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压缩域图像视频空间分辨率转换和色彩处理技术的研究

作　者: 安克彬
导　师: 孙军
学　校: 上海交通大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 空间分辨率变换图像视频编辑彩色空间变换色饱和度调整数字色彩处理
分类号: TP391.41
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着图像、视频压缩编码技术的蓬勃发展,大多数的图像、视频都以压缩格式的形式存在。因此,压缩域的图像、视频处理技术就具有越来越重要的作用。比如,为了适应不同的网络带宽和显示终端设备就需要对图像的空间分辨率进行转换;利用压缩域的图像视频编辑技术能够为数字电视业务的增强发展以及手机多媒体业务的功能扩展提供广泛的支持。本文研究了压缩域图像视频处理技术中的一些关键问题,包括压缩域任意比率图像空间分辨率的变换,压缩域的亮度调整,色彩混合渲染,色彩校正和压缩域色饱和度调整等图像、视频色彩处理和编辑技术。通过研究提出了如下的创新成果:针对图像空间分辨率的变换,本文提出了一种在DCT域实现任意比例图像空间分辨率转换的方法。该方法利用了一个DCT块和它的不同大小的子块之间DCT系数的关系,将原始图像重新组合成由新的支撑区域组成的图像并实现下采样或者上采样,它可以实现在水平和垂直方向上任意不等比例的图像空间分辨率变换。实验结果表明:和现有的压缩域任意比例空间分辨率变换方法相比,本文的算法计算复杂度低、要求的存储空间小,并且可以得到较好的图像视觉质量和更高的PSNR。针对DCT域的色彩调整等图像视频编辑问题,本文提出了在YUV色彩空间的DCT域进行亮度调整,色彩混合渲染,色彩校正等图像色彩处理算法。这三个色彩处理算法都将空间域中在RGB色彩空间的线性色彩处理算法直接在YUV色彩空间的DCT域进行,不需要完全的解压缩过程,不需要IDCT变换以及从YUV色彩空间到RGB色彩空间的转换,能极大地节约计算量和存储空间。实验结果表明:在高质量的图像编辑时,分别使用这三个方法进行色彩处理后的图像和使用相对应的方法在空间域进行色彩处理后得到的图像质量在主观上是相同的。本文的色彩处理方法可以对DCT块独立地进行处理操作,因此易于硬件实现。针对DCT域的色饱和度调整图像视频编辑问题,本文在研究空间域基于亮度自适应的色饱和度调整方法的基础上,提出了一种压缩域的色饱和度调整方法。以亮度块的平均亮度信息为基础,通过计算相对应的每个色度块的最大色度矢量来获得色度块所对应的最大色饱和度调整因子的上限,是一种块自适应的方法。为了提升算法的性能,我们对DCT块进行了分类和块的分割,对不同特征的块使用不同大小的DCT块进行色饱和度调整处理。实验结果表明:在高质量的图像编辑时,使用该方法得到的图像质量和使用空间域基于亮度自适应的逐象素色饱和度调整方法得到的图像质量在主观上几乎是一样的。但是这种方法是以块为单位在压缩域进行处理的,计算复杂度低,需要的存储空间小,易于硬件实现。本文的大部分工作是结合作者参与的国家计委数字电视研究开发、产业化专项项目“国产高清晰度数字视频板卡研究开发及产业化”进行的。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-12
英文缩略语  12-14
第一章绪论  14-26
  1.1 引言  14-15
  1.2 图像压缩编码技术的发展  15-18
    1.2.1 图像压缩编码的基本原理  15-16
    1.2.2 图像压缩编码方法回顾  16-18
  1.3 图像编码标准  18-20
  1.4 非线性编辑系统及其产品现状  20-23
    1.4.1 非线性编辑系统的构成及其原理  20-21
    1.4.2 高清非线性编辑产品现状  21-23
  1.5 本论文的主要研究内容及研究成果  23-26
第二章压缩域图像处理基础  26-36
  2.1 引言  26-27
  2.2 DCT变换  27-31
    2.2.1 一维DCT变换  28
    2.2.2 二维DCT变换  28-31
  2.3 压缩域处理算法基础  31-35
    2.3.1 基本的压缩域处理算法  31-33
    2.3.2 压缩域的平移  33-34
    2.3.3 压缩域的线性滤波  34-35
    2.3.4 压缩域的块旋转  35
  2.4 小结  35-36
第三章压缩域图像空间分辨率转换的研究  36-74
  3.1 引言  36-37
  3.2 图像空间分辨率变换  37-47
    3.2.1 整数倍空间分辨率变换  37-40
    3.2.2 任意比例的空间分辨率变换  40-42
    3.2.3 一个块和它的子块的DCT系数之间的关系  42-43
    3.2.4 基于子带DCT系数近似的空间分辨率变换  43-47
      3.2.4.1 基于子带DCT系数近似的整数倍空间分辨率下采样  44
      3.2.4.2 基于子带DCT系数近似的整数倍空间分辨率上采样  44-45
      3.2.4.3 基于子带DCT系数近似的任意比例空间分辨率变换  45-47
  3.3 DCT域水平和垂直方向上任意不等比例的图像空间分辨率变换  47-59
    3.3.1 一个块和它的不同大小子块的DCT系数之间的关系  47-49
    3.3.2 水平和垂直方向上任意比例的图像空间分辨率下采样  49-54
      3.3.2.1 DIDR算法  49-51
      3.3.2.2 DIDD算法  51-54
    3.3.3 水平和垂直方向上任意比例的图像空间分辨率上采样  54-59
      3.3.3.1 RIUR算法  54-56
      3.3.3.2 RIUD算法  56-59
  3.4 实验和分析  59-72
    3.4.1 任意比例图像空间分辨率下采样实验  59-65
    3.4.2 任意比例图像空间分辨率上采样实验  65-72
  3.5 小结  72-74
第四章压缩域图像视频色彩处理技术的研究  74-144
  4.1 引言  74-75
  4.2 色彩空间  75-80
  4.3 DCT域RGB和YUV色彩空间的转换  80-83
  4.4 YUV色彩空间的DCT域色彩处理  83-92
    4.4.1 YUV色彩空间的DCT域亮度调整  84-86
    4.4.2 YUV色彩空间的DCT域色彩混合渲染  86-89
    4.4.3 YUV色彩空间的DCT域色彩校正  89-92
  4.5 实验  92-118
    4.5.1 亮度调整实验  92-99
    4.5.2 色彩混合渲染实验实验  99-106
    4.5.3 色彩校正实验  106-118
  4.6 压缩域色饱和度调整技术的研究  118-141
    4.6.1 空间域色饱和度调整方法  118-126
      4.6.1.1 色彩空间结构  118-121
      4.6.1.2 色饱和度调整方法  121-126
    4.6.2 压缩域色饱和度调整方法  126-133
    4.6.3 实验  133-141
  4.7 小结  141-144
总结与展望  144-146
参考文献  146-156
致谢  156-157
攻读博士学位期间参加的科研项目  157-158
攻读博士学位期间发表的学术论文  158

压缩域图像视频空间分辨率转换和色彩处理技术的研究

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