圖像編碼中率失真優(yōu)化算法的研究.pdf

1、自從1948年香農(nóng)提出了率失真理論以來(lái)，率失真理論就是信源編碼中重要的基礎(chǔ)理論。率失真優(yōu)化技術(shù)能夠有效地提高圖像/視頻壓縮編碼系統(tǒng)的性能，無(wú)論是從信息論的角度還是從設(shè)計(jì)實(shí)際編碼系統(tǒng)的角度它在信源編碼中都有著廣泛的應(yīng)用，尤其在標(biāo)準(zhǔn)已定義的場(chǎng)合，率失真優(yōu)化技術(shù)可以不受編碼結(jié)構(gòu)和技術(shù)的限制進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能，因而一直以來(lái)都是熱點(diǎn)的研究?jī)?nèi)容。最近國(guó)際上新制定的H.264/AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)在和以前的標(biāo)準(zhǔn)編碼框架類(lèi)似的條件下，壓縮效率至少提高了一

2、倍以上，這一突破說(shuō)明了對(duì)壓縮編碼中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究和率失真優(yōu)化具有十分重要的理論和實(shí)際意義。在率失真優(yōu)化技術(shù)中率失真曲線斜率λ決定了優(yōu)化的性能。在有損編碼系統(tǒng)中量化是失真的主要來(lái)源，量化器的性能直接影響了系統(tǒng)的編碼效率。隨著對(duì)高壓縮比高質(zhì)量的圖像/視頻信號(hào)需求的不斷增加，如何最優(yōu)地量化信號(hào)成為越來(lái)越重要的問(wèn)題。因此本文圍繞著率失真優(yōu)化，主要研究了下面幾個(gè)方面的問(wèn)題： 首先，我們對(duì)如何在給定碼率約束條件下求解最優(yōu)的率失真曲線斜率

3、λ*的問(wèn)題進(jìn)行了研究。針對(duì)目前常用的二分法當(dāng)率失真曲線上的可操作點(diǎn)稀疏時(shí)可能不收斂的情況，提出了基于黃金分割搜索法求解最優(yōu)率失真曲線斜率λ*的算法。該算法克服了二分法在可操作點(diǎn)稀疏的情況下不收斂的缺點(diǎn)，而且復(fù)雜度較低、易于實(shí)現(xiàn)，適于應(yīng)用在實(shí)際的編碼系統(tǒng)中。在JM11.0上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明使用所提算法求解的λ*進(jìn)行模式選擇可以有效提高系統(tǒng)的率失真性能。 然后，研究了如何優(yōu)化塊編碼壓縮系統(tǒng)中的量化器。針對(duì)圖像/視頻編碼系統(tǒng)中量化器輸入

4、信號(hào)的分布特點(diǎn)，提出了率失真優(yōu)化的量化階調(diào)整算法。算法首先調(diào)整輸入信號(hào)的量化階，實(shí)現(xiàn)系數(shù)級(jí)的優(yōu)化；然后以塊為單位優(yōu)化編碼塊的量化階，實(shí)現(xiàn)塊級(jí)的優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本算法能夠有效提高量化器性能，并且編碼增益隨碼率的增加而增加。同時(shí)所提算法還能夠保留更多圖像細(xì)節(jié)，解碼后的圖像具有更好的主觀質(zhì)量。所提算法沒(méi)有額外開(kāi)銷(xiāo)，與標(biāo)準(zhǔn)解碼器兼容，而且適用于任何基于塊編碼的圖像和視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。 最后，本文研究了如何運(yùn)用率失真優(yōu)化提高格狀編碼量化器的