嵌入式設備的靜止圖像編碼

溫淑鴻, 崔慧娟, 唐 昆
(清華大學 電子工程系 微波與數字通信國家重點實驗室, 北京100084)
 
　　摘　要：降低多媒體算法的復雜性和存儲器需求對于存儲器資源和運算能力都很有限的嵌入式設備是十分重要的。在極低碼率應用時,JPEG存在嚴重的方塊效應,JPEG2000具有極高的運算復雜性和存儲器需求。分析了H.264 INTRA幀編碼的運算復雜性和存儲器需求,并提出了一種減小運算復雜性的有效方法。結果顯示,H.264 INTRA幀編碼具有極低的運算量和存儲器需求,非常適合嵌入式設備的靜止圖像編碼。
　　關鍵詞：靜止圖像編碼 H.264 JPEG2000 零塊檢測

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

圖1 H.264編碼器的結構流程圖

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

圖2 INTRA 4