云計(jì)算平臺(tái)中的圖像序列高效無損壓縮方法研究.pdf

1、云渲染是新一代三維動(dòng)畫制作的關(guān)鍵技術(shù)。在電影制作領(lǐng)域，三維動(dòng)畫或者特效場(chǎng)景會(huì)通過云渲染產(chǎn)生大規(guī)模的圖像數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部的傳輸過程中會(huì)占用大量的帶寬資源導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，并且低密度的存儲(chǔ)會(huì)使用戶的存儲(chǔ)成本上升，因而亟待解決壓縮存儲(chǔ)問題。此類渲染圖像數(shù)據(jù)需用于三維動(dòng)畫的后續(xù)制作合成，為了保證后期動(dòng)畫質(zhì)量，不宜采用有損壓縮。而現(xiàn)有的無損圖像壓縮算法通常僅挖掘幀內(nèi)冗余并未充分考慮幀間的冗余信息，所以壓縮比偏低且壓縮速度慢;視頻編碼方案雖

2、然壓縮比高，但很難達(dá)到絕對(duì)無損且計(jì)算比較復(fù)雜。
　　為此，本文在對(duì)基于字典技術(shù)的通用數(shù)據(jù)壓縮算法LZ77分析的基礎(chǔ)上，提出了通過減少數(shù)據(jù)局部復(fù)雜性的數(shù)據(jù)塊重排策略。該方案能夠針對(duì)渲染結(jié)果圖像序列，在不額外增加計(jì)算時(shí)間的前提下，獲得更高的壓縮比。本文進(jìn)一步針對(duì)渲染圖像序列相鄰圖像幀之間相關(guān)性比較大的特點(diǎn)，基于預(yù)測(cè)編碼模型中的差分編碼方案，提出了一種適合存儲(chǔ)的稱之為L(zhǎng)ZT的圖像序列無損壓縮方案。另一方面，利用圖像哈希能夠快速查找到相似

3、像素矩陣的特點(diǎn)來改善數(shù)據(jù)塊重排的精度和速度，進(jìn)一步提高壓縮比。最后，提出了一種基于云平臺(tái)的分布式無損編解碼方案，以解決圖像序列數(shù)據(jù)量大單機(jī)計(jì)算能力不足的問題。
　　本文的主要工作和成果如下:
　　(1)針對(duì)渲染圖像序列壓縮效率比較低的問題，文中從信息論的角度剖析了數(shù)據(jù)的分布以及字典壓縮算法的特點(diǎn)，提出通過增加局部冗余機(jī)制的圖像數(shù)據(jù)塊重排算法來改善系統(tǒng)的壓縮性能。該方法充分利用了圖像序列的全局冗余信息，并且比較適合分布式編碼，

4、結(jié)果表明該算法的壓縮比有很大程度提高。
　　(2)為了在更加充分的利用圖像序列的幀內(nèi)與幀間冗余信息，在圖像數(shù)據(jù)塊重排算法的基礎(chǔ)之上引入預(yù)測(cè)編碼模型，通過差分編碼的機(jī)制在編碼過程中進(jìn)一步減少數(shù)據(jù)的冗余信息，研究了基于字典壓縮算法的圖像編碼格式PNG、APNG以及MNG格式，并提出了一種適合無損存儲(chǔ)渲染圖像序列的LZT編碼方案。
　　(3)為了提高數(shù)據(jù)塊重排算法中的局部數(shù)據(jù)冗余度，通過引入圖像哈希的機(jī)制來進(jìn)一步提高效率。圖像哈希

5、能夠快速的檢索出相似的圖像，并且可以通過哈希值來對(duì)圖像塊的相似程度進(jìn)行度量，因而通過在基于數(shù)據(jù)塊重排算法中通過圖像哈希算法使得相似性較大的數(shù)據(jù)快速的聚集同樣可以提高壓縮性能。
　　(4)構(gòu)建了基于云計(jì)算的分布式無損編碼系統(tǒng)，解決計(jì)算密集型任務(wù)單機(jī)處理能力有限的問題。該系統(tǒng)繼承了云計(jì)算平臺(tái)魯棒性、可擴(kuò)展性的優(yōu)點(diǎn)，并且充分利用了數(shù)據(jù)塊重排中的全局冗余信息，因而依然能夠保持高壓縮比，同時(shí)通過并行計(jì)算的方式能夠顯著的降低編解碼的處理時(shí)間。