摘 要：小波變換以其高效率和可控性廣泛應用于圖像壓縮編碼,但在對視頻圖像的壓縮編碼中不可避免地存在一些“宏塊”,這些“宏塊”需要幀內編碼,以消除時間相關性。本文結合實例,提出實用的圖像壓縮編碼方案。
關鍵詞：視頻圖像;小波變換;運動補償;壓縮編碼
引言
圖像壓縮是圖像處理中一個最重要的環(huán)節(jié),而對視頻圖像的壓縮與復原更是其中的關鍵技術。本文針對“公路安全線軋壓監(jiān)測系統(tǒng)”實例,介紹一種實用可行的無損圖像壓縮方案。
據(jù)交通部門統(tǒng)計,影響城市交通造成交通事故的因素主要有三個：走反行道、闖紅燈和軋壓安全線。而其中最嚴重卻尚未引起足夠重視的就是機動車輛(或行人)恣意軋壓安全線。這里所說的安全線,主要是指在公路中央用以區(qū)分上、下行車道的黃色區(qū)域�！肮钒踩�軋壓監(jiān)測系統(tǒng)”就是針對這一情況而提出的。
系統(tǒng)可以安裝在指定位置或流動車輛上,攝像裝置實時拍攝路段情況,判斷車輛輪胎是否侵入安全線區(qū)域。如果發(fā)現(xiàn)壓線現(xiàn)象,自動抓拍瞬時圖片,提取違章車輛牌照,并記錄現(xiàn)場信息,存入后臺數(shù)據(jù)庫。該系統(tǒng)的關鍵功能之一就是存儲視頻圖像,而視頻圖像的數(shù)據(jù)量是非常巨大的,必須進行壓縮、復原處理。
圖2 視頻圖像的編碼框圖
,
其中小波函數(shù) 。
由于計算機處理的是離散信號,根據(jù)多分辨率分析,得到離散小波變換(DWT)：
其中h(l)是g(l)是對應的低、高通濾波器,由它們唯一地確定小波函數(shù)�？紤]到邊界擴展及線性相位等原因,本文采用雙正交小波濾波器組。
由于圖像信號是二維信號,因此需要先在行、列上分別對其進行一維小波變換。經過一維變換后,圖像分解成一個低頻子帶(LL)和三個高頻子帶。再對低頻子帶按相同的方法進一步進行小波變換,得到圖像的高階小波變換。如圖1(a)所示為三階變換的結果。圖像經過變換后,對各個子帶的變換系數(shù)采取合適的量化編碼,再經過熵編碼,最終得到壓縮后的比特流。其工作流程如圖1(b)所示。
客觀地說,小波變換本身并不具備圖像壓縮功能,它只能使圖像的數(shù)據(jù)重新分布,使其具有某些統(tǒng)計特性,從而有利于數(shù)據(jù)的重組和建模。圖像的小波變換主要有時~頻局部化、能量聚集性、重要系數(shù)的聚集性、子帶之間的相似性、子帶之間小波系數(shù)的幅度衰減性等一些統(tǒng)計特性。小波變換壓縮編碼的本質就是利用小波濾波器對圖像數(shù)據(jù)進行子帶分析,消除圖像時域空間的冗余。小波分解后的圖像能量主要集中在相對較低的子帶中,可以結合人眼的視覺特性,在保證圖像“視覺質量”的前提下,實現(xiàn)較高的壓縮比。 視頻圖像的小波壓縮編碼
視頻圖像的壓縮編碼實際上是在靜態(tài)圖象編碼的基礎上,增加幀間圖像的內插和運動補償技術,由此來消除圖象之間的時間相關性,從而實現(xiàn)高倍率的壓縮目的。再對已消除時間相關性之后的每幀圖像進行靜態(tài)圖像的壓縮編碼。如圖2所示。
首先將要編碼的圖像分成16*16的宏塊,對于每一個宏塊,依照某指定的準則,在其參考圖像中搜索與其最匹配(最相近)的塊。如果搜索到的塊滿足條件,則作為當前編碼宏塊的運動補償塊。將它們相減,得到的結果稱為幀間編碼塊,并將其放在殘差圖像的相應位置。如最終沒有找到相近的塊,則認為當前塊屬于幀內編碼塊,將其直接放置在殘差圖象的相應位置。如圖3所示。
然后對殘差圖像進行小波變換及壓縮編碼。顯然,解碼時,將解碼的殘差圖像加上其對應的運動補償圖像,即可得到復原的圖象。
由于運動圖像的內容是變化的,因此在殘差圖像中不可避免地存在著一些需要幀內編碼的宏塊。這些宏塊相對于其相鄰的幀間編碼宏塊,明顯存在著像素值大小上的差異。這種差異反映在二者的交界處圖像信號的突變,即相當于一個高頻信號。這樣一來,在對殘差圖像進行小波變換時,這些幀內編碼的宏塊不僅會由于其內部細節(jié)而在變換后的各個高頻子帶中產生高頻系數(shù),而且其邊界處的突變會在高頻子帶中產生更多的高頻系數(shù)。這些都不利于正常的圖像壓縮。對于小尺寸圖像塊宜用DCT方法進行編碼。因此,我們先對殘差圖像中的幀內編碼宏塊用DCT方法進行變換、量化、編碼,其結果作為總數(shù)據(jù)的一部分輸出到比特流中。對編碼后的圖像塊進行恢復得到其重構塊,再用原快減去重構塊得到殘差塊,即幀間編碼塊。由殘差塊代替殘差圖像中相應的幀內編碼塊。如此一來,殘差圖像就全部由幀間編碼塊組成了,從而在整體上趨近于零。
視頻圖像不僅在其每一幀內存在空間相關性,而且在幀間即時間方向也存在著很強的相關性,通過有效的方法消除這些冗余信息可以大大地提高視頻的壓縮比。 結語
小波變換采用塔型分解的數(shù)據(jù)結構,與人眼由粗到精由全貌到細節(jié)的觀察思維過程相似,可以分級累進傳輸,實現(xiàn)漸進顯示。同時,由于小波變換壓縮編碼的量化失真隨機分布于整幅圖像,人眼難以觀察到,因而圖像重構效果較好。本文提出的方案已用于實際系統(tǒng),取得了良好的效果�！� 參考文獻
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