基于压缩域的视频图像插值和重建技术研究

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1、博士学位论文基于压缩域的视频图像插值和重建技术研究COMPRESSIONDOMAINBASEDIMAGE/VIDEOINTERPOLATIONANDRECONSTRUCTIONTECHNOLOGY高欣玮哈尔滨工业大学2016年6月万方数据国内图书分类号：TP391.4学校代码：10213国际图书分类号：681.3密级：公开工学博士学位论文基于压缩域的视频图像插值和重建技术研究博士研究生：高欣玮导师：赵德斌教授申请学位：工学博士学科：计算机应用技术所在单位：计算机科学与技术学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:TH3

2、91.4U.D.C:681.3DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringCOMPRESSIONDOMAINBASEDIMAGE/VIDEOINTERPOLATIONANDRECONSTRUCTIONTECHNOLOGYCandidate：GaoXinweiSupervisor：Prof.ZhaoDebinAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpecialty：ComputerApplicationTechnologyAffiliation：SchoolofComputerS

3、cienceandTechnologyDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology万方数据摘要摘要如今，数字化的多媒体技术在人类社会的各个领域内有着极为广泛的应用。在各类数字多媒体信号当中，图像/视频等视觉信号逐渐成为人类最主要的信息载体。由于源图像/视频信号数据量较大，目前大量的图像/视频等视觉信号通过有损压缩编码技术，变换为压缩域码流，实现了高效的传输和存储。但是压缩视频图像也存在一些问题：一方面，受低分辨率采集设备、存储空间或传输带宽的限制，一些压缩视

4、频图像的分辨率较低；另一方面，一些经过压缩感知编码技术重建的视频图像，其重建质量较差。这些低分辨率或压缩感知重建质量低的图像/视频信号会影响人们的视觉感受。视频图像插值和重建技术能够增强压缩图像/视频的分辨率和重建质量，提高人们的视觉感受。因此压缩图像/视频的插值和重建技术是数字视频图像处理领域有实际意义的研究课题。通过码流解码得到的重建图像/视频信号可以看作是源图像/视频信号的退化信号，从退化信号恢复源信号的问题具有病态特性。该问题涉及到视频编码技术和图像处理等领域。压缩视频图像的码流在解码过程中能够产生指导重建的边信息，边信息可以对源信号的退化过程进行有效估计。根据图

5、像/视频等视觉信号的固有特性，自然视频图像的先验模型也可以约束源信号的真实解空间，将该病构性问题转化为适应性问题。综上所述，压缩图像/视频的插值和重建技术是数字视频图像处理领域有理论意义的研究课题。本文以压缩码流边信息和视频图像的先验模型作为出发点，重点针对压缩视频图像的插值问题和压缩感知视频图像的重建问题展开深入的研究。具体研究内容分为以下四个部分：第一，提出了一种基于局部自回归模型和非局部自相似模型的正则化的压缩图像插值技术。通过分析压缩图像码流的边信息，我们推导出压缩图像变换域系数的置信区间，并以此提出了基于变换域的软数据精度项。基于图像的局部和非局部特性，我们联合

6、两种互补的图像先验模型：局部自回归模型和非局部自相似模型，作为联合的正则化约束。不同于传统的只利用高低分辨率之间几何二元性的自回归模型，我们提出了一种自适应加权的在高分辨率图像上迭代的自回归模型；而在非局部的自相似模型中，我们用相似块组变换域的稀疏性来对非局部相似块组进行统一约束。结合我们提出的软数据精度项和局部非局部联合的正则化约束，我们提出压缩图像插值的优化目标函数，并采用分裂布莱格曼方法来求解。实验数据表明，我们提出的方法相比于一些经典的对比方法在主观和客观效果上均具有一定的质量增益。-I-万方数据哈尔滨工业大学工学博士学位论文第二，提出了一种基于方向性的压缩视频插

7、值技术。传统的源视频插值技术直接应用于压缩视频时，插值视频效果往往不尽如人意。其原因是忽略了压缩视频码流中的边信息。通过借鉴视频帧内预测技术和边缘指导的插值模型，我们提出了基于方向性的压缩视频（帧内编码帧和帧间编码帧）插值技术。整体压缩视频插值框架充分利用压缩码流的空域和时域边信息。对帧内编码帧（I帧）来说，插值滤波器利用了帧内方向性纹理的预测模式信息的指导作用。针对每一个帧内方向预测模式，我们在训练集上（经典视频序列及其对应的低分辨率压缩视频）训练出相对应的优化插值滤波器，所以插值滤波器能通过帧内方向预测模式自适应选择。而且