基于内容的嵌入式小波图像编码算法研究

论文摘要

多媒体技术的发展使图像信息逐渐成为交互的主要内容之一,解决图像存储与传输问题的压缩编码技术一直以来是国内外研究的热点,从JPEG、MPEG-1到JPEG2000、MPEG-4反映了图像压缩编码技术的飞速发展。目前基于小波分析的图像嵌入式编码技术已经占据了主导地位,如EZW、SPIHT、EBCOT和LZC等。基于内容的嵌入式小波图像编码算法的主要研究问题集中在以下方面:如何准确地描述图像内容、有效地提取图像特征;如何高效组织系数模型,提高编码效率;如何采取合理的量化策略,既可利用上下文系数相关性又可使图像恢复质量符合HVS特性等。本文首先介绍了图像压缩理论、嵌入式编码的几种方法及静态、动态图像编码的国际标准;研究了基于形状、颜色、纹理和空间关系的图像特征描述方法,针对图像内容的核心特征,采用基于最优阈值的边界矩算法对形状特征提取,实验证明该方法较好地保持了形状的一致性,完整地描述图像形状分布信息。通过学习图像的小波变换理论,给出了多分辨率分析概念及小波分解和重构的快速算法--Mallat算法,结合适用于嵌入式图像压缩的提升小波变换,进一步分析了小波图像的系数分布特点、灰度直方图特点以及小波变换后图像自身特点,得到适合编码的小波基。重点研究了JPEG2000核心编码算法--EBCOT算法的原理、编码过程;并针对JPEG2000的算法复杂度较大、编解码时间长等不足,通过预存行状态去除带间相关性,提出基于单窗口的上下文逻辑编码,并优先计算比特平面状态值,实现一次扫描完成比特平面及平面内三个通道的并行编码。最后,通过分析EZW、SPIHT、EBCOT算法及3D-EZW、3D-SPIHT、3D-ESCOT嵌入式编码模型,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-EVCM,实验结果表明,利用这种模型获得的PSNR高于3D-ESCOT模型,同时具有了3D-ESCOT模型的优良特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 第一章 图像压缩与嵌入式编码
• 1.1 数字图像压缩基础
• 1.1.1 图像的数字表示和压缩质量的评价
• 1.1.2 信息冗余和信息编码理论
• 1.1.3 熵编码技术
• 1.1.4 预测和变换编码技术
• 1.1.5 量化技术和码率控制理论
• 1.2 嵌入式小波图像编码的概念及算法
• 1.2.1 图像嵌入式编码原理
• 1.2.2 嵌入式编码的几种算法
• 1.3 图像压缩国际标准
• 1.3.1 静态图像压缩标准
• 1.3.2 动态图像压缩标准
• 1.3.3 嵌入式小波图像压缩研究现状及发展趋势
• 1.4 小结
• 第二章 基于内容的图像特征提取
• 2.1 基于内容的特征表达方式
• 2.1.1 颜色特征
• 2.1.2 纹理特征
• 2.1.3 形状特征
• 2.1.4 空间关系特征
• 2.1.5 图像的语义特征
• 2.2 基于形状的特征提取
• 2.2.1 形状特征概述
• 2.2.2 形状特征的分析方法
• 2.2.3 基于边界矩的形状特征提取
• 2.3 小结
• 第三章 基于小波变换的图像编码分析
• 3.1 小波分析概述
• 3.1.1 连续小波变换（Continuous Wavelet Transform,CWT）
• 3.1.2 离散小波变换（Discrete Wavelet Transform,DWT）
• 3.2 多分辨率分析与Mallat 算法
• 3.3 小波变换在图像编码中的应用
• 3.3.1 一维信号的小波变换及重构
• 3.3.2 二维图像信号的小波变换及重构
• 3.3.3 小波提升算法
• 3.4 小波图像分析
• 3.4.1 图像的小波分解
• 3.4.2 小波分解前后图像灰度直方图变化的仿真
• 3.4.3 小波分解后的系数分析
• 3.5 小结
• 第四章 基于小波变换的嵌入式比特平面编码算法
• 4.1 典型嵌入式小波图像编码技术
• 4.2 EBCOT 算法
• 4.2.1 比特平面编码
• 4.2.2 算术编解码
• 4.2.3 Tier-2 编码
• 4.3 并行比特平面编码算法
• 4.3.1 编码通道并行算法
• 4.3.2 比特平面的并行处理
• 4.3.3 编码性能与实验结果
• 4.4 小结
• 第五章 基于三维小波的嵌入视频编码模型（3D-EVCM）
• 5.1 三维小波变换
• 5.2 3D-ESCOT 模型
• 5.3 模型算法
• 5.3.1 小波系数的偏序性和自相似性
• 5.3.2 小波系数编码
• 5.3.3 3D-EVCM 编码模型算法
• 5.3.4 上下文的构造
• 5.4 实验结果与分析
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要