以四元樹切割為基礎的彩色影像單一位元圖區塊截短碼

以四元樹切割為基礎的彩色影像單一位元圖區塊截短碼以四元樹切割為基礎的彩色影像單一位元圖區塊截短碼學系:靜宜大學資訊管理學系作者：范惠茹、胡育誠、陳武林報告者:范惠茹日期:2013/12/07

目錄 • 簡介 • 相關技術回顧 • 本篇方法 • 實驗數據 • 結論

簡介 • 人們廣泛地透過網際網路來傳輸各種不同的資訊，其中影像相關的資料是相當普遍被使用的，在資料的儲存空間及傳輸頻寬等經濟成本的考量下，對於數位影像進行壓縮以節省各種成本是有其必要性。 • 影像壓縮的分類： • 失真壓縮 (lossy compression) • 區塊截短碼 • 無失真壓縮 (lossless compression)

相關技術回顧-絕對動量區塊截短碼(AMBTC) (92,144,(1110100011101100) 2) 92 144 1 158 144 1 156 144 1 148 0 92 144 1 130 90 92 0 85 92 0 83 92 0 1 152 144 148 144 1 144 1 131 0 92 102 位元圖 1 129 144 144 1 146 92 0 94 92 0 89 = a=92 b=144 原始灰階影像區塊 AMBTC重建影像區塊重建階(a,b): a = • b =

相關技術回顧- Majority rule • 植基於多數決定規則之單一位元圖區塊截短碼(Majority rule) 這個方法利用傳統BTC處理每個彩色影像區塊，將彩色影像分割成三個灰階的影像區塊，針對這三個位元圖再利用多數決定的規則來產生一個單一位元圖BM，當三個位元圖中各別對應的位置0較多時就會將該位置的值設定為0。若是三個位元圖中各別對應的位置1較多時就會將該位置的值設定為1。 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0

相關技術回顧- Luminance rule • 植基於亮度轉換公式之單一位元圖區塊截短碼(Luminance rule) 這個方法的做法是先將彩色的影像區塊透過下列的公式將各別彩色像素轉換成一個灰階像素。當彩色影像區塊中的所有像素皆以相同的公式轉換我們就可得到一個灰階的影像區塊。這個區塊會保留原本區塊明暗度的特性。 Y(i,j)=0.299R(i,j)+0.587G(i,j)+0.114B(i,j) R 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 B G

相關技術回顧- Weighted rule • 植基於加權亮度轉換公式之單一位元圖區塊截短碼(Weighted rule) 這個方法是透過指定不同加權比重給RGB頻譜的資料來將一個彩色像素轉換成一個灰階像素。然後針對轉換後的灰階影像區塊利用區塊截短碼處理找出其對應的位元圖。各種比例可隨影像的特性來做調整，其轉換公式如下所列： W(i,j)=w1R(i,j)+ w2G(i,j)+ w3B(i,j) R W1 = W2 = W3= 1/3 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 B G

相關技術回顧-植基於最佳化規則之單一位元圖區塊截短碼相關技術回顧-植基於最佳化規則之單一位元圖區塊截短碼 (aR,bR ) (aG,bG ) (aB,bB ) R 0 0 0 1 0 0 1 1 If dist0ij < dist1ij BMij= 0; Else BMij= 1; 0 0 0 1 dist0ij = (Rij-aR)2 + (Gij-aG)2 + (Bij-aB)2 dist1ij = (Rij-bR)2 + (Gij-bG)2 +(Bij-bB)2 1 1 1 1 G B

相關技術回顧-植基於四元樹切割之彩色影像壓縮技術相關技術回顧-植基於四元樹切割之彩色影像壓縮技術 11010 1 16x16 8x8 1 0 1 0 4x4 diff = b –a 灰階影像的三階層四元樹切割的範例

相關技術回顧-植基於四元樹切割之彩色影像壓縮技術相關技術回顧-植基於四元樹切割之彩色影像壓縮技術 16x16 R (a,b,BM) AMBTC B If |b-a|<=TH QT[i][0]=0 Else QT[i][0]=1 G

相關技術回顧-植基於四元樹切割之彩色影像壓縮技術相關技術回顧-植基於四元樹切割之彩色影像壓縮技術 8x8 AMBTC If |b-a|<=TH QT[i][j]=0 Else QT[i][j]= 1 16x16 4x4 AMBTC (a,b,BM) 8x8

相關技術回顧-植基於四元樹切割之彩色影像壓縮技術相關技術回顧-植基於四元樹切割之彩色影像壓縮技術 Case1: QT[i][j]=0 Case2: QT[i][j]=1 ; j=1~4 平順區塊,區塊大小為16x16或8x8 以區塊平均值編碼該8x8區塊所切割出的4個4x4的影像區塊 以(a,b,BM)編碼

本篇方法 • 在本文中我們提出了一個植基於單一位元圖區塊截短碼的壓縮技術。 • 雖然已有些植基於區塊截短碼的彩色影像壓縮技術被提出，我們發現這些技術只探討了固定區塊大小切割的區塊內部相似性。為進一步探討變動區塊大小的像素相似性特性，我們利用四元樹切割技術將影像切割成不同大小之區塊，並以門檻值來控制所切割的大小及變動區塊大小的區塊內相似性，再針對不同大小之區塊以不同技術進行壓縮，藉以達到降低所需位元率及保有良好的重建影像品質之目的。

本篇方法 • 影像壓縮程序(重算重建階) (aR’,bR’ ) AMBTC (aG’,bG’ ) 4x4 (aB’,bB’) 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 16

本篇方法 • 影像解壓縮程序(以單一頻譜為例) Case1: QT[i][0]=0  以該區塊的區塊平均解碼 Case2: |b-a| <= THQT  以該區塊的區塊平均解碼 Case3: |b-a| > THQT 該8x8區塊下的4個4x4區塊以各自區塊的編碼本來解碼 16x16

本篇方法 • 降低位元率的策略 1 16x16 8x8 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 4x4

本篇方法 • 降低位元率的策略-解壓縮(以單一頻譜為例) Case1: |b-a| <= THBI 以該區塊的區塊平均解碼 Case2: |b-a| > THBI 以該區塊的編碼本來解碼 4x4 8x8

實驗數據 (c) Lena (b) House (a) Airplane (d) Pepper (e) Splash (f) Tiffany

實驗數據 峰值信號雜訊比（Peak Signal to Noise Ratio） MSE (Mean Square Error)為兩張影像的均方誤差 30 dB以上:能使人類視覺系統無法輕易察覺原圖與處理過的影像間的差異所設的門檻值。

實驗數據 CAMBTC與CMPBTC的實驗數據

實驗數據 Single bit plane CAMBTC的實驗數據

實驗數據 植基於最佳化規則的單一位元圖技術實驗數據

實驗數據 Single bit plane CAMBTC結合四元樹切割技術在不同門檻值下所得的平均PSNR及平均位元率

實驗數據 Single bit plane CAMBTC結合四元樹切割及重算重建階在不同門檻值下所得的平均PSNR及平均位元率

實驗數據 所提出的方法未重算重建階的PSNR及位元率

實驗數據 所提出的方法在不同門檻值下所得的PSNR及位元率

實驗數據 所提出的方法增加位元圖省略技術的平均PSNR

實驗數據 所提之方法增加位元圖省略技術的平均所需位元率

結論 • 以平均值編碼四元樹一、二層區塊，有效降低所需位元率 • 採用的最佳化規則搭配重算重建階，使我們在採用單一位元圖技術降低位元率時，仍能藉由重算重建階來保有一定程度的影像重建品質 • 透過挑選合適的門檻值來控制四元樹變動區塊的大小，使該彩色影像能於影像重建之後，品質仍較部分相關技術的影像重建品質來得高。 • 搭配位元圖省略技術來進一步降低所需的位元率。 • 所提出的方法不需要複雜的計算過程，只有在編碼、解碼之時，過程較傳統的區塊截短碼技術來得長。但也是因為如此，才能使其在降低所需位元率之時能同時保有較為良好的影像品質。

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