宋蓓蓓,何帆,馬穗娜,孫文方

(1.長(zhǎng)安大學(xué)信息工程學(xué)院,710064,西安;2.西安電子科技大學(xué)空間科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,710126,西安)

通信帶寬是在多媒體信息傳輸中影響獲得高質(zhì)量數(shù)字圖像的重要因素。在傳輸帶寬受限的情況下,圖像的碼率控制壓縮可以實(shí)現(xiàn)最佳的帶寬利用[1]。因此,如何實(shí)現(xiàn)精確的碼率控制是圖像壓縮領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

目前針對(duì)碼率控制圖像壓縮算法的研究主要分為3類。第一類是基于變換編碼壓縮的碼率控制圖像壓縮算法,其中最經(jīng)典的是JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)采用的壓縮后率失真優(yōu)化(post compression rate-distortion optimization,PCRD-opt)算法[2]。PCRD-opt算法可實(shí)現(xiàn)在最小失真下的最優(yōu)碼率分配策略,但由于需要編碼所有編碼通道,因此該算法的復(fù)雜度較高且運(yùn)行效率較低。為了解決這一問題,Yeugn等提出了基于預(yù)掃描的最優(yōu)截?cái)嗨惴╗3],雖然有效減少了編碼通道數(shù)量,但在高倍壓縮時(shí)仍然存在較大的編碼冗余。王超等提出了最小斜率截?cái)嗟膲嚎s后率控制算法[4],其利用率失真斜率的兩個(gè)特性來獲得最佳的截?cái)帱c(diǎn),雖然減少了存儲(chǔ)空間,但圖像的峰值信噪比略有降低。Li等提出了根據(jù)各子帶對(duì)圖像重建的重要性原理和最優(yōu)率失真理論分配所有小波子帶碼率的算法[5],有效降低了編碼冗余。第二類是基于預(yù)測(cè)編碼壓縮的碼率控制圖像壓縮算法,該類算法主要是將量化步長(zhǎng)作為變量建立碼率控制的數(shù)學(xué)模型。Valsesia等通過對(duì)非重疊編碼塊建立預(yù)測(cè)碼率與失真的數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)了有效的碼率控制[6]。在此基礎(chǔ)上,Conoscenti等實(shí)現(xiàn)了在保證碼率控制精度的同時(shí)也降低算法復(fù)雜度的算法[7]。Valsesia等通過動(dòng)態(tài)估計(jì)殘差信息更新量化步長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)了更精確的碼率控制和更高的算法吞吐量[8]。然而,這種動(dòng)態(tài)調(diào)整可能導(dǎo)致量化步長(zhǎng)的突變,從而在解壓圖像上引入較大的誤差。Joan等提出了一種重復(fù)編碼的碼率控制圖像壓縮算法[9],該算法首先設(shè)置某一量化步長(zhǎng)對(duì)圖像進(jìn)行編碼,在未達(dá)到目標(biāo)碼率時(shí),重新調(diào)整量化步長(zhǎng)并重復(fù)該過程。盡管以上算法都獲得了有效的碼率控制,但在低碼率時(shí)碼率控制精度仍存在0.4%的誤差。第三類是基于深度學(xué)習(xí)壓縮的碼率控制圖像壓縮算法,該類算法主要解決深度學(xué)習(xí)壓縮模型只能輸出單一碼率的問題[10-11],不適用于傳統(tǒng)壓縮算法的碼率控制。

JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)由于質(zhì)量和分辨率的可伸縮性、ROI編碼以及高效率壓縮等特性受到了廣泛應(yīng)用,但其核心算法的高復(fù)雜度嚴(yán)重影響了其在低延遲應(yīng)用上的實(shí)現(xiàn)。雖然目前的碼率控制算法對(duì)JPEG2000的碼率控制進(jìn)行了優(yōu)化,但沒有從根本上解決碼率控制復(fù)雜度高的難題。HTJ2K是建立在JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上的一種實(shí)現(xiàn)高吞吐率的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn),其改變了JPEG2000的塊編碼算法,從根本上降低了JPEG2000的編碼復(fù)雜度[12],但在很大程度上損失了JPEG2000核心算法EBCOT[13]所具有的精細(xì)的漸進(jìn)傳輸特性,其非完全的嵌入編碼方式導(dǎo)致難以實(shí)現(xiàn)精確的碼率控制。作為可選項(xiàng),雖然HTJ2K提供了碼率控制框架,但沒有給出具體的實(shí)現(xiàn)方法。為了解決這一問題,本文根據(jù)HTJ2K算法本身的特點(diǎn),提出了一種結(jié)合碼率預(yù)測(cè)和壓縮后率失真優(yōu)化的高精度自適應(yīng)碼率控制的圖像壓縮(HTJ2K-RPRD)算法,實(shí)現(xiàn)了低復(fù)雜度的精確碼率控制圖像壓縮。

1 HTJ2K圖像壓縮框架

HTJ2K是JPEG委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)制定組于2019年公布的新的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)[14],該標(biāo)準(zhǔn)采用了最優(yōu)截?cái)嗟目焖賶K編碼算法(fast block coding with optimized truncation,FBCOT)[15],解決了JPEG2000復(fù)雜度高的難題。HTJ2K圖像壓縮框架主要包含多分量變換、離散二維小波變換、量化、塊編碼和碼流包生成5個(gè)部分,如圖1所示。其中,多分量變換用于去除彩色圖像分量間的相關(guān)性,離散二維小波變換用于去除圖像空間內(nèi)的相關(guān)性[16],量化用以調(diào)節(jié)小波變換數(shù)據(jù)的有效位深,若為無損壓縮則無需進(jìn)行量化處理。隨后的塊編碼器則是HTJ2K的關(guān)鍵環(huán)節(jié),塊編碼器采用3種編碼通道進(jìn)行編碼:清理(cleanup,CUP)通道、顯著性傳播(significance propagation,SP)通道和幅值細(xì)化(magnitude refinement,MR)通道[17]。當(dāng)進(jìn)行定碼率壓縮時(shí),則需要進(jìn)行碼率控制處理。編碼的最后部分是對(duì)每個(gè)編碼塊的輸出碼流打包為一個(gè)完整的壓縮碼流包。

圖1 HTJ2K編解碼系統(tǒng)框架Fig.1 Framework of HTJ2K codec system

HTJ2K與JPEG2000系統(tǒng)架構(gòu)相似,最主要的區(qū)別在于塊編碼器部分。HTJ2K與JPEG2000的塊編碼通道產(chǎn)生方式對(duì)比如圖2所示。在JPEG2000中,除編碼塊的最高位平面只生成一個(gè)清理通道外,其他的每一個(gè)位平面都要生成3個(gè)編碼通道[18]。假設(shè)最高位平面為pmax(0為最低位平面),則每個(gè)編碼塊最多可以生成3pmax+1個(gè)編碼通道,這樣便對(duì)小波系數(shù)進(jìn)行了精細(xì)的分?jǐn)?shù)位平面劃分。而在HTJ2K中,對(duì)于給定的位平面p,每個(gè)編碼塊僅生成一個(gè)清理通道,進(jìn)而生成一個(gè)顯著性傳播通道和一個(gè)幅值細(xì)化通道,因此每個(gè)編碼塊僅生成3個(gè)編碼通道[19]。特別地,當(dāng)給定的位平面p=0時(shí),則只需要一個(gè)清理通道即可完成對(duì)該編碼塊的編碼。HTJ2K極大地降低了算法復(fù)雜度,非常有利于并行實(shí)現(xiàn),是實(shí)現(xiàn)高吞吐率的關(guān)鍵,但是HTJ2K對(duì)編碼通道的粗分方式只能生成極少的質(zhì)量層,給精確的定碼率圖像壓縮帶來困難。

pmax—最高位平面;p—設(shè)定的位平面;CUP—清理通道;SP—顯著性傳播通道;MR—幅值細(xì)化通道。圖2 HTJ2K與JPEG2000的塊編碼通道產(chǎn)生方式對(duì)比 Fig.2 A comparison of block coding passes generation methods between HTJ2K and JPEG2000

2 自適應(yīng)碼率控制方法

碼率控制問題實(shí)質(zhì)是一種有約束條件的率失真優(yōu)化問題[20]。JPEG2000采用壓縮后率失真優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)碼率控制,首先通過計(jì)算每個(gè)編碼通道的重建損失和輸出碼流長(zhǎng)度來獲得下凸的率失真函數(shù)曲線,然后通過計(jì)算率失真曲線的斜率尋找定碼率輸出要求的最優(yōu)碼流截?cái)帱c(diǎn)。JPEG2000的每個(gè)編碼通道的終止點(diǎn)就是一個(gè)候選截?cái)帱c(diǎn),因此每個(gè)編碼塊都能形成精細(xì)的率失真曲線,這非常有利于獲得最優(yōu)截?cái)帱c(diǎn),而HTJ2K能產(chǎn)生的待截?cái)帱c(diǎn)數(shù)量非常有限,難以構(gòu)成精細(xì)的率失真曲線。文獻(xiàn)[21]對(duì)JPEG2000率失真優(yōu)化的各編碼塊的編碼通道截?cái)帱c(diǎn)進(jìn)行了分析,通過觀察大量的圖像實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn),每幅圖像中每個(gè)編碼塊的碼流是在鄰近的編碼通道結(jié)束點(diǎn)被截?cái)?。在?biāo)準(zhǔn)測(cè)試圖像lena和barb上分別進(jìn)行4倍、8倍和16倍的JPEG2000壓縮,可得到每個(gè)編碼塊的截?cái)辔黄矫媲€,如圖3所示。對(duì)于既定的壓縮倍數(shù),即使每個(gè)編碼塊數(shù)據(jù)互相差異較大,但是截?cái)辔黄矫娴牟町惒⒉淮?一般僅相差1個(gè)位平面,即使在高倍壓縮時(shí)也僅相差2～3個(gè)位平面。這表明在既定的壓縮倍數(shù)下,編碼塊間會(huì)存在一個(gè)基礎(chǔ)的截?cái)辔黄矫?如lena圖像4倍、8倍和16倍壓縮的基礎(chǔ)截?cái)辔黄矫娣謩e為2、3和4。

(a)lena圖像

基于以上小波編碼的特點(diǎn),提出了一種結(jié)合碼率預(yù)測(cè)和壓縮后率失真優(yōu)化的高精度自適應(yīng)碼率控制的圖像壓縮(HTJ2K-RPRD)算法。該算法的主要思想是:首先根據(jù)圖像小波變換域編碼塊數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模型預(yù)測(cè)編碼的基礎(chǔ)截?cái)辔黄矫?然后從基礎(chǔ)截?cái)辔黄矫婢幋a產(chǎn)生多個(gè)編碼通道,采用PCRD-opt算法獲得每個(gè)編碼塊的編碼通道截?cái)帱c(diǎn)以實(shí)現(xiàn)精確的碼率控制。

2.1 基于高斯統(tǒng)計(jì)模型的小波高頻子帶數(shù)據(jù)碼率預(yù)測(cè)

(1)

(2)

式中:σi為第i個(gè)碼塊的標(biāo)準(zhǔn)差;e為自然常數(shù)。

根據(jù)最優(yōu)率失真理論,當(dāng)使得式(3)最小時(shí),可獲得最優(yōu)的編碼參數(shù)

(3)

(4)

設(shè)基礎(chǔ)的截?cái)辔黄矫鏋閜,當(dāng)量化步長(zhǎng)Δ為2的整數(shù)次冪時(shí),根據(jù)Δ=2p則高頻子帶數(shù)據(jù)在截?cái)辔黄矫鎝的平均輸出碼率RH(p)如下

(5)

2.2 基于清理通道編碼規(guī)則的小波低頻子帶數(shù)據(jù)碼率預(yù)測(cè)

由于小波低頻子帶數(shù)據(jù)分布與圖像內(nèi)容緊密相關(guān),往往不滿足高斯分布,因此不能用上節(jié)方法進(jìn)行碼率估計(jì)。由圖2可見,清理通道是HTJ2K中最主要的編碼部分,承擔(dān)了大部分碼流輸出。而清理通道的碼流由MagSgn比特流、MEL比特流和VLC比特流組成,各個(gè)部分比特流由其對(duì)應(yīng)的編碼器產(chǎn)生[25]。清理通道碼流結(jié)構(gòu)如圖4所示。清理通道以2×2結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)為一個(gè)最小編碼單元,稱為四元組。清理通道的四元組處理樣本如圖5所示。因此,本文以四元組為基本單元,根據(jù)3個(gè)碼字段的編碼規(guī)則進(jìn)行低頻子帶小波數(shù)據(jù)碼率預(yù)測(cè)。

圖4 清理通道碼流結(jié)構(gòu)Fig.4 Stream structure of Cleanup passes

Q0—第0個(gè)四元組;Q1—第1個(gè)四元組;Qwq-1—第wq-1個(gè)四元組;wq—碼塊中每行四元組的個(gè)數(shù)。圖5 清理通道的四元組處理樣本Fig.5 Quad processing samples of cleanup passes

在MagSgn編碼器中,對(duì)于第i個(gè)四元組Qi,其中每個(gè)樣本數(shù)據(jù)在不同位平面p嵌入MagSgn碼流的比特?cái)?shù)為mi,n(p),n=0,1,2,3。mi,n(p)滿足如下關(guān)系式

(6)

在預(yù)測(cè)時(shí)用max{Ei,0(p),Ei,1(p),Ei,2(p),Ei,3(p)}近似估計(jì)mi,n(p),則四元組Qi嵌入MagSgn碼流的比特?cái)?shù)預(yù)測(cè)值為4max{Ei,0(p),Ei,1(p),Ei,2(p),Ei,3(p)}bit。

VLC編碼器采用查找表的方法進(jìn)行編碼,即對(duì)每個(gè)四元組通過查找表產(chǎn)生一個(gè)不超過7 bit的碼字段直接嵌入VLC碼流。預(yù)測(cè)每個(gè)四元組嵌入VLC碼流的比特?cái)?shù)為7 bit。

MEL編碼器主要對(duì)零上下文四元組的重要性編碼。相對(duì)于MagSgn和VLC編碼器,MEL編碼器產(chǎn)生極少的碼流。由于在對(duì)MagSgn和VLC碼流的預(yù)測(cè)中均按照上限進(jìn)行了超量的碼流估計(jì),因此在這里可忽略對(duì)每個(gè)四元組嵌入MEL碼流的長(zhǎng)度。

綜上,假若二維小波低頻子帶有N個(gè)四元組,則在不同位平面p嵌入清理通道碼流的碼率表示如下

Ej,3(p)]+7}/4N

(7)

2.3 碼率控制

由以上兩節(jié)可知,當(dāng)圖像二維小波變換的低頻子帶數(shù)據(jù)數(shù)量占比為aL,高頻子帶數(shù)據(jù)數(shù)量占比為aH,有aL+aH=1,則編碼到位平面p截止時(shí)輸出碼率R(p)可估計(jì)如下

R(p)=aHRH(p)+aLRL(p)

(8)

式中:RH和RL分別為二維小波系數(shù)在高、低頻子帶數(shù)據(jù)的平均輸出碼率。

假設(shè)目標(biāo)碼率為RT,則預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)截?cái)辔黄矫嫒缦?/p>

ppre=min{p∈{0,1,…,pmax}|RT≥R(p)}

(9)

式中:pmax為圖像小波變換數(shù)據(jù)的最高位平面;R(p)為截?cái)辔黄矫鏋閜時(shí)CUP通道編碼的預(yù)測(cè)碼率。

式(9)獲得的基礎(chǔ)截?cái)辔黄矫姹硎緸榍謇砭幋a后的碼率不超過目標(biāo)碼率的最高位平面,而在實(shí)際編碼中,每個(gè)編碼塊的截?cái)辔黄矫媛杂衅睢榱双@得更精確的碼率控制結(jié)果,分別將位平面ppre及ppre-1作為截?cái)辔黄矫鎸?duì)每個(gè)編碼塊進(jìn)行兩次編碼。這樣,每個(gè)編碼塊將共產(chǎn)生6個(gè)編碼通道,于是有較多的截?cái)帱c(diǎn)可以保證PCRD-opt算法的執(zhí)行。碼率控制的主要步驟描述如下。

(1)按照截?cái)辔黄矫鎻南孪蛏系捻樞蛑饌€(gè)位平面進(jìn)行碼率預(yù)測(cè)。首先令p=0,根據(jù)編碼塊所屬的小波子帶采用相應(yīng)的預(yù)測(cè)方法進(jìn)行編碼塊的碼率輸出估計(jì),然后采用式(8)計(jì)算整個(gè)圖像壓縮的輸出碼率估計(jì)值。

(2)判斷碼率估計(jì)值是否超出目標(biāo)碼率。當(dāng)估計(jì)值超過目標(biāo)碼率時(shí),令p=p+1跳轉(zhuǎn)到步驟(1);否則停止碼率估計(jì),記預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)截?cái)辔黄矫鎝pre=p。

(3)將ppre及ppre-1分別作為截?cái)辔黄矫鎸?duì)每個(gè)編碼塊進(jìn)行HTJ2K編碼。

(4)對(duì)每個(gè)編碼塊進(jìn)行統(tǒng)一的PCRD-opt率失真優(yōu)化、碼流截?cái)嗉按a流組織。

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為了驗(yàn)證本文高精度自適應(yīng)碼率控制的圖像壓縮(HTJ2K-RPRD)算法的碼率控制性能、壓縮性能以及計(jì)算復(fù)雜度,首先,采用本文HTJ2K-RPRD算法對(duì)4幅測(cè)試圖像在壓縮比分別為4∶1、8∶1和16∶1時(shí)進(jìn)行碼率控制性能測(cè)試實(shí)驗(yàn);然后,采用4種算法對(duì)4幅測(cè)試圖像在壓縮比分別為4∶1、8∶1和16∶1時(shí)進(jìn)行壓縮性能測(cè)試實(shí)驗(yàn),采用的4種算法分別為JPEG2000、CCSDS-IDC[27]、本文算法,以及HTJ2K -PCRD。其中,HTJ2K-PCRD是對(duì)每個(gè)位平面均進(jìn)行3個(gè)通道編碼,然后采用PCRD-opt進(jìn)行碼率控制的算法;最后,采用本文算法對(duì)4幅測(cè)試圖像在壓縮比為8∶1時(shí)進(jìn)行壓縮耗時(shí)實(shí)驗(yàn)。

3.1 測(cè)試圖像

實(shí)驗(yàn)所用到的4幅測(cè)試圖像均為單通道灰度圖像,由自然場(chǎng)景標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試圖像以及空間系統(tǒng)數(shù)據(jù)咨詢委員會(huì)(CCSDS)提供的遙感測(cè)試圖像組成。4幅測(cè)試圖像如圖6所示。其中,lena圖像為自然場(chǎng)景標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試圖,像素深度為8 bit;mars、ice、和solar為CCSDS提供的遙感測(cè)試圖像,像素深度分別為8 bit、10 bit和12 bit。

(a)lena圖(512×512像素,8 bit)

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 碼率控制

采用本文算法對(duì)4幅測(cè)試圖像在壓縮比分別為4∶1、8∶1和16∶1進(jìn)行碼率控制性能測(cè)試的結(jié)果如表1所示。計(jì)算了按照上式(9)對(duì)基礎(chǔ)截?cái)辔黄矫鎝pre的估計(jì)值,當(dāng)截?cái)辔黄矫鏋閜pre時(shí)CUP通道編碼的預(yù)測(cè)碼率及實(shí)際碼率,以及碼率控制后的最終實(shí)際壓縮碼率。結(jié)果顯示,當(dāng)截?cái)辔黄矫鏋閜pre時(shí),對(duì)比CUP通道編碼的預(yù)測(cè)碼率及實(shí)際碼率,平均預(yù)測(cè)誤差僅13.18%。對(duì)比目標(biāo)壓縮碼率與碼率控制后的最終實(shí)際壓縮碼率,平均碼率控制精度達(dá)到99.997%,本文算法獲得精確的碼率控制結(jié)果。

3.2.2 壓縮圖像質(zhì)量

采用峰值信噪比(peak signal to noise ratio,PSNR)和結(jié)構(gòu)相似度(structural similarity,SSIM)作為圖像壓縮質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)。

采用4種算法對(duì)4幅測(cè)試圖像在壓縮比分別為4∶1、8∶1和16∶1進(jìn)行壓縮性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)的圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)結(jié)果分別如表2、表3和表4所示。所有算法均采用9/7提升小波進(jìn)行3級(jí)小波分解,編碼塊大小為64×64。

結(jié)果顯示,壓縮比為4∶1時(shí),JPEG2000、CCSDS-IDC、HTJ2K-PCRD和HTJ2K-RPRD獲得壓縮圖像相對(duì)原始圖像的PSNR值的均值分別為52.229 7、50.444 0、51.371 6和51.359 8 dB,SSIM的均值分別為0.992 5、0.991 2、0.991 0和0.991 0。HTJ2K-RPRD算法相對(duì)JPEG2000的PSNR值下降0.8 dB左右,而相對(duì)CCSDS-IDC提高0.9 dB左右,與HTJ2K-PCRD的PSNR值相差不到0.1 dB,4種算法獲得的SSIM值相當(dāng)。壓縮比為8∶1時(shí),這4種算法獲得PSNR值的均值分別為44.765 9、43.578 4、44.194 6和44.198 8 dB,SSIM的均值分別為0.973 4、0.970 7、0.970 8和0.971 0。HTJ2K-RPRD算法相對(duì)JPEG2000的PSNR值下降0.5 dB左右,而相對(duì)CCSDS-IDC提高了0.6 dB左右,與HTJ2K-PCRD的PSNR值相差不到0.1 dB,4種算法獲得的SSIM值相當(dāng)。壓縮比為16∶1時(shí),這4種算法獲得PSNR值的均值分別為40.124 2、39.233 9、39.492 7和39.495 6 dB,SSIM的均值分別為0.943 1、0.936 4、0.936 4和0.936 4。HTJ2K-RPRD算法相對(duì)JPEG2000的PSNR值下降0.6 dB左右,而相對(duì)CCSDS-IDC提高0.3 dB左右,與HTJ2K-PCRD的PSNR值相差不到0.1 dB,4種算法獲得的SSIM值相當(dāng)。

表2 壓縮比為4∶1時(shí)采用4種算法的壓縮圖像質(zhì)量比較

表3 壓縮比為8∶1時(shí)采用4種算法的壓縮圖像質(zhì)量比較

表4 壓縮比為16∶1時(shí)采用4種算法的壓縮圖像質(zhì)量比較

綜上所述,HTJ2K和CCSDS-IDC均是以犧牲部分壓縮圖像質(zhì)量為代價(jià)以提高編解碼吞吐率,整體上JPEG2000壓縮圖像質(zhì)量最佳,其次是HTJ2K,HTJ2K的壓縮性能優(yōu)于CCSD-IDC算法。

3.2.3 壓縮耗時(shí)

采用C語(yǔ)言編寫的HTJ2K-RPRD壓縮算法(未考慮并行加速處理)對(duì)4幅測(cè)試圖像在壓縮比為8∶1進(jìn)行100次壓縮。4幅測(cè)試圖像壓縮過程中截?cái)辔黄矫骖A(yù)測(cè)部分的耗時(shí)平均值和壓縮總耗時(shí)的結(jié)果如表5所示。結(jié)果顯示,編碼總耗時(shí)與圖像像素總量呈近似線性關(guān)系,圖像越大耗時(shí)越長(zhǎng)。預(yù)測(cè)部分耗時(shí)占整個(gè)壓縮時(shí)間不大于3%,因此HTJ2K-RPRD算法對(duì)圖像壓縮算法復(fù)雜度影響極小。圖像壓縮算法的吞吐量可定義為單位時(shí)間內(nèi)所處理的圖像數(shù)據(jù)量,預(yù)測(cè)部分耗時(shí)增加了不大于3%的壓縮耗時(shí),因此整個(gè)圖像壓縮算法的吞吐量降低不足3%,HTJ2K-RPRD算法對(duì)圖像壓縮算法吞吐量影響極小。

表5 壓縮比為8∶1時(shí)采用HTJ2K-RPRD算法的壓縮耗時(shí)

采用本文算法和HTJ2K-PCRD分別對(duì)4幅測(cè)試圖像在壓縮比為8∶1進(jìn)行100次壓縮。采用兩種算法對(duì)4幅測(cè)試圖像壓縮總耗時(shí)平均值的比較結(jié)果如圖7所示。顯然HTJ2K-PCRD算法耗時(shí)更長(zhǎng),平均耗時(shí)是本文算法的3倍。HTJ2K-PCRD算法耗時(shí)長(zhǎng)的主要原因是在于對(duì)每個(gè)位平面都作為候選截?cái)辔黄矫孢M(jìn)行一次編碼,雖然可獲得更精細(xì)的率失真曲線,但是嚴(yán)重降低了編碼效率。

圖7 采用兩種算法的總耗時(shí)比較Fig.7 A comparison of total running time between two algorithms

4 結(jié) 論

提出了一種高精度的自適應(yīng)碼率控制圖像壓縮(HTJ2K-RPRD)算法。針對(duì)不同圖像的不同目標(biāo)壓縮碼率,采用基于高斯統(tǒng)計(jì)模型和清理通道編碼規(guī)則兩種預(yù)測(cè)方法分別對(duì)小波高、低頻子帶數(shù)據(jù)進(jìn)行碼率預(yù)測(cè),從而獲得基礎(chǔ)截?cái)辔黄矫??；诨A(chǔ)截?cái)辔黄矫婧偷鸵晃黄矫娴木幋a產(chǎn)生多個(gè)編碼通道,并采用PCRD-opt算法實(shí)現(xiàn)精確的碼率控制。對(duì)不同位深、不同像素大小的圖像上進(jìn)行多種壓縮比測(cè)試,結(jié)果表明提出的算法的碼率控制精度可達(dá)99.997%,實(shí)現(xiàn)了精確碼率控制的圖像壓縮。