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基于小波变换的视频压缩算法研究

刘国金  
【摘要】: 视频压缩及传输由于具有广泛的应用前景,成为国际研究的热点。它是HDTV、DVD、视频会议、Internet视频及其它相关应用的核心技术。目前,由于现有标准的局限性,国际上提出了嵌入式小波变换编码方案,与传统的DCT变换相比,小波变换具有时频域局部化特性和多分辨性质,且小波是对整个图像进行变换,避免了DCT变换的方块效应,更适合可伸缩的编码。随着用于图像压缩的EZW、SPIHT和EBCOT模型及用于视频压缩的3D-EZW、3D-SPIHT和3D-ESCOT模型的出现,基于小波变换的嵌入编码已成为图像视频压缩研究的主流。嵌入编码具有率伸缩特性,很适合在带宽随时延变化的互联网上使用。 目前,嵌入编码都是基于两种类型:一种是分层的嵌入编码,主要是利用小波不同子带间系数的偏序性和自相似性,将不同子带间的系数形成一棵棵树结构,通过将整棵树量化为零来减少压缩比。另一种是基于上下文模型,主要是利用小波系数同子带内相邻系数的相关性,组织高效的上下文,来显著地提高压缩效果。 受EZW、SPIHT、EBCOT模型及3D-EZW、3D-SPIHT、3D-ESCOT模型的启发,本文综合利用小波系数不同子带间的自相似性、偏序性和同子带内相邻系数的相关性,提出了一种新的三维小波嵌入编码上下文模型3D-PEM。实验结果表明:利用这种模型获得的PSNR高于3D-ESCOT模型。同时也具有3D-ESCOT模型的优良性质。在此基础上,本文又提出了基于自适应运动补偿的三维小波模型MC-3DPEM,利用运动估计和补偿消除视频间的运动,对补偿后的亮度、色度分量先进行空间域的小波变换,再利用亮度系数、色度系数之间的相关性,将三个分量的系数形成一个变换系数矩阵,对变换系数矩阵进行时间域的小波变换,用先前的模型对变换后的三维小波系数编码。实验结果表明:相同码率情况下,基于运动补偿的MC-3DPEM模型获得的PSNR高于3D-PEM模型,同时视频三个分量的混合编码比每个分量单独编码时具有更好的PSNR。


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