CN1445997A - 图像处理方法和采用该图像处理方法的图像编码装置 - Google Patents

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Abstract

一种施加到原始图像的子波变换，产生第一层次的图像。在第一层次的产生图像中，各个高频子波段分量1HL，1LH和1HH直接进行量化和编码，从而临时存储在编码数据存储器中。对第一层次的图像中的LL子波段分量进行另一次子波变换，从而产生第二层次的图像。此后，从第二层次图像中的LL子波段分量中产生第三层次的图像。在该处理中，量化和编码处理与变换处理并行处理。在完成所有的处理并准备好编码数据后，通过从准备好的编码数据中依次首先读出低频分量而产生符合JPEG2000标准的编码图像数据。

Description

图像处理方法和采用该图像处理方法的图像编码装置
技术领域
本发明涉及图像处理技术，具体涉及图像处理方法和采用该图像处理方法的图像编码装置。
背景技术
在称为“图像世纪”的二十世纪，人们制作了大量各种各样的图片和图像，并在电影，电视广播等中使用。特别在90年代，人们广泛使用了PC机(个人计算机)和其它信息设备，普及了数字摄象机、彩色打印机等等，以及因特网使用的巨速增长使数字图像文化深入渗透到普通人的日常生活中。在此情况下，人们制定了编码和压缩技术标准，比如用于静止图像的JPEG(联合图像专家组规范)和用于运动图像的MPEG(运动图像专家组规范)，从而促进了图像通过记录介质(例如CD-ROM，诸如网络和广播电波的传输介质)的分发和再现。已经发布了作为JPEG系列的高级版本的JPEG2000，还制定了用于MPEG的中期到长期的目标。这样，现在的和未来复杂的图像处理技术将毫无疑问地带领我们深入数字图像的世界。
产生图像数据的数字摄象机和扫描器这类设备的技术进步是如此地显著，使得人们非常容易取得具有较高分辨率和较高质量的图像。当图像的分辨率较高时，数据量就会增加，而编码技术有望在对付这样大量增加的图像数据的编码中扮演重要的角色。虽然在一方面，人们正坚持不懈地努力寻求着最佳的数据结构，但在另一方面，非常需要在处理编码压缩中提高效率，即需要进一步减少处理时间并使硬件资源最小的编码压缩处理技术。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种技术，提高图像处理或图像编码处理的效率，特别是缩短处理时间并减小该处理所需的硬件。
根据本发明的较佳实施例涉及图像处理方法。这个图像处理方法包括：将图像变换为空间频率分量；将通过该变换得到的空间频率分量进行量化，其中所述变换以在随后处理阶段取得图像低频分量形式的变换处理方式实现，而其中所述的量化是指在该变换处理中，取得各个时间的较高空间频率分量，从而将所得的较高空间频率分量依次进行量化。变换处理的一个例子是，在JPEG2000格式下用于图像编码的子波变换的随后处理阶段，取得图像的较低频率分量。通过在变换时并行执行量化，而不是在完成所有的变换后再转而进行量化，可以缩短编码处理的时间。此外，由于已完成编码的空间频率分量不再需要进行存储，对应于这些空间频率分量的区域可被重写以作它用，从而减少所需存储容量。
图像处理方法还包括：编码，通过量化依次进行空间频率分量数据的量化，接着将所得编码数据存储到存储器中。该图像处理方法还包括：在完成该变换，量化和编码后，从较低频率的空间频率分量读取存储在存储器存储的编码数据，然后产生编码图像数据。通过在存储器中存储编码数据，重新处理编码数据的次序可以产生编码图像数据。
根据本发明的另一个较佳实施例图像编码装置。这个图像编码装置包括：变换单元，将图像变换为空间频率分量；和量化器，将由变换单元得到的空间频率分量进行量化，其中变换单元完成在取得图像的高频分量后再得到图像的低频分量形式的变换处理，而其中量化器将从变换单元输出的空间频率分量依次进行量化，而不等待变换单元处理的完成。
图像编码装置还包括：编码器，依次对由量化器量化的空间频率分量的数据进行编码；和编码数据存储器，暂时存储由编码器产生的编码数据，从而以预定的次序重新安排编码数据。该图像编码装置还包括：流发生器，以预定次序读出存储在编码数据存储器中的编码数据并产生编码图像数据。流发生器可以产生具有首先出现较低频率分量的数据结构的编码图像数据。
须注意，上述结构元件的任意替换，以及方法，装置，系统，计算机程序，记录介质等等间的变换表达都是有效的，并由这些实施例所覆盖。
另外，该发明概要不必描述所有的必要特征，这样本发明也可以是这些所述特征的子组合。
附图说明
图1示出根据本发明实施例的图像编码装置的结构。
图2示出子波变换器怎样变换原始图像，并怎样通过量化和编码处理将已变换的空间频率数据变换到编码图像数据。
图3示出子波变换算是和量化和编码处理间的时间关系。
具体实施方式
现在将根据较佳的实施例描述本发明，这并不意味着限制本发明的范围，而只是示范而已。在这些实施例中描述的所有特征及其组合对本发明并不是必需的。
下面的较佳实施例涉及采用JPEG2000作为图像处理形式的图像编码。因为JPE62000众所周知，下面不再累牍。
图1示出根据本发明较佳实施例的图像编码装置10的结构。在硬件方面，这个结构由CPU，存储器和其它任意计算机的LSIs实现。在软件方面，它由存储器加载程序或由有类似编码功能的程序实现。这里描述和示出了结合这些部件实现的功能方框。这样本领域的普通技术人员须理解，这些功能方框可通过只用硬件，只用软件，或两者结合的各种形式实现。
该图像编码装置10根据JPEG2000规范执行编码处理。图像编码装置10原则上包括子波变换器14，帧缓冲器16，量化器18，位-平面编码器20，算术编码器22，编码数据存储器26和流发生器24。帧缓冲器16用作图像编码处理的工作区域，而编码数据存储器26临时存储将随后被重新安排的编码数据。在下面将描述，可用单个公用存储器代替帧缓冲器16和编码数据存储器26。
在编码处理开始时，将原始图像OI加载到帧缓冲器16中。通过子波变换器14对加载到帧缓冲器16中的原始图像OI分层。JEPG2000中的子波变换器14使用Daubechies滤波器。参考图2，该滤波器分别在图像的x和y方向同时用作低通滤波器和高通滤波器，并把一个图像分成四个频率子波段。这些子波段是，在x和y方向都具有低频分量的LL子波段，在x和y方向的一个方向有低频分量而在另一个方向有高频分量的HL子波段和LH子波段，和在x和y方向都有高频分量的HH子波段。各个子波段的垂直和水平方向中的像素个数为图像处理前像数个数的1/2，而在一次滤波后产生的子波段图像其分辨率或图像尺寸为原始图像的1/4。
子波变换器14对这样得到的子波段中的LL子波段图像执行另一次滤波处理，从而把它再分成下一个四个子波段LL，HL，LH和HH。执行预定的滤波次数，最后一次滤波产生的LL子波段为最接近原始图像OI的DC分量的图像。在同一层次的四个子波段，(也就是，那些执行相同次数滤波后得到的子波段，)包含从HH到HL和从LH到LL的较低频率分量。当层次降低到更低的层次时，将产生包括更低频率分量的图像。这由图2的示例示出，当层次位置从右下向左上移动时，可取得包括更低频率分量的分层图像。
量化器将子波变换器14输出的空间频率分量进行量化。作为编码器不例的位-平面编码器20和算术编码器22对已量化的空间频率数据编码。编码数据存储器26临时存储从算术编码器22输出的编码数据，从而将编码数据以预定次序重新安排。流发生器24以预定次序读取存储在编码数据存储器26中的编码数据，然后产生编码数据流。在这种模式中，输出最终编码图像CI。
图2示出子波变换器14怎样变换原始图像OI，以及怎样通过量化和编码处理将已变换的空间频率数据转换为编码图像数据CI。原始图像OI通过子波变换器14执行的第一次滤波，成为第一层次的图像WI1。这里，在第n层次的子波段HL，LH，HH分别用nHL，nLH和nHH指示。在这个图像WI1的LL子波段上执行另一次滤波，这样产生第二层次的图像WI2。以类似的方式，将重复执行另一次滤波。在图2示出的示例中，执行过滤波的图像送到第三层次的图像WI3。
如上所述，在最后的滤波处理中产生的LL子波段最接近于原始图像的DC分量，是最重要的信息。这样，考虑到在数据变换中可能出现的差错和通信问题，并为了实现逐次浮现的显示效果，需要这样一种数据结构，使得在具有最高重要性的最终LL子波段开始首先出现低频分量，然后再出现高频分量。不过，在子波变换器14的变换处理中，首先取得较高的频率分量，在随后阶段再得到较低的频率分量，如图2所示。这里，如果在子波变换器14执行的变换处理都已完成并且输出最终的LL子波段之后，再执行量化和编码处理，则与变换处理所需时间相同的量化处理和编码处理将占用从处理开始到处理完成所需的许多时间(特别是当需要处理带有大量数据的图像时)，这样就没有有效完成量化和编码处理。
考虑到这些问题，根据本实施例，每当取得更高频率的空间频率分量时，就依次将这些分量进行量化并编码，然后将其临时存储在编码数据存储器26中。换言之，量化和编码处理与变换处理并列进行，而不是等待变换处理完成后再进行。然后，在各个变换，量化和编码都完成后，将存储在编码数据存储器26中的编码数据，按照从低频分量到高频分量的次序依次读出，(也就是上述处理次序的反转次序)，从而产生编码图像数据CI。
图3示出子波变换处理与量化和编码处理间的时间关系。在图像的亮度信号Y，色差信号Cb和Cr上分别执行子波变换。首先，子波变换器14执行对亮度信号Y的子波变换，如图2所示，这样产生第一层次的空间频率分量Y1。然后，依次产生第二层次的空间频率分量Y2和第三层次的空间频率分量Y3。当通过子波变换14产生第一层次的空间频率分量Y1时，量化器18对Y1进行量化，而不等待变换处理完成。另外，当量化器18的量化处理完成时，位-平面编码器20和算术编码器22对已经量化的依次从一级输出的数据编码，并且把已经编码的量化的数据存储到编码数据存储器26中。接着，可将头信息加到编码数据，这样当接着读出重新安排的编码数据时能够识别Y1编码的数据。因为头信息只在流发生器24读出编码数据时使用，而不加到要输出的编码图像数据CI中，该头信息可以是由流发生器24能识别的任意形式。对于色差信号Cb和Cr，量化和编码处理以类似的方式并行于子波变换处理而执行，这样编码数据连续地存储在编码数据存储器26中。
在子波变换，量化和编码都完成并且所有的编码数据都存储到编码数据存储器26中后，流发生器24从低频分量开始连续读出编码数据，从而产生编码图像数据CI。在图3示出的例子中，首先读出具有最低频率的在第三层次中的亮度信号Y3，色差信号Cb3和Cr3。这样，这些数据以第二层次的Y2，Cb2和Cr2的次序，和第一层次的Y1，Cb1和Cr1的次序重新安排，如图3所示，从而产生编码图像数据CI编码图像数据CI的数据结构可以依次为Y3，Y2，Y1，Cb3，Cb2，Cb1，Cr3，Cr2和Cr1。在这个例子中，数据结构也是在相同信号中，低频分量在高频分量前出现。
根据图3示出的过程，在量化和编码处理中将空间频率分量转换为编码数据之后，就不需将空间频率分量存储到帧缓冲器16中了，这样随后可以将那些空间频率分量从帧缓冲器16中删除。于是，用其它数据重写存储已经被转换为编码数据的空间频率分量的存储区域的方式，可将帧缓冲器16用于存储其它数据。因此，可减小整个存储器尺寸。例如，如果通过重写原始图像数据而存储新产生的编码数据，就不需要提供更新的编码数据存储器26而帧缓冲器16可以公共使用，也即不需要编码数据存储器26。
如上所述，通过根据本发明实现图像编码装置，提高了图像编码处理的效率，缩短了编码所需的时间，并明显减小需要的存储器容量。
本发明根据只起示范作用的一些实施例描述，但并不仅限于那些实施例所描述的范围。本领域的普通技术人员须理解上述各部件和处理的组合存在其它各种修改方案，这些方案存在于本发明的范围中。
虽然本发明通过示范实施例进行了描述，须理解，在不背离由附加权利要求限定的本发明范围的情况下，本领域的普通技术人员可以进行许多的变化和替换。

Claims (20)

1.一种图像处理方法，其特征在于，包括：
将图像变换为空间频率分量；和
将通过所述变换得到的空间频率分量进行量化，
所述变换以具有在随后处理阶段取得图像低频分量的方式执行变换处理，
并且所述量化是指在该变换处理中，每次取得较高空间频率分量，就将所得的较高空间频率分量依次进行量化。
2.如权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，还包括：
依次编码由所述量化得到的空间频率分量的数据，然后将编码数据存储到存储器中。
3.如权利要求2所述的图像处理方法，其特征在于，还包括：
在完成所述变换、所述量化和所述编码后，从较低频率的空间频率分量开始读出存储器中存储的编码数据，接着产生编码图像数据。
4.如权利要求3所述的图像处理方法，其特征在于，编码图像数据是符合JPEG2000格式的图像数据。
5.如权利要求1所述的图像处理方法，其特征在于，变换处理是子波变换。
6.如权利要求2所述的图像处理方法，其特征在于，变换处理是子波变换。
7.如权利要求3所述的图像处理方法，其特征在于，变换处理是子波变换。
8.如权利要求4所述的图像处理方法，其特征在于，变换处理是子波变换。
9.一种图像编码装置，其特征在于，包括：
变换单元，将图像变换为空间频率分量；和
量化器，将由变换单元得到的空间频率分量进行量化，
其中变换单元以具有在取得图像的高频分量后再得到图像的低频分量的方式执行变换处理，
所述量化器将从变换单元输出的空间频率分量依次进行量化，而不等待所述变换单元的处理过程结束。
10.如权利要求9所述的图像编码装置，其特征在于，还包括：
编码器，依次对由量化器量化的空间频率分量的数据进行编码；和
编码数据存储器，临时存储由编码器产生的编码数据，从而以预定的次序重新安排编码数据。
11.如权利要求10所述的图像编码装置，其特征在于，还包括：
流发生器，以所述预定次序读出存储在编码数据存储器中的编码数据并产生编码图像数据。
12.如权利要求11所述的图像编码装置，其特征在于，所述流发生器产生具有首先出现较低频率分量的数据结构的编码图像数据。
13.如权利要求11所述的图像编码装置，其特征在于，编码图像数据是符合JPEG2000格式的图像数据。
14.如权利要求12所述的图像编码装置，其特征在于，编码图像数据是符合JPEG2000格式的图像数据。
15.如权利要求9所述的图像编码装置，其特征在于，所述变换单元执行子波变换。
16.如权利要求10所述的图像编码装置，其特征在于，所述变换单元执行子波变换。
17.如权利要求11所述的图像编码装置，其特征在于，所述变换单元执行子波变换。
18.如权利要求12所述的图像编码装置，其特征在于，所述变换单元执行子波变换。
19.如权利要求13所述的图像编码装置，其特征在于，所述变换单元执行子波变换。
20.如权利要求14所述的图像编码装置，其特征在于，所述变换单元执行子波变换。
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