一种基于小波变换的极低码率视频压缩编码方法

摘要

一种基于小波变换的极低码率视频压缩编码方法，该方法有三大步骤：步骤一：首先对GOF图像组进行三维小波分解，时间和空间分解根据图像组的大小和视频的格式CIF、QCIF、SIF选择合适的分解级数，分解后得到小波分解的系数矩阵；步骤二：对系数矩阵进行分树分块操作；首先对系数矩阵进行一级或是二级虚拟分解，然后对虚拟分解后的系数进行分块处理；步骤三：实现SPIHT编码过程。本发明改进了传统的视频小波3D-SPIHT算法，利用虚拟树与系数分块组织相结合的形式组织小波变换系数，采用多阈值子带编码优化方法，重要系数优先编码，达到用更少的比特数表示更多的有效信息的目的，可以提高压缩比，从而提高了压缩效率。

主权项

1.一种基于小波变换的极低码率视频压缩编码方法，其特征在于：该方法的具体实施步骤如下：解码端与编码端过程相逆，在编码端：步骤一：首先对GOF图像组进行三维小波分解，时间和空间分解根据图像组的大小和视频的格式CIF、QCIF、SIF选择合适的分解级数，分解后得到小波分解的系数矩阵；现以GOF＝8，CIF（352×288）格式的Foreman视频为例进行三级时间和空间分解，分解后各子带系数矩阵大小如表1所示表1小波分解后各子带系数矩阵大小子带LLL3LHL3LLH3LHH3系数矩阵大小44×36×144×36×144×36×144×36×1子带-----LHL2LLH2LHH2系数矩阵大小-----88×72×288×72×288×72×2子带------LHL1LLH1LHH1系数矩阵大小------176×144×4176×144×4176×144×4表2小波分解后最低频分解帧各子带系数最大值子带LLL3LHL3LLH3LHH3LHL2系数值2679.7404.5860629.6811289.2501282.4217子带LLH2LHH2LHL1LLH1LHH1系数值366.2796148.8928290.9120144.845460.5448对Foreman进行三维小波分解后，时间低频子带的各个子带的小波系数最大值如表2所示，由此看出从最高分解级到最低分解级小波系数幅值逐渐降低，利用这一点在对小波系数编码时对重要的子带进行处理，以达到保护重要系数的目的；步骤二：对系数矩阵进行分树分块操作；首先对系数矩阵进行一级或是二级虚拟分解，然后对虚拟分解后的系数进行分块处理；以GOF为8时间空间三级分解为例，LLLt子带对最低频子带LL3以2×2分组，每组的1号在空间帧没有孩子，但是在LLHt相同位置有一个孩子，其余的2，3，4号分别在空间帧同分解级HL3，LH3，HH3的相同方向有四个孩子，在LLHt相同位置也有一个孩子；HL3、LH3和HH3的每个系数在下一分解级同方向都有一个2×2的系数块子女，其他帧的情况类似，对于LL3子带，除了LLLt和Ht，1、2、3、4号系数都在时间维下一分解级时间帧的相同位置有两个子女；若（i，j，k）为1号系数，则其子女为（i，j，k+1）或是（i，j，k+1）、（i，j，k+2）；步骤三：SPIHT编码过程，其具体实现过程如下：HL3、LH3和HH3的每个系数在下一分解级同方向都有一个2×2的系数块子女，其他帧的情况类似，对于LL3子带，除了LLLt和Ht，1、2、3、4号系数都在时间维下一分解级时间帧的相同位置有两个子女；若（i，j，k）为1号系数，则其子女为（i，j，k+1）或是（i，j，k+1）、（i，j，k+2）；其余的与图像系数组织类似，这样利于二维与三维相结合的形式；由于相邻的小波系数的相似性，利于利用分块进一步组织小波系数；将相邻的几个小波系数组织成一个块作为一个节点，可以是横向相邻的两个小波系数绑定为一个，或是纵向相邻的两个系数进行绑定，还可以是一个方块的四个小波系数，也可以是长条的四个小波系数，依次类推，不过小波系数越多，复杂度越高，只考虑两个或四个的情况；以四个块作为一组为例，剩下的组织形式与上面一致，就是相当于1,2,3,4分别代表一个2×2的系数块；具体分三个集合，LSP＝{}；LIP＝{(i,j,k)(i,j,k)∈H,H为树根}；LIS＝{(i,j,k)D(i,j,k)∈H,且有子孙}；按如下初始化：LSP＝{}；LIP＝{（1，1，1），（1，3，1），（3，1，1），（3，3，1）}；LIS＝{（1，3，1）D，（3，1，1）D，（3，3，3）D}；后续编码步骤与传统的SPIHT方式一致，有些节点的处理方式需要特别对待，若是小波系数块不重要，则用1个比特表示原先的四个小波系数；后续编码步骤如下：步骤1：初始化阈值和有序表，有序表按上面的初始化，阈值步骤2：排序扫描步骤2.1：顺次扫描LIP中的系数块（i，j，k）；若系数块重要，即输出1且分别对这个块的每个系数进行重要性测试，若是重要的系数则输出1及其符号位，并将这个系数移动到LSP，若是不重要则输出0，若一个系数块的四个系数都处理完则将其从LIP删除；若是这个系数块不重要，输出0；步骤2.2：顺次处理LIS中的表项（i，j，k）D/L进行处理，对D型表项和L型表项分别进行不同的处理；步骤2.2.1：若是D型表项，判断重要性，若重要则输出1，并将D型表项分解成L型表项和四个系数子块，然后对四个系数子块依次处理：若系数子块重要，则输出1，并对系数子块的四个系数进行处理，若系数重要输出1和符号位，并将其添加至LSP尾部，若系数不重要则输出0；若系数块不重要，则输出0；对D型表分解的L型表项，判断其是否为空集，若为空说明（i，j，k）只有孩子节点，将其从LIS删除；若非空，则将其作为L表项移动到LIS表尾部；若D型表项不重要，输出0；步骤2.2.2：若是L型表项，判断其重要性，若重要输出1，并将其分解为四个D型表项，并添加到LIS尾部，将L型表从LIS删除；若不重要，则输出0；步骤3：精细扫描对LSP中的系数（i，j，k），若不是刚进进行的步骤2中添加的，则输出|C_i,j,k|的二进制表示中的第N个重要的比特位，T＝2^N为阈值；步骤4：阈值更新将T＝T/2，进行下一次排序扫描和精细扫描。