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Enregistrement W7005398528

Quantization of random orthonormal matrices with application to adaptive transform coding

2024· dissertation· en· W7005398528 sur OpenAlexfundno aff

Notice bibliographique

RevueMspace (University of Manitoba) · 2024
Typedissertation
Langueen
DomaineAgricultural and Biological Sciences
ThématiquePlant Diversity and Evolution
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of Canada
Mots-clésOrthonormal basisDiscrete cosine transformCodebookOrthonormalityQuantization (signal processing)Vector quantizationImage compressionS transform
DOInon disponible

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

This thesis explores the quantization of orthonormal random matrices, an important component in the adaptive transform coding of images and video. While vector quantization in Euclidean space has been extensively studied, applying these methods to orthonormal matrices is challenging due to the inherent orthogonality constraints. Directly solving the constrained optimization problem in Euclidean space is difficult. Therefore, this research investigates several novel constructive approaches to the quantization of orthonormal random matrices, specifically for application in video and image compression. These matrices serve as approximations to the Karhunen-Loève Transforms (KLTs) of pixel blocks in images. The main objective of this thesis is to design an optimal codebook of transform matrices that can be utilized in adaptive transform coding, thereby enhancing compression efficiency. This thesis first investigates solving the constrained optimization problem in Euclidean space as an unconstrained optimization problem on the orthonormal matrix manifold. The primary goal is to minimize the mean square error (MSE) of transform coding, and this thesis derives an objective function for minimization based on high-rate analysis. Since the minimization problem lacks a closed-form solution, this thesis proposes a coordinate descent algorithm, which is guaranteed to converge to a local minimum. The proposed algorithm can be used to design both separable and non-separable transforms from sample image data. Experimental results demonstrate that adaptive transform coding using codebooks designed by the proposed algorithm outperforms both non-adaptive coding based on the widely used two-dimensional discrete cosine transform (2D-DCT) and adaptive coding using transform codebooks designed by various recently reported methods. This thesis further investigates a model-based approach to transform matrix codebook learning by modeling natural image blocks as finite lattice non-causal homogeneous Gauss Markov random fields (GMRFs) with Neumann boundary conditions. The proposed method involves the estimation of GMRF parameters. While the standard approach for GMRF parameter estimation is maximum likelihood, this thesis introduces a novel method based on high-rate analysis of transform coding, which focuses on minimizing the MSE of transform coding. In the proposed codebook design approach, the quantization of an orthonormal matrix is carried out in the parameter space of GMRF, transforming the complex task of quantizing a large matrix with orthonormality constraints into a much simpler task of vector quantization in a reduced-dimensional space. A very important advantage of the proposed method is that it can be easily used to design transforms for variable block-size adaptive transform coding. Experimental results are presented for adaptive transform coding of still images which compares the proposed approach against various other alternatives recently reported in the literature. Finally, this thesis addresses the problem of predictive quantization of a random orthonormal matrix process. While predictive quantization is commonly used to quantize correlated processes in Euclidean space, these methods are not directly applicable to processes on a manifold. The approach proposed in this thesis views the prediction problem as one of tracking KLT matrices on the orthonormal matrix manifold. A definition for matrix prediction error on the manifold is proposed. Numerical results demonstrate the effectiveness of utilizing predictive quantization of transform matrices to improve transform coding gain.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Observationnel · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,675
Score d'incertitude au seuil0,692

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,012
Tête enseignante GPT0,178
Écart entre enseignants0,167 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeObservationnel
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2024
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Résumé présentoui

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