改進(jìn)的JPEG圖像二維DCT編解碼技術(shù)研究

發(fā)布時(shí)間：2020-09-28 22:21

　　 JPEG是網(wǎng)絡(luò)中最常見的圖像存儲(chǔ)格式,因其高壓縮比而被廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)中,其標(biāo)準(zhǔn)的核心為DCT算法,將圖像分塊為不重疊的8×8模塊進(jìn)行單獨(dú)處理,因此會(huì)在模塊邊界產(chǎn)生偽影即塊效應(yīng)。改進(jìn)的離散余弦變換(MDCT)在信號(hào)處理領(lǐng)域起著重要作用,相比于DCT算法,MDCT雖然算法復(fù)雜度更高,但由于其重疊變換的性質(zhì),在信號(hào)處理領(lǐng)域能獲得更好的效果。為了解決JPEG圖像的邊界效應(yīng),本文采用二維MDCT算法替代JPEG標(biāo)準(zhǔn)中的DCT算法,并在此基礎(chǔ)上改進(jìn)JPEG的壓縮編碼過程。主要研究內(nèi)容如下:(1)分析JPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)及其流程,剖析其核心的量化與熵編碼過程。對(duì)JPEG標(biāo)準(zhǔn)的圖像壓縮過程進(jìn)行詳細(xì)分解,對(duì)其霍夫曼編碼步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性測試說明,同時(shí)用實(shí)驗(yàn)來測試JPEG標(biāo)準(zhǔn)的壓縮性能,討論JPEG標(biāo)準(zhǔn)的局限性。(2)分析DCT算法和MDCT算法的特點(diǎn),提出新的MDCT快速算法。由于MDCT算法與DCT算法不同的重疊性質(zhì),使得其計(jì)算復(fù)雜度更高并且軟硬件的實(shí)現(xiàn)更困難,因此提出了兩種MDCT快速算法以減少計(jì)算復(fù)雜度并提高軟硬件實(shí)現(xiàn)可能性,即基于2×2的MDCT快速算法和MDCT轉(zhuǎn)換為DCT-Ⅱ的間接算法,并對(duì)兩種算法與傳統(tǒng)DCT行列式算法進(jìn)行復(fù)雜度的對(duì)比,對(duì)比結(jié)果:兩種改進(jìn)的MDCT快速算法復(fù)雜度均低于傳統(tǒng)的行列式算法,并且MDCT轉(zhuǎn)換為DCT-Ⅱ的間接算法復(fù)雜度是最低的。(3)MDCT算法由于重疊的性質(zhì)其輸出只有輸入的1/4大小,因此改進(jìn)JPEG標(biāo)準(zhǔn)的量化過程并設(shè)計(jì)新的量化表,提出改進(jìn)的JPEG圖像壓縮、重構(gòu)方法。通過矩陣運(yùn)算進(jìn)行理論分析,采用兩類實(shí)驗(yàn)測試重構(gòu)方法與效果:一類是選取不同分辨率的灰度圖像分別使用DCT和MDCT算法進(jìn)行JPEG標(biāo)準(zhǔn)下的圖像壓縮重構(gòu)實(shí)驗(yàn),對(duì)壓縮重構(gòu)的圖像峰值信噪比和程序運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行對(duì)比;其二是使用不同類型的灰度與彩色圖像分別進(jìn)行兩種壓縮重建實(shí)驗(yàn)比較壓縮重構(gòu)效果。兩種實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著圖像分辨率的提升,MDCT代替DCT算法帶來的時(shí)間成本提升在增大但峰值信噪比提升變化不大;圖像內(nèi)容越復(fù)雜、細(xì)節(jié)越多,無論彩色或者灰度圖像,使用MDCT算法代替DCT算法帶來的峰值信噪比提升更高。本文通過對(duì)JPEG標(biāo)準(zhǔn)的分析得知DCT算法帶來的塊效應(yīng)成為了JPEG發(fā)展的限制,而采用MDCT算法代替DCT算法需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中量化、圖像重建過程做出相應(yīng)改進(jìn),同時(shí)必須使用快速算法代替行列式算法以降低時(shí)間成本,對(duì)改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行理論分析并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明:MDCT算法替代JPEG標(biāo)準(zhǔn)中的DCT算法后,圖像的分辨率越高,算法的時(shí)間成本提升越高,但壓縮重建圖像的峰值信噪比提升幅度基本不變;圖像內(nèi)容越復(fù)雜、細(xì)節(jié)越多的圖像得到的壓縮重建效果提升更高。
【學(xué)位單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN919.81
【部分圖文】：

結(jié)構(gòu)圖,編碼器,結(jié)構(gòu)圖,順序編碼

在層次操作模式下，整幅的圖像被視為編碼的一個(gè)幀序列。在實(shí)際應(yīng)用之中，通常采用順序編碼的工作模式，在本章中也同樣使用順序編碼的工作方式，在這種工作模式之下，編碼過程和解碼過程的具體流程如圖2.1、2.2所示。圖 2.1 基于 DCT 的編碼器結(jié)構(gòu)圖圖 2.2 基于 DCT 的解碼器結(jié)構(gòu)圖

結(jié)構(gòu)圖,結(jié)構(gòu)圖