运动补偿三维小波可扩展视频编码技术研究

摘要

视频编码是数字图像处理的重要分支，其在理论上取得了重大成功，也在实际应用中获得了很大进步，一系列视频编码国际标准应运而生。然而，随着网络环境下视频应用的层出不穷，网络和终端的异构性使得视频编码方法在有效性和灵活性方面面临挑战。因此，视频编码的目标已经由面向存储，即单纯追求压缩效率，转为面向传输，希望压缩码流能够适应各种应用环境，而不会受到网络传输带宽、用户状况等条件的限制。经过近十年的研究，可扩展视频编码被认为是一种在无线、因特网等网络环境下进行视频传输的编码解决方案，它仅用一个可调整的码流就可以满足不同用户的个性化需求。 本文在对运动补偿三维小波可扩展视频编码框架进行分析的基础上，对该框架涉及的三个关键技术，即运动补偿时域滤波、三维小波变换结构以及三维小波子带编码进行了深入研究。 首先，在分析传统小波变换理论和提升小波变换实现的基础上，对编码框架中用于去除时间冗余的运动补偿时域滤波技术进行改进，利用Haar小波的提升实现进行沿运动轨迹的时域滤波。该方法能够保持传统小波变换的优势，高效的去除时域冗余信息，同时通过提升小波的整型变换能够快速实现的特点，降低了计算复杂度，减小了内存需求，提高了小波视频编码器的性能。 接下来，研究了两种典型的三维小波变换结构，通过组织多级的运动补偿时域滤波，以更有效地去除时域冗余信息。本文基于视频序列的运动特征，提出了一种自适应三维小波变换结构，该结构能够根据视频序列的运动剧烈程度自适应确定帧组大小。实验结果表明，该方法在保证视频序列编码性能的同时，尤其可以提高对运动剧烈视频序列的压缩效果，同时还能大大降低计算量和存储空间。 小波子带编码方法，在二维图像压缩中取得了巨大进展，并已经涌现了多种高效的嵌入式小波图像编码方法。本文对已有的SPIHT算法进行改进，充分利用其空间方向树能够高效组织小波系数的优势，将其由针对灰度图像的编码方法扩展为对视频序列彩色图像的压缩。四叉树分裂是一种简单有效的小波系数组织方式，本文考虑到视频序列时域高频帧非自然图像的特点，根据小波系数在频率和空间上的能量聚类特性，提出了一种基于四叉树分裂的小波图像编码方法。结合固定的码率分配方案，本文将这两种方法扩展到三维时/空小波子带编码方法中，从而实现高效的视频压缩。实验结果表明，与有限状态标量量化方法相比，这两种小波编码方法均能获得较好的编码性能。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

第2章可扩展视频编码研究现状

第3章运动补偿三维小波可扩展视频编码框架

第4章基于提升小波的运动补偿时域滤波技术研究

第5章自适应三维小波变换结构研究

第6章三维小波子带编码技术研究

结束语

参考文献

附录

致谢