專利名稱：一種基于逆Loop細分的嵌入式零樹編碼方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)字媒體技術領域，尤其是一種計算機三維圖形的編碼方法。
背景技術：
維圖像壓縮已經(jīng)廣泛用于應用，其中嵌入式零樹編碼是有效的方法之一。圖像嵌入式零樹編碼包括三個過程:(I)零樹預測，用零樹結構編碼重要圖像，逐次逼近量化。經(jīng)過小波變換的圖像按其頻帶從低到高形成一個樹狀結構，樹根是最低頻子帶的結點，它有三個孩子分別位于三個次低頻子帶的相應位置，見圖1左上角。其余子帶(最高頻子帶除外)的結點都有四個孩子位于高一級子帶的相應位置(由于高頻子帶分辨率增加，所以一個低頻子帶結點對應有四個高頻子帶結點，即相鄰的2X2矩陣)。這樣三級小波分解就形成了深度為4的樹。一幅圖像經(jīng)小波分解后，在不同子帶的相同位置的變換系數(shù)是相關的，這種相關性形成了零樹結構。(2)小波處理:所有的小波系數(shù)分為下面三種情況:零樹根(ZTR);孤立零(IZ);重要系數(shù)。為了編碼的需要又把重要系數(shù)分為正重要系數(shù)(POS)和負重要系數(shù)(NEG)，小波系數(shù)的判斷流程如圖2所示。(3) EZff編碼:EZW編碼通過逐次逼近量化來完成，就是要通過逐次的使用閾值序列Ttl, T1, T2,, Tlri來決定重要系數(shù)，其中Ti=TiV^且出示閾值Ttl要滿足條件:所有的小波系數(shù)有aiUT。。嵌入式編碼是對重要的圖像信息優(yōu)先編碼，將壓縮后的結果放在碼流的初始部分，然后依次按照信息的重要程度放置碼流的其他部分，這樣，將低碼率的碼流嵌入在高碼率的碼流中。嵌入式碼流支持漸進傳輸，可以在任意點停止編碼，能夠嚴格滿足目標碼率或目標失真度要求。采用嵌入式碼流能夠對碼率進行精確的控制，當編碼失真或編碼碼率達到要求時，就可以隨時停止編碼過程。因此適應于在互聯(lián)網(wǎng)上的圖像數(shù)據(jù)的漸進傳輸。隨著三維圖形的需求增加，人們對三維圖形的精度和細節(jié)都提出了更高的要求，這也導致了三維圖形數(shù)據(jù)的規(guī)模和復雜程度急劇增長。龐大的數(shù)據(jù)量對現(xiàn)有的服務器和智能終端都提出了巨大的挑戰(zhàn)，同時，網(wǎng)絡帶寬的限制嚴重阻礙了這三維圖形的傳播，所以需要提出一種方法能便于三維圖形的存儲和網(wǎng)絡傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有三維圖形數(shù)據(jù)壓縮方法的壓縮效率較低的不足，本發(fā)明提供一種大幅提高壓縮效率的基于逆Loop細分的嵌入式零樹編碼方法。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種基于逆Loop細分的嵌入式零樹編碼方法，所述編碼方法包括以下步驟:(I)構建偏移量小波樹:三角網(wǎng)格作逆Loop細分操作時，每四個三角形簡化成一個三角形，利用預測器預測頂點0'，而實際頂點0與預測頂點0'的差就形成了偏移量d，偏移量d是在刪除頂點重建網(wǎng)格的對應邊上產(chǎn)生，同時每一網(wǎng)格中的邊與較細層次網(wǎng)格中四個邊建立對應四叉樹關系；對于漸進網(wǎng)格M° — M1 —...— Mlri — Mn，基網(wǎng)格< 中的三角形邊構成了四叉樹的根，樹的高即是漸進網(wǎng)格的層級，(n-1)層的偏移量(T1是最低層的樹葉，除(n-1)層外，每層都有4個節(jié)點；(2)偏移量小波處理與選擇閾值:把基網(wǎng)格的偏移量小波d°定義為零樹根，最細層次的偏移量小波(T1定義為孤立零，網(wǎng)格從粗到細的偏移量系數(shù)的重要性依次降低，粗網(wǎng)格的系數(shù)為重要系數(shù)，同時，重要系數(shù)分為正重要系數(shù)和負重要系數(shù)；在同一層次的三角網(wǎng)格的 三個偏移量都小于閾值時，則視此偏移系數(shù)為不重要的，并假定:如果偏移系數(shù)在粗網(wǎng)格中不重要，則其孩子在細網(wǎng)格中也不重要，將此節(jié)點連同孩子的均設為零樹；零樹不必在網(wǎng)絡中傳輸，否則偏移量連同其位置和符號信息一起傳輸;(3)編碼與碼流組織:基于三維圖形三角網(wǎng)格的嵌入式編碼將重要的信息優(yōu)先編碼，并將壓縮后的結果放在碼流的初始部分，其編碼步驟如下:(3.1)初始化:選定閾值e。；(3.2)建立兩個列表:主表為所有小波系數(shù)，副表為空；(3.3)第一遍掃描:主表系數(shù)是否重要，重要加入副表中，然后相應值清零；(3.4)第二遍掃描:對不重要的系數(shù)判斷是否是樹葉，如果是則不編碼；(3.5) e = e 0/2 ；(3.6)主表不為空,返回(3.1)；(3.7)結束。進一步，所述步驟(2)中，初始閾值8(|估算:^)>111心(|<|)/2，閾值％的取值可根據(jù)壓縮效率的要求而定，對不同層次j (0彡j彡n-1)，閾值遞減e J+1= e /2。再進一步，所述步驟(2)中，漸進網(wǎng)絡的壓縮采用分級零樹編碼。本發(fā)明的技術構思為:根據(jù)漸進網(wǎng)格中基網(wǎng)絡與偏移量的關系，以基網(wǎng)格的每條邊為根，建立與較細層次網(wǎng)格邊的四叉樹結構，由于網(wǎng)格中的邊與偏移量對應，這樣也就建立了偏移量小波與下一層級偏移量小波的四叉樹關系。把基網(wǎng)格的偏移量小波數(shù)定義為零樹根，最細層次的偏移量小波定義為孤立零，網(wǎng)格從粗到細的偏移量系數(shù)的重要性依次降低。提出三角網(wǎng)格的嵌入式零樹編碼方法。選擇閾值，在同一層次的三角網(wǎng)格的三個偏移系數(shù)都小于閾值時，則視此偏移量為不重要的，如果偏移量在粗網(wǎng)格中不重要，則其偏移量子樹在細網(wǎng)格中也不重要，將此節(jié)點連同子樹均設為零樹。零樹不必在網(wǎng)絡中傳輸，否則偏移量連同其位置信息一起傳輸。經(jīng)過零樹編碼后，由于偏移量小波多數(shù)為零值或在零值附近而無需編碼，這樣就大大減少了偏移量小波的數(shù)據(jù)量。提出基于三角網(wǎng)格的碼流組織方法，將重要的信息優(yōu)先編碼，并將壓縮后的結果放在碼流的初始部分，漸進網(wǎng)格按以下格式進行存儲:M° — d° — d1 —...— dn_2 — (T1，并依照次序在網(wǎng)格中傳輸。由細分技術生成的三角網(wǎng)格通?？山?jīng)逆Loop細分對其簡化生成一個基網(wǎng)格Mtl和一系列偏移量dQ — d1 —.. — dn 2 — dn 1組成的漸進網(wǎng)格Mci — M1 —.. — Mn 1 — Mn。每簡化一次Mj — Mj-1 (n彡j > I)，網(wǎng)格的頂點和三角形的數(shù)目各減少75%，但由于減少的頂點數(shù)目與增加的偏移量數(shù)目相同，故網(wǎng)格的壓縮效果并不理想。經(jīng)三次簡化后的漸進網(wǎng)格與簡化前的網(wǎng)格壓縮比約45%，壓縮效率較低。如果能對漸進網(wǎng)絡提供一個消除冗余幾何信息的機制，網(wǎng)格的壓縮效率會大幅度地提高。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:該方法實現(xiàn)對三維圖形重要信息優(yōu)先編碼，將編碼后的數(shù)據(jù)放在碼流的初始部分，然后依次按照數(shù)據(jù)的重要程度放置碼流的其他部分。將低分辨率的圖形碼流嵌入在高分辨率的碼流中。嵌入式碼流支持漸進傳輸，可以在任意點停止編碼，能夠嚴格滿足目標分辨率或目標失真度要求。這樣當編碼失真或編碼分辨率達到要求時，就可以隨時停止編碼過程。因此適應于在互聯(lián)網(wǎng)上的三維圖形數(shù)據(jù)的漸進傳輸和不同分辨率用戶終端的使用。該發(fā)明要解決的關鍵問題是如何構建基于三維圖形三角網(wǎng)格的樹結構。


圖1是小波變換的空間一頻率樹結構的示意圖。圖2是小波系數(shù)的判斷流程圖。圖3是逆細分簡化示意圖，其中，(a)簡化前(b)預測頂點(C)簡化后。圖4是MH與Mj網(wǎng)格形成的樹結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。參照圖1 圖4，一種基于逆Loop細分的嵌入式零樹編碼方法，Loop細分曲面可能通過逆變換將三角網(wǎng)格簡化分解生成的漸進網(wǎng)格(詳見專利:一種基于逆Loop細分的漸進網(wǎng)格生成方法，專利號:ZL2006101241528)，其基網(wǎng)格中含有頂點和三角形大量地減少，但每刪除一條邊就產(chǎn)生一個偏移量信息，故偏移量信息占據(jù)了很大的存儲空間。由于被簡化的模型其三角網(wǎng)格中鄰接點間不會有很大的突變，鄰接點間具有很好的相關性，所以，經(jīng)過簡化的預測過程而生成的偏移量往往數(shù)值都較小，多數(shù)具有集中在零值附近的特點，并逐層衰減的特性。這樣可利用偏移量進行嵌入式零樹編碼，其編碼過程如下:(I)構建偏移量小波樹三角網(wǎng)格作逆Loop細分操作時，每四個三角形簡化成一個三角形，網(wǎng)格Mj從圖3(a)簡化至IT1圖3(c)時，要經(jīng)過預測過程，利用預測器預測頂點0'常圖3(b)的過程，而實際頂點0與預測頂點0'的差就形成了偏移量d。而偏移量是在刪除頂點重建網(wǎng)格的對應邊上產(chǎn)生，同時每一網(wǎng)格MH中的邊與較細層次網(wǎng)格W中四個邊可能建立對應四叉樹關系，如圖4，分別示意粗網(wǎng)格中用箭頭、實圓點、空方點的三條邊在較細網(wǎng)格對應四條邊的位置。由于偏移量與三角網(wǎng)絡的邊對應，這樣也就建立了偏移量四叉樹。可見，對于漸進網(wǎng)格< —M1 —...— Mlri — Mn，基網(wǎng)格< 中的三角形邊構成了四叉樹的根，樹的高即是漸進網(wǎng)格的層級，(n-1)層的偏移量(T1是最低層的樹葉，除(n-1)外，每層都有4個節(jié)點。由于兩個層級之間具有相關性，偏移量的數(shù)據(jù)不會太大，故可視為小波進行處理。(2)偏移量小波處理與選擇閾值把基網(wǎng)格的偏移量小波d°定義為零樹根，最細層次的偏移量小波(T1定義為孤立零，網(wǎng)格從粗到細的偏移量系數(shù)的重要性依次降低，粗網(wǎng)格的系數(shù)為重要系數(shù)，同時，重要系數(shù)分為正重要系數(shù)和負重要系數(shù)。此外，在同一層次的三角網(wǎng)格的三個偏移量都小于閾值時，則視此偏移系數(shù)為不重要的，并假定:如果偏移系數(shù)在粗網(wǎng)格中不重要，則其孩子在細網(wǎng)格中也不重要，將此節(jié)點連同孩子的均設為零樹。零樹不必在網(wǎng)絡中傳輸，否則偏移量連同其位置和符號信息一起傳輸。初始閾值估算:^0>max(|<|)/2 (for all i)。閾值e。的取值可根據(jù)壓縮效率的要求而定，對不同層次j (0≤j≤n-1)，閾值遞減e J+1= e /2。漸進網(wǎng)絡的壓縮采用分級零樹編碼，其壓縮算法為:對于三角網(wǎng)格中的每一個三角形，調(diào)用以下函數(shù)。
權利要求
1.一種基于逆Loop細分的嵌入式零樹編碼方法，其特征在于:所述編碼方法包括以下步驟: (1)構建偏移量小波樹: 三角網(wǎng)格作逆Loop細分操作時，每四個三角形簡化成一個三角形，利用預測器預測頂點0'，而實際頂點0與預測頂點0'的差就形成了偏移量d，偏移量d是在刪除頂點重建網(wǎng)格的對應邊上產(chǎn)生，同時每一網(wǎng)格MH中的邊與較細層次網(wǎng)格W中四個邊建立對應四叉樹關系; 對于漸進網(wǎng)格M° — M1 —...— Mlri — Mn，基網(wǎng)格< 中的三角形邊構成了四叉樹的根，樹的高即是漸進網(wǎng)格的層級，(n-1)層的偏移量(T1是最低層的樹葉，除(n-1)層外，每層都有4個節(jié)點； (2)偏移量小波處理與選擇閾值: 把基網(wǎng)格的偏移量小波d°定義為零樹根，最細層次的偏移量小波(T1定義為孤立零，網(wǎng)格從粗到細的偏移系數(shù)的重要性依次降低，粗網(wǎng)格的系數(shù)為重要系數(shù)，同時，重要系數(shù)分為正重要系數(shù)和負重要系數(shù)； 在同一層次的三角網(wǎng)格的三個偏移量都小于閾值時，則視此偏移系數(shù)為不重要的，并假定:如果偏移系數(shù)在粗網(wǎng)格中不重要，則其孩子在細網(wǎng)格中也不重要，將此節(jié)點連同孩子的均設為零樹；零樹不必在網(wǎng)絡中傳輸，否則偏移量連同其位置和符號信息一起傳輸； (3)編碼與碼流組織: 基于三維圖形三角網(wǎng)格的嵌入式編碼將重要的信息優(yōu)先編碼，并將壓縮后的結果放在碼流的初始部分，其編碼步驟如下: (3.1)初始化:選定閾值ε 0, (3.2)建立兩個列表:主表為所有小波系數(shù)，副表為空； (3.3)第一遍掃描:主表系數(shù)是否重要，重要加入副表中，然后相應值清零； (3.4)第二遍掃描:對不重要的系數(shù)判斷是否是樹葉，如果是則不編碼； (3.5) ε 0= ε 0/2 (3.6)主表不為空，返回(3.1)(3.7)結束。
2.如權利要求1所述的一種基于逆Loop細分的嵌入式零樹編碼方法，其特征在于:所述步驟(2)中，初始閾值％估算:ε0≥2max(|d0i|)/2，閾值e C1的取值可根據(jù)壓縮效率的要求而定，對不同層次j (0≤j≤n-1)，閾值遞減ε J+1= εj/2。
3.如權利要求1或2所述的一種基于逆Loop細分的嵌入式零樹編碼方法，其特征在于:所述步驟(2)中，漸進網(wǎng)絡的壓縮采用分級零樹編碼。
全文摘要
一種基于逆Loop細分的嵌入式零樹編碼方法，包括以下步驟(1)構建偏移量小波樹實際頂點O與預測頂點O′的差就形成了偏移量d，偏移量d是在刪除頂點重建網(wǎng)格的對應邊上產(chǎn)生，同時每一網(wǎng)格Mj-1中的邊與較細層次網(wǎng)格Mj中四個邊建立對應四叉樹關系；(2)偏移量小波處理與選擇閾值；(3)編碼與碼流組織基于三維圖形三角網(wǎng)格的嵌入式編碼將重要的信息優(yōu)先編碼，并將壓縮后的結果放在碼流的初始部分。本發(fā)明提供一種大幅提高壓縮效率的基于逆Loop細分的嵌入式零樹編碼方法。
文檔編號G06T9/40GK103077543SQ20121059237
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月29日 優(yōu)先權日2012年12月29日
發(fā)明者馬建平, 陳渤 申請人:浙江工業(yè)大學