小波變換在IPTV編碼中的應(yīng)用

　　鑒于小波變換具有諸多的優(yōu)點(diǎn)，因此也就成為了IPTV編碼領(lǐng)域所熱捧的對(duì)象。但是這種方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜，占用資源比較嚴(yán)重，所以只有少數(shù)編碼標(biāo)準(zhǔn)提供了小波變換編碼方式。MPEG-4就是其中的支持者之一。

　　MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的編碼中使用了離散小波變換方法，這也是MPEG-4的特色之一。但由于它還存在需要持續(xù)的占用很大內(nèi)存空間的問(wèn)題，同時(shí)考慮到DCT已經(jīng)在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償視頻編碼方面取得了非常好的效果，因此，MPEG-4只是在進(jìn)行紋理編碼時(shí)采用了離散小波變換，其中的應(yīng)用包括矩形紋理對(duì)象編碼（例如整個(gè)圖像框架）、任意形狀紋理區(qū)域編碼和映射到二維或三維網(wǎng)狀對(duì)象上的紋理編碼等。

　　在進(jìn)行小波編碼壓縮過(guò)程中，為了能得到比較好的效果，必須選擇合適的小波進(jìn)行變換。同時(shí)，在對(duì)圖像進(jìn)行多級(jí)小波變換后，變換系數(shù)在同一子帶內(nèi)的不同分辨率間存在一種樹狀結(jié)構(gòu)的關(guān)系，如果能夠合理地應(yīng)用這種關(guān)系還可以大大的提高壓縮效率。目前比較好的一種方法就是零樹小波（Zero-treeWavelet）編碼壓縮算法，這是最先由Shapiro提出的一種針對(duì)小波的樹狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓縮的嵌入式編碼方法。在編碼過(guò)程中，把小波系數(shù)分為重要系數(shù)及非重要系數(shù)，同時(shí)應(yīng)用逐次逼近量化的方法為重要系數(shù)提供了一種緊湊的多重精度表示。MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)中的紋理編碼就是采用了這種方法。

圖2 小波靜態(tài)紋理編碼器的基本結(jié)構(gòu)

　　MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)中的靜態(tài)紋理編碼器的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。將一個(gè)二維小波變換應(yīng)用到紋理對(duì)象中，產(chǎn)生一個(gè)低頻子帶和許多高頻子帶，將低頻子帶量化、預(yù)測(cè)編碼（使用了一種差分脈沖編碼調(diào)制的方式）并使用算法編碼器進(jìn)行熵編碼；高頻子帶量化后進(jìn)行重新掃描、零樹編碼和熵編碼。

　　在進(jìn)行高頻子帶處理時(shí)，可以采用樹狀或逐帶兩種方式進(jìn)行重新掃描。樹狀掃描如圖3(a)所示。在利用這種方法掃描時(shí)，最低子帶的系數(shù)最先編碼，然后逐漸對(duì)更高子帶進(jìn)行編碼。這種編碼方法可以使EZW（EmbeddedZero-treeWavelet，嵌入式零樹小波）編碼能夠充分利用上下級(jí)系數(shù)之間的相關(guān)性。逐帶掃描就是逐個(gè)子帶進(jìn)行掃描，如圖3（b）所示。在利用這種方法掃描時(shí)，首先對(duì)第一個(gè)子帶中的所有系數(shù)進(jìn)行編碼，然后對(duì)下一個(gè)子帶所有系數(shù)進(jìn)行編碼，如此下去。這種編碼方法的優(yōu)點(diǎn)是支持空間擴(kuò)展形式，缺點(diǎn)是編碼效率往往較低。



　　在進(jìn)行低頻子帶處理時(shí)，使用差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）進(jìn)行編碼，每個(gè)系數(shù)都使用相鄰和前面已經(jīng)編碼的系數(shù)進(jìn)行空間預(yù)測(cè)。高頻子帶使用基于嵌入式零樹小波編碼，每個(gè)樹（或每個(gè)子帶）都從第一個(gè)系數(shù)開始編碼。

　　上述方法是在進(jìn)行基本靜態(tài)紋理圖像出歷史所采用的。在高級(jí)可變紋理編碼時(shí)，MPEG-4首先將圖像分割成幾個(gè)互不重疊的子圖像，然后利用上述方法分別進(jìn)行編碼，這樣就可以使用DWT處理任意形狀的紋理對(duì)象了。

四、結(jié)束語(yǔ)

　　小波變換的本質(zhì)是多分辨率或多尺度地分析信號(hào)，它能夠很好地消除圖像數(shù)據(jù)中的統(tǒng)計(jì)冗余，同時(shí)又能夠很好地保持原圖像在各種分辨率下的精細(xì)結(jié)構(gòu)，因此對(duì)圖片和視頻的壓縮率較大，而且視頻重構(gòu)輸出質(zhì)量非常高。正是由于這些原因，小波編碼在較高壓縮比的圖像編碼領(lǐng)域被非?？春谩Ｈ欢?，由于小波編碼在處理時(shí)需要把整個(gè)一幀或一幀中的一大塊圖像作為一個(gè)單元來(lái)處理，需要占用較大的系統(tǒng)資源，這使得本就已經(jīng)需要較多系統(tǒng)資源的問(wèn)題更加嚴(yán)重，因此小波編碼在應(yīng)用之中受到了極大的限制，尋找一個(gè)適當(dāng)?shù)目山邮艿南到y(tǒng)資源占用問(wèn)題解決方案已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。此外，小波變換在技術(shù)方面還有很多的問(wèn)題需要進(jìn)一步研究，例如變換系數(shù)的有效組織、人眼視覺(jué)特性的應(yīng)用以及最佳小波的選取等，相信隨著新的研究成果不斷出現(xiàn)，小波變換在IPTV編碼領(lǐng)域的潛在性能會(huì)越來(lái)越多地發(fā)揮出來(lái)