矢量量化在視頻壓縮中的應(yīng)用研究.pdf

1、數(shù)字視頻是多媒體信息的核心和最具挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域之一。數(shù)字視頻信號的信息海量性是數(shù)字視頻發(fā)展的巨大挑戰(zhàn),要解決這個問題單靠網(wǎng)絡(luò)帶寬和硬件技術(shù)的發(fā)展不是遠遠不夠的,數(shù)據(jù)壓縮是有效的解決辦法。視頻壓縮使人們能夠更有效地利用傳輸帶寬和存儲資源。雖然存儲和傳輸?shù)娜萘坎粩嗵岣?但是在可以預(yù)見的未來,壓縮編碼仍然是多媒體研究和應(yīng)用的核心問題之一。矢量量化(Vector Quantization,VQ)是一種有效的有損壓縮技術(shù),它的突出優(yōu)點是碼率-失

2、真性能高而且解碼算法簡單,因此它己經(jīng)成為圖像壓縮編碼的重要技術(shù)之一。矢量量化的理論基礎(chǔ)是香農(nóng)的速率失真理論,其基本原理是用碼書中與輸入矢量最匹配的碼字的索引代替輸入矢量進行傳輸和存儲,而解碼時只需簡單的查表操作。隨著矢量量化技術(shù)的逐漸成熟,基于矢量量化器的視頻壓縮算法越來越成為學者們研究的熱點。與傳統(tǒng)算法的相比,基于矢量量化器的視頻壓縮算法具有理論背景清晰、編碼性能高等優(yōu)點。本文重點探討了矢量量化技術(shù)的原理、概念、關(guān)鍵技術(shù)和研究現(xiàn)狀,研

3、究了矢量量化器在視頻壓縮編碼中的設(shè)計方法和理論,提出了一種基于預(yù)測矢量量化的視頻壓縮方案,并對提出的算法進行了仿真實驗。論文主要的研究工作體現(xiàn)在以下的幾個方面：本文系統(tǒng)地介紹了矢量量化技術(shù)和視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀并重點介紹了基于矢量量化的數(shù)字視頻壓縮技術(shù)的研究現(xiàn)狀,旨在了解現(xiàn)有矢量量化算法、數(shù)字視頻壓縮算法的發(fā)展進程,為本文矢量量化與視頻壓縮兩者結(jié)合的算法提供思路。本文介紹了當今主要視頻壓縮國際標準,特別是深入研究了ITU-H.264標

4、準的框架和運動預(yù)測補償算法。H.264的整個框架與以前的標準差別不大,H.264標準采用成熟的技術(shù)積極地改進了每個功能單元的技術(shù),因此H.264標準取得了最高的編碼效率,當然H.264的復(fù)雜度也是最高的,總的來說H.264仍然是一種基于變換的視頻壓縮標準。因此,本文針對H.264復(fù)雜度高的缺點和矢量量化器具有的理論清晰、結(jié)構(gòu)簡單、編碼復(fù)雜度低和比特率-失真性能高的優(yōu)點,將二者結(jié)合提出了一種新的基于矢量量化的視頻壓縮方案：基于預(yù)測矢量量化

5、的視頻壓縮方案。它借鑒了H.264標準的編碼方法并結(jié)合了矢量量化技術(shù),使用最大值最小化部分失真競爭學習算法得到公有碼書,從而保證所有的視頻序列經(jīng)過壓縮之后只需傳輸碼字索引。為了減少矢量量化編碼的復(fù)雜度,本文采用平均距離排序部分搜索算法實現(xiàn)了碼矢量快速搜索,該方法使用輸入矢量的平均值極大地降低了窮盡搜索的計算量而不損失其性能。仿真實驗表明,本方案計算復(fù)雜度較低、編碼效率較高、比特率-失真性能高,適用于實時性較強的場合或運算能力有限的手持移