云計算平臺中的圖像序列高效無損壓縮方法研究.pdf

1、云渲染是新一代三維動畫制作的關鍵技術。在電影制作領域，三維動畫或者特效場景會通過云渲染產生大規(guī)模的圖像數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內部的傳輸過程中會占用大量的帶寬資源導致系統(tǒng)性能下降，并且低密度的存儲會使用戶的存儲成本上升，因而亟待解決壓縮存儲問題。此類渲染圖像數(shù)據(jù)需用于三維動畫的后續(xù)制作合成，為了保證后期動畫質量，不宜采用有損壓縮。而現(xiàn)有的無損圖像壓縮算法通常僅挖掘幀內冗余并未充分考慮幀間的冗余信息，所以壓縮比偏低且壓縮速度慢;視頻編碼方案雖

2、然壓縮比高，但很難達到絕對無損且計算比較復雜。
　　為此，本文在對基于字典技術的通用數(shù)據(jù)壓縮算法LZ77分析的基礎上，提出了通過減少數(shù)據(jù)局部復雜性的數(shù)據(jù)塊重排策略。該方案能夠針對渲染結果圖像序列，在不額外增加計算時間的前提下，獲得更高的壓縮比。本文進一步針對渲染圖像序列相鄰圖像幀之間相關性比較大的特點，基于預測編碼模型中的差分編碼方案，提出了一種適合存儲的稱之為LZT的圖像序列無損壓縮方案。另一方面，利用圖像哈希能夠快速查找到相似

3、像素矩陣的特點來改善數(shù)據(jù)塊重排的精度和速度，進一步提高壓縮比。最后，提出了一種基于云平臺的分布式無損編解碼方案，以解決圖像序列數(shù)據(jù)量大單機計算能力不足的問題。
　　本文的主要工作和成果如下:
　　(1)針對渲染圖像序列壓縮效率比較低的問題，文中從信息論的角度剖析了數(shù)據(jù)的分布以及字典壓縮算法的特點，提出通過增加局部冗余機制的圖像數(shù)據(jù)塊重排算法來改善系統(tǒng)的壓縮性能。該方法充分利用了圖像序列的全局冗余信息，并且比較適合分布式編碼，

4、結果表明該算法的壓縮比有很大程度提高。
　　(2)為了在更加充分的利用圖像序列的幀內與幀間冗余信息，在圖像數(shù)據(jù)塊重排算法的基礎之上引入預測編碼模型，通過差分編碼的機制在編碼過程中進一步減少數(shù)據(jù)的冗余信息，研究了基于字典壓縮算法的圖像編碼格式PNG、APNG以及MNG格式，并提出了一種適合無損存儲渲染圖像序列的LZT編碼方案。
　　(3)為了提高數(shù)據(jù)塊重排算法中的局部數(shù)據(jù)冗余度，通過引入圖像哈希的機制來進一步提高效率。圖像哈希

5、能夠快速的檢索出相似的圖像，并且可以通過哈希值來對圖像塊的相似程度進行度量，因而通過在基于數(shù)據(jù)塊重排算法中通過圖像哈希算法使得相似性較大的數(shù)據(jù)快速的聚集同樣可以提高壓縮性能。
　　(4)構建了基于云計算的分布式無損編碼系統(tǒng)，解決計算密集型任務單機處理能力有限的問題。該系統(tǒng)繼承了云計算平臺魯棒性、可擴展性的優(yōu)點，并且充分利用了數(shù)據(jù)塊重排中的全局冗余信息，因而依然能夠保持高壓縮比，同時通過并行計算的方式能夠顯著的降低編解碼的處理時間。