[發(fā)明專利]質(zhì)量和復(fù)雜度可分級的不可分離提升小波變換方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910042890.5
• 申請日: 2019-01-17
• 公開（公告）號: CN109874020B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋傳鳴;王相海;劉丹;葛明博
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧師范大學(xué)
• 主分類號: H04N19/63
• 分類號: H04N19/63;H04N19/64;H04N19/61;H04N19/176
• 代理公司: 大連非凡專利事務(wù)所 21220
• 代理人: 閃紅霞

本發(fā)明公開一種質(zhì)量和復(fù)雜度可分級的不可分離提升小波變換方法，首先，將圖像信號作為塊來處理，實(shí)現(xiàn)了真正的2D變換，比可分離2D小波變換具有更好的各向異性、更大的自由度和更優(yōu)的濾波性質(zhì)；其次，采用位平面的方式，從最高位平面向最低位平面對輸入圖像進(jìn)行小波變換，可直接與基于逐次逼近量化的嵌入式編碼算法相結(jié)合，易于實(shí)現(xiàn)圖像和視頻的質(zhì)量可分級編碼；最后，在變換過程中能夠根據(jù)目標(biāo)碼率的要求，在任意位平面處停止，從而避免了較低像素位平面的變換，達(dá)到了計(jì)算復(fù)雜度可分級的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本發(fā)明的質(zhì)量和計(jì)算復(fù)雜度可分級特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像和視頻的可分級編碼領(lǐng)域，尤其是一種各向異性、運(yùn)算速度快的質(zhì)量和復(fù)雜度可分級的不可分離提升小波變換方法。

背景技術(shù)

圖像和視頻可分級編碼算法對網(wǎng)絡(luò)帶寬的變化具有很好的適應(yīng)能力，但這種適應(yīng)能力往往是以犧牲編碼復(fù)雜度或編碼效率為代價(jià)的，例如細(xì)粒度編碼(Fine GranularityScalable,FGS)方法的效率低于不可分級的MPEG-4編碼，而漸進(jìn)細(xì)粒度編碼(ProgressiveFGS)在一定程度上改善了FGS的編碼效率，其運(yùn)算復(fù)雜度卻又相應(yīng)提高，這就給解碼終端的處理能力提出了較高的要求。實(shí)際上，多媒體通信的應(yīng)用環(huán)境是非常復(fù)雜的，尤其是異構(gòu)終端之間的視頻通信更為如此。在這種情況下，MPEG-21標(biāo)準(zhǔn)的第七部分專門定義了一個描述工具集，即數(shù)字項(xiàng)適配(Digital Item Adaptation,DIA)，對多媒體應(yīng)用中的用戶特性、網(wǎng)絡(luò)特性和終端能力等進(jìn)行描述，率先將終端運(yùn)算能力的定義寫進(jìn)多媒體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)中，這表明終端運(yùn)算能力成為圖像和視頻通信應(yīng)用中必須要考慮的重要因素之一。為了滿足這一應(yīng)用需求，低復(fù)雜度的圖像和視頻編碼開始受到研究人員的廣泛關(guān)注。

雖然低復(fù)雜度的編碼算法使得特定平臺上的多媒體通信成為可能，但是若為每種應(yīng)用平臺都定制相應(yīng)復(fù)雜度的編碼方案亦不現(xiàn)實(shí)，故此有必要對具備計(jì)算復(fù)雜度可分級能力的編碼算法進(jìn)行研究。所謂“計(jì)算復(fù)雜度可分級”是指，圖像或視頻編碼器能依據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境，在可用計(jì)算資源與解碼重建質(zhì)量之間進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。它可以很好地應(yīng)用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)條件下、不同計(jì)算能力終端間的視頻通信中。

正交變換(如離散余弦變換和小波變換等)是圖像和視頻編碼中不可或缺的一環(huán)，它將空間域的像素值映射到頻率域的系數(shù)值，從而在去除相鄰像素相關(guān)性的同時，實(shí)現(xiàn)空間域能量的集中。不過，由于涉及大量浮點(diǎn)操作，正交變換的計(jì)算量在整個編碼過程中所占的比例是除幀間預(yù)測外最高的。因此，設(shè)計(jì)一種復(fù)雜度可分級的變換方法對于計(jì)算復(fù)雜度可分級的圖像和視頻編碼具有重要意義。

Richardson等人提出了具有反饋機(jī)制的離散余弦變換(Discrete CosineTransform,DCT)復(fù)雜度管理模型，在編碼過程中通過調(diào)整系數(shù)截?cái)辔恢玫拈撝祦砜刂谱儞Q的復(fù)雜度；張冬明等人通過建立3類簡化塊的系數(shù)分布模型，設(shè)計(jì)了簡化塊的蝶形算法，進(jìn)而提出了一種復(fù)雜度可分級的DCT方法；張淑芳等人則引進(jìn)高頻系數(shù)截?cái)嗨枷耄ㄟ^調(diào)整復(fù)雜度控制參數(shù)來實(shí)現(xiàn)DCT變換的復(fù)雜度可分級。盡管上述DCT變換方法在一定程度上達(dá)到了復(fù)雜度可分級的目的，可是DCT變換的內(nèi)在特性導(dǎo)致它不利于實(shí)現(xiàn)和保證高效率的圖像和視頻質(zhì)量可分級、空間可分級編碼。

隨著小波等多尺度分析理論的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)多尺度變換可以把圖像分解成具有不同空間分辨率、不同頻率和方向特征的子帶信號，不僅具備優(yōu)于DCT的非線性逼近效率，而且其多分辨率特性使它比DCT更易于實(shí)現(xiàn)靈活的可分級編碼。故此，小波變換被廣泛應(yīng)用在圖像和視頻可分級編碼中，如面向靜態(tài)圖像可分級編碼的EZW、SPIHT、SLCCA、EBCOT算法和面向視頻可分級編碼的VidWav、MC-EZBC算法。然而，目前尚鮮見復(fù)雜度可分級小波變換的相關(guān)研究和發(fā)明，尤其是復(fù)雜度可分級的2D不可分離小波變換幾乎未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，提供一種各向異性、運(yùn)算速度快的質(zhì)量和復(fù)雜度可分級的不可分離提升小波變換方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種質(zhì)量和復(fù)雜度可分級的不可分離提升小波正變換方法，其特征在于按照如下步驟進(jìn)行：