基于超分辨率重建的视频图像压缩方法的研究 第4页
一个重要参数就是压
www.youerw.com缩比Rati0=B／BT，其中B是未压缩图像的大小，BT是压缩
后图像的_人小。对于有欠真的压缩算法，应该有一个评价准则，对压缩后的图像
质量给予评判。常用的评价准则有两种：客观准则和主观准则。
(1)客观准则是对压缩还原后的图像与原始图像的误差进行定量计算，一般
是对整个图像或图像中一个指定的区域进行某种平均计算，以得到均方误差。设
一个原始图像为扣(i，力，0≤i<M,O≤／<M，相应的压缩后的还原图像为
砸(i，力，0≤j<M0≤／<Ⅳ)，误差图像为{e(i，／)=以(j，／)一盎(i，／))，0≤i<尬O≤／<Ⅳ，
那么，均方误差表示为
MSE。赤∑i=0驴“) (1．1)
有时也会用均方根误差，
RMS=[JJI／ISE]I／2 (1．2)
更常用的是信噪比表示，它是用分贝表示压缩图像的定量性能评价。有两种
信噪比的定义，本文采用的是第一种定义方法。定义如下：
M—IⅣ一l
∑∑以。(f，／)
SNR_lOlgI蒜
(1．3)
另一种信噪比的定义是首先对原始图像去均值，定义如下：
_(f∽=嘉辫瓴力 (1．4)
SVR。=10lg
M—l～一l
∑∑[a(i，．沪孤L／)]。
MN卑MSE
第1章绪论
文献中常用峰值信噪比(PSNR)，设口。。。：2K一1，K是表示一个像素点用的2
进制位数，则
一圳g斟
(1．6)
在许多采集的视频序列和商用图像的应用中，常取t(--8，所以在一些文献中，
直接将其代入到上式。本文的研究对象主要是8位狄度视频序列，所以K=8。
(2)对压缩图像质量的第二种评价准则是主观准则，它是选择一组评价者给
待评价图像进行打分，对这些主观打分进行平均获得一个主观评价分。表1．1所
列是两种典型的评分标准。设每一种得分极为C』，每一种得分的评分人数为n，则
一个被称为平均感觉分MOS(mean opinion score)的主观评价得分为
∑咒‘
MOS=} (1．7)
∑，z，
表1．1对幽像质量的主观评分标准
Tab．1．1 The subjectively graded standard to the qualites of image
┏━━━━━┳━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━┓
┃ 得分 ┃ 第一种评价准则 ┃ 第二种评价标准 ┃
┣━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━┫
┃ 5 ┃ 1F常好 ┃ 感觉不到火真 ┃
┣━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━┫
┃ 4 ┃ 好 ┃ 感觉剑火真，但没有不舒服感 ┃
┣━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━┫
┃ 3 ┃ 一般 ┃ 稍有感觉剑不舒服 ┃
┣━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━┫
┃ 2 ┃ 较筹 ┃ 不舒服 ┃
┣━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━┫
┃ 1 ┃ 筹 ┃ 仆常不舒服的感觉 ┃
┗━━━━━┻━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━━━━━┛
1．4本文主要工作
本文是仃MrE(；一2视频编码标准史验、r台丛础h肿暴于超分辨率重建技术的
视频图像压缩方法进行f开究，在保证图像恢复质量的前提F，提高视频图像的压
缩率。
主要包括以下内容：
基于超分辨率重建的视频图像压缩方法的研究 第4页
(1)探讨超分辨率重建技术用于视频图像压缩的可行性；
(2)分析、设计并实现了基于超分辨率技术的视频图像压缩算法框架；
(3)对相关技术如图像降采样技术和图像超分辨率重建技术进行了研究。
1．5本文组织结构
本文组织结构如下：
第l章简单介绍图像压缩的必要性和可行性、视频图像的超分辨率重建技术、
超分辨率重建技术用于视频图像压缩的可行性、图像质量评价方法和本论文主要
工作以及论文的组织结构。
第2章概要介绍了现有视频图像压缩技术及现有超分辨率重建技术。第一部
分介绍了现有视频图像压缩标准，着重介绍了MPEG一2技术。第二部分介绍了现有
超分辨率重建技术。
第3章分析、设计并实现了一个基于超分辨率重建技术的视频图像压缩算法
的整体框架，算法整体框架包括两部分：传输端和接收端。传输端包括：基于区
域分割的降采样技术和视频编码技术。接收端包括：视频解码技术和基于区域分
割的超分辨率重建技术。
第4章提出了基于区域分割的降采样技术，即对不同区域的宏块进行不同的
降采样。在编码端，首先对原始高分辨率视频序列进行预处理，预处理过程包括：
将原始高分辨率视频序列分成若干个图像组(GOP)；将每一个GOP中每一帧图像
进行不同区域的分割(即将每帧图像分为三类宏块：运动块M、无运动纹理块T和
无运动平滑块F)，并将分割信息保存传输到解码端；将每一帧图像进行基于区域
分割的降采样。
第5章提出了基于区域分割的超分辨率重建技术，目的是针对不同分割区域
进行不同的超分辨率重建方法，可以有效地减少数据量、提高输出图像的分辨率。
第6章试验结果与分析。
第7章对全文进行总结与展望。
第2章视频图像压缩技术及超分辨率重建技术的概要
第2章视频图像压缩技术及超分辨率重建技术的概要
2．1视频图像压缩国际标准
图像压缩编码的标准和建议研究主要包括ITU的H系列建议和JTCl／SC29的
MPEG标准系列。ITU为国际电联(International TelecommtJnication Unit)的
简称，其建议的研究主要是在通信业务的需求和工业界的促进下进行的，到目前
为止，已发表了几个视频图像通信的编码建议。JTCl／SC29为ISO／。【EC信息技术联
合技术委员会第29研究组的缩写，其第十一工作组即为活动图像编码专家组
MPEG；(M0ving Picture Expert Group)，它也已经发布了几个MPEG系列的视频图
像编码标准。下面对MPEG系列标准进行简单介绍。
1)MPEG—l标准…
国际标准化组织IS0／IEC的运动图像专家组MPEG一直致力于运动图像及其伴
音编码标准化工作，并制定了一系列关于一般活动图像的国际标准。1993年制定
的WIPE(j—l标准是针对15Mbi t／s速率的数字存储媒体运动图像及其伴音编码制定
的国际标准，该标准的制定使得基于CD—ROM的数字视频以及MP3等产品成为可能。
MPEG一1的带宽最多为15Mbit／s，其中11Mbit／s用于视频，128Kbit／s用于音频，
其余带宽用于MPEG系统本身。
为了追求高的压缩效率，去除图像序列的时『白J冗余度，同时满足多媒体等应
用所必须的随机存取要求，MPEG—l视频把图像编码分成I帧、P帧、B帧和D帧共
4种类型。I帧为帧内编码帧(intra coded frame)，编码时采用类似JPEG的帧
内DCT编码，I帧的压缩率是几种编码类型中最低的。P帧为预测编码帧
(predictive c()ded ftame)，采用前向运动补偿预测和误差的DCT编码，由其前
面的I或P帧进行预测。B帧为双向预测编码帧(bi—direc：tionally pre(¨ctive
coded frame)，采用双向运动补偿预测和误差的DCT编码，由前面和后面的I或P
帧进行预测，所以B帧的压缩效率最高。D帧为直流编码帧(DC c0(ted frame)，
只包含每个块的直流分量。MPEG—l采用运动补偿支除图像序列时『日J轴上的冗余度，
可使对P帧和B帧图像的压缩倍数比I帧提高很多。
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