【正文】 為 ? 式中， 為過去預測值， 為量化誤差函數(shù)， 為解碼器的輸出。這些性質都可以用于圖像數(shù)據(jù)壓縮。 2022/2/14 圖像變換編碼基本原理 正交變換及編解碼框圖 二 維 正 交 變 換 系 數(shù) 量 化 編 碼 解 碼 逆 變 換信 道 傳 輸輸 入 圖 像輸 出 圖 像2022/2/14 視頻圖像編碼簡介 ? 隨著計算機網(wǎng)絡及通信技術的迅速發(fā)展，圖像通信受到該領域科技工作者的廣泛關注。 ? 基本系統(tǒng)提供順序建立方式的高效有失真編碼，輸入圖像的精度為 8比特 /像素。 88?2022/2/14 JPEG標準 ? （ 4） 對 DCT量化系數(shù)進行熵編碼，進一步壓縮碼率。 MPEG標準主要由視頻、音頻和系統(tǒng)三個部分組成，是一個完整的多媒體壓縮編碼方案。 ? 第五部分： 參考軟件。 ? P幀： 采用預測編碼的方法，利用過去的 I幀和 P幀進行運動補償預測，可以得到更有效的編碼。在一些具體模塊的實現(xiàn)上，標準開放，例如運動矢量的估計算法、圖像的刷新機制、編碼控制等可以根據(jù)情況由設計者自行選用。只要根據(jù)接收到的碼流的語義進行相應的處理即可。 MPEG1可以在兩個參考幀 I幀和 P幀之間安排任意幅 B幀。 MPEG2的視頻編碼方案與 MPEG1相類似，在編碼比特流的分層次組織上也有類似的地方。選擇的標準的依據(jù)是幀的行間相關系數(shù)和場的行間相關系數(shù)的大小。 2022/2/14 3． MPEG4標準 ? MPEG4是 1999年 12月通過的一個適應各種多媒體應用的 “ 視聽對象的編碼 ” 標準，國際標號是 ISO/IEC14496。場景描述信息具體定義了所有視音頻對象在場景中的組織和同步參數(shù)。對于用戶而言， DMIF是一個靈活的應用接口。 1990年通過 “ 視聽業(yè)務的視頻編解碼器 ” ，其中 p=1~30，覆蓋了整個窄帶 ISDN的基群信道速率。 skbitP /64?sk b it /1920~64 88?2022/2/14 ? 2. ? 圖像的縱橫像素數(shù)是圖像的基本格式。 2022/2/14 2022/2/14 ? 圖示信源編碼方框圖，信源編碼器的作用主要是數(shù)據(jù)壓縮，采用 DCT變換后把系數(shù)量化，之后輸入到圖像復用編碼器。其主要功能是插入 BCH正性糾錯碼，以便傳輸終端的解碼器能檢測和糾正錯誤碼字。 2022/2/14 DCT變換 ? 由于 DCT變換核構成的基向量與圖像內容有關，且變換核是可以分離的，故可通過兩個一維 DCT變換得到二維DCT變換。而變換矩陣的 右下角大部分系數(shù)較小 ，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理可以接近 0，這是圖像的高頻分量，代表了圖像的細節(jié) 。因此具有更好的編碼性能。 的 QCIF分層結構示意圖如圖 。運動矢量范圍為 [16， ]。圖像外的像素值是由圖像邊界像素值填充得到的。其中 P幀是在缺省模式中采用的幀間編碼的幀， P幀由前面已經(jīng)編碼的 P幀或 I幀來預測。為了對各種視頻壓縮標準進行比較，表 壓縮標準發(fā)展歷程。 ? (3)運動矢量的精度可以達到 1/4像素或者 1/8像素，與整數(shù)精度的空間預測相比，可以提高 20%編碼效率。根據(jù)傳輸通道或存儲介質的特性對 VCL輸出進行適配。 ? B片：除了可以采用 P片的所有編碼方式外， B片的宏塊還可以采用具有兩個運動矢量的雙向預測編碼。主要檔次除支持基本檔次的功能外，還支持 B片、交替視頻和基于算數(shù)編碼的熵編碼方法以及加權預測。 2022/2/14 ? 3）去塊效應濾波器 ? 為了消除因編碼方式不同等原因而可能產(chǎn)生的塊效應， 應濾波的環(huán)路濾波器，在重建圖像之前使用。在編碼器中，反量化、反變換得到的差值與預測塊相加得到重構解碼宏塊，經(jīng)過濾波以后減小塊失真的影響，從而產(chǎn)生重構預測的參考圖像。 2022/2/14 ? 4. 檔次 ? 、主要檔次和擴展檔次，以適用于不同的應用。 2022/2/14 ? 根據(jù)編碼方式和作用的不同， ： ? I片： I片內的所有宏塊均使用幀內編碼。在一些特殊的情況下，圖像的一部分適合采用幀模式編碼，而另一部分適合采用場模式編碼， 自適應的場幀模式轉換。 ? (2)運動補償塊的大小采用可變形式， 大小和形狀的宏塊分割與亞分割的方法。在技術上，采用統(tǒng)一的 VLC符號編碼，高精度、多模式的位移估計，基于塊的整數(shù)變換、分層的編碼語法等措施使得 ，在相同的重建圖像質量下，比 50%左右的碼率，更適合窄帶傳輸。 2022/2/14 ? 4） PB圖像模式 ? PB圖像模式引入了一種新的幀，即 PB幀。 ? 1）無限制運動矢量模式 ? 運動矢量可以指向圖像外，范圍擴展到 [， ]。 2022/2/14 2022/2/14 2022/2/14 ? 2. 運動預測 ? 1） 1/2像素精度運動矢量預測 ? 1/2像素預測。一個 GOB所包含的 MB是不同的，對應的行數(shù)也不同。 2022/2/14 ? 1995年，是國際電信聯(lián)盟針對64kbit/s以下的低比特率視頻應用而制定的標準。在其中取出一個 的子塊，對其進行二維 DCT后，得到的變換域系數(shù)矩陣。 ? （ 1） CIF和 QCIF格式的選擇； ? （ 2）允許每二幀圖像之間有 0到 3幀圖像不傳。以便適應圖像變更的內容，充分發(fā)揮既定的比特率的傳輸能力。輸出仍然是 CIF或 QCIF格式、幀頻 30Hz信號，經(jīng)相反的變換，還原成視頻復合信號。這些編碼方法都屬于混合編碼的范疇。 2022/2/14 ? 1. 編碼方案的提出 ? 為適應可視電話和會議電視的需要， 1984年國際電報電話咨詢委員會（ CCITT）的第 15研究組，對于可視電話的編碼問題，提出了一個 ，針對 625行 /幀， 50場 /秒，在 PCM一次群上傳輸圖像信號，在此基礎上， 1988年提出了一個傳輸速率為 5級的標準， 。 2022/2/14 3． MPEG4標準 ? MPEG4可視信息的編碼部分包括了許多內容，其工具集可以不斷地擴充進新的編碼工具，甚至用戶自己的編碼方法也可以放入工具集，因此標準可隨時趕上技術的發(fā)展而保持長時間有效。 MPEG4能夠提供多種工具，把一組對象組合為一個場景?？煞旨壘幋a的優(yōu)點是同時提供不同的編碼服務水平，例如可以在一個公共的信道實現(xiàn) HDTV（ High Definition Television，高清晰度電視）和SDTV的同播，以供不同水平的接收機使用，但代價是要增加一定的額外碼字。 MPEG2在把宏塊數(shù)據(jù)分割為塊的時候，可以選擇按幀分割或按場分割，相應地就可以在幀或場的模式下進行 DCT編碼，以便在不同的情況下適當?shù)貙ψ訅K的空間冗余度加以利用，從而得到最佳的壓縮效果。 2022/2/14 MPEG標準 ? 視頻部分和 ITUT的 ，作為一個通用的編碼標準，它的應用范圍更廣，既包括標準數(shù)字電視、高清晰度電視，也包括 MPEG1的工作范圍。編碼器可根據(jù)需要選擇圖像組的長度以及 I、 P、 B幀出現(xiàn)的頻率和位置。子塊則是 DCT、量化以及 “ Z”字形掃描和 VLC編碼輸出的基本單元。在有 B幀時，要有兩個幀存儲器分別存儲過去和將來的兩個參考幀，以便進行雙向運動補償。為此定義了四種編碼幀： I幀、 P幀、 B幀和 D幀。 ? 第三部分： MPEG1音頻，描述高質量的音頻的編碼表示和高質量音頻信號的解碼方法。 1991年 11月提出了 。利用這些閾值，在編碼率小于 1比特 /像素的條件下依然可以獲得非常好的圖像質量。 2022/2/14 JPEG標準 ? JPEG標準根據(jù)不同的應用場合對圖像的壓縮要求提出了幾種不同的編、解碼方法，主要分為基本系統(tǒng)、擴展系統(tǒng)和信息保持型系統(tǒng)。編碼過程實現(xiàn)圖像信息的壓縮。例如傅里葉變換、沃爾什變換、離散余弦變換等。量化器的作用是將預測誤差映射到有限個輸出 中， 決定了有損預測編碼中的壓縮量和失真量。 ? 在多數(shù)情況下，可以通過將個先前的像素進行線性組合得到預測值。 ? 至此，可獲得表 ，由表 農(nóng)編碼的平均碼字長度。 Huffman編碼 2022/2/14 Huffman編碼 ? 產(chǎn)生 Huffman編碼需要對原始數(shù)據(jù)掃描兩遍。 2022/2/14 2022/2/14 ? 觀察符號序列，發(fā)現(xiàn) s0,s1,s2這三個符號出現(xiàn)的頻率比較大，其他符號出現(xiàn)的頻率比較小，如果采用一種編碼方案使得 s0,s1,s2的碼字短。然而，與 RLE不同的是，它在對文件進行編碼的同時，生成特定字符序列的表以及它們對應的代碼 基于字典的技術 2022/2/14 ? LZW編碼的基本思想：在編碼過程中，將所遇到的字符串建立一個字符串表，表中的每個字符串都對應一個索引，編碼時用該字符串在字串表中的索引來代替原始的數(shù)據(jù)串。如果圖像是由很多塊顏色或灰度相同的大面積區(qū)域組成的，那么采用行程編碼可以達到很高的壓縮比?；谧值涞募夹g生成的文件包含的是定長碼，每個碼字代表原文件中數(shù)據(jù)的一個特定的序列。實際應用時需要將編碼結果解碼，恢復成圖像的形式才能使用。有損壓縮算法刪除了不相干的信息，因此只能對原有的圖像進行近似地重構，而不能精確的復原。在這里對每個信息或事件所附的符號序列稱為碼字，而每個碼字里的符號個數(shù)稱為碼字的長度。 場景中總有一些物體，圖像中就有一些目標，同一目標的像素之間一般具有相關性。壓縮的理論基礎是信息論，是一種通過刪除冗余的或者不需要的信息來達到壓縮數(shù)據(jù)量目的的技術。 第 5章 圖像編碼與壓縮 2022/2/14 ? 視頻圖像序列中的不同幀之間的相關性所造成的冗余。 ? 是指在有些圖像中還包含與某些先驗知識有關的信息。但是，有些圖像是不允許進行有損壓縮的。信息損失型可以取得很高的壓縮比。對于某些圖像的一些區(qū)域，它們是由相同的灰度或顏色的相鄰像素組成的。 基于字典的技術 2022/2/14 ? [例 1] 某一圖像的第 i行為（ 180， 180， 180， …… ）共10000個數(shù)據(jù) ,模仿 RLE編碼可以簡單寫成 (180,10000)。是一種非等長最佳編碼方法。編碼必須保證不能出現(xiàn)一個