視頻通信中的圖像處理技術(shù)分析

毛文慧 楊丹 蔣琴 四川幼兒師范高等專科學(xué)校

視頻通信是對(duì)視頻信息進(jìn)行傳遞的一種現(xiàn)代化通信服務(wù)。視覺是人類獲取外部信息最為重要的渠道，導(dǎo)致人們對(duì)通信可視化方面的需求逐漸提高。而在視頻通信中，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像處理技術(shù)的合理選擇和應(yīng)用，以促進(jìn)圖像效果的優(yōu)化，更符合人們對(duì)圖像質(zhì)量的要求，為人們的生活和辦公過程提供便利，值得我們更為深入的探索。

1 圖像恢復(fù)技術(shù)

所謂圖像恢復(fù)技術(shù)，是指對(duì)一系列低質(zhì)圖像進(jìn)行恢復(fù)處理，以獲得高質(zhì)圖像，繼而提升圖像分辨率，屬于一種提高圖像質(zhì)量最為常用的處理技術(shù)。通常情況下，在已知圖像退化過程的情況之下，可以通過對(duì)時(shí)間分辨率的犧牲來獲得更為優(yōu)質(zhì)的空間分辨率。在視頻通信當(dāng)中，由于已知圖像壓縮方式，所以能夠在視覺暫留機(jī)制限制之下結(jié)合多幀圖像的方式實(shí)現(xiàn)視頻圖像質(zhì)量的恢復(fù)。

1.1 凸集投影方法

利用凸集投影方法能夠有效消除視頻通信當(dāng)中的塊效應(yīng)，并在一定程度上維持圖像細(xì)節(jié)。一般情況之下，需要假設(shè)待重建高質(zhì)量圖像屬于希爾伯特空間h當(dāng)中的某個(gè)元素，隨后利用圖像壓縮、傳輸?shù)扔锌赡軐?dǎo)致圖像退化的通信過程進(jìn)行建模，使先驗(yàn)因素被約束于希爾伯特空間內(nèi)的各個(gè)封閉凸集當(dāng)中，隨后給予凸集相對(duì)應(yīng)的投影算法P。在獲得圖像退化約束凸集之后，需要在希爾伯特空間當(dāng)中任選一元素，將其當(dāng)作初始高質(zhì)圖像，隨后結(jié)合所利用的投影算法依據(jù)相應(yīng)順序分別為約束凸集作投影處理，同時(shí)依據(jù)約束凸集中投影持續(xù)針對(duì)初始高質(zhì)量圖像作迭代調(diào)整處理，直到最終收斂獲得恢復(fù)圖像為止。

一般情況之下，在利用凸集投影方法對(duì)視頻圖像進(jìn)行處理的過程中，最為常用的約束凸集包括兩個(gè)：量化限制約束凸集C1與平滑限制約束凸集C2。作為數(shù)字化通信方式的一種，視頻通信在通過DCY變換方式完成對(duì)圖像的編碼之后，要使其被量化至相應(yīng)量化間隔當(dāng)中，以起到對(duì)限制約束凸集C1以及對(duì)應(yīng)投影算子P1的約束作用。除此之外，出于對(duì)圖像緩變性的考量，在空域當(dāng)中需要維持圖像的平滑特性，造成對(duì)圖像劇變的限制。為獲得圖像平滑性約束效果，科研人員提出了很多投影算子及其相對(duì)的約束凸集，而帶寬約束凸集C2的研究進(jìn)展和推廣范圍最大，與之對(duì)應(yīng)的投影算子P2能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)圖像像素級(jí)別作濾波運(yùn)算處理。

利用凸集投影方式，可以在充分解決圖像塊效應(yīng)問題的同時(shí)，在最大程度上保留圖像細(xì)節(jié)。在迭代過程當(dāng)中，沿著梯度下降方向持續(xù)探尋最優(yōu)解，直到收斂位置。此種迭代算法具有較強(qiáng)的復(fù)雜程度，而實(shí)時(shí)性相對(duì)較差，通常很難實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的實(shí)時(shí)化處理。此外，凸集投影方法在實(shí)現(xiàn)消除圖像中塊效應(yīng)的過程中，會(huì)破壞圖像當(dāng)中各個(gè)頻率分量之間的比例關(guān)系，非常有可能帶來圖像退化的后果。因此，在具體處理過程當(dāng)中，會(huì)由于約束凸集C1和C2選擇的不恰當(dāng)而導(dǎo)致兩者交集為空，造成算法不能實(shí)現(xiàn)收斂的問題出現(xiàn)。

1.2 貝葉斯方法

該方法屬于一種針對(duì)圖像恢復(fù)過程的概率方法，其主要目標(biāo)在于找出恢復(fù)之后的圖像，退化成原圖像的幾率最高。設(shè)所接收低質(zhì)圖像是Y，原始高質(zhì)圖像是X，那么貝葉斯方法相應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)則可表示為并且其中D表示原始高質(zhì)圖像相應(yīng)的退化過程。利用貝葉斯方法對(duì)圖像恢復(fù)問題進(jìn)行處理，主要是從概率學(xué)角度對(duì)具體問題進(jìn)行分析，通過最大后驗(yàn)概率估計(jì)獲得退化的低質(zhì)圖像，以此為基礎(chǔ)從最大概率角度獲取原始高質(zhì)圖像，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖像分布模型與先驗(yàn)信息的綜合考量，可以從整體角度實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像最大程度的恢復(fù)效果。

貝葉斯方法中最為經(jīng)典的應(yīng)用工具是馬爾科夫隨機(jī)場(chǎng)，目前已經(jīng)在圖像處理工作中實(shí)現(xiàn)了較大范圍的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像局部和整體層面潛在關(guān)聯(lián)信息的有效反映，繼而準(zhǔn)確呈現(xiàn)圖像本質(zhì)。對(duì)于圖像恢復(fù)處理工作來說，馬爾科夫隨機(jī)場(chǎng)通常可以分成條件隨機(jī)場(chǎng)和生成隨機(jī)場(chǎng)這兩大類。其中，條件隨機(jī)場(chǎng)是通過所獲得的低質(zhì)圖像Y，實(shí)現(xiàn)對(duì)原始高質(zhì)圖像X的直接估計(jì)，生成隨機(jī)場(chǎng)則通過貝葉斯準(zhǔn)則使后驗(yàn)概率建模過程轉(zhuǎn)化成圖像似然模型和先驗(yàn)?zāi)Ｐ椭g的建模。除較為常用的條件隨機(jī)場(chǎng)和生成隨機(jī)場(chǎng)之外，隱馬爾科夫隨機(jī)場(chǎng)同樣在圖像恢復(fù)處理工作中得到了較好的應(yīng)用，可以通過對(duì)隱含層的引入實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像表示方法的進(jìn)一步豐富，繼而促進(jìn)圖像表征程度的深化。

2 圖像增強(qiáng)技術(shù)

在視頻通信之下的圖像恢復(fù)以及圖像增強(qiáng)，與其它應(yīng)用場(chǎng)景不同。這主要是因?yàn)橐曨l會(huì)議場(chǎng)景中所傳輸?shù)膱D像內(nèi)容通常以人物為主，而且圖像使用人員一般是其它用戶，所以往往更加重視圖像主觀質(zhì)量，特別是對(duì)人員面部細(xì)節(jié)的展示。在對(duì)低質(zhì)圖像進(jìn)行圖像恢復(fù)處理之后，應(yīng)該對(duì)其作進(jìn)一步圖像增強(qiáng)處理。與圖像恢復(fù)過程從低質(zhì)圖像中恢復(fù)高質(zhì)圖像的處置方式不同，圖像增強(qiáng)更加關(guān)注于圖像平滑度和視覺效果的提高。針對(duì)視頻通信的圖像增強(qiáng)方法種類較多，以下為兩種最為常用的處理方法。

2.2 后續(xù)濾波

與環(huán)路濾波不同，其實(shí)現(xiàn)過程并不需要對(duì)編碼過程作配置處理，僅需在解碼端依據(jù)圖像特征進(jìn)行配置，在濾波器配置方面更為簡(jiǎn)便。因?yàn)閳D像塊效應(yīng)在頻域當(dāng)中主要呈現(xiàn)為高頻噪聲，倘若針對(duì)全圖作低頻濾波處理，雖然可以有效去除塊效應(yīng)，但會(huì)使圖像當(dāng)中邊緣高頻信息變得更加模糊，對(duì)圖像增強(qiáng)不利。基于此，人們相繼提出多種自適應(yīng)濾波方法，就圖像當(dāng)中的平坦區(qū)域、紋理區(qū)域和邊緣區(qū)域等分別選擇相應(yīng)的濾波器結(jié)構(gòu)，在完成塊效應(yīng)去除的同時(shí)，有效保留圖像當(dāng)中的細(xì)節(jié)信息。

通常情況下，對(duì)于后續(xù)濾波的應(yīng)用，可以采取離散余弦變化使圖像轉(zhuǎn)化至DCY域當(dāng)中，結(jié)合Walsh變化使原始圖像轉(zhuǎn)變?yōu)?*4字塊所構(gòu)成的新圖像，同時(shí)配置自適應(yīng)地域值針對(duì)圖像作分割處理，使邊緣和非邊緣區(qū)域之間實(shí)現(xiàn)分離，分別采取相應(yīng)的濾波器結(jié)構(gòu)作濾波處理。對(duì)于此種應(yīng)用方法的利用，可以在保證去除塊效應(yīng)的同時(shí)，防止圖像中信息的丟失，隨后結(jié)合自適應(yīng)補(bǔ)償獲得想要的濾波圖像，實(shí)際應(yīng)用效果較好。

3 結(jié)束語

總而言之，在人類通信需求日益增強(qiáng)的今天，對(duì)圖像處理技術(shù)合理應(yīng)用于視頻通信領(lǐng)域，以提高視頻通信效果，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。作為一名視頻通信科研人員，應(yīng)該在日常工作中對(duì)國(guó)外的一些先進(jìn)設(shè)計(jì)理念加以借鑒，繼而與我國(guó)通信行業(yè)發(fā)展的整體情況相結(jié)合，創(chuàng)建出一套更加符合我國(guó)國(guó)情的視頻圖像處理研發(fā)與應(yīng)用體系，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)注入源源不斷的活力。