基于小波变换和误差竞争学习的矢量量化方法研究

摘要

图像压缩作为通信及多媒体领域中的一项关键技术，对于信息技术的发展具有很强的现实意义。图像是人们生活中信息交流的最为重要的载体，也是蕴涵信息量最大的媒体。数字图像的数据量非常庞大，必须经过有效的压缩，才能满足数字图像的高速传输和存储。 近年来，随着多媒体技术和网络技术的飞速发展，已有一些压缩方法进入了使用阶段，国际上出现了一些数据压缩标准。这些压缩标准为数据压缩的广泛应用奠定了基础。这些年来关于小波变换图像压缩算法的研究和应用都十分活跃，各种迹象表明，小波变换方法优于其他的变换方法，在静态和动态图像压缩领域得到广泛的应用，并且已经成为某些图像压缩国际标准(如JPEG2000、MPEG-4)的重要环节。然而，采用何种策略对小波变换后的数据进行处理仍是图像压缩领域的一个研究热点。 在理论上上矢量量化的性能总是优于标量量化。但是矢量量化所需要的计算量较大，阻碍矢量量化推广的因素之一就是这种方法运算速度太慢。而人工神经网络是一种并行分布式系统，具有运算速度快的优点，能有效解决矢量量化这类高维数运算带来的大计算量问题。因此我们采用神经网络和矢量量化相结合的方法，来对矢量量化进行改良，从而实现快速矢量量化，并用快速矢量量化来对小波变换图像进行压缩。为此本文提出了基于小波变换和误差竞争学习的矢量量化(VQWDCL)。 VQWDCL是一种对小波图像数据用竞争网络进行矢量量化的压缩方法，它首先对数字图像进行3层小波分解，然后对小波变换后图像数据根据其各级子带间的频率分辨率和空间分辨率组成新的带间矢量组合，然后用竞争网络对矢量组合进行训练来实现快速矢量量化。在这里，我们采用的是改进的误差竞争学习算法。 计算机模拟试验表明，VQWDCL与JPEG2000(小波三层分解)在一定范围的相同压缩比下(70倍以下)，VQWDCL算法在PSNR上要优于JPEG2000(小波三层分解)；在主观效果上，由于在训练码书时，采用改进的误差竞争学习和快速搜索算法，使得训练时间减少，恢复图像比采用JPEG2000(小波三层分解)更清晰。 综上所述，本文提出的基于小波变换与误差竞争学习的矢量量化方法(VQWDCL)是一种性能优良的图像压缩算法。

目录

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

前言

第一章图像压缩的原理和发展

第二章矢量量化及其压缩特性

第三章小波分析

第四章神经网络与矢量量化

第五章VQWDCL方案分析和试验结果分析

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文