个范围，以将这三个范围按照能量大小的递增顺序设置为第一能量级、第二能量级、以及第三能量级，并且根据相应块属于哪个所述能量级来确定分解级。
30.如权利要求29所述的方法，其中在步骤(c)，根据所述相应块的能量值所属于的范围，用0替换在经所述自适应可变级分解的频带中的至少一个分布了高频分量的频带的系数。
31.如权利要求30所述的方法，其中，当在步骤(a)中计算的相应块的能量值属于所述第三能量级时，
在步骤(b)相应块经过一级分解，以及
在步骤(c)，用0替换经所述一级分解的频带的频带1HH的系数。
32.如权利要求30所述的方法，其中，当在步骤(a)中计算的相应块的能量值属于所述第二能量级时，
在步骤(b)相应块经过一级分解，以及
在步骤(c)，用0替换经所述一级分解的频带的频带1HH、1HL、以及1LH的系数。
33.如权利要求30所述的方法，其中，当在步骤(a)中计算的相应块的能量值属于所述第一能量级时，
在步骤(b)相应块经过二级分解，以及
在步骤(c)，用0替换经所述二级分解的频带的频带1HH、1HL、1LH以及2HH的系数。
34.如权利要求30所述的方法，其中，当在步骤(a)中计算的相应块的能量值属于负值时，
在步骤(b)相应块经过三级分解，以及
在步骤(c)，用0替换经所述三级分解的频带的频带1HH、1HL、1LH、2HH以及3HH的系数。
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