[发明专利]小波变换系统,方法和计算机程序产品

说明书

分案说明 

本申请是2004年12月17日提交的、发明名称为“小波变换系统，方法和计算机程序产品”的中国专利申请03814097.7的分案申请。 

技术领域

本发明涉及数据压缩，特别是利用小波压缩数据。 

背景技术

视频“编译码器”(压缩器/解压缩器)用于通过图像质量、处理器需求(即，成本/功率消耗)、和压缩率(即，所得的数据率)之间的平衡降低数据通信流所需的数据速率。目前可用的压缩方法提供了不同的权衡范围，产生了多种编译码器形式，其中，每一种形式被优化以满足一种特定应用需要。 

现有技术图1示出了当前可用的各种不同压缩算法之间权衡的一个例子100。如图所示，这些压缩算法包括基于小波的编译码器102，和包括各种不同MPEG视频分布形成的基于DCT的编译码器104。 

2D和3D小波是基于DCT的编译码算法的目前可供选择的方法。由于小波的合意的图像质量和灵活的压缩率，一直受到高度关注，促使JPEG委员会采用小波算法作为它的JPEG2000静止图像标准。不幸的是，大多数小波装置使用需要大量处理能力的、有关DCT选择的、十分复杂的算法。此外，小波存在着临时压缩的独特复杂问题，使得3D小波特别困难。 

由于这些原因，小波从来就没有提供过优于MPEG之类的大容量工业标准编译码，因此，仅被一些特定的应用领域采用。因此，需要有一种针对三个主要市场分割的、优化为低功率和低成本的、商业可行的3D小波装置。 

例如，小型摄像机获得了越来越广泛的使用，并且具有数字处理信号的显著优点。例如，在一些国家，蜂窝电话市场增长最快的部分是具有图像和视频片断剪辑能力的电话。大多数数字照相机具有视频片断剪辑特征。在移动无线手持电话市场中，这些静止图像和短视频片断的传输需要更大的来自装置电池的容量。现有的视频编码标准和数字信号处理器对蓄电池的要求更高。 

另一个新的应用是允许观看者暂停实况TV转播和录制电视节目过后观看编程的个人录像机(PVR)。这些装置使用数字硬盘存储，以记录视频，并且需要对来自电缆的模拟视频信号的视频压缩。为了提供画中画和边看边录像之类的特征，这些单元需要多个视频压缩编码器。 

另一个日益增长的应用领域是用于监视和保安视频的数字摄像机(DVR)。也需要压缩编码来存储每个信道的输入视频。为了利用方便、灵活的数字网络传输体系结构，必须在摄像机中数字化视频信号。即使使用老式的多路复用录像体系结构，也需要多个信道压缩编码器。 

当然，还有许多其它市场可以从为了低功率和低成本优化的商业可用的3D小波实施得到利益。 

经验表明，可以将考虑为2维平面上的函数的图像很好地建立成一个多项式模型，大多数点是平滑的，只有一些点是相对孤立的点和线(边缘)特异性。可以用3维域类似地建立视频片断的模型。对于大多数图像和视频，从线性多项式模型产生的RMS(均方根)余量在5％左右，而对于二次多项式模型是2％左右。 

近似模拟这些函数(图像和视频)的常用方案包括以下步骤： 

1)可逆地变换函数，使得可以将变换的系数分割成“子频带”， 

2)量化除了“低通”子频带之外的所有子频带(即，降低除了“低通”子频带之外的所有子频带的精度)， 

3)对量化的系数使用逆变换，从而重构一个近似于原始函数的的函数。 

一种好的方案使用一种将函数的低级多项式内容投射到非量化“低通”子频带的变换。这种方案最好也在其它子频带中产生零或非常小的值。 因此，非低通子频带的后续量化将不会显著地改变用足够低级的多项式建模的函数的变换，并且对于原始函数的近似重构也将非常好。 

实现的真实性使得变换的函数中的值仅仅依赖于原始函数域中的一些点的小的邻域中的值，是最好不过的了。这是JPEG和MPEG标准中8x8块的目的之一。在这些规定中，邻域是重合的，或不相交的，将图像域分割成多个各具有明显边界的不相交邻域。在这些边界上，从量化得到的近似可能不好(众所周知的离散傅立叶变换中的“Gibbs效应”)，在重构、近似图像中导致显著的“编块(blocking)”人工效应物。