高效圖像編碼中自適應變換的研究.pdf

1、隨著數(shù)字圖像不斷增加的廣泛應用、分辨率的不斷增大和新的圖像表示形式的出現(xiàn)，圖像信號的數(shù)據(jù)量正在變得越來越大，對更高效的圖像編碼的要求也不斷增加。作為圖像編碼中重要的核心部分，變換對提高圖像編碼的效率有著重要的影響。在而在當今廣泛應用的圖像編碼系統(tǒng)里，變換部分卻因為缺乏相應的自適應性而沒有發(fā)揮出更高的效率。本論文重點研究圖像信號變換的結構自適應性和方向自適應性，來構造全新的面向圖像編碼的變換，以更好的提高圖像編碼的效率。
　　 我

2、們首先在逐塊編碼的框架下，回顧了傳統(tǒng)的塊內變換和塊間預測，并提出了幀內預測變換的表示形式來統(tǒng)一這兩種減少信號冗余的方法。這種統(tǒng)一的形式賦予了幀內預測變換既能利用塊內相關性也能利用塊間相關性的能力。我們在理論上推導出了幀內預測變換對靜態(tài)信號的編碼增益的上界，從而在理論上顯示了幀內預測變換相對于傳統(tǒng)變換更好的編碼能力。我們還構造出了能達到推導出來的編碼增益上界的最優(yōu)幀內預測變換，所以推導出來的上界是上確界。另一方面，幀內預測變換這種新的表示

3、形式也給我們設計新的變換提供了一個全新的角度。利用幀內預測變換的框架，我們給出了利用頻域預測來設計的一個幀內預測變換，相比現(xiàn)有的頻域預測方法，它的預測距離更短，從而也更有效。實際的編碼結果也驗證了新構造出來的幀內預測變換的有效性。
　　 基于幀內預測變換的表示形式和理論，我們還分析了不同的編碼結構對編碼性能的影響。我們特別針對基于點、線和塊的編碼結構進行了分析。理論分析的結果表明基于點和線的編碼結構在高碼率下都可以達到基于塊的編

4、碼結構的編碼增益的上限，更進一步，我們還證明了任意的結構都可以有此結果。這個結論也提示我們現(xiàn)有主流編碼系統(tǒng)中基于塊的編碼結構不一定是最優(yōu)的。我們進一步深入分析了基于點、線和塊的編碼結構在中低碼率和實際編碼時的優(yōu)缺點，結論是基于塊的編碼結構更適合低碼率編碼而基于點和線的編碼結構卻有更好的自適應性和靈活度。基于以上的分析，我們設計了基于點和線的高效圖像編碼方案，實驗結果表明，即使是與最先進的基于塊的編碼方案相比，我們提出的基于點和線的圖像編

5、碼方案也有相當?shù)木幋a效率，并且在高碼率下做的更好。我們進一步提出了基于點、線和塊的混合編碼方案來充分利用它們的優(yōu)點，實驗結果表明混合編碼方案能顯著地提高圖像編碼的效率。
　　 除了結構的自適應性，我們還探討了圖像編碼中變換的方向自適應性。圖像信號充滿了各種各樣的方向性信息，然而，傳統(tǒng)的變換因為缺乏方向性基，對這些方向性信號的表示卻很沒有效率。基于對重疊變換的提升分解，我們把重疊變換分解成多步基本操作。對每一步基本操作改造成相應的

6、方向性基本操作，我們構造出了方向性重疊變換，包括一維至多維的方向性變換和塊自適應的方向性重疊變換。在實際編碼的方向性變換過程中，我們將其中的方向指定問題歸結成了一個率失真優(yōu)化的問題，在做了適當簡化后，用動態(tài)規(guī)劃的方向指定算法解決了這個問題。在利用了塊自適應的方向性重疊變換和相應的方向指定算法后，我們顯著地提高了HD Photo(JPEG-XR)編碼系統(tǒng)的圖像編碼性能，也驗證了方向性重疊變換在圖像變換中的有效性。
　　 另外一個影

7、響方向性變換效率的是子采樣的模式。我們提出了子采樣模式對基于方向性小波變換的圖像編碼性能影響的問題。通過深入分析這個問題，我們得出的結論是針對一個特定的方向性信號，最適合的子采樣模式的確定會很復雜，它不僅與方向有關，也與相關性的強度有關。為了充分利用各種子采樣模式的優(yōu)點，我們提出了子采樣自適應的方向性小波變換，并設計了一個相位重構的算法來解決子采樣模式發(fā)生變化時出現(xiàn)的邊界問題。實際編碼結果表明子采樣自適應的方向性小波變換能極大提高方向性