收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

图像/视频压缩技术中若干关键问题的研究

纪秀花  
【摘要】: 随着下一代网络(NGN)、第三代移动通信(3G)与涉及3G演进的B3G(BeyondIMT-2000,超3G)和下一代宽带无线(NGBW)等对视频、多媒体业务与网络应用需求的飞速发展,以及硬件处理平台的增强和存储器成本的降低,提高编码效率和速度、增强网络环境稳定性的图像、视频编码技术的需求日益上升。近年来,随着芯片技术的发展,手持移动设备发展迅速,由于它的计算能力和存储空间十分有限,对图像、视频的处理算法要求运算量和存储量更少。虽然图像、视频压缩编码技术已有几十年的研究历史,取得了辉煌的成就,但这些成就并不能满足人们日益增长的需求。图像、视频的编码与传输技术是当今信息科学与技术的前沿课题,受到了理论界和工程应用的广泛重视。 本文以国家自然科学基金项目“多精度多层次的图像正交变换快速算法和并行处理的研究”和山东省自然科学基金项目“图像国际标准的优化实现技术研究”为依托,重点分析了各种图像、视频压缩编码技术和目前流行的图像/视频压缩编码及传输的国际标准在实际应用系统中存在的难点和关键问题,并对这些关键问题进行了系统的、较为全面的研究。论文的主要工作和创新点包括以下几点: (1)研究二维离散余弦变换(DCT/IDCT)快速计算模型 提出了适于图像压缩的二维离散余弦正变换(DCT)的快速算法。在图像压缩中,目前最常用的正交变换是DCT。根据二维8×8 DCT基本图像的特性,利用基本图像的对称性减少DCT计算量,实现了较独立地快速计算每一DCT量化系数。该算法适于做Pruning 2D DCT算法。 提出了自适应的Pruning二维8×8 DCT量化系数的快速算法。该算法在上述算法的研究成果和一种判断非零DCT量化系数的新模型的基础上,自适应地选择计算非零DCT量化系数,余下的DCT系数可当作零值不再计算。实验以多幅标准图像为例,结果表明:使用该算法,每8×8图像子块中,平均仅有0.156个非零变换系数被漏算,而且这些漏算的DCT系数的值一般都是±1,这样,与完整计算DCT和量化的算法相比,二者的恢复图像质量在主观上察觉不到差别,在客观质量上相差非常小,而运算量得到大幅度的减少。 提出了适于图像压缩的二维离散余弦逆变换(IDCT)的快速算法。该算法通过三个技术降低二维8×8 IDCT的运算量:(1)利用基本图像的对称性;(2)把反量化过程和IDCT融为一步;(3)利用实际图像数据的特点:绝大多数量化后的变换系数为零值且非零系数中又有许多的值为±1。理论分析和实验结果表明,三种技术的融合大大减少计算量。以多幅标准图像为样本数据,对新方法和当前最有影响的Feig算法做了比较,结果表明:本文算法的乘法次数降了约60%,加法次数降了约15%。 (2)研究无乘法的二维离散余弦变换(DCT/IDCT)快速计算模型 这项研究是针对目前很多实际应用都强调避免乘法运算的要求,以及存储器芯片愈来愈便宜,体积愈来愈小的特点。 基于基本图像概念,提出了一种直接快速计算二维8×8 DCT量化系数的查表算法。算法消除乘法运算的同时,也减少了加法运算量。通过设计查找表结构和组织数据,使得每次查表得到的不是一个数据而是一组数据,减少了查表次数;通过研究基本图像的对称性及DCT过程中数据范围,减小了查找表(LUT)长度。在图像变换编码时,利用本文算法可只计算需要被编码和传输的低频变换系数,以大大减少运算量。 提出一种基于查表法的二维8×8离散余弦逆变换(2D 8×8 IDCT)的快速算法,其查找表LUT(Look-Up Table)结构的设计是基于二维8×8 DCT的基本图像。利用两种技术减小查找表长度:①利用基本图像的对称特性;②通过对离散余弦正变换(DCT)和量化过程的分析,推导出每个量化后DCT系数的取值范围。若量化矩阵具有对称性q(u,v)=q(v,u),LUT的长度还可减少近半。新算法利用查表法消除IDCT中乘法运算,并利用图像数据的特点和基本图像的对称特性大大减少加法次数,提高了计算速度。 (3)研究图像压缩过程中的重要环节之间的关联性,建立快速计算模型 提出了RGB与YUV之间彩色空间转换运算的快速算法。该算法是将彩色空间转换和图像压缩/解压缩中的量似逆量化过程两环节结合考虑使乘法运算得到大幅度地减少。此算法并不改变图像压缩过程中各环节的处理结构,所以不会影响采用其他已有的优化技术,有效提高编解码速度。 提出了一种图像压缩中RGB与YCbCr转换计算的快速算法。该算法是将图像压缩中的彩色空间转换、量化和离散余弦变换(DCT)三个环节结合考虑来减少运算量,而且在降低了彩色转换运算量的同时,并不影响其他两环节的运算量。在各种图像子采样情况下,新算法在压缩或解压缩过程中,运算速度都得到了有效地提高。 (4)研究国际标准H.264/AVC中二维4x4整数变换的快速计算模型 提出一种H.264/AVC中二维4x4逆整数变换的快速算法,该算法为缩短H.264/AVC视频压缩标准的解压计算的时间提供了新技术。实验以多个标准视频为例,结果表明:新算法计算一块二维4x4逆整数变换,平均只需要2.66069次加法运算和0.34835次平移操作,比目前已存在的有影响的快速算法所用的运算量要少的多。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张智高;春花;张红梅;包兰英;;离散余弦变换在图像压缩上的应用[J];内蒙古民族大学学报(自然科学版);2010年02期
2 钟云德;朱红;;基于遥感图像的CDF9/7提升小波实现[J];遥测遥控;2010年03期
3 陈云凤,汪立全,伍康文;基于波形变换编码的一种语音合成器[J];数据采集与处理;1992年02期
4 吕铁军;浅谈CD LD改装VCD[J];家庭电子;1997年09期
5 段大高,崔岩松,邓中亮;H.264变换编码与量化原理分析[J];现代电子技术;2004年21期
6 李文彬,朱红;JPEG2000算术编码的研究及其FPGA设计[J];遥测遥控;2005年05期
7 张春晓;何遵文;闫丽云;;H.264变换编码和量化算法的分析[J];军民两用技术与产品;2006年07期
8 林春方;;AC-3数字音频压缩中的变换编码算法[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2006年03期
9 赵楠楠;孙红星;徐心和;;基于小波变换和SVM的图像压缩仿真研究[J];系统仿真学报;2006年11期
10 李玺;陈立云;王嘉祯;王峰;刘森;;基于提升小波变换的JPEG 2000核心算法研究[J];科学技术与工程;2007年13期
11 李刚;叶祥满;李君毅;;JPEG2000在数字图书馆的应用[J];浙江工业大学学报;2008年05期
12 肖若辉;;JPEG2000与JPEG的区别及其实践应用[J];电脑开发与应用;2009年09期
13 唐垚;曹剑中;刘波;周祚峰;;航天器图像压缩小波变换的FPGA设计[J];计算机科学;2010年09期
14 王文军;向智敏;李雯;谷源涛;;JPEG图像编码中质量因子选取方法研究[J];微计算机信息;2010年26期
15 庞潼川;视频压缩技术与标准[J];数据通信;2002年04期
16 王立;JPEG2000的核心算法及最新发展[J];通信与信息技术;2005年03期
17 梁夫彧;李娟;门爱东;;现代视频编码关键技术及其发展[J];电力系统通信;2006年03期
18 张世强;张淑芳;赵嵩;胡青;;基于自适应分割和自适应量化的图像压缩算法[J];大连海事大学学报;2009年01期
19 刘永征;刘学斌;胡炳樑;段晓峰;;基于ADV212的JPEG2000静态图像压缩系统设计[J];电子器件;2009年03期
20 周怡;羊箭锋;;H.264的几种高质量色彩空间编码方法的分析[J];电脑知识与技术;2009年35期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王培茂;刘财;;地震勘探中联合数据压缩技术研究[A];中国地球物理学会第二十届年会论文集[C];2004年
2 曹玲芝;张恒;;基于DSP的图像压缩与重建[A];2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集(二)[C];2007年
3 梁宇钒;王景中;;视频编码软件系统的稳定性设计方法[A];2007通信理论与技术新发展——第十二届全国青年通信学术会议论文集(上册)[C];2007年
4 王忠欣;熊璋;蒲菊华;;基于MP变换的ROI视频编码方法[A];第一届建立和谐人机环境联合学术会议(HHME2005)论文集[C];2005年
5 张云;郁梅;蒋刚毅;;H.264视频编码标准中的低复杂度量化新方法[A];第一届建立和谐人机环境联合学术会议(HHME2005)论文集[C];2005年
6 孟宪伟;晏磊;;图像压缩编码方法综述[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集(下册)[C];2006年
7 周琳琳;刘飞;益建芳;;遥感影像数据的JPEG压缩[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(下册)[C];2002年
8 孟宪伟;晏磊;;图像压缩编码方法综述[A];2006中国科协年会——数字成像技术及影像材料科学学术交流会论文集[C];2006年
9 黄汝静;牛凡;赵勇;申凌;;基于DaVinci平台的H.264编码器的实现和优化[A];中国电子学会第十五届信息论学术年会暨第一届全国网络编码学术年会论文集(上册)[C];2008年
10 邹鑫馨;刘钊;;一种基于时空域结合的H.264/AVC帧内预测模式的快速选择算法[A];中国电子学会第十五届信息论学术年会暨第一届全国网络编码学术年会论文集(下册)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 纪秀花;图像/视频压缩技术中若干关键问题的研究[D];山东大学;2009年
2 邱劲;混沌伪随机序列及其在数字图像加密应用的研究[D];重庆大学;2011年
3 张佳岩;基于小波变换的深空通信图像压缩算法及应用研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
4 曾尚春;SAR数据压缩算法研究[D];南京航空航天大学;2007年
5 赵志杰;基于多维矩阵理论的彩色图像和视频编码研究[D];吉林大学;2008年
6 陈博;多媒体数据中多重信息隐藏方法研究[D];中国科学技术大学;2011年
7 张学全;基于FPGA的星载图像压缩系统实现方法研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2009年
8 李文明;基于重叠变换和小波变换的图像压缩研究[D];山东大学;2008年
9 王建鹏;高效视频编码理论与算法研究[D];浙江大学;2010年
10 RAED S.H. AL-MOUSSAWY;低码率音频编码研究[D];华南理工大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郑建国;小波神经网络在图像压缩中的应用研究[D];西安建筑科技大学;2007年
2 张肖强;JPEG-2000中小波变换的FPGA实现[D];太原理工大学;2007年
3 赵琰昉;影像存档和通讯系统中医学影像的压缩研究[D];北京工业大学;2002年
4 韩志荣;基于DSP的JPEG2000编码算法模块的设计与实现[D];上海海事大学;2005年
5 黄颢;基于整数小波变换的静止图像编解码研究与应用[D];电子科技大学;2007年
6 殷俊芳;基于二维条码技术和图像压缩技术的库存管理系统[D];北京工商大学;2006年
7 刘琼;图像和视频压缩中关键算法的研究[D];湘潭大学;2010年
8 梁敬赛;压缩感知技术及其在数字图像取证中的应用研究[D];北方工业大学;2012年
9 杨晶;基于FPGA的图像压缩JPEG基本模式研究与实现[D];东华大学;2008年
10 李星;JPEG图像及解压图像中的隐写分析技术研究[D];解放军信息工程大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;解密MPEG-2[N];中国电脑教育报;2004年
2 北京航空航天大学计算机系 李炜;探寻视频编码技术发展的足迹[N];中国计算机报;2000年
3 孙方涛 王栋;移动流媒体协议——H.264[N];人民邮电;2005年
4 山东 谭景林 曾新梅;广播电视设备的数字化格式[N];电子报;2007年
5 辛华;MP4随身影院破冰[N];中华工商时报;2005年
6 北京 马子健;高清HDTV影片最佳格式H.264[N];电子报;2006年
7 中国科学院计算技术研究所,中国科学院研究生院$$ $$信息产业部“数字音视频编解码技术标准工作组”秘书长、组长 黄铁军 高文;视频编码有绝招[N];计算机世界;2003年
8 伊佳;条条大路通IPTV[N];通信产业报;2006年
9 本报记者 吴作鹏;视频通信:走过2003 期待2004[N];计算机世界;2003年
10 特约作者 张海涛;当JPEG不再免费时[N];电脑报;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978