论文题目: 基于小波变换的图像压缩编码研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 电路与系统
作者: 刘利章
导师: 史浩山
关键词: 小波变换,嵌入式编码,算术编码,符号编码,预测编码,逐次逼近量化,零树结构,线性索引,标志位
文献来源: 西北工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 小波变换理论是近年来应用数学和工程学科中一个迅速发展的新领域，它是继傅立叶变换之后在数学上的一项重大突破。虽然小波变换和傅立叶变换都是线性变换，但是由于小波变换具有时域和频域的双重局域性的特性，使得小波变换比傅立叶变换更灵活，有利于信号的时频特性。1989年Mallat提出了多分辨率分析的思想，统一了各种小波函数的构造方法，由此小波变换在图像压缩处理中得到了广泛的应用。小波图像编码器相对于传统的图像编码器而言，压缩效率更高，且能方便地构造嵌入式的比特流。本文深入研究了小波变换的数学理论基础和用于图像压缩的小波变换特性，针对小波变换后的系数特点，主要采用零树结构开发小波系数的相关性，在EZW算法和SPIHT算法的基础上提出两种很有意义的嵌入式零树编码器。 本文的主要创新性工作内容有： 首先，通过分析短时Fourier变换的缺陷研究了连续小波变换和离散小波变换，并从多分辨率分析入手推导了用于图像处理的Mallat算法，从滤波器组的角度构造了正交小波基和双正交小波基。 其次，针对图像压缩具体应用给出小波基的选择依据，以及在尽可能好的重构原始图像的要求下，小波变换应当采用的处理方式。并通过大量实验分析了小波变换后系数的分布特点，以量的形式详细研究了小波系数的符号相关性、子带内、子带间的相关性，为以后的压缩提供先验知识、指导编码。 接着，对经典的嵌入式零树编码算法EZW进行了深入研究，指出该算法存在的不足。据此，在EZW的基础上提出了一种基于陕速逐次逼近量化的嵌入式图像压缩算法IEZW。该算法主要通过以下几个方面提高压缩性能：由于LL子带占据变换系数的大部分能量，所以采用基于邻域系数的梯度预测单独编码LL子带，提出对预测后的差值幅度和符号分离编码，差值幅度直接按比特平面进行算术编码，差值符号使用基于上下文内容的符号编码模型进行符号编码以消除符号间的冗余；对于高频子带，建立子带峰值的概念，利用改进的逐次逼近量化快速扫描高频子带系数，减少了逼近量化的时间，并对边缘子带的嵌入式编码策略进行有效修改，提高了编码效率。 最后，针对SPIHT算法需要附加使用3个集合链表来存储已编码信息(已编码过的节点和集合)内存需求量较大，难于硬件实现的不足。本文提出了一种易于硬件实现的嵌入式图像压缩算法ISPIHT。该算法提出了最小零树结构的思想，引入了Fmderick W.Wheeler和Wdliam A.Pearlman提出的线性索引技术，改进了LZC采用的标志位图，采用了与SPIHT类似的扫描顺序，与SPIHT不同的是，本算法不用
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 概论
1.1 图像压缩的意义
1.2 静止图像编码技术简介
1.2.1 经典图像编码技术
1.2.2 现代图像编码技术
1.3 小波变换及小波编码技术
1.3.1 小波变换的发展
1.3.2 小波图像编码技术
1.4 研究内容和主要创新
1.5 论文结构
第二章 小波变换的数学理论基础
2.1 符号约定
2.2 傅立叶变换存在的问题
2.3 小波变换
2.3.1 连续小波变换
2.3.2 连续小波变换的离散化
2.3.3 小波的分类
2.4 多分辨率分析和Mallat算法
2.4.1 多分辨率分析
2.4.2 一维Mallat算法
2.4.3 二维Mallat算法
2.5 小波基的构造
2.5.1 正交小波基
2.5.2 双正交小波基
2.6 信号的离散小波变换
第三章 小波变换应用于图像压缩的特性研究
3.1 小波基的选择
3.1.1 正交性
3.1.2 对称性
3.1.3 正则性
3.1.4 消失矩
3.1.5 紧支性
3.2 边界延拓
3.2.1 补零延拓
3.2.2 周期延拓
3.2.3 对称延拓
3.2.4 边界滤波器
3.3 小波变换的级数
3.4 小波变换系数的特点
3.4.1 空频特性和方向选择性
3.4.2 频域能量聚集性和能量衰减性
3.4.3 高频系数的空间聚集特性
3.4.4 子带间系数的相关性
3.4.5 幅度相关性
3.5 量化方案研究
3.6 重建图像的质量评价
3.6.1 图像的主观评价
3.6.2 图像的逼真度
3.6.3 平均绝对偏差
3.6.4 峰值信噪比
第四章 基于快速逐次逼近量化的嵌入式图像编码
4.1 嵌入式图像编码
4.1.1 空域伸缩性
4.1.2 质量伸缩性
4.1.3 嵌入式编码框架
4.2 图像的渐进传输和逐次逼近量化
4.3 嵌入式零树图像编码EZW研究
4.3.1 零树及相关概念
4.3.2 编码过程
4.3.3 小波零树编码的不足
4.4 IEZW算法最低频LL子带的编码
4.4.1 基于邻域梯度的预测算法
4.4.2 基于上下文内容的LL子带预测误差符号编码
4.4.3 LL子带编码的实验结果与分析
4.5 IEZW算法高频子带的处理
4.5.1 逐次逼近量化的快速算法
4.5.2 小波边缘子带的处理
4.6 实验结果与分析
4.6.1 实验结果
4.6.2 结果分析
第五章 易于硬件实现的小波图像编码
5.1 SPITH算法LZC算法研究
5.1.1 SPIHT算法研究
5.1.2 LZC算法研究
5.2 ISPIHT算法的实现
5.2.1 最小零树结构
5.2.2 线性索引和标志位图
5.2.3 ISPIHT算法流程
5.3 实验结果与分析
5.3.1 实验结果
5.3.2 结果分析
第六章 总结
6.1 总结
6.2 应进一步研究的问题
参考文献
攻读博士期间已发表论文和在审论文
致谢
发布时间: 2007-03-29
参考文献
- [1].第二代小波变换理论及其在信号和图像编码算法中的应用[D]. 高广春.浙江大学2004
- [2].基于小波变换的图象/视频压缩编码及其数字水印嵌入方法的研究[D]. 张郑擎.上海大学2001
- [3].基于视觉特性的小波变换编码及图象质量评价方法的研究[D]. 王青海.上海大学2004
- [4].小波变换和马尔可夫随机场在图像降噪与分割中的应用研究[D]. 李旭超.浙江大学2006
- [5].基于小波变换的目标检测方法研究[D]. 王丽荣.吉林大学2006
- [6].非线性小波变换与多尺度在图像、信号处理中的应用研究[D]. 杨维.西安电子科技大学2005
- [7].防区外空面导弹制导系统关键技术研究[D]. 吴盘龙.西北工业大学2006
- [8].Morlet小波变换理论与应用研究及软件实现[D]. 罗光坤.南京航空航天大学2007
- [9].基于网格编码量化和小波变换的SAR原始数据压缩[D]. 李霆.中国科学技术大学2007
- [10].基于小波变换的雷达图像压缩技术研究[D]. 王仁龙.哈尔滨工程大学2009
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