视频信号的小波变换和压缩算法研究

发布时间：2020-05-09 01:29

【摘要】：视频信号是人类感知自然界的重要媒介,它在多媒体通信及信号处理领域中扮演着不可替代的角色。然而,由于视频信号既包含静态的图像信息,又包含动态的运动信息,因此视频信号相比于其它媒体需要更多的数据表示,这就意味着需要更多的存储容量和通信带宽。为了解决视频数据量巨大的问题,视频编码技术应运而生。视频编码的目的就是尽可能在保持视频质量不变的情况下降低视频信号表示的比特率。小波变换作为一种精美的时频分析工具,它可以将信号进行多尺度分析,更好的反应信号的时频局部特性,因此自诞生以来在学术界和工业界均得到广泛的应用和发展。本文系统研究了T+2D小波视频编码方案中编码器、解码器以及码流提取器的工作原理,从中认识到小波视频编码作为可伸缩视频编码的优势和不足。小波视频编码最大的优势是借助小波变换的多分辨特性可一次性生成帧率、分辨率和质量可伸缩的嵌入式码流。虽然基于运动补偿时域滤波的小波视频编码采用开环结构,成功避免在编码中包含解码过程,一定程度上减轻了编码器工作的负担,但其偏高的复杂度依然使其在实时应用中存在困难。为此,本文针对基于T+2D小波视频编码方案的编解码器工作过于复杂的问题,从算法优化和平台优化两个方面降低小波视频编码器工作的复杂度。(1)改进运动估计算法。运动估计是T+2D小波视频编码复杂度最高的模块,为了在比特率基本不变的情况下降低运动估计算法的复杂度,本文首次将TZSearch搜索算法应用到小波视频编码中,并结合小波视频编码的块匹配特征和运动搜索的相关性分别从静止块检测、停止搜索准则、自适应范围搜索等方面提出改进的TZSearch算法。为了验证算法性能,利用多组不同分辨率、不同纹理运动复杂度的视频序列进行测试,结果表明改进的运动估计算法相比于原算法有效降低了时间复杂度,而其编码比特率和视频质量基本不变。(2)DSP移植与优化。本文选用定点DSP芯片TMS320DM642作为实验平台。为了使小波视频编码在此硬件工作平台能够加快编解码速度,本文首先对小波视频编码中存在浮点运算的模块进行定点化,然后对小波视频编码某些模块进行了必要的简化,利用软件流水、内联函数、消除存储器相关性、线性汇编优化等方法充分利用并行指令和硬件资源,提高程序执行的效率。实验结果表明,简化优化后的小波视频编码程序降低至少90%的时间复杂度,执行的时钟周期数明显减少,使其在硬件平台实时编解码成为可能。
【图文】：

原始版本与优化版本的视频质量比较
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41

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本文编号：2655365