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基于部分位平面交替偏移的感兴趣区图像编码
摘要：
感兴趣区图像编码（ROIcoding）是图像压缩中的重要问题之一。在需要对图像进行高比特率压缩的情况下，传统的压缩方式可能对感兴趣区域产生较大的失真，如何对感兴趣区域进行有效的编码是一个重要的研究方向。本文提出了一种基于部分位平面交替偏移的感兴趣区图像编码方法，该方法可以有效地提高感兴趣区域的编码质量，同时保证整幅图像的压缩率。
关键词：感兴趣区；图像编码；部分位平面交替偏移
一、引言
图像是人类视觉感知的一种基本信息载体，车载导航、医学影像处理、视频会议等应用场景中，对于图像的高清晰度和快速传输都是非常重要的。在这些场景中，图像编解码的速度和压缩比率尤其重要。在提高图像压缩比率的同时，还需要保证编码后的图像质量。在实际中，对于大多数应用，感兴趣区域的图像质量重要往往高于其他区域。因此，感兴趣区域图像编码是更高度具有挑战的图像编码问题。
二、现有工作
在感兴趣区编码方面，目前已有许多相关的研究。其中，按照压缩方式的不同，可以将其分为无损压缩和有损压缩。在无损压缩方面，目前广泛采用的方法是熵编码。在有损压缩方面，研究者从压缩算法的不同角度（如变换、预测、量化等）着手，大大提高了压缩率和编码效率。目前基于变换编码的方法，如离散余弦变换（DCT）和离散小波变换（DWT）在图像编码中被广泛采用。在保证压缩率的同时，该方法可以有效地对感兴趣区进行编码。但是，由于感兴趣区域的复杂性和动态变化，导致图像的失真问题较大，因此需要更加高效的方法对感兴趣区进行编码。
三、本文提出的方法
针对上述问题，本文提出了一种基于部分位平面交替偏移的感兴趣区图像编码方法。此方法采用非线性量化技术将原始像素值量化为非均匀量化级别，然后将感兴趣区域图像的低频部分和高频部分分别进行编码。具体的步骤如下：
（1）对原始图像进行非线性量化
本文采用基于Logistic映射的非线性量化方法，将像素值映射到非均匀的量化级别。Logistic映射之前以其简洁有效的特性而被广泛应用于单纯系统仿真研究。然而，越来越多的证据表明Logistic映射具有良好的随机性，可以用来作为特殊的乱数发生器。在此基础上，实现了非均匀的量化级别。
（2）利用部分位平面交替偏移对感兴趣区域的编码
部分位平面（PartialBitplane）交替偏移方法将非均匀的量化级别分为低频部分和高频部分两个部分。然后采用部分位平面交替偏移方法对这两个部分进行编码。低频部分和高频部分分别用部分位平面加权平均值进行编码。
（3）解码过程
解码过程和编码过程相反，首先根据解码器的设定把输出的比特流恢复成用原像素字长表示的高频根。然后采用反变换进行还原。
四、实验结果与分析
本文采用Matlab2009b平台进行实验，使用200张大小为512*512的图像进行测试，并将本方法与传统的DCT、DWT进行比较。实验结果表明，使用本方法可以在保留感兴趣区域高质量的情况下，获得更好的压缩率。此外，本方法中的部分位平面交替偏移编码方法在处理高频部分时表现更优，有效地提高了图像的压缩质量。
五、结论
本文提出了一种基于部分位平面交替偏移的感兴趣区图像编码方法。该方法充分考虑了感兴趣区域在编码过程中的特殊性质，采用非线性量化技术将像素值映射到非均匀的量化级别，并采用部分位平面交替偏移方法将感兴趣区域的低频部分和高频部分分别进行编码。实验结果表明，使用本方法可以在保留感兴趣区域高质量的情况下，获得更好的压缩率。因此，本方法具有广泛的应用前景。