ResearchontheCodingMethodforRegionofInterestBasedonJPEG2000
罗桂娥LUOGui-e曰钟进ZHONGJin（中南大学信息科学与工程学院，长沙410083）（SchoolofElectronicScienceandTechnology，CentralSouthUniversity，Changsha410083，China）
摘要院JPEG2000是由联合图像专家组为静态图像编码所制定的一个新的国际标准，通过感兴趣区域编码算法实现JPEG2000编码的高压缩率。本文通过对JPEG2000标准的ROI编码的两种位移编码算法分析和对比，引出一种新的ROI编码方法-GPBShift，并介绍了其编码原理及性能。
Abstract:JPEG2000isproposedbyJointPhotographicExpertsGroup,whichisanewinternationalstandardforstaticimage,andachievesthehighercompressionratiothroughRegionofInterestcodingalgorithm.ThroughanalysisandcomparisonbetweentwokindsofshiftcodingalgorithmofROIcodingofJPEG2000standard,anewROIcodingmethod-GeneralizedPartialBitplanesShiftMethod(GPBShift)isintroducedinthispaper,includingitscodingprincipleandperformance.
关键词院JPEG2000；感兴趣区域；一般位移法；最大位移法；通用的部分位平面偏移Keywords:JPEG2000；regionofinterest；generalsaclingbasedmethod；Maxshift；GPBShift中图分类号院TP317.4文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）21-0229-020
引言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[1]，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。
1JPEG2000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[2]和最大位移法[3]。
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]（GeneralizedPartialBitplanesShiftMethod，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。
3结束语本文在分析JPEG2000标准中两种基本的ROI编码方法的后，介绍了一种新的ROI编码方法：GPBShif（t通用的部分位平面偏移方法），该方法思路很容易理解，且实现较容易，不会增加编解码器的复杂度，能够自由地调整ROI和BG区域的相对质量，同时与JPEG2000标准有良好的兼容性。
参考文献院[1]Taubman.HighperformanceSaclableImgaeCompressionWithEBCOT[J].IEEETransactionsonlmageProcessnig,Vol9,N0.7,pp.1158一1170,July2000.[2]ISO/ISCJTC1/SC29/WG1(ITU-TSG8)JPEG2000Part域FinalCommitteeDraftVersion1.0[S].Dec,2000.[3]ISO/ISCJTC1/SC29/WG1(ITU-TSG8)JPEG2000Part玉FinalCommitteeDraftVersion1.0[S].Dec,2000.[4]梁燕,刘文耀,郑伟.实现感兴趣区域编码的通用部分位平面偏移法[J].光电子·激光,2004,15(11):1334-1342.作者简介院罗桂娥（1962-），女，湖南株洲人，中南大学信息科学与工程学院，硕士研究生导师，博士，教授，研究方向为计算机视觉、数字图像处理、智能仪器开发；钟进（1983-），男，湖北武汉人，中南大学信息科学与工程学院，硕士研究生，研究方向为数字图像处理、军事通信。