改进的帧内帧间模式选择快速算法

为提高I帧和P帧的编码效率,H.264视频编码标准采用多模式帧内预测和多子块模式帧间预测,并选择率失真最优的模式进行编码,导致编码复杂度很高.为此,提出一种基于小波变换的帧内模式快速选择结合帧间预测下帧内模式预判断的算法.利用小波变换后的低频子图做帧内模式选择,由此预判断宏块中每个4×4子块可能的预测模式,使原来9次的代价函数计算减少到平均3.75次;使用去均值的差值平方和,预判断宏块是否选择帧间预测下的帧内编码模式,减少P帧编码时间.实验表明,改进算法在峰值信噪比降低不超过0.0644dB的情况下,编码速度平均提高19%左右.      

一种基于曼哈顿距离的帧间加权预测算法

合并模式通过共享邻域块的运动矢量（MV）来节省编码运动信息比特数,有效提升了编码器率失真性能。然而,当前合并模式中的运动补偿预测（MCP）不够准确。为此,分析了合并模式中的预测残差分布特点,并提出了一种基于曼哈顿距离的加权预测算法作为合并模式的附加候选项。首先,采用邻域合并候选项的运动矢量进行运动补偿预测得到多个预测块;然后,根据候选块位置与像素点的曼哈顿距离对获得的多个预测块进行加权平均得到附加候选项;最后,通过率失真优化（RDO）从附加候选项和原有候选项中选择出最佳的合并模式。实验结果显示:在联合探索测试模型JEM 7.0平台上,所提算法在不同的编码器配置下均获得了率失真性能的提升,其中低延迟P帧下达到了平均1.34%的比特率节省。      

基于混合编码的天文序列图像无损压缩算法

提出了一种将时间和空间双维度预测与混合熵编码结合的图像无损压缩算法,应用于星体定点成像的天文序列图像.时间与空间双维度预测可以消除天文序列图像的时间相关性和空间相关性.混合熵编码融合了高熵编码与低熵编码算法,充分利用预测误差分布的稀疏性,进一步提升压缩效率.针对星体的天文序列图像,该算法首先在时间维度上进行帧间预测,去除时间相关性,再对帧间预测后的图像在空间维度上进行直方图滤波和上下文预测,去除空间相关性,最后将预测误差送入熵编码器进行编码.实验结果表明,本文所提出算法的压缩效果优于JPEG-LS,平均压缩比提升约15%.该算法结构简单,计算复杂度较低,易于硬件实现,适合星载天文图像的无损压缩.      

空间液滴蒸发实验中液滴图像的无损压缩算法

为了提高空间液滴蒸发实验中图像无损压缩率, 根据连续采集到的液滴图像之间相关性很大的特点, 提出了一种基于JPEG-LS和帧间预测误差编码的图像序列无损压缩算法. 该算法对图像序列第一帧采用JPEG-LS算法编码, 对帧间预测误差帧进行Golomb编码, 从而实现对连续采集到的液滴图像序列进行无损压缩. 实验结果表明, 该算法比单纯采用JPEG-LS算法的压缩率有明显提高, 编解码过程更简单, 编码需要时间更少.      

HEVC对偶编码单元划分优化算法

为了解决视频数据量日益增长与用户享受高质量视频体验需求之间的矛盾,HEVC在H.264/AVC标准的基础上通过引入新型的编码结构和算法进一步将编码效率提升了50%,但是也极大地提升了编码复杂度。基于此,提出对偶编码单元(CU)划分网络DualNet,来降低HEVC中帧内编码复杂度。该网络由预测网络和目标网络2个部分组成,其中,预测网络通过分析图像统计特征实现编码单元划分决策,从而跳过四叉树的遍历搜索,提高编码单元划分决策的时间效率;目标网络基于率失真代价评价和优化决策模型提升编码单元划分性能,实现模型互补和最优率失真估计。实验结果表明:与HEVC标准对比,所提算法在实现相近的压缩效果的前提下能够节省64.06%的编码时间。      

H.264中多参考帧快速运动估计算法

针对H.264的运动估计计算量太大的问题,通过研究并验证视频多帧参考时的运动连续性,提出了一种基于有效区域的快速运动估计算法(VRF,Valid-Region-based Fast Motion Estimation). 该算法在第一个参考帧中用三步搜索(3SS,3-Step Search)快速估计整像素精度运动矢量, 并以此定义一个有效区域, 参考其它帧时, 在该有效区域内作改进的3SS估计; 然后选择最佳参考帧; 最后在所选择的最佳参考帧的有效区域内作全搜索和相应的分数像素精度估计. 实验证明, 和H.264全搜索相比, 本算法的运动估计搜索点数降低了82%以上, 而恢复质量(用峰值信噪比(PSNR,Peak Signal to Noise Ratio)表征)平均只下降0.24 dB,且码速率只增加8.81%; 和另一个经典的帧选择快速算法相比, 本算法的搜索点数降低了39%,且码速率平均下降了5.17%, 而恢复质量只下降0.08 dB.      

H.264中多模式运动估计算法优化

针对H.264标准的多模式运动估计算法编码模式复杂、计算量大的不足,通过对H.264参考模型JM10中运动估计算法的分析,提出了一种利用时间、空间相关性的模式选择算法和结合一维绝对差值和(SAD,Sum of Absolute Difference)的高效匹配准则,将串行全搜索的运动估计算法改进为并行部分搜索的运动估计算法,把一维SAD和二维SAD匹配准则结合使用,从模式选择和编码速度两个方面对原算法进行优化.实验结果表明:与参考模型JM10的运动估计算法相比,提出的优化算法在恢复质量(用峰值信噪比表征)平均下降0.03 dB、码速率增加不超过1.5%的前提下,编码速率提高20%~30%,表明了该算法在恢复质量略有下降的情况下明显提高了编码速度.      

时空域上下文学习的视频多帧质量增强方法

卷积神经网络（CNN）在视频增强方向取得了巨大的成功。现有的视频增强方法主要在空域探索图像内像素的相关性,忽略了连续帧之间的时域相似性。针对上述问题,提出一种基于时空域上下文学习的多帧质量增强方法（STMVE）,即利用当前帧以及相邻多帧图像共同增强当前帧的质量。首先根据时域多帧图像直接预测得到当前帧的预测帧,然后利用预测帧对当前帧进行增强。其中,预测帧通过自适应可分离的卷积神经网络（ASCNN）得到;在后续增强中,设计了一种多帧卷积神经网络（MFCNN）,利用早期融合架构来挖掘当前帧及其预测帧的时空域相关性,最终得到增强的当前帧。实验结果表明,所提出的STMVE方法在量化参数值37、32、27、22上,相对于H.265/HEVC,分别获得0.47、0.43、0.38、0.28 dB的性能增益;与多帧质量增强（MFQE）方法相比,平均获得0.17 dB的增益。      

面向量化分块压缩感知的区域层次化预测编码

在量化分块压缩感知的预测编码中，低参考价值的候选者将导致较差的率失真性能。为了高效地降低编码失真，提出了一种基于螺旋逐块扫描的区域层次化预测编码方法。在以同一采样率进行观测后，各块按由内向外的扫描次序进行预测与量化。当前观测矢量从上下文感知候选集中选取与之具有最小误差的反量化矢量，作为其预测矢量；根据层次相关性，所有块被划分到3种区域之一，通过块编码模型为不同区域设定自适应的质量因子，关键区域被赋予较大的质量因子。与现有的预测编码方法相比，所提方法综合利用了矢量之间的空域相关性和层次相关性，实验结果获得了至少0.12 dB的率失真增益。      

探空火箭图像压缩算法研究

结合探空火箭图像系统需求, 提出了一种基于小波变换编码, 即基于MSPIHT的自适应差分算术编码(MSPIHT Adaptive Differential Arithmetic Coding for image, MADAC)的图像压缩算法. 该算法对经过量化编码之后的数据 进行熵编码. 实验结果表明, MADAC算法具备探空火箭图像系统所要求的分辨 率、帧速率及压缩率可调的功能, 且易于硬件实现.      

面向空间天文观测的序列图像无损压缩算法

空间天文观测任务会获得大量天文图像.对定点天体连续观测得到的序列天文图像具有时间及空间冗余较高的特点.为了减少序列天文图像的存储与传输的数据量，保证序列天文图像的完整性，满足科学目标的任务需求，需要对其进行无损压缩.本文提出了一种利用帧内压缩与改进的帧间压缩相结合的无损压缩算法，将序列天文图像的第一帧进行JPEG-LS帧内无损压缩编码，其余帧进行改进的帧间无损压缩编码，从而有效去除序列天文图像的时间及空间冗余，提高序列天文图像的压缩比.经过试验测试，改进后的帧间压缩效果优于帧内压缩效果，改进后的帧间压缩时间少于帧内压缩时间.结果表明，该算法简单且高效，适用于对序列天文图像的无损压缩.      

基于稀疏核增量超限学习机的机载设备在线状态预测

为实现对机载设备工作状态的在线状态预测,提出了一种稀疏核增量超限学习机(ELM)算法。针对核在线学习中核矩阵膨胀问题,基于瞬时信息测量提出了一个融合构造与修剪策略的两步稀疏化方法。通过在构造阶段最小化字典冗余,在修剪阶段最大化字典元素的瞬时条件自信息量,选择一个具有固定记忆规模的稀疏字典。针对基于核的增量超限学习机核权重更新问题,提出改进的减样学习算法,其可以实现字典中任一个核函数删除后剩余核函数Gram矩阵的逆矩阵的前向递推更新。通过对某型飞机发动机的状态预测,在预测数据长度等于20的条件下,本文提出的算法将预测的整体平均误差率下降到2.18%,相比于3种流形的核超限学习机在线算法,预测精度分别提升了0.72%、0.14%和0.13%。     

MC-CDMA中的RLS-DRMTA算法

多载波码分多址(MC-CDMA)系统是将OFDM技术与CDMA技术结合起来的一种综合技术.MC-CDMA系统中同信道干扰仍然是影响系统性能的主要因素,这就需要使用智能天线来提高系统的性能.介绍一种适用于MC-CDMA系统的自适应阵的盲算法递推最小二乘解扩重扩多目标阵列(RLS-DRMTA)算法,利用扩频码的信息进行波束形成,不需要训练序列,节约了频谱资源;与LS-DRMTA算法相比,RLS-DRMTA算法节省了运算时间;另外仿真表明在正交频分复用(OFDM)解调后进行波束形成,提高了系统的性能;为了降低系统的复杂度,还用到了载波分组技术,但分组技术又会降低系统的性能,所以分组时考虑了系统性能和运算速度的折衷.仿真结果表明RLS-DRMTA算法能使方向图的主波束对准信号方向,而在干扰方向形成零陷,从而达到抑制干扰的目的.      

基于伴随式的分布式联合信源信道编码

提出一种基于伴随式(Syndrome)的具有抗差错性能的分布式联合信源信道编码方案.在不增加编码端复杂度的前提下,设计一种新的基于伴随式的编码器,使其同时具有压缩和抗差错的性能;其次,设计相应的译码器,并改进现有的联合译码算法,在译码中引入新的信息交互过程,提高了译码性能.仿真结果表明:该方案的性能优于现有的基于伴随式的分布式联合信源信道编码方案的性能,而且在信噪比较高时,该方案的性能也优于基于校验位(Parity)的分布式联合信源信道编码的性能.     

基于超统计的多阶段航空发动机剩余寿命预测

针对传统航空发动机剩余寿命（RUL）预测模型无法客观描述多阶段性能衰退过程及对于RUL预测精度不高的问题, 提出了一个新的多阶段航空发动机RUL预测模型, 包括超统计理论、突变点检测、无迹卡尔曼滤波（UKF）与非线性预测4部分内容。提出了基于超统计理论的多阶段分割滤波（BS-MSF）算法。首先, 该算法采用超统计理论进行突变点检测, 将航空发动机的健康数据划分为多个退化阶段；其次, 应用UKF对融合的时变参数进行滤波处理；最后, 通过非线性拟合对发动机RUL进行预测, 实验采用美国NASA发布的航空发动机数据进行数据分析和验证。结果表明:所提算法在发动机性能退化中的预测具有更好的适应性和更小的拟合误差, 能更准确地预测发动机的RUL, 预测精度比单阶段方法提高5.5%。      

基于CCSDS的低码率图像压缩优化算法

为了提高空间数据系统咨询委员会（CCSDS）采用的图像压缩算法的编码效率,提出了一种二维预测模型。通过利用图像像素之间的空间相关性对直流系数的预测模式及其熵编码算法进行改进和优化,该算法在有效地提高了直流系数的压缩比的同时,也增强了其抗误码性能。试验结果表明,该算法在低码率条件下能获得更好的图像编码质量,与CCSDS原有算法相比,峰值信噪比值提高了0.1~0.3dB。算法可极大地满足星载图像压缩数据在低码率下传输的要求。