顯微視頻圖像的編碼與壓縮【文獻(xiàn)綜述】

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述電子信息科學(xué)與技術(shù)電子信息科學(xué)與技術(shù)顯微視頻圖像的編碼與壓縮顯微視頻圖像的編碼與壓縮摘要：本文通過對(duì)顯微視頻圖像特點(diǎn)的分析，總結(jié)得到提高顯微視頻圖像的壓縮比，圖像的編碼壓縮標(biāo)注至關(guān)重要。文章通過介紹傳統(tǒng)的圖像壓縮方案——JPEG和JPEG2000和最新的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)——H.264在圖像壓縮方面的表現(xiàn)，得到H.264用于壓縮視頻圖像的顯著優(yōu)勢(shì)。在H.264的基礎(chǔ)上，本文總結(jié)了目前以H.264為基礎(chǔ)的改進(jìn)的顯

2、微視頻圖像的壓縮方案。關(guān)鍵字關(guān)鍵字：顯微視頻圖像；JPEG；JPEG2000；H.2640引言引言生物顯微圖像是利用數(shù)碼顯微鏡對(duì)動(dòng)物或植物組織切片采集而來。一般地，顯微圖像具有高分辨率的特點(diǎn)，這就給顯微圖像的存儲(chǔ)與傳輸提出了一個(gè)亟待解決的問題。對(duì)于一幅12801024分辨率的顯微圖像，以8為灰度級(jí)進(jìn)行數(shù)字化采集就需要3.75MB的存儲(chǔ)容量。這么大的數(shù)據(jù)量給圖像的存儲(chǔ)和傳輸提出了嚴(yán)肅的課題。如何快速高效地編碼壓縮顯微圖像序列已經(jīng)成為當(dāng)前的

3、熱點(diǎn)之一。目前對(duì)生物顯微圖像壓縮還沒有性能非常好的算法因此生物顯微圖像的壓縮技術(shù)已成為生物顯微圖像應(yīng)用領(lǐng)域的一項(xiàng)挑戰(zhàn)性技術(shù)[14]。1傳統(tǒng)的圖像壓縮方案?jìng)鹘y(tǒng)的圖像壓縮方案1.1JPEGJPEG標(biāo)準(zhǔn)壓縮標(biāo)準(zhǔn)壓縮JPEG是一種通用的靜止圖像的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。這種標(biāo)準(zhǔn)適用于所有連續(xù)色調(diào)、多級(jí)灰度、靜止圖像的壓縮和編碼。它是色彩、灰度、靜止圖像的第一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)適用范圍廣泛的通用標(biāo)準(zhǔn)。它不僅適用于靜止圖像的壓縮，也適用于電視圖像序列的幀內(nèi)壓縮。

4、所以JPEG標(biāo)準(zhǔn)自1992年通過以來，短短幾年內(nèi)就獲得了極大的成功[5]。文獻(xiàn)[6]利用JPEG對(duì)圖像進(jìn)行了壓縮進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出，JPEG的最高壓縮倍數(shù)大約是43。此時(shí)方塊效應(yīng)已經(jīng)很明顯了。塊效應(yīng)產(chǎn)生的原因是當(dāng)壓縮比增大的時(shí)候，每個(gè)編碼88塊的失真就增大了，他們之間的差異也會(huì)變大，導(dǎo)致視覺上的不連續(xù)，進(jìn)而產(chǎn)生塊效應(yīng)。1.2JPEG2000JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)壓縮標(biāo)準(zhǔn)壓縮隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的需求，JPEG專家組在2000

5、年制定了新一代圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)系列圖2H.264解碼器編碼器采用的仍是變換和預(yù)測(cè)的混合編碼法。由圖1，輸入的幀或場(chǎng)Fn以宏塊為單位被編碼器處理。首先，按幀內(nèi)或幀間預(yù)測(cè)編碼的方法進(jìn)行處理。如果采用幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼，其預(yù)測(cè)值PRED（圖中用P表示）是由當(dāng)前片中前面已編碼的參考圖像經(jīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償（MC）后得出，其中參考圖像用F’n1表示。為了提高預(yù)測(cè)精度，從而提高壓縮比，實(shí)際的參考圖像可在過去或未來（指顯示次序上）已編碼解碼重建和濾波的幀中進(jìn)行選擇。預(yù)測(cè)

6、值PRED和當(dāng)前塊相減后，產(chǎn)生一個(gè)殘差塊Dn，經(jīng)塊變換、量化后產(chǎn)生一組量化后的變換系數(shù)X，再經(jīng)熵編碼，與解碼所需的一些邊信息（如預(yù)測(cè)模式量化參數(shù)、運(yùn)動(dòng)矢量等）一起組成一個(gè)壓縮后的碼流，經(jīng)NAL（網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)層）供傳輸和存儲(chǔ)用。正如上述，為了提供進(jìn)一步預(yù)測(cè)用的參考圖像，編碼器必須有重建圖像的功能。因此必須使殘差圖像經(jīng)反量化、反變換后得到的Dn’與預(yù)測(cè)值P相加，得到uFn’（未經(jīng)濾波的幀）。為了去除編碼解碼環(huán)路中產(chǎn)生的噪聲，為了提高參考幀的圖

7、像質(zhì)量，從而提高壓縮圖像性能，設(shè)置了一個(gè)環(huán)路濾波器，濾波后的輸出Fn’即重建圖像可用作參考圖像[14]。由圖1可知，由編碼器的NAL輸出一個(gè)壓縮后的H.264壓縮比特流。由圖2，經(jīng)熵解碼得到量化后的一組變換系數(shù)X，再經(jīng)反量化、反變換，得到殘差Dn’。利用從該比特流中解碼出的頭信息，解碼器就產(chǎn)生一個(gè)預(yù)測(cè)塊PRED，它和編碼器中的原始PRED是相同的。當(dāng)該解碼器產(chǎn)生的PRED與殘差Dn’相加后，就產(chǎn)生uFu’，再經(jīng)濾波后，最后就得到濾波后的

8、Fn’，這個(gè)Fn’就是最后的解碼輸出圖像[1518]。由于生物顯微圖像的特性，其要求對(duì)紋理豐富的區(qū)域能夠進(jìn)行精細(xì)的編碼，而這樣的區(qū)域在時(shí)間和空間上又存在高度的相似，H.264標(biāo)準(zhǔn)的幀間編碼中的新特點(diǎn)給出消除相鄰幀間的冗余有效的方案，對(duì)于連續(xù)拍攝的顯微圖像，幀間編碼能夠大大降低圖像之間在時(shí)間上的冗余。又由于顯微圖像是對(duì)細(xì)胞圖像的采集，而各個(gè)細(xì)胞之間存在較大的相似性，因此，通過幀內(nèi)編碼的能夠在較大程度上降低空間上的冗余，進(jìn)一步提高圖像的壓縮