【正文】 式提出。通過(guò)變換，降低或消除相鄰像素之間或相鄰掃描行之間的相關(guān)性，提供用于編碼壓縮的變換系數(shù)矩陣。通常采用正交變換。 ???????? ??eeeeep??2e x p21)(e?2022/2/14 有損預(yù)測(cè)編碼 ? 有損預(yù)測(cè)編碼系統(tǒng)與無(wú)損預(yù)測(cè)編碼系統(tǒng)相比，主要增加了量化器。由于在預(yù)測(cè)比較時(shí)，預(yù)測(cè)誤差的動(dòng)態(tài)范圍會(huì)遠(yuǎn)小于原始圖像序列的動(dòng)態(tài)范圍，所以對(duì)預(yù)測(cè)誤差的編碼所需的比特?cái)?shù)會(huì)大大減少，這是預(yù)測(cè)編碼可以獲得數(shù)據(jù)壓縮結(jié)果的原因。對(duì)第一組分配代碼 “ 0”，第二組分配代碼 “ 1”； ? (3)執(zhí)行步驟（ 2）后，若每組還是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的灰度級(jí)組成，就重復(fù)上述步驟，直到每組只有一個(gè)灰度級(jí)。把從最上面的根節(jié)點(diǎn)到最下面的葉子 ? 節(jié)點(diǎn)途中遇到的 0， 1序列串起來(lái)，就得到了的編碼 。其編碼結(jié)構(gòu)實(shí)際上是一個(gè)二叉樹(shù)，使常出現(xiàn)的字符用較短的碼代表，不常出現(xiàn)的字符用較長(zhǎng)的碼代表。同 RLE類(lèi)似，它也是對(duì)字符串編碼從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。 2022/2/14 ? 行程編碼比較適合于二值圖像的編碼，一般用于量化后出現(xiàn)大量零系數(shù)連續(xù)的場(chǎng)合，用行程來(lái)表示連零碼。令 f(x,y)表示輸入圖像， 表示對(duì)輸入圖像壓縮編碼和解碼后的近似圖像，則和之間的誤差可以表示為 ? ? ),(? yxf),(),(?),( yxfyxfyxe ??2022/2/14 圖像保真度準(zhǔn)則 ? 設(shè)圖像的大小為 ，則 和 之間的均方根誤差為 NM? ),( yxf ),(? yxf? ?2/110102),(),(?1?????????? ? ?????MxNyr m s yxfyxfMNe2022/2/14 圖像保真度準(zhǔn)則 ? 2. 主觀保真度準(zhǔn)則 2022/2/14 無(wú)損壓縮技術(shù) ? 無(wú)損壓縮算法可以分為兩大類(lèi)：基于字典的技術(shù)和基于統(tǒng)計(jì)的方法。 第 5章 圖像編碼與壓縮 2022/2/14 圖像保真度準(zhǔn)則 ? 圖像編碼結(jié)果減少了數(shù)據(jù)量，提高了存儲(chǔ)和傳輸?shù)乃俣取? 第 5章 圖像編碼與壓縮 2022/2/14 ? 有些圖像文件數(shù)據(jù)無(wú)損壓縮的算法刪除的僅僅是冗余的信息，因此可以在解壓縮時(shí)精確地恢復(fù)圖像。 為表達(dá)圖像數(shù)據(jù)需要使用一系列符號(hào)，如字母、數(shù)字等，用這些符號(hào)根據(jù)一定的規(guī)則來(lái)表達(dá)圖像就是對(duì)圖像進(jìn)行編碼。也稱(chēng)為像素相關(guān)冗余。雖然表示圖像需要大量的數(shù)據(jù)，但是圖像數(shù)據(jù)是高度相關(guān)的，或者說(shuō)存在冗余（ Redundancy）信息，去掉這些冗余信息后可以有效壓縮圖像，同時(shí)又不會(huì)損害圖像的有效信息。 ? 是指人眼不能感知或不敏感的那部分圖像信息。 數(shù)字壓縮技術(shù)利用了數(shù)據(jù)固有的冗余性和不相干性，將一個(gè)大的圖像數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成較小的文件。 第 5章 圖像編碼與壓縮 2022/2/14 ? 對(duì)圖像文件進(jìn)行壓縮和解壓縮都是需要時(shí)間的。但是不能通過(guò)解碼恢復(fù)原圖像。在一個(gè)逐行存儲(chǔ)的圖像中，具有相同灰度值的一些像素組成序列，稱(chēng)為一個(gè)行程。 ? [例 2] 某一圖像的第 i行為（ ai1， ai2， ai3… ,aij） ,其中j=10000，如果仍然采用 RLE編碼，則寫(xiě)成（ ai1， ai2， 1，ai3， 1， … ， aij， 1）共有 20220個(gè)數(shù)據(jù) ,文件被加倍是顯而易見(jiàn)的。用變長(zhǎng)的碼來(lái)使冗余量達(dá)到最小。按照哈夫曼編碼算法就可以保證編碼正確，如圖 。 2022/2/14 ? 2．香農(nóng)編碼（ shannon coding） ? 香農(nóng)編碼的過(guò)程與哈夫曼編碼有些相似。 2022/2/14 無(wú)損預(yù)測(cè)編碼 符 號(hào) 編 碼 器預(yù) 測(cè) 器符 號(hào) 解 碼 器預(yù) 測(cè) 器整 數(shù) 舍 入—輸 入 圖 像壓 縮 圖 像解 壓 圖 像??kfke? kf?kf?kf?圖 無(wú)損預(yù)測(cè)編碼系統(tǒng) 2022/2/14 無(wú)損預(yù)測(cè)編碼 ? 當(dāng)輸入圖像的像素序列逐個(gè)進(jìn)入編碼器時(shí)，預(yù)測(cè)器根據(jù)若干個(gè)過(guò)去的輸入產(chǎn)生對(duì)當(dāng)前輸入像素的預(yù)測(cè)值，也稱(chēng)為估計(jì)值。在二維線性預(yù)測(cè)編碼中，預(yù)測(cè)是對(duì)圖像從左向右，從上向下進(jìn)行掃描時(shí)所掃描到的先前像素的函數(shù)。 kkk fef??? ??kf? ke? kf?2022/2/14 圖像變換編碼基本原理 ? 圖像的變換編碼是利用某種變換將空間域里描述的圖像 ，變換為變換域中描述的 。圖 。特別是圖像編碼，涉及到多媒體、數(shù)字電視、可視電話、會(huì)議電視等圖像傳輸方面的廣泛應(yīng)用，為此制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)極大地推動(dòng)了圖像編碼技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。編碼器對(duì)彩色圖像采用分量編碼。對(duì)于當(dāng)前子塊的 DC系數(shù)與上一塊的 DC系數(shù)之差值進(jìn)行 VLC編碼壓縮數(shù)據(jù)，由于 DC分量是子塊的平均值，相鄰子塊間的相關(guān)性很強(qiáng)，同時(shí)，視覺(jué)上要求各子塊的平均灰度無(wú)明顯的跳躍，因此對(duì) DC的差值作無(wú)失真的熵編碼是合適的。 2022/2/14 MPEG標(biāo)準(zhǔn) ? 1． MPEG1標(biāo)準(zhǔn) ? MPEG1標(biāo)準(zhǔn)為 像及其伴音的編碼。下面僅介紹視頻和系統(tǒng)部分。它需要用過(guò)去和將來(lái)的參考幀 I幀或 P幀進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，但是 B幀本身不能用作為預(yù)測(cè)參考幀。如果用到 B幀，則編碼時(shí)必須對(duì)圖像的順序先進(jìn)行調(diào)整，因?yàn)?B幀在預(yù)測(cè)時(shí)要利用它過(guò)去的 I幀和 P幀作為參考幀。如果編碼序列包括 B幀，則解碼后還應(yīng)按顯示順序重新排序后才能進(jìn)行顯示。對(duì)于大多數(shù)景物而言，在參考幀之間插入兩個(gè) B幀比較適宜。 MPEG2在區(qū)別不同應(yīng)用的編碼參數(shù)上使用了所謂 Profile和 Level。 2022/2/14 2． MPEG2標(biāo)準(zhǔn) ? MPEG2規(guī)定了四種圖像的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)方式和補(bǔ)償方式，即基于幀的預(yù)測(cè)模式、基于場(chǎng)的預(yù)測(cè)模式、 16 8的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償以及雙場(chǎng)（ DualPrime）預(yù)測(cè)模式。 ? 與 MPEG MPEG2不同， MPEG4不僅僅著眼于定義不同碼流下具體的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，而是更多地強(qiáng)調(diào)多媒體通信的靈活性和交互性。對(duì)于自然視頻的編碼， MPEG4仍然采用了預(yù)測(cè)、變換同時(shí)使用的混合編碼的框架。 2022/2/14 3． MPEG4標(biāo)準(zhǔn) ? MPEG4的數(shù)據(jù)流主要分為兩個(gè)部分，與傳輸有關(guān)的下層及與媒體有關(guān)的上層。 5,4,3,2,1,/3 8 4 ?? Psk b itPskbitP /64?2022/2/14 ? 的編碼方案，其中 p=1~30，對(duì)應(yīng)的比特率為 。確保符合 使用和互通， ，即 CIF(Common Intermediate Format) 格式或通用的CIF中間格式。傳輸緩沖器的存儲(chǔ)量是按比特率加上固定余量后確定的。另外傳輸碼中還要插入同步碼，以便解碼器正確解碼。而二維離散 IDCT也可以通過(guò)兩次一維 IDCT得到。 2022/2/14 DCT變換 ? DCT變換編碼的主要優(yōu)點(diǎn) ? （ 1） DCT變換的變換核不隨輸入變化，但是對(duì)于大多數(shù)圖像而言，其去相關(guān)性接近于最佳的 KL變換， DCT變換后能夠有效地降低原始數(shù)據(jù)間的相關(guān)性。 、更有效的圖像預(yù)測(cè)、效率更高的三維可變長(zhǎng)編碼代替二維可變長(zhǎng)編碼，增加了四個(gè)可選模式。 ，一行中的所有像素只能屬于一個(gè) GOB，因此對(duì)于不同的格式。 2022/2/14 2022/2/14 ? 線性插值的表示為 2022/2/14 ? 2）運(yùn)動(dòng)矢量的差分編碼 ? 在 ，對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量采用預(yù)測(cè)編碼。在相同圖像質(zhì)量下，采用這種編碼模式可以降低 5%左右的比特率。 2022/2/14 2022/2/14 ? 根據(jù)編碼方法 B幀的質(zhì)量不影響后續(xù)幀的編碼，因此采用粗編碼，可以提高一倍幀率。增加了幀內(nèi)預(yù)測(cè)，提高壓縮率。 ? (5)為了消除塊效應(yīng)，采用基于的邊界去塊濾波器，從而提高了圖像主觀質(zhì)量。這種雙層結(jié)構(gòu)擴(kuò)展了 的應(yīng)用范圍，它幾乎涵蓋了目前大部分的視頻業(yè)務(wù)，如有線電視、數(shù)字電視、視頻會(huì)議、視頻電話、交互媒體、視頻點(diǎn)播、流媒體業(yè)務(wù)等。目的是在不引起類(lèi)似插入 I片所帶來(lái)的碼流開(kāi)銷(xiāo)的情況下，實(shí)現(xiàn)碼流間的切換。擴(kuò)展檔次主要用于網(wǎng)絡(luò)視頻流媒體的應(yīng)用 。是否選擇啟用環(huán)路濾波器，可根據(jù)相鄰宏塊邊緣樣點(diǎn)的差值來(lái)確定，若差值較大，則認(rèn)為產(chǎn)生了方塊效應(yīng)，啟動(dòng)環(huán)路濾波器進(jìn)行濾波，若差值很大，則認(rèn)為差值是由圖像本身內(nèi)容所產(chǎn)生的，不應(yīng)濾波。不同之處在每個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)上。 ? SI片：切換的 I片。 2022/2/14 2022/2/14 ? 2)VCL數(shù)據(jù)組織 ? ，也支持隔行掃描的視頻序列，取樣率定為 4： 2： 0。 2022/2/14 ? (7)場(chǎng)編碼模式 ? 在 ，對(duì)于一幀圖像，可以按照幀的模式，也可以按照?qǐng)龅哪Ｊ竭M(jìn)行編碼。一般是通過(guò)運(yùn)動(dòng)估值和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償來(lái)利用時(shí)域相關(guān)性。 2022/2/14 ? MPEG4相比，壓縮比可提高近 30%。 2022/2/14 ? 3）高級(jí)預(yù)測(cè)模式 ? 在 ，高級(jí)預(yù)測(cè)模式是一個(gè)很重要的選項(xiàng)。當(dāng)相鄰宏塊不在當(dāng)前塊組時(shí)，如果只有一個(gè)相鄰宏塊在塊組外，則令該宏塊運(yùn)動(dòng)矢量為零計(jì)算預(yù)測(cè)值；如果有兩個(gè)宏塊在塊組外，則直接取剩下的宏塊的運(yùn)動(dòng)矢量作為預(yù)測(cè)值。表 。 2022/2/14 ? P、塊組層 GOB、宏塊層 MB和塊層 B四個(gè)層次的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但是與 ，在，每個(gè) GOB包含的 MB數(shù)目是不同的。這使得離散余弦變換編碼壓縮倍數(shù)較高，質(zhì)量較好。對(duì)圖像塊進(jìn)行 DCT變換后，得到變換域的數(shù)據(jù)塊，然后再對(duì)這些數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。這一操作在信源編碼中進(jìn)行。由此傳給編碼控制方框，由編碼控制器控制信源編碼中量化器的步長(zhǎng)，同時(shí)將步長(zhǎng)輔助數(shù)據(jù)送到圖像復(fù)用編碼中的相應(yīng)層次，以供解碼用。主要參數(shù)如表 。這個(gè)編碼標(biāo)準(zhǔn)初步解決了靜止圖像、可視電話、會(huì)議電視、多媒體視