嵌入式设备的静止图像编码

温淑鸿, 崔慧娟, 唐 昆
(清华大学 电子工程系 微波与数字通信国家重点实验室, 北京100084)
 
　　摘　要：降低多媒体算法的复杂性和存储器需求对于存储器资源和运算能力都很有限的嵌入式设备是十分重要的。在极低码率应用时,JPEG存在严重的方块效应,JPEG2000具有极高的运算复杂性和存储器需求。分析了H.264 INTRA帧编码的运算复杂性和存储器需求,并提出了一种减小运算复杂性的有效方法。结果显示,H.264 INTRA帧编码具有极低的运算量和存储器需求,非常适合嵌入式设备的静止图像编码。
　　关键词：静止图像编码 H.264 JPEG2000 零块检测

　　嵌入式多媒体设备的静止图像编码有着广泛的应用,如照片的拍摄与传输。设备处理的图像越来越大,存储容量和传能力都相当有?因而静止图像编解码要求具有较低的运算复杂性、较少的存储器需求和极好的压缩性能。目前已经制定的静止图像压缩标准主要有JPEG和JPEG2000。JPEG标准在中高速率上压缩效果较好, 对于细节分量多的灰度图像, 当编码压缩率低于每像素0.25比特时,视觉失真大,重构图像存在严重的方块效应,不能很好地适应网络传输图像的需要。JPEG2000为了降低运算中的存储器需求,使用分块技术,对每个小块进行处理,但采用较小的块在低码率时存在与JPEG一样的方块效应。因而JPEG2000 在低比特率应用时, 建议不分块或者分成较大的块,以保证良好的率失真性能, 但运算复杂性和存储器需求都极高。
　　视频编码新标准H.264代表着继MPEG1/2和MPEG4后的第三代视频编码标准。H.264比以前的标准提供了更高的编码增益。H.264的INTRA帧编码算法充分利用图像中的空间相关和变换域的相关性,提供了极高的编码增益,可以用来对静止图像进行编码。在文献[1]中H.264采用JM73代码,JPEG2000 采用Jasper 1.700.5,对标准静止测试图像和视频序列进行测试。测试结果表明:与JPEG2000相比,H.264 INTRA帧具有更高的客观质量和主观质量,但译码器的运算复杂性却比JPEG2000低50%左右。在嵌入式设备上,多媒体应用的实时性不仅取决于算法的运算次数,还取决于可得到的存储器带宽。CPU的工作频率越来越高,存储器的频率却增加缓慢,很多算法的瓶颈在于数据输入输出。有效减小算法的存储器需求,减少中间结果的存储需求,可缩减片外存储器访问次数,提高应用的实时性能。下面主要讨论降低H.264 INTRA帧编码的运算复杂性和存储器需求的方法。

图1 H.264编码器的结构流程图

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

图2 INTRA 4