Transcript 孙学斌 1014202009 小波分析报告

小波分析 报告
小波变换与视频压缩
报 告 人：孙学斌
学 院 ：精仪学院
学 号 ：1014202009
报告日期：2015 06 12
报告提纲
1
课题背景
2
系统设计方案与数学问题
3
小波方法与视频压缩
一、课题背景
目前所用内镜诊治系统
（主机）体积较大，通
常需要台车放置、必须
在特定的场地和环境下
才可使用，无法满足野
战、救灾、远程随行保
健医疗、海岛及边防巡
诊等条件下的需求，阻
碍着野战内外科多种疾
病的急救和及时诊治。
便携式电子内镜
正如台式电脑向笔记本
电脑的转变一样，我们
可以展望，体积小、轻
便、便宜、无需复杂装
机的便携式可兼容电子
内镜诊疗系统的研制，
由现在的“台式主机”
转为便携式“笔记本型
主机”。
二 、系统设计方案与数学问题
实物图
功能
三、小波方法与视频压缩
视频压缩的必要：
1min视频需要的存储空间：720*576*24*30*60=2G
（视频大小*数据位*刷新率*时间1min）
视频压缩发展史：
ITU: H.261
H.262
H.263
H.263+
H.264
（2003）
HEVC
(国际电信联盟远程通信标准化组织)
ISO/IEC: MPEG1
MPEG4(Part10)
MPEG2
MPEG7
MPEG4 (Part2)
MPEG21
（Moving Picture Experts Group）
HEVC（High Efficiency Video Coding）
H.265视频编码特点
更高的图像质量
视频图像分辨率支持1080P、4K 、8K 高清、超高清的图像
更高的图像帧频
视频帧频从30 fps向60fps，支持120fps甚至240fps超高帧频
更低的传输码率
同等图像质量下，数据量只有MPEG2的1/16，MPEG4的1/6，H.264的1/2
更强的容错能力
在高达45%丢包率的不稳定网络环境下稳定传输，适用各种恶劣环境
更好的网络适应性
通过IP、无线、卫星等多种网络传输图像，适用各种工作场景
视频编码评价标准
峰值信噪比峰值信噪比（PSNR），一种评价图像的
客观标准。PSNR是“Peak Signal to Noise Ratio”
的缩写。通常在经过影像压缩之后，输出的影像都会
在某种程度与原始影像不同。为了衡量经过处理后的
影像品质，通常会参考PSNR值来衡量某个处理程序能
否令人满意。它是原图像与被处理图像之间的均方误
差相对于(2n-1)2的对数值(信号最大值的平方，n是
每个采样值的比特数)，它的单位是dB。
视频压缩算法
视频帧组成：
I： 内帧
P：单向预测帧
B：双向预测帧
一个内帧是一个随机访问点。B图像不能作为其它图像的
参考帧。为了在图像质量和数据速率之间作出调整，编
码器允许（1）选择内帧I的频率和位置，（2）选择I和P
之间双向预测帧B的数目。
I 帧图像压缩算法
在空间方向上I帧
图像，采用帧内预
测压缩算法来去掉
冗余信息
小波方法压缩图像
小波压缩特点
小波变换即对信源进行一系
列的高通和低通滤波，并每
次将数据采样率降为原来的
一半，每次低通滤波输出源
信息的低频信息，集中源信
号的大部分能量，高通滤波
器输出源信息的高频信息，
所含信息很少，一次低通滤
波后的信号往往存在大量的
相关性，为了提高压缩性能
可以对它在进行滤波。
小波方法压缩图像过程
二维小波函数分解是
把尺度j的低频部分分
解成四部分：尺度j+1
的低频部分和三个方
向（水平、垂直、斜
线）的高频部分。
小波方法压缩图像
1、把信号分解成低频al和高频dl两部分，在分解中，低频
al中失去的信息由高频dl俘获。
2、在下一层的分解中，又将al分解成低频a2和高频d2两部
分，低频a2中失去的信息由高频d2俘获，如此类推下去，
可以进行更深层次的分解。
帧间预测编码
前一时刻
残差时刻（后一刻-前一刻）
后一时刻
运动矢量图
基于块的运动矢量估值算法——块匹配法
块补偿后的帧差图像
残差图像=当前帧-运动补偿后的参考帧图像
未补偿残差图像
8*8块补偿残差图像
16*16块补偿残差图像
4*4块补偿残差图像
快匹配法的匹配准则：
绝对值：
均方误差：
平均绝对
帧差：
基于块的运动补偿和估计
真实景物视频中，运动对象轮廓很少具有块状边缘，椭圆物体运
动，矩形物体静止，图片中包含运动对象和静止对象区域，很难
找到匹配块。如果采用任意形状的区域进行匹配，效果更好。但
对连续边界的识别、边界分割、对不同对象轮廓编码存在困难。
自适应矩形块匹配
为了提高压缩率和视频清晰度，
编码宏块根据帧差信息、区域
信息量自动调节编码宏块的大
小，帧差大的地方，区域信息
多的地方分配的宏块小、密集
20
块匹配搜索算法
全搜索算法：运算量大，一般不用
二维对数搜索法
三步搜索法
半像素搜索算法，先对图像像素之间进行差值，寻找最佳匹配，匹配
效果比整像素要好，运算量变大，算法实现起来复杂
视频编码器
小波分析报告
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