圖像及視頻可分級(jí)編碼

前言

　　隨著網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)圖像和視頻編碼的要求越來(lái)越高，不僅要求編碼技術(shù)具有較好的壓縮效果，而且要求它能適應(yīng)網(wǎng)上漸進(jìn)傳輸?shù)男枨?。在許多實(shí)際應(yīng)用中，由于用戶需求不同、終端能力不同、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的不同支路所能提供的QoS不同或網(wǎng)絡(luò)傳輸條件的變化，比如噪聲、擁塞等原因，需要提供不同質(zhì)量的圖像和視頻信號(hào)，比如視頻會(huì)議、視頻點(diǎn)播、多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)瀏覽等。解決此類(lèi)問(wèn)題的最好方法是用單個(gè)編碼器產(chǎn)生分層次的壓縮碼流，對(duì)不同層次的碼流解碼可以獲得不同的圖像質(zhì)量，例如，處理能力低的終端只對(duì)碼流的一部分進(jìn)行解碼，獲得低分辨率的圖像，而處理能力高的終端對(duì)整個(gè)碼流進(jìn)行解碼獲得高分辨率的圖像，這種編碼機(jī)制通常被稱(chēng)為可分級(jí)編碼機(jī)制。　　實(shí)際上，圖像和視頻的可分級(jí)編碼思想在早期的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)JPEG和MPEG-2中便有所體現(xiàn)。近年來(lái)，隨著流媒體和無(wú)線信道多媒體信息傳輸?shù)呐畈l(fā)展，圖像和視頻的可分級(jí)編碼技術(shù)已經(jīng)成為信息編碼技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，同時(shí)被許多現(xiàn)行的國(guó)際編碼標(biāo)準(zhǔn)，諸如JPEG-2000和MPEG-4等所接納并得以不斷發(fā)展。　　本書(shū)是作者在所承擔(dān)的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、遼寧省自然科學(xué)基金項(xiàng)目、遼寧省高等學(xué)校優(yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目、遼寧省高等學(xué)校重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目、計(jì)算機(jī)軟件新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（南京大學(xué)）開(kāi)放基金項(xiàng)目、視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)信息處理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（北京大學(xué)）基金項(xiàng)目、江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目、南京郵電大學(xué)圖像處理與圖像通信江蘇省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目等期間的研究成果，以及第一作者完成的南京大學(xué)博士后出站報(bào)告的基礎(chǔ)上，參考國(guó)內(nèi)外最新的文獻(xiàn)撰寫(xiě)而成的一本學(xué)術(shù)專(zhuān)著。全書(shū)共分五章：第一章介紹了圖像和視頻信息的冗余特性，以及圖像和視頻編碼技術(shù)的總體發(fā)展情況，同時(shí)對(duì)目前常見(jiàn)的圖像和視頻國(guó)際編碼標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了概述，重點(diǎn)介紹了圖像和視頻可分級(jí)編碼的含義以及分類(lèi)情況；第二章介紹了DCT和小波變換的基本理論，以及傳統(tǒng)的基于DCT和小波變換的圖像及視頻編碼技術(shù)；第三章著重論述了圖像的可分級(jí)編碼技術(shù)，包括國(guó)際圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的可分級(jí)編碼，基于DCT、小波變換和MP的圖像可分級(jí)編碼；第四章重點(diǎn)闡述了視頻可分級(jí)編碼技術(shù)，包括目前國(guó)際視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的可分級(jí)編碼，基于DCT、2D小波和3D小波的視頻可分級(jí)編碼；第五章對(duì)圖像和視頻可分級(jí)編碼的未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

內(nèi)容概要

本書(shū)是關(guān)于圖像及視頻可分級(jí)編碼的一本學(xué)術(shù)專(zhuān)著，介紹了圖像和視頻信息的冗余特性、基本編碼方法以及圖像和視頻可分級(jí)編碼的含義和分類(lèi)情況，對(duì)DCT和小波變換的基本理論以及圖像和視頻的編碼技術(shù)、圖像和視頻的可分級(jí)編碼技術(shù)進(jìn)行了論述，對(duì)圖像和視頻可分級(jí)編碼的未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。    本書(shū)可供計(jì)算機(jī)應(yīng)用、通信與電子系統(tǒng)、信號(hào)與信息處理等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的研究人員、工程技術(shù)人員、高校教師、研究生和高年級(jí)本科生學(xué)習(xí)參考。

作者簡(jiǎn)介

王相海，遼寧師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院教授、特聘教授，遼寧省重點(diǎn)學(xué)科——計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)學(xué)科帶頭人，蘇州大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)業(yè)博士生導(dǎo)師。分別于1995年、1999年獲得吉林大學(xué)理學(xué)碩士和理學(xué)博士學(xué)位，2001年南京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)博士后流動(dòng)站出站。中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)信息存儲(chǔ)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員，中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員，遼寧省圖學(xué)學(xué)會(huì)理事。2004年入選遼寧雀第三批百千萬(wàn)人才工程”百人層次”，2007年被評(píng)為大連市第四批優(yōu)秀專(zhuān)家。主要研究領(lǐng)域包括：圖像及視頻信息處理、CG／CAGD、多媒體信息安全等。主持完成國(guó)家自然科學(xué)基金、遼寧省自然科學(xué)基金、遼寧省高等學(xué)校優(yōu)秀人才支持計(jì)劃、遼寧省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目、大連市科技基金和國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金等課題十余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文八十余篇。

書(shū)籍目錄

前言第一章　圖像和視頻編碼技術(shù)概述　1.1　圖像和視頻信息的冗余特性    1.1.1　統(tǒng)計(jì)冗余    1.1.2　心理可視冗余　1.2　信源編碼的信息論結(jié)果    1.2.1　信息熵    1.2.2　Shannon的兩個(gè)信源編碼定理  1.3　圖像的變換編碼    1.3.1　圖像的變換編碼特性    1.3.2　圖像的正交變換  　1.4　量化    1.4.1　均勻量化    1.4.2　非均勻量化    1.4.3　矢量量化  1.5　運(yùn)動(dòng)估計(jì)與預(yù)測(cè)  1.6　靜態(tài)圖像編碼技術(shù)的發(fā)展    1.6.1　基于波形的編碼技術(shù)    1.6.2　第二代編碼技術(shù)    1.6.3　基于分形的編碼技術(shù)    1.6.4　面向1nternet的圖像編碼技術(shù)討論  1.7　視頻編碼技術(shù)的發(fā)展    1.7.1　基于波形的編碼技術(shù)    1.7.2　基于對(duì)象的編碼技術(shù)    1.7.3　基于模型的編碼技術(shù)    1.7.4　基于分形的編碼技術(shù)  1.8　圖像和視頻可分級(jí)編碼含義及分類(lèi)    1.8.1　圖像可分級(jí)編碼技術(shù)    1.8.2　視頻可分級(jí)編碼技術(shù)  1.9　總結(jié)    參考文獻(xiàn)第二章　離散余弦變換與小波變換編碼基礎(chǔ)  2.1　離散余弦變換    2.1.1　一維離散余弦變換的定義    2.1.2　二維離散余弦變換的定義    2.1.3　離散余弦變換的矩陣表示    2.1.4　快速離散余弦變換    2.1.5　基于DCT的整數(shù)變換    2.1.6  編碼標(biāo)準(zhǔn)選擇離散余弦變換的原因　2.2　基于離散余弦變換的圖像編碼    2.2.1　JPEG的基線系統(tǒng)    2.2.2　JPEG的無(wú)損模式  　2.3　基于離散余弦變換的視頻編碼    2.3.1　MPEC-1視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)    2.3.2　MPEG-2視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)      2.3.3　MPBG-4視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)    2.3.4　H.264／MPEG-4 AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)      2.3.5　AVS視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)  2.4　小波分析基礎(chǔ)    2.4.1　從傅里葉變換到小波變換    2.4.2　連續(xù)小波變換    2.4.3　離散小波變換    2.4.4　多分辨率分析    2.4.5　系數(shù)分解快速算法    2.4.6　正交小波的構(gòu)造    2.4.7　緊支集正交小波的構(gòu)造    2.4.8　緊支集雙正交小波的構(gòu)造    2.4.9　二維小波的多分辨率分析及Mallat算法    2.4.10　小波圖像編碼的一般構(gòu)架  2.5　提升方案小波變換    2.5.1　提升方案的定義      2.5.2　基于提升方案的傳統(tǒng)小波構(gòu)造方法    2.5.3　提升小波變換的基本步驟    2.5.4　整數(shù)小波變換  2.6　小波圖像編碼……第三章　圖像可分級(jí)編碼　第四章　視頻可分級(jí)編碼　第五章　圖像和視頻編碼技術(shù)展望

章節(jié)摘錄

　　第一章　圖像和視頻編碼技術(shù)概述　　1.1　圖像和視頻信息的冗余特性　　圖像和視頻壓縮對(duì)多媒體信息存儲(chǔ)、網(wǎng)上傳輸?shù)葢?yīng)用是必須的，也是可行的。這主要表現(xiàn)在圖像和視頻信息中通常包含著一定的冗余（redundance），這些冗余要占用額外的存儲(chǔ)空間，通過(guò)削減這些冗余勢(shì)必會(huì)使原始的圖像和視頻信息得以壓縮。圖像和視頻的這種冗余一般可分為統(tǒng)計(jì)冗余（statistical redundacncy）和心理可視冗余（psychovisual redundancy）?！　?.1.1統(tǒng)計(jì)冗余　　圖像和視頻的統(tǒng)計(jì)冗余又可分為空間冗余（spatial redundancy）、時(shí)間冗余（temporal redundancy）和編碼冗余（coding redundancy）。前兩種冗余是圖像和視頻幀中像素之間的冗余，即圖像和視頻幀中像素問(wèn)的光亮度保持著一定程度的相關(guān)性，它們之間不是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的；編碼冗余則是指從編碼（壓縮）技術(shù)的角度，圖像和視頻信息中含有多余的信息。下面分別對(duì)這幾種冗余進(jìn)行討論。

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