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在日常工作和生活中,图像由于具有直观性强的特点,已成为了当今人们获取信息的主要来源。随着现代通信技术与计算机技术的蓬勃发展,人们对各种图像信息的需求日益增长,使得图像通信已经成为了信息传输的主要方式。但是,现时信道性能还不能很好地满足图像传输的要求,传输后获得的图像出现失真是在所难免的。引起传输图像失真的原因主要是量化误差和传输误差。围绕着这两种失真问题,在保持图像原有的内容特征和满足人类视觉特性的前提下,本论文主要研究了如何在解码器端进行图像后处理,提升图像质量,其内容包括:
首先,在绪论部分分析了图像通信中产生失真的原因,阐述了当前图像质量提升技术研究的发展现状,并指出本论文立足于后处理技术的研究。在此基础上给出在最大后验估计的框架中给出图像后处理问题的数学表示和相应的数学处理工具。
其次,分析了基于DCT的图像压缩技术因量化失真产生方块效应的原因,并提出了以下三种消除块效应算法。第一种是基于改进线过程的算法,先把块效应和图像的真实边缘分开,给出了块效应评价标准(LPBM),在此基础上通过优化对应的目标函数来实现块效应消除。第二种是基于对比度提升技术的块效应消除算法,其主要贡献是推导出一个简单的转换块边缘信息提取规则,使到对比度提升因子能自适应地根据边缘信息进行调整,从而实现块效应消除。第三种算法把块效应建模成阶梯函数,然后根据判断准则把图像块分成平滑块,纹理块和边缘块。对平滑块,首次导出了块效应强度的表达式,然后根据块效应强度和平滑度进行自适应平滑滤波;对边缘块和纹理块,采用简单的sigma滤波器对块边界周围的像素滤波。
再次,针对传输误码导致图像块丢失的情况,目标在于尽可能恢复丢失的运动矢量,并提出三种差错掩盖算法。第一种是对边缘敏感的模糊差错掩盖算法,利用模糊边缘检测器得到丢失块与四个邻域块交接的边界上的边缘信息,构造一个关于边界匹配差值的能量函数,最优值对应的运动矢量作为丢失块的运动矢量的估计。第二种是基于马尔可夫随机场(MRF)的自适应运动矢量恢复差错掩盖算法,算法中把图像块的运动矢量建模成高斯MRF,其势函数的权值能够根据空间信息和时间信息来自适应调整,从而得到在丢失块的运动矢量的最大后验概率估计。第三种是组合型的差错掩盖算法,根据丢失块周围已正确接收的图像块的运动矢量信息把丢失块分成低活动块和高活动块两类。对于低活动块,用平均运动矢量法来恢复丢失块;对于高活动块,根据前后帧图像具有空间结构相似性,利用凸集投影的原理来恢复丢的图像块。大量的实验结果表明本论文中提出的块效应消除和差错掩盖后处理技术,能够有效地消除DCT压缩图像通信中产生的失真,大大提高了接收端恢复图像的质量。