显微视频图像的编码与压缩【文献综述】.docVIP

毕业设计文献综述 电子信息科学与技术 显微视频图像的编码与压缩 摘 要：本文通过对显微视频图像特点的分析，总结得到提高显微视频图像的压缩比，图像的编码压缩标注至关重要。文章通过介绍传统的图像压缩方案——JPEG和JPEG2000和必威体育精装版的图像压缩标准——H.264在图像压缩方面的表现，得到H.264用于压缩视频图像的显著优势。在H.264的基础上，本文总结了目前以H.264为基础的改进的显微视频图像的压缩方案。 关键字：显微视频图像；JPEG；JPEG2000；H.264 0 引言 生物显微图像是利用数码显微镜对动物或植物组织切片采集而来。一般地，显微图像具有高分辨率的特点，这就给显微图像的存储与传输提出了一个亟待解决的问题。对于一幅1280*1024分辨率的显微图像，以8为灰度级进行数字化采集就需要3.75MB的存储容量。这么大的数据量给图像的存储和传输提出了严肃的课题。如何快速高效地编码压缩显微图像序列已经成为当前的热点之一。目前, 对生物显微图像压缩还没有性能非常好的算法,因此生物显微图像的压缩技术已成为生物显微图像应用领域的一项挑战性技术[1-4]。 1 传统的图像压缩方案 1.1 JPEG标准压缩 JPEG 是一种通用的静止图像的压缩标准。这种标准适用于所有连续色调、多级灰度、静止图像的压缩和编码。它是色彩、灰度、静止图像的第一个国际标准，是一个适用范围广泛的通用标准。它不仅适用于静止图像的压缩，也适用于电视图像序列的帧内压缩。所以JPEG 标准自1992 年通过以来，短短几年内就获得了极大的成功[5]。 文献[6]利用JPEG对图像进行了压缩进行了实验。从实验结果中可以看出，JPEG的最高压缩倍数大约是43。此时方块效应已经很明显了。块效应产生的原因是当压缩比增大的时候，每个编码8*8块的失真就增大了，他们之间的差异也会变大，导致视觉上的不连续，进而产生块效应。 1.2 JPEG2000标准压缩 随着技术的发展和应用的需求，JPEG专家组在2000年制定了新一代图像压缩标准系列-JPEG2000。随着新一代图像压缩标准的制定，利用小波变换以及丰富的编码技术[7]，图像压缩效率不仅进一步提高，更重要的是，新标准具有很大的灵活性和更多的选择，从而适应了新应用的需求。 相对于JPEG编码，JPEG-2000提供了一系列新的特性，它把JPEG的四种模式集成在一个标准之中。在编码端以最大的压缩质量和最大的图像分辨率压缩图像，在解码端可以从码流中以任意的图像质量和分辨率解压图像，最大可以达到编码时图像质量和分辨率[8-11]。 JPEG2000在显微图像压缩方面，国内诸多学者做了相关的实验，从实验中发现JPEG2000在保持重建图像40dB左右的时候可压缩近100倍。与JPEG相比，在低压缩率即高质量的情况下，JPEG的性能比JPEG2000要好。主要原因是JPEG2000通过采用位平面编码，通过丢弃低比特位来达到指定的压缩比，对于在高码率的情况下在量化失真一致的情形下，JPEG则没有进一步剔除低有效位导致的失真，所以JPEG得质量会更高。对于重建图像，JPEG2000相比于JPEG，消除了方块效应（由于DWT是针对整幅图像进行，不是基于块的变换）,主观质量更加细腻平滑。 2 新一代图像编码标准H.264 MPEG（Moving Picture Experts Group）和VCEG（Video Coding Experts Group）已经联合开发了一个比早期研发的MPEG和H.263性能更好的视频压缩编码标准，这就是被命名为AVC（Advanced Video Coding）的，也被称为ITU－T H.264建议和MPEG-4的第10部分的标准，在这里，就简称它为H.264/AVC或H.264。这个国际标准已于2003.3正式被ITU-T所通过并在国际上正式颁布[12]。 H.264不仅具有优异的压缩性能，而且具有良好的网络亲和性，这对实时的视频通信是十分重要的[13]。现在已有基于DSP的采用H.264编码的可视电话出现在市场上，进一步说明了在视频通信中H.264的重要应用价值。 图1 H.264编码器 图2 H.264解码器 编码器采用的仍是变换和预测的混合编码法。由图1，输入的帧或场Fn 以宏块为单位被编码器处理。首先，按帧内或帧间预测编码的方法进行处理。如果采用帧内预测编码，其预测值PRED（图中用P 表示）是由当前片中前面已编码的参考图像经运动补偿（MC）后得出，其中参考图像用F’n-1 表示。为了提高预测精度，从而提高压缩比，实际的参考图像可在过去或未来（指显示次序上）已编码解码重建和滤波的帧中进行选择。预测值PRED 和当前块相减后，产生一个残差块Dn，经块变换、量化后产生一组量化后的变换系数X，再经熵编