[發明專利]一種基于雙重奇異值分解的視頻圖像壓縮方法

在審

• 申請號: 201410101782.8
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN103873879A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 羅笑南;王炫盛;楊艾琳
• 申請（專利權）人: 中山大學深圳研究院
• 主分類號: H04N19/85
• 分類號: H04N19/85
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及數字圖像處理技術領域，具體涉及一種基于雙重奇異值分解的視頻圖像壓縮方法。

背景

視頻圖像壓縮是指以較少的比特有損或無損地表示原來的像素矩陣的技術，也稱圖像編碼。視頻圖像數據之所以能被壓縮，就是因為原始視頻圖像數據中存在著大量的冗余。而視頻圖像數據的冗余有：空間冗余，由于視頻圖像相鄰像素存在的相關性引起；時間冗余，由視頻圖像序列中不同幀之間存在相關性引起；頻譜冗余，由不同彩色平面或頻譜帶的相關性引起。

對視頻圖像進行壓縮處理的目的就是通過去除這些數據冗余來減少表示數據所需的比特數。由于圖像數據量的龐大,在存儲、傳輸、處理時非常困難,因此圖像數據的壓縮就顯得非常重要。

從上個世紀50年代開始，當時的電子計算機已經發展到一定水平，人們開始利用計算機來處理圖形和圖像信息。圖像是人類獲取和交換信息的主要來源，因此，視頻圖像壓縮作為圖像處理的應用領域必然涉及到人類生活和工作的方方面面。隨著人類活動范圍的不斷擴大，視頻圖像壓縮的應用領域也將隨之不斷擴大。

而視頻圖像通常需要處理信息量很大，例如一幅256×256低分辨率黑白圖像，要求約64kbit的數據量；對高分辨率彩色512×512圖像，則要求768kbit數據量；如果要處理30幀/秒的電視圖像序列，則每秒要求500kbit～22.5Mbit數據量；因此對計算機的計算速度、存儲容量等要求較高。而且，視頻圖像處理占用的頻帶較寬。與語言信息相比，占用的頻帶要大幾個數量級；如電視圖像的帶寬約5.6MHz，而語音帶寬僅為4kHz左右。所以在成像、傳輸、存儲、處理、顯示等各個環節的實現上，技術難度較大，成本亦高，這就對視頻圖像壓縮技術提出了更高的要求。并且，視頻圖像中各個像素是不獨立的，其相關性大；在圖像畫面上，經常有很多像素有相同或接近的灰度；就電視畫面而言，同一行中相鄰兩個像素或相鄰兩行間的像素，其相關系數可達0.9以上，而相鄰兩幀之間的相關性比幀內相關性一般說還要大些。因此，圖像處理中信息壓縮的潛力很大。

傳統的視頻圖像壓縮方法，都是任意給出兩個初始像素矩陣，直接進行壓縮，而忽視了視頻圖像本身所包含的信息。因此，通常都要花費比較長的時間才能得到我們想要的壓縮信息。

發明內容

為對本發明有一全面了解，在下面提供了若干具體描述，對于熟悉本領域的人而言，在沒有這些描述的情況下同樣可以實現所提發明。另外，為了不對本發明的內容產生混淆，對一些知名的算法、程序并未具體討論。

本方法最主要的貢獻在我們所提出的雙重奇異值分解算法，因而在此處我們需要對這個算法進行詳細的描述。

由于輸入的視頻圖像可以抽象的等同于矩陣，所以我們可以把對圖像數據的處理等同于對矩陣的處理。

雙重奇異值分解算法：

輸入：由人臉圖像所生成的非負矩陣正整數k，最大迭代數maxiter；

輸出：非負矩陣

1）判斷輸入矩陣A是否非負，如果是則繼續步驟2）；否則，算法終止；

2）給定初始的U=zeros(m,k)，V=zeros(k,n)；

3）對矩陣A作部分奇異值分解[W,S,H]=svds(A,k);

4）對U和V的第一列賦值：

U(:,1)??=sqrt(S(1,1))*abs(W(:,1));

V(1,:)??=sqrt(S(1,1))*abs(H(:,1)');

5)for?i=2:k

ww=W(:,i);hh=H(:,i);

wwp=pos(ww);wwn=neg(ww);

hhp=pos(hh);hhn=neg(hh);

n_wwp=norm(wwp);

n_hhp=norm(hhp)

n_wwn=norm(wwn);

n_hhn=norm(hhn);

termp=n_wwp*n_hhp;termn=n_wwn*n_hhn;

if(termp>=termn)

U(:,i)=sqrt(S(i,i)*termp)*wwp/n_wwp;

V(i,:)=sqrt(S(i,i)*termp)*hhp'/n_hhp;

else

U(:,i)=sqrt(S(i,i)*termn)*wwn/n_wwn;

V(i,:)=sqrt(S(i,i)*termn)*hhn'/n_hhn;

end