图像码率控制和感兴趣区域编码技术的研究

论文摘要

本文研究了图像编码中码率控制技术和感兴趣区域编码技术,针对静态图像压缩标准JPEG2000和视频压缩标准H.264中码率控制问题进行了深入剖析并提出了改进算法;研究了基于整数到整数形状自适应离散小波变换对任意形状感兴趣区域的有损和无损编码技术。 本文完成的主要工作有: 1)针对在低码率时,JPEG2000采用的PCRD-opt码率控制算法存在层1编码中的大多数熵编码的冗余问题,提出了长度-失真斜率阈值递减和舍弃最小斜率相结合的STDMSD算法,显著地减少这些冗余。 2)大量实验的统计结果表明,在H.264中,对于一个宏块行,ρ（ρ表示变换系数量化后零系数的个数占所有系数的百分数）与比特率仍然满足线性关系。基于此结论,提出了基于ρ域源模型的H.264宏块行层码率控制算法。该算法在宏块行间,根据第一次RDO时各个宏块行所耗用比特数的百分比来分配比特数。考虑到基于ρ域源模型的H.264宏块行层码率控制算法中第一次基于RDO编码获得变换系数统计特性的高计算复杂度,提出通过仅采用INTER16×16的预分析过程获得变换系数的分布,并利用整帧ρ域线性码率模型,实现了基于ρ域源模型的H.264单元层码率控制算法。实验结果表明,与JM8.4的码率控制算法相比,基于ρ域源模型的H.264宏块行层码率控制算法和单元层码率控制算法,在获得基本相同重建图像质量的前提下,编码比特数波动小,能更好地跟踪目标比特数。 3)提出了一种新的基于整数到整数形状自适应离散小波变换的任意形状感兴趣区域编码算法。根据Parseval能量保持定理,重建图像的质量可通过图像的小波系数来估计。该算法可以在保证感兴趣区域重建质量的情况下,尽量减小感兴趣区域和背景的质量不平衡。上述算法是对单一任意形状感兴趣区域进行编码,在此基础上,提出了一种基于整数到整数形状自适应离散小波变换的多个任意形状感兴趣区域的有损和无损编码框架。该编码框架不仅可以进行任意形状感兴趣区域的有损和无损压缩,而且可有效地根据优先级顺序优先保证高优先级任意形状感兴趣区域的目标重建质量。以上两种算法都是以假定感兴趣区域形状信息已知为前提,而在许多实际应用中,需要首先提取感兴趣区域的形状信息。本文以MR（Magnetic Resonance）图像为例,通过数学形态学的方法提取前景（感兴趣区域）的形状信息,将基于整数到整数形状自适应离散小

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 图索引
• 表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 图像压缩模型
• 1.3 图像压缩标准
• 1.3.1 静态图像压缩标准
• 1.3.2 视频压缩标准
• 1.4 图像编码中的码率控制和感兴趣区域编码技术
• 1.4.1 码率控制技术
• 1.4.2 感兴趣区域编码技术
• 1.5 本文的结构安排和创新点
• 1.5.1 本文的结构安排
• 1.5.2 本文的创新点
• 第2章 预备知识
• 2.1 小波变换
• 2.1.1 连续小波变换的定义
• 2.1.2 连续小波变换的性质
• 2.1.3 多分辨率分析
• 2.1.4 正交小波变换
• 2.1.5 双正交小波变换
• 2.1.6 小波变换的提升方式实现
• 2.1.7 整数到整数小波变换
• 2.1.8 边界延拓
• 2.1.9 基于小波变换的嵌入式图像编码技术
• 2.2 码率控制技术
• 2.2.1 率失真原理
• 2.2.2 经典的视频码率控制算法
• 2.3 本章小结
• 第3章 高效STDMSD码率控制算法
• 3.1 引言
• 3.2 JPEG2000图像编解码系统
• 3.2.1 层1编码
• 3.2.2 层2编码
• 3.2.3 码率控制
• 3.3 STDMSD码率控制算法
• 3.4 实验结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于ρ域源模型的H.264码率控制算法
• 4.1 引言
• 4.2 ρ域H.264线性码率模型
• 4.3 基于ρ域源模型的H.264宏块行层码率控制算法
• 4.3.1 ρ域H.264宏块行线性码率模型
• 4.3.2 基于ρ域源模型的H.264宏块行层码率控制算法
• 4.3.2.1 帧层比特分配
• 4.3.2.2 ρ值的计算
• 4.3.2.3 宏块行层比特分配
• 4.3.2.4 量化参数的确定
• 4.3.3 实验结果
• 4.4 基于ρ域源模型的H.264单元层码率控制算法
• 4.4.1 基于ρ域源模型的H.264单元层码率控制算法
• 4.4.1.1 帧层比特分配
• 4.4.1.2 预分析过程
• 4.4.1.3 单元层比特分配
• 4.4.1.4 量化参数的确定
• 4.4.2 实验结果
• 4.5 实验结果比较
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于感兴趣区域图像编码技术的研究
• 5.1 引言
• 5.2 整数到整数形状自适应离散小波变换
• 5.3 基于ISA-DWT的感兴趣区域编码算法
• 5.3.1 重建ROI质量的估计
• 5.3.2 基于ISA-DWT的感兴趣区域编码算法
• 5.3.2.1 修改的SPIHT算法
• 5.3.3 实验结果
• 5.4 基于ISA-DWT的多个任意形状感兴趣区域编码框架
• 5.4.1 多感兴趣区域的灰度掩膜图像
• 5.4.2 多个感兴趣区域重建质量的估计
• 5.4.3 基于ISA-DWT的多个任意形状感兴趣区域编码框架
• 5.4.4 实验结果
• 5.5 基于ISA-DWT的MR图像压缩新算法
• 5.5.1 提取前景区域的形状信息
• 5.5.2 基于ISA-DWT的MR图像分解
• 5.5.3 实验结果
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读学位期间完成的学术论文
• 致谢