基于JPEG2000标准的感兴趣区域编码

　　JPEG2000 标准是利用了离散小波变换技术和嵌入式编码技术一EBCOT，它不但提高了压缩比，而且提供了很多新编码方法。感兴趣区域编码（ROI）便是新编码方法之一。ROI 编码不仅较好地保持了图像的视觉效果，而且更大限度地压缩了图像，这非常有利于解决信道拥挤，和存储空间过大的问题。

　　在使用图像过程中，人们通常只对图像的某一区域关注较多，我们称之为感兴趣区域，而对其他区域关注较少，我们称之为背景区域。于是我们在图像编码过程中，可以对关注较多的感兴趣区域进行高质量的编码，而对背景区域较低质量的编码，从而提高图像压缩比，这就能更进一步地协调好图像质量与压缩比的矛盾，这就是ROI 编码技术。

　　1 JPEG2000 标准中的两种感兴趣区域编码方法JPEG2000 中给出了两种感兴趣区域编码算法：一般位移法和最大位移法。

　　1.1 一般位移法一般位移法就是对于一个位移因子S，就是背景区域内的系数右移S 位，这样做是使得感兴趣区域的一部分系数比背景区域的系数的位平面要高，如图1（c）。在编码时，位平面高的会先于位平面低的先编码，于是感兴趣区域的一部分系数就会先编码和传输，然后才是剩余一部分感兴趣区域位平面和背景区域位平面一起编码传输。

　　在一般位移法中，位移因子的选择范围是非常大的，可以根据不同的需要来确定S 的值。当位移因子较大时，感兴趣区域位平面和背景区域位平面相对较分离，编码时几乎是感兴趣区域都编码完了才开始编码背景区域的位平面。当位移因子较小时，将会有较多的感兴趣区位平面和背景区域位平面一起编码传输。

　　

　　一般位移法也有它的不足之处，就是编码时，需要把感兴趣区域的形状参数一起编码和传输出去，这就增加了编解码的难度，而且形状参数的编码也会挤占信道，也就降低了编码效率。JPEG2000 标准中，只能满足对椭圆和矩形的感兴趣区域编码，这在一定程度上限制了感兴趣编码的广泛应用。

　　1.2 最大位移法最大位移法中，所有量化系数输入到编码器后，编码器根据输入的量化系数，生产一个特定的位移因子S，次位移因子S 可以能使得感兴趣区域位平面和背景区域位平面完全分离开，没有任何重叠部分，如图1（b）。也就是此时位移因子得满足：S逸max（Mb），Mb是所有位平面幅度的最大值。

　　最大位移法中，不需要对形状信息进行编码，所以可以节约一些码流。但是由于位移因子S 的值是唯一固定的，所以不能调节感兴趣区域和背景区域的相对图像质量。

　　2 通用的部分位平面偏移方法正是由于标准中的两种ROI 编码都有一定不足，于是广大学者对ROI 编码进行了很多的研究，探索出了一下新的编码算法。本文下面就要介绍一种新的感兴趣编码算法：通用的部分位平面偏移方法［4］（Generalized PartialBitplanes Shift Method，GPBShift）。

　　标准方法中是一次完成位平面的移动，但GPBShift方法是将ROI 的位平面系数分割为两段，将BG 的位平面系数也划分为两段，编码时按照不同的图片质量需要对四个位平面段进行相应的移动。

　　图2 是GPBShift 方法的位平面偏移示意图。其中S1=3，表示ROI 系数中被划分较高位平面的个数；S2=6，是BG 系数中被划分较高位平面的个数。在图2 中，位平面的由上到下的序号依次为1，2，3，4，5，……。在编码时，GPBShift的位平面偏移方法为：淤对于ROI 系数中的某一位平面b：如果b臆S1，则不偏移；否则，下移到位平面b+S1。

　　于对于BG 系数中的某一位平面b：如果b臆S2，下移到位平面b+S1；否则，下移到位平面b+S1+［max（Mb）-S2］。

　　解码时，操作刚好与上述位移方法相反。

　　在运用此方法时，尽管理论上S1 和S2 可以自由地取0 到max（Mb）之间的任意整数，但取值不当，会影响编码效率和系统的可靠性。例如：当S1》S2，位平面就出现“空闲”的状态，如图3 所示。这样就扩大了系数的变化范围，降低了系数的准确性，而且会影响编码的速度。所以实际应用中要求S1臆S2。GPBShift 方法运用JPEG2000 的ROI 编码，兼顾了其他改进算法的优点，其主要优点如下：淤对ROI 的形状没有要求，不用进行形状编/解码，降低了对编/解码的要求，节约了数据量；于可以对分辨率不同ROI，运用不同的小波子带；盂通过设定不同的S 值，能自由地调节ROI 和BG 重建图像的相对质量；榆多个不同分辨率的ROI 可以存在于同一副图像中。

　　

　　一种新的ROI编码算法——PSBShift算法，它结合了JPEG2000中定义的两种标准RIO编码算法的优点。 关键词：图像编码 JPEG2000 感兴趣区域编码 JPEG2000是由ISO（国际标准化组织）和IEC（国际电工协会）联合开发的新兴图像压缩标准。JPEG2000因为采用了离散小波变换和最新的嵌入式编码技术，所以具备了传统的JPEG所无法比拟的优势。

　　它具有以下主要特点：

　　（1）良好的低比特率压缩性能，其压缩率比JPEG高约30%左右；

　　（2）支持无损和有损压缩；

　　（3）按图像质量或分辨率渐进传输；

　　（4）对码流的随机存取和感兴趣区域（ROI）的编码；

　　（5）较强的抗误码性能。