视频通信成为网络时代十分重要的信息交换技术,有着广泛的应用前景。网络环境以及终端设备在传输带宽和处理能力的异构性,给视频服务器在提供媒体传输服务时带来了巨大的挑战。作为节省存储容量以及降低服务器计算复杂性的有效解决方法,可伸缩视频编码技术得到了深入地研究。另一方面,当前的网络环境或卫星传输信道囿于带宽限制,压缩的视频或图像存在严重的编码效应,因此提高低码率压缩图像的质量也是值得研究的问题。本文围绕实现完全可伸缩的视频编码以及由后处理技术提高低码率压缩图像质量的研究目标,开展了两方面研究工作:1)以运动补偿 3D小波变换实现完全可伸缩的视频编码,研究在此编码框架中相关的编码技术,包括自适应时间滤波、子带独立编码和码率控制。为降低自适应算术编码的实现复杂度,对其中的概率模型表达进行了研究。 2) 针对小波方法在低码率压缩图像时会在重建图像产生振铃效应和模糊现象,研究了相应的去除方法,以改善压缩图像的质量。研究了基于运动补偿的完全可伸缩 3D 小波视频编码方法。首先分析了实现完全可伸缩的小波视频编码框架,提出了同时满足三种可伸缩特性的码流结构。然后对自适应时间滤波方法开展了研究,包括三方面内容:1)为提高运动补偿滤波的效率,根据连接性对运动估计后的像素进行分类,提出对不同类像素分别处理的方法。2)分析了时间伸缩解码时引起的编码效应,提出了避免虚像产生的自适应滤波处理。3)分析了分辨率伸缩解码时运动矢量的漂移,提出增加最低频运动矢量表达来更精确地获取低分辨率解码时的运动矢量。再次,以 3D 子带的独立嵌入式位平面量化编码实现时空帧的编码。提出以四叉树分解形式表达变块大小的零块,提高位平面量化过程系数显著性图的表达性能。在对位平面量化的输出信息作算术编码过程中,为实现条件熵编码对极限熵的逼近,进行了高阶的条件算术编码建模。为了实现完全可伸缩 3D 小波视频编码方法在码率约束下的最优编码效率,最后研究了相应的码率控制问题,并将视频编码码率控制问题分为两部分:时空帧间码率控制和帧内子带比特分配问题。通过分析时空帧在时间滤波过程失真的传递特性,将在原始时间域空间帧的失真转化为在多分辨率时空帧上的失真,并提出了满足重建视频帧质量平稳要求的帧间码率控制算法。在帧内重建失真最小的目标下,给出了子带率失真点的最优搜索算法,实现帧内子带最优比特分配。实验结果表明帧间码率控制不仅能促使重建视频质量平稳,还可有效地提高视频的 PSNR 值。同时实验结果也显示,完全可伸缩小波视频编码方法在保持完全可伸缩特性前提下,仍然有很好的编码性能。研究了自适应算术编码中概率模型的表达方法。首先介绍了算术编码的理论和实 I<WP=5>现方法。根据自适应算术编码概率区间映射过程和概率模型更新过程可相互分离的特点,提出以压缩二叉树表达编码符号的概率模型,对概率模型结构的更新和查找等操作进行了分析。相比其它的数组表达方法,内存占用量更少,计算复杂性更低,实验结果也证实了该数据结构表达的两个优势。研究了低码率压缩图像和视频编码效应去除的后处理算法。首先从图像恢复的观点,提出了一种正则化去除效应算法。算法提出的正则化算子具有自适应边缘和平滑区域的特性,在能量最小化过程,给出了交替迭代的共轭梯度求解算法。实验结果表明在低码率时算法可显著地改善图像的视觉质量,并且提高客观评价指标 PSNR 的值。从图像增强的观点,提出了一种小波域系数增强的压缩图像后处理算法。算法首先以差分 B 样条框架小波对图像作冗余小波分解,形成图像的多分辨率表达。然后对拉普拉斯算子求得的图像边缘作同样的小波分解,将其和图像多分辨率表达相加作系数补偿。最后作多尺度点积分析,标识出边缘系数,根据小波系数为边缘系数与否,分别作相应的自适应去噪收缩。如果压缩的量化信息可知,还可施加量化约束修正系数值。实验结果显示,算法具有较好地去除效应以及增强图像边缘的作用。本文对可伸缩视频编码技术进行了比较全面和深入的研究,对改善当前信道约束限制下低码率压缩图像和视频质量的方法进行了研究。编码方面取得的研究成果对提高流媒体服务器适应网络的异构性能力,提高视频编码效率有一定积极意义。后处理算法研究成果则可较好地解决信道传输限制条件下,如何提高低质量压缩图像视觉效果和保真度的问题。