高性能的可伸縮圖像編碼研究.pdf

1、目前，數(shù)字圖像已在諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。日益增長(zhǎng)的海量數(shù)據(jù)，給存儲(chǔ)器的容量，通信信道的帶寬以及計(jì)算機(jī)的處理速度帶來(lái)了前所未有的極大壓力。如何有效地組織、存儲(chǔ)、傳輸和恢復(fù)圖像數(shù)據(jù)，或探索和研究壓縮比更高，質(zhì)量更好，復(fù)雜度更低的圖像編碼技術(shù)是現(xiàn)代信息處理的關(guān)鍵任務(wù)之一。隨著因特網(wǎng)在全球范圍的日益普及，各種新興多媒體業(yè)務(wù)的相繼出現(xiàn)，傳統(tǒng)的編碼方法面臨巨大的挑戰(zhàn)。除了應(yīng)具有好的壓縮效果外，圖像編碼還需要適應(yīng)多變的應(yīng)用環(huán)境，如用戶的不同需求，異

2、構(gòu)網(wǎng)絡(luò)支路的不同傳輸條件和終端的不同處理能力等等。 本論文以探索滿足上述要求的高性能圖像編碼方法為目標(biāo)，圍繞圖像壓縮的變換、量化和編碼等幾個(gè)主要環(huán)節(jié)而展開(kāi)研究，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)了基于小波變換和基于稀疏分解的兩類高性能的可伸縮圖像編碼器。論文的創(chuàng)新性研究的主要內(nèi)容為： 1．系統(tǒng)深入地研究嵌入式小波圖像編碼技術(shù)，對(duì)當(dāng)前先進(jìn)的小波系數(shù)組織和編碼方法進(jìn)行分類總結(jié)和探討。 2．深入研究小波系數(shù)集合劃分的原理和方法，提出一種自適應(yīng)的

3、分層樹(shù)集合分裂方法，擴(kuò)展了傳統(tǒng)的空間方向樹(shù)結(jié)構(gòu)，將多個(gè)方向樹(shù)組合起來(lái)共同表示一個(gè)非重要系數(shù)集合，節(jié)約了集合表示的比特?cái)?shù)。 3．探索研究矢量量化技術(shù)在嵌入式圖像編碼中的應(yīng)用，提出一個(gè)格型矢量量化與分層樹(shù)集合分裂算法相結(jié)合的編碼方案。該方案選用規(guī)則的格點(diǎn)作為碼書，不需要訓(xùn)練和存儲(chǔ)，克服了傳統(tǒng)矢量量化計(jì)算和存儲(chǔ)復(fù)雜度高的缺點(diǎn)。改進(jìn)多級(jí)增益一形狀矢量量化方法并使之與集合分裂算法有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)節(jié)較豐富圖像更好的編碼效果。 4

4、．在分析和借鑒多種先進(jìn)編碼方法的基礎(chǔ)上，提出一個(gè)高性能的嵌入式小波編碼算法。該算法聯(lián)合采用了基于聚類的重要系數(shù)表示法和基于零塊結(jié)構(gòu)的非重要系數(shù)表示法，以及基于上下文的算術(shù)編碼，共同挖掘小波子帶內(nèi)聚集和子帶間相似的特性。在嵌入準(zhǔn)則的指導(dǎo)下，提出基于聚類表征的分類和排序方案，借助鏈表結(jié)構(gòu)有效地實(shí)現(xiàn)了精細(xì)的分?jǐn)?shù)位平面編碼，在較低復(fù)雜度下實(shí)現(xiàn)了比當(dāng)前先進(jìn)算法更好的有失真和無(wú)失真編碼性能。在此基礎(chǔ)之上提出了一種高伸縮性的圖像編碼方案。該方案利用位

5、平面編碼和小波分解固有的多分辨率特性實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量和分辨率的可伸縮。它解除了編解碼之間的約束，編碼方無(wú)需了解解碼方的具體狀況，生成的具有層次結(jié)構(gòu)的碼流可以很方便高效地被解析和解碼，以滿足用戶對(duì)質(zhì)量和分辨率的不同需求。 5．研究信號(hào)稀疏逼近問(wèn)題，設(shè)計(jì)適合圖像表示的冗余幾何原子庫(kù)，探索快速圖像稀疏分解方法。對(duì)流行的匹配追蹤算法進(jìn)行深入地分析和研究?？偨Y(jié)了匹配追蹤分解的特點(diǎn)，并提出用庫(kù)原子的空間相對(duì)距離來(lái)估計(jì)其互相關(guān)信息的方法。在此基礎(chǔ)上

6、提出一系列快速圖像稀疏分解算法，在保持主客觀質(zhì)量的前提下，大大提高了圖像分解的速度。比如對(duì)512×512測(cè)試圖像，相對(duì)于最新的全局匹配追蹤算法，本文算法的速度增益達(dá)到115.39倍，而PSNR平均下降0.25dB。 6．探索研究稀疏分解在圖像編碼中的應(yīng)用。對(duì)圖像進(jìn)行快速稀疏分解并分析和總結(jié)分解原子的分布規(guī)律，提出與之相適應(yīng)的塊劃分編碼方法，對(duì)原子位置參數(shù)和系數(shù)進(jìn)行聯(lián)合編碼。形成的編碼器在計(jì)算復(fù)雜度、編碼效率和伸縮性能等方面都優(yōu)于