嵌入式設(shè)備的靜止圖像編碼

溫淑鴻, 崔慧娟, 唐 昆
(清華大學(xué) 電子工程系 微波與數(shù)字通信國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京100084)
 
　　摘　要：降低多媒體算法的復(fù)雜性和存儲(chǔ)器需求對(duì)于存儲(chǔ)器資源和運(yùn)算能力都很有限的嵌入式設(shè)備是十分重要的。在極低碼率應(yīng)用時(shí),JPEG存在嚴(yán)重的方塊效應(yīng),JPEG2000具有極高的運(yùn)算復(fù)雜性和存儲(chǔ)器需求。分析了H.264 INTRA幀編碼的運(yùn)算復(fù)雜性和存儲(chǔ)器需求,并提出了一種減小運(yùn)算復(fù)雜性的有效方法。結(jié)果顯示,H.264 INTRA幀編碼具有極低的運(yùn)算量和存儲(chǔ)器需求,非常適合嵌入式設(shè)備的靜止圖像編碼。
　　關(guān)鍵詞：靜止圖像編碼 H.264 JPEG2000 零塊檢測(cè)

　　嵌入式多媒體設(shè)備的靜止圖像編碼有著廣泛的應(yīng)用,如照片的拍攝與傳輸。設(shè)備處理的圖像越來越大,存儲(chǔ)容量和傳能力都相當(dāng)有?因而靜止圖像編解碼要求具有較低的運(yùn)算復(fù)雜性、較少的存儲(chǔ)器需求和極好的壓縮性能。目前已經(jīng)制定的靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)主要有JPEG和JPEG2000。JPEG標(biāo)準(zhǔn)在中高速率上壓縮效果較好, 對(duì)于細(xì)節(jié)分量多的灰度圖像, 當(dāng)編碼壓縮率低于每像素0.25比特時(shí),視覺失真大,重構(gòu)圖像存在嚴(yán)重的方塊效應(yīng),不能很好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸圖像的需要。JPEG2000為了降低運(yùn)算中的存儲(chǔ)器需求,使用分塊技術(shù),對(duì)每個(gè)小塊進(jìn)行處理,但采用較小的塊在低碼率時(shí)存在與JPEG一樣的方塊效應(yīng)。因而JPEG2000 在低比特率應(yīng)用時(shí), 建議不分塊或者分成較大的塊,以保證良好的率失真性能, 但運(yùn)算復(fù)雜性和存儲(chǔ)器需求都極高。
　　視頻編碼新標(biāo)準(zhǔn)H.264代表著繼MPEG1/2和MPEG4后的第三代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。H.264比以前的標(biāo)準(zhǔn)提供了更高的編碼增益。H.264的INTRA幀編碼算法充分利用圖像中的空間相關(guān)和變換域的相關(guān)性,提供了極高的編碼增益,可以用來對(duì)靜止圖像進(jìn)行編碼。在文獻(xiàn)[1]中H.264采用JM73代碼,JPEG2000 采用Jasper 1.700.5,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)靜止測(cè)試圖像和視頻序列進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明:與JPEG2000相比,H.264 INTRA幀具有更高的客觀質(zhì)量和主觀質(zhì)量,但譯碼器的運(yùn)算復(fù)雜性卻比JPEG2000低50%左右。在嵌入式設(shè)備上,多媒體應(yīng)用的實(shí)時(shí)性不僅取決于算法的運(yùn)算次數(shù),還取決于可得到的存儲(chǔ)器帶寬。CPU的工作頻率越來越高,存儲(chǔ)器的頻率卻增加緩慢,很多算法的瓶頸在于數(shù)據(jù)輸入輸出。有效減小算法的存儲(chǔ)器需求,減少中間結(jié)果的存儲(chǔ)需求,可縮減片外存儲(chǔ)器訪問次數(shù),提高應(yīng)用的實(shí)時(shí)性能。下面主要討論降低H.264 INTRA幀編碼的運(yùn)算復(fù)雜性和存儲(chǔ)器需求的方法。

圖1 H.264編碼器的結(jié)構(gòu)流程圖

H.264 INTRA 16x16 prediction modes (all predicted from pixels H and V)

圖2 INTRA 4