影像處理方法及裝置的製作方法

2023-07-29 06:52:11

專利名稱：影像處理方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及數字視頻領域，具體而言，涉及一種影像處理方法 及裝置。
背景技術：
為了獲得較高的壓縮性能，現有的視頻影像壓縮算法，如
JPEG、 JPEG2000等都是首先利用影4象數據在水平方向和垂直方向 的相關性，對影像數據進行分塊(分塊大小為8*8、 32*32等)；然 後只十每塊進4亍二維的DCT ( Discrete Cosine Transform,離散餘弦變 才奐)或DWT ( Discrete Wavelet Transform,離散小;皮變才吳)進4亍去 相關；最後才艮據變換系H的統計分布特性，對變換係數進行量化和 編碼。
圖1示出了相關技術的基於分塊的採用集合4分裂的二維小波 變換的示意圖。對於基於分塊的二維離散小波變換，其小波係數除 最低頻外，每一個都有在相鄰的低位平面內的4個對應點，也就是 集合4分裂。
在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術中至少存在以下 問題由於對影像數據進行二維分塊需要存儲多行影像數據，尤其 是具有較大影像尺寸的視頻影像數據，如HDTV (High Definition Television,高清晰度電視)，所需的片內RAM存儲開銷較大，導 致晶片面積4交大。

發明內容
本發明旨在提供一種影像處理方法及裝置，能夠解決由於對影 像數據進行二維分塊需要存儲多行影像數據，尤其是具有較大影像
尺寸的視頻影像數據，如HDTV (High Definition Television,高清 晰度電視)，所需的片內RAM存儲開銷較大，導致晶片面積較大的 問題。
在本發明的實施例中，提供了一種影〗象處理方法，包括以下步 驟將影像數據的每一行按照預設的長度分段；對分段後的影像數 據進行預設層數的多層一維離散小波變換，得到小波係數；對小波 系悽t進4亍編碼。
在本發明的實施例中，還提供了一種影像處理方法，包括以下 步驟對壓縮編碼後的數據進行解碼，得到重建的小波係數；對重 建的小波係數按照壓縮時設定的層數進行多層一 維離散小波逆變 換，得到重建的各段影像數據；整合重建的各段影像數據，得到解 碼後的影像數據。
在本發明的實施例中，還提供了一種影像處理裝置，包括分 段模塊，用於將影像數據的每一行按照預設的長度分段；變換模塊， 用於對分段後的影像數據進行預設層數的多層一維離散小波變換， 得到小波係數；編碼模塊，用於對小波係數進行編碼。
在本發明的實施例中，還提供了一種影像處理裝置，包括解 碼模塊，用於對壓縮編碼後的數據進行解碼，得到重建的小波係數； 逆變換模塊，用於對重建的小波係數按照編碼時設定的層數進行多 層一維離散小波逆變換，得到重建的各段影像數據；整合模塊，用 於整合重建的各段影像數據，得到解碼後的影像數據。上述實施例通過對影像數據進行一 維分段而不是二維分塊，然
後對每段數據進行一維離散小波變換(ID DWT)以去除影像數據 在水平方向上的相關性，然後對一維的小波系悽t進4亍編碼。由於至 多只需要存儲一行影像數據，因而所需要的片內RAM存儲開銷較 小，降低了晶片面積。


此處所說明的附圖用來才是供對本發明的進一步理解，構成本申 請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並 不構成對本發明的不當限定。在附圖中
圖1示出了相關技術的基於分塊的釆用集合4分裂的二維小波 變換的示意圖2示出了根據本發明的一個實施例的影像處理方法流程圖3示出了根據本發明的一個實施例的基於分段的一維小波系 數集合2分裂示意圖4示出了才艮據本發明的一個實施例的32點影像數據經3層 一維小波變換的結構示意圖5示出了根據本發明的一個實施例的影像處理方法流程圖6示出了根據本發明的一個實施例的影像處理裝置框圖7示出了根據本發明的一個實施例的影像處理模塊框圖8示出了釆用32點小波係數1D EZW編碼硬體實現電路中 的悽t據通道部分示意圖；圖9示出了採用32點小波係數1D EZW編碼硬體實現電路中 的控制器部分示意圖10示出了根據本發明的一個實施例的影像處理裝置框圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖並結合實施例，來詳細"i兌明本發明。
圖2示出了才艮據本發明的一個實施例的影^象處理方法流程圖， 包4舌以下步-驟
S102,將影像H據的每一行按照預:沒的長度分段；
S104,對分段後的影像數據進行預設層數的多層一維離散小波 變換，得到小波係數；
S106，對所述小波係數進行編碼。
上述實施例通過對影像數據進行一維分段而不是二維分塊，然 後對每段數據進行一維離散小波變換(1D DWT)以去除影像數據 在水平方向上的相關性，然後對一維的小波系悽t進4亍編碼。由於至 多只需要存儲一行影像數據，因而所需要的片內RAM存儲開銷較 小，降低了晶片面積。
優選地，預設的長度包括32點或64點。
優選地，預設的層數根據上述預設的長度以及小波基的支撐長 度設定。
優選地，壓縮編碼的方法為一維嵌入零樹小波編碼方法或一維 分級樹的集合劃分編碼方法。通過編碼時對比特率的控制， 一維嵌 入零樹小波編碼方法或一維分級樹的集合劃分編碼方法可以選4奪為無損編石馬方法，也可以選4奪為有損編石馬方法選4奪無損編石馬方法 時不需要對比特率進;f於控制，選擇有損編碼方法時通過對編碼比特
數的控制來達到預定的壓縮比。 一維嵌入零樹小波編碼方法或一維
影像數據重建後沒有失真。
圖3示出了根據本發明的一個實施例的基於分段的一維小波系 數集合2分裂示意圖。由於採用的是多層一維小波變換，各層間的 小波係數在層間與層內的空間相關性與二維情況不同除最低層 LLn夕卜，第n層小波系悽丈在n-l層有2個對應的小波系悽t;而在二 維情況是，第n層小波係數在n-l層有4個對應的小波係數。因此， 在採用ZT (零樹)或SOT (空間方向樹對)對一維小波係數進行 組織編碼時，是採用集合2分裂；而在二維情況採用的是集合4分 裂。1D SPIHT編解碼過程中所採用的空間方向樹及集合2分裂如 式(1)，式(2)所示formula see original document page 8
0(/) = {c(2/),c(2/ + l)} (2) 其中，/和/t為常數，其取值範圍^f艮據實際的小波變換確定。
1D EZW編碼(1D SPIHT編碼)與2D EZW編碼(2D SPIHT )
編碼過程一樣，其基本運算都是在每一位平面下，對小波係數或小 波係數集合進行重要性測試。測試函數如式(3)所示
分級樹的集合劃分編碼方
但這裡r表示小波係數或小波係數集合，"表示第"個位平面，且 OS " " —max 。其中最大位平面由該段所有d 、波係數絕對值的最大值決 定，也即由式(4)決定，
"max =
l0g2(n^x{|C(/)|})
(4)
.只是相對於二維情況，由於集合是2分裂的，因此每一個小波 係數的後代集合大小減小 一倍，其重要性比較判決次數也隨之減'J、 一半。另外，由於只是對一小段影像數據進行有限層數的小波變換， 因此小波變換的能量聚集作用也較二維情況時弱，且用來存儲編碼 位平面的比特ft也專交二維時小。以32*32的8bit影^象塊為例，由於 2D DWT變換，理論上最大位平面悽t為14,而採用32點的ID DWT 變換，理i侖上最大的位平面4fet為13。
優選地，多層一維離散小波變換是53整數小波變換，其變換 由式(5)給出
c(2w +1) = x(2w +1)-
x(2w) + x(2 + 2)
c(2n-l) + c(2w + l) + 2.
(5)
其中，"為常數，其取值範圍根據分段時預設的長度確定。53整數 小波變換具有提升機制，便於硬體實現。
圖4示出了才艮據本發明的一個實施例的32點影1象數據經3層 一維小波變換的結構示意圖。如圖4所示，下面以,殳長為32點， 採用3層小波變換且採用1DEZW為例，來說明本發明的一個實施 例的具體過程取影像數據的32點，按式(5 )進行3層53整數提升小波變 換，得到小波係數C(O), C(l)......C(31)。其中C(0)，C(1)，C(2)和C(3)
為低頻係數，其餘為高頻係數，係數C(4), C(5)， C(6)， C(7)在第 二層中有其對應的後代係數，分別對應為{C(8),C(9)}, {C(10),C(11)}， {C(12)，C(13)}， {C(14),C(15)};同樣，係數C(8)， C(9)， C(IO), C(ll), C(12), C(13)， C(14)， C(15)在第一層中有其 對應的後代係數，分別對應為{C(16)，C(17)} ， {C(18)，C(19)}, {C(20)，C(21)} ， {C(22),C(23)} , C(24)，C(25)} , (C(26),C(27)}, {C(28)，C(29)} ， {C(30),C(31)}。
首先得到32個小波係數絕對值的最大值，得到其最大位平面， 並用4bit (表示最大位平面的碼流比特數由實用中可能的最大位平 面ft決定，一^:而言，4位碼流比特悽t足夠(可表示最大位平面悽t 為15))碼流表示。主編碼過程分為主通道過程(Dominate Pass) 和次通道過程(Subordinate Pass )。主通道過程根據每一點小波係數 的重要性以及該點所對應的後代小波係數的重要性，編碼為POS、 NEG、 IZ、 ZTR四類，用2bit來表示，分別為"10"、 "01"、 "11"、 "00";次通道過程分別輸出重要係數(已經編碼為POS和NEG) 的第n位位平面的比特位。如果達到預先設定的比特率，則停止編 碼，輸出碼流。接著輸入影像數據的下一段，進行相同的小波變換 和編碼。
圖5示出了才艮據本發明的一個實施例的影4象處理方法流程圖， 包4舌以下步驟
S202，對壓縮編碼後的數據進行解碼，得到重建的小波係數；
S204,對重建的d、波係數按照壓縮時設定的層數進行多層一維 離散小波逆變換，得到重建的各段影像數據；
S206,整合重建的各段影像數據，得到解碼後的影像數據。上述實施例通過對採用多層一維離散小波逆變換解壓縮影像 數據，得到重建的影像數據，在壓縮比不高時，重建後影像與壓縮 前影像相比失真較小。
優選地，解碼的方法為 一 維嵌入零初於d 、波解碼方法或 一 維分級 樹的集合劃分解碼方法。通過編碼時對比特率的控制， 一維嵌入零 杉於小波編石馬方法或一維分級扭t的集合劃分編石馬方法可以選擇為無
損編石馬方法，也可以選擇為有損編；馬方法選擇無損編石馬方法時不 需要對比特率進行控制，選擇有損編碼方法時通過對編碼比特數的 控制來達到預定的壓縮比。 一維嵌入零樹小波編碼方法或一維分級 樹的集合劃分編碼方法選擇為無損編碼方法時壓縮比較低，但影像 數據重建後沒有失真。
解碼端首先從碼流的前4位(表示最大位平面的碼流比特悽t由 實用中可能的最大位平面數決定， 一般而言，4位碼流比特數足夠 (可表示最大位平面數為15))得到最大的位平面數，然後對每一 位平面進行主通道解碼和次通道解碼，直到達到預定的比特率。
優選地，多層一維離散小波逆變換是53整數小波逆變換，其 變換由式(6)給出
formula see original document page 11
其中，"為常數，其取值範圍根據分段時預設的長度確定。53整數
小波變換具有提升機制，便於硬體實現。
圖6示出了根據本發明的一個實施例的影像處理裝置框圖，包
括
分段模塊10，用於將影像數據的每一行按照預設的長度分段；變換模塊20，用於對分段後的影像數據進行預設層數的多層一 維離散小波變換，得到小波係數；
編碼模塊30，用於對小波係數進行編碼。
上述實施例通過對影像數據進行一維分段而不是二維分塊，然 後對每段數據進行一維離散小波變換(ID DWT)以去除影像數據 在水平方向上的相關性，然後對一維的小波系悽t進^f亍編碼。由於至 多只需要存儲一行影像數據，因而所需要的片內RAM存儲開銷較 小，降低了晶片面積。
根據本發明的一個實施例，具體的IC電路設計中包括ID DWT 及ID EZW編碼兩個衝莫塊，ID DWT的輸出即為EZW編碼的輸入。 才艮據式(1 )知，DWT才莫塊主要是由加法和移位電^各組成。對於EZW 編碼才莫塊，由於4又有32個小波系悽t,因此可採用掃描方式進4亍編 碼。且由於每一'卜波系悽t可在主通道過程產生2bit碼流或Obit碼流， 在次要通道過禾呈可產生lbit或Obit石馬流，因jt匕可^)尋相鄰的8個小波 係數同時進行編碼，也就是在一個時鐘周期內完成8個小波系悽史的 編碼及碼流的存儲，這可以通過對4組小波係數分別例化來實現。 於是，完整完成一段小波係數的編碼所需要的最大時鐘周期數為 13*8=104。
圖7示出了根據本發明的 一個實施例的影像處理模塊框圖，包 括兩部分，1DDWT才莫塊和1DEZW編碼才莫塊，編碼4莫塊的豐俞入為 1D DWT模塊的輸出，壓縮比由編碼的比特數控制。
優選地，上述編碼模塊包括主通道單元和次要通道單元，主通 道單元和次要通道單元分別完成小波係數的編碼；主通道單元和次 要通道單元的輸出碼流通過多路選擇器單元在控制信號作用下完 成存儲。圖8示出了採用32點小波係數1D EZW編碼硬體實現電路中 的Data Path (數據通道)部分示意圖，32點小波係數的編碼可通 過8個模塊完成，包括4個主通道模塊和4個次要通道模塊。每一 個模塊完成8個小波係數的編碼及碼流的存儲。8個模塊的輸出碼 流通過一 MUX才莫塊在控制信號作用下完成存4諸。
圖9示出了採用32點小波係數1D EZW編碼硬體實現電路中 的Controller (控制器)部分示意圖，32點小波係數的編碼過程通 過8個狀態來完成，包括4個主通道編碼狀態和4個次要通道編碼 狀態，8個狀態順序轉移，當達到預定的比特率，轉移到停止狀態， 編石馬結束。
圖10示出了根據本發明的一個實施例的影像處理裝置框圖， 包括
解碼才莫塊40，用於對壓縮編碼後的數據進行解碼，得到重建的 小波係數；
逆變換模塊50，用於對重建的小波係數按照壓縮時設定的層數 進行多層一維離散小波逆變換，得到重建的各段影像數據；
整合模塊60，用於整合重建的各段影像數據，得到解碼後的影 像數據。
上述實施例通過對採用多層一維離散小波逆變換解壓縮影像 數據，得到重建的影像數據，在壓縮比不高時，重建後影像與壓縮 前影像相比失真較小。
上述實施例提供了 一種基於行的視頻影像數據壓縮方式，通過 對一行影4象數據分萃殳，對每一段進行相同層數的1DDWT變換，然後採用1DEZW或1DSPIHT編碼。由於在小波變換過程及編碼過 程中最多只需要存儲1行影像數據，相對於基於塊的壓縮算法，大 大減小了對片內RAM的需求。另外在石更件實現過程中採用4象素掃 描方法，其編解碼過程具有固定的最大時鐘周期延遲，以便更易於 對時序進行控制。本發明的上述實施例可廣泛應用於對存儲需求較 為苛刻的視頻影像壓縮電路中。
顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發明的各模塊或 各步驟可以用通用的計算裝置來實現，它們可以集中在單個的計算 裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網絡上，可選地，它們 可以用計算裝置可扭J於的程序代碼來實現，從而，可以將它們存儲
在存儲裝置中由計算裝置來執行，或者將它們分別製作成各個集成 電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟製作成單個集成電路模 塊來實現。這樣，本發明不限制於任何特定的硬體和軟體結合。
以上所述^f又為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發 明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。 凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進 等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1. 一種影像處理方法，其特徵在於，包括以下步驟將影像數據的每一行按照預設的長度分段；對分段後的所述影像數據進行預設層數的多層一維離散小波變換，得到小波係數；對所述小波係數進行編碼。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述預設的長度包 括32點或64點。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述預設的層數根 據所述預設的長度以及小波基的支撐長度設定。
4. 才艮據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述壓縮編碼的方 法為一維嵌入零樹小波編碼方法或一維分級樹的集合劃分編 碼方法。
5. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述多層一維離散 小波變換是53整數小波變換。
6. —種影像處理方法，其特徵在於，包括以下步驟對壓縮編碼後的數據進行解碼，得到重建的小波係數；對所述重建的小波係數按照壓縮時設定的層數進行多層 一維離散小波逆變換，得到重建的各段影像數據；整合所述重建的各段影像數據，得到解碼後的影像數據。
7. 4艮據片又利要求6所述的方法，其特徵在於，所述解碼的方法為 一維嵌入零樹小波解碼方法或一維分級樹的集合劃分解碼方 法。
8. 根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述多層一維離散 小波逆變換是53整數小波逆變換。
9. 一種影像處理裝置，其特徵在於，包括分段模塊，用於將影像數據的每一行按照預設的長度分段；變換模塊，用於對所述分段後的影像數據進行預設層數 的多層一維離散小波變換，得到小波係數；編碼模塊，用於對所述小波係數進行編碼。
10. 根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於，所述編碼模塊包括 主通道單元和次要通道單元，所述主通道單元和次要通道單元分別完成所述小波系悽丈 的編碼；所述主通道單元和次要通道單元的l命出碼流通過多3各選 擇器單元在控制信號作用下完成存儲。
11. 一種影像處理裝置，其特徵在於，包括解碼模塊，用於對壓縮編碼後的數據進行解碼，得到重 建的小波係數；逆變換才莫塊，用於對所述重建的小波係數按照編碼時設 定的層數進行多層 一 維離散小波逆變換，得到重建的各段影像 數據；整合模塊，用於整合所述重建的各段影像數據，得到解 碼後的影像數據。
全文摘要
本發明公開了一種影像處理方法和裝置，方法包括以下步驟將影像數據的每一行按照預設的長度分段；對分段後的影像數據進行預設層數的多層一維離散小波變換，得到小波係數；對小波係數進行編碼。本發明還公開了一種影像處理方法和裝置，方法包括以下步驟對壓縮編碼後的數據進行解碼，得到重建的小波係數；對重建的小波係數按照壓縮時設定的層數進行多層一維離散小波逆變換，得到重建的各段影像數據；整合重建的各段影像數據，得到解碼後的影像數據。本發明通過對影像數據進行一維分段而不是二維分塊，然後對一維的小波係數進行編碼。由於至多只需要存儲一行影像數據，因而所需要的片內RAM存儲開銷較小，降低了晶片面積。
文檔編號H04N7/26GK101431678SQ200810238960
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月5日 優先權日2008年12月5日
發明者飛 姚, 張文超, 範名超, 郭曉旭 申請人:矽谷數模半導體(北京)有限公司