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基于提升小波的嵌入式图像与视频编码算法研究

陈红新  
【摘要】: 网络技术的发展对图像的编码提出了新的要求,基于小波变换的嵌入式图像编码方法因其提供的分辨率可分级性、质量可分级性(从有损到无损的渐进传输)、较强的抗误码性能、低内存空间占用和编解码快速等引人瞩目的特性而成为目前图像压缩研究的热点。本文详细分析了其中两类主要的算法:零树编码算法和嵌入式块编码算法,在低比特率下对算法进行改进,并将算法扩展到三维小波视频图像压缩。主要的研究工作如下: 提出了基于行的整数小波图像压缩算法。采用整数形式实现提升格式,按照小波变换的级数和滤波器的长度,每次读入相应的行数,循环使用内存;在基于行的小波变换的基础上,提出了基于行的自适应二进制算术编码器的改进方案,针对基于行的小波变换的特点进行上下文构建,在大幅减少算法对内存需求的同时,可以获得较高的压缩效率和图像质量可分级的压缩码流。 提出了基于码率优化分配的ROI编码算法。根据码率优化分配的原理,在PCRD-opt(压缩后率失真优化)理论基础上,通过感兴趣因子对ROI有贡献的码块进行失真估计的缩放,对ROI码块分配相对较多的码率,以提高ROI区域在编码时的优先权,实现ROI区域的系数被优先编码和解码,同时也保持一定的背景效果。 提出了改进的VSPIHT算法。从大阈值的情况下对SPIHT的性能进行分析,将低频子带单独处理。按照二进小波分解的子带尺寸,对低频子带进行虚拟分解,实现更长的零树。VSPIHT算法在中高比特率时,性能下降,为了进一步提高编码效率,提出了两个位置判断函数,确定需要特殊处理的小波系数的位置。在前人算法的基础上,对重要性扫描过程进行修改,使得有限的比特数更能代表重要系数。实验表明此算法在低码率条件下,性能明显优于SPIHT算法,同时在中高码率条件下压缩性能也不逊于SPIHT算法。 在小波视频编码方面,根据3D-SPIHT特点,提出了两种改进的3D-SPIHT算法。第一种方法充分利用三维空间方向树的特点,对低频子带系数直接进行虚拟分解,第二种方法采用较少的帧,在低码率时重新定义零树结构,提高了编码效率,适合实时性要求高的场合。由于三维小波提供了对变换系数的统一描述,量化矩阵的设计和编码结构的选取都十分简单


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