【正文】 頻的壓縮編碼的需要。靈活復(fù)用層提供一種復(fù)用工具，將上層來的多路碼流進(jìn)行匯合。 ? MPEG4標(biāo)準(zhǔn)為可視視頻編碼提供了一個(gè)包含多種工具和多種算法的工具集，供用戶選擇，對(duì)各種應(yīng)用提供不同的解決方法，以下是其中的幾例。 2022/2/14 3． MPEG4標(biāo)準(zhǔn) ? 1）場(chǎng)景描述 ? 在目前的音頻和視頻應(yīng)用中，圖像是矩形像素的序列，音頻是聲波強(qiáng)弱的數(shù)字表示。 2022/2/14 2． MPEG2標(biāo)準(zhǔn) ? 2)編碼的可分級(jí)性 ? 為了擴(kuò)大應(yīng)用范圍和增強(qiáng)對(duì)各種信道的適應(yīng)性， MPEG2引入了三種編碼的可分級(jí)性、即 空間可分級(jí)性、時(shí)間可分級(jí)性以及信噪比（ SNR）可分級(jí)性 。表 MPEG2的型和級(jí)。 2022/2/14 MPEG標(biāo)準(zhǔn) ? 2． MPEG2標(biāo)準(zhǔn) ? MPEG2標(biāo)準(zhǔn)是 MPEG于 1995年推出的第二個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)是 ISO/IEC 13818，題目是通用的活動(dòng)圖像及其伴音的編碼。由若干相連的宏塊可以組成宏塊條層，并且設(shè)置同步標(biāo)志，便于在解碼端實(shí)現(xiàn)重同步；由若干圖像幀可以組成圖像組層，形成便于隨機(jī)存取的單元；由若干圖像組可組成視頻序列，便于形成特定的視頻節(jié)目。宏塊是運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)的基本單元、最小的量化步長選擇單元以及編碼控制單元。在 D幀組成的序列中不含其它類型的圖。輸入的視頻信號(hào)必須是數(shù)字化的一個(gè)亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)（ Y， Cb ， Cr），經(jīng)過預(yù)處理和格式轉(zhuǎn)換選擇一個(gè)合適的窗口、分辨率和輸入格式，要求色差信號(hào)和亮度信號(hào)在垂直和水平方向按 2： 1進(jìn)行抽樣。 2022/2/14 MPEG標(biāo)準(zhǔn) ? 1． MPEG1標(biāo)準(zhǔn) ? 第一部分： MPEG1系統(tǒng)，主要描述如何將符合該標(biāo)準(zhǔn)的視頻和音頻的一路或多路數(shù)據(jù)流與定時(shí)信息相結(jié)合，形成單一的復(fù)合流。在基本系統(tǒng)中共推薦了兩組Huffman碼表，一組用于亮度信號(hào) Y，另一組用于色差信號(hào) U、V，每一組表又包括兩張表，一個(gè)用于 DC分量，一個(gè)用于 AC分量。 ? （ 2）對(duì)各個(gè)子塊進(jìn)行 DCT變換， ? （ 3）對(duì)所有的系數(shù)進(jìn)行線性量化。 2022/2/14 JPEG標(biāo)準(zhǔn) ? 1986年， ISO和 CCITT成立了 “ 聯(lián)合圖片專家組 ”（ Joint Photographic Expert Group），主要任務(wù)是研究靜止圖像壓縮算法的國際標(biāo)準(zhǔn)。在變換階段，將原始圖像劃分成若干子塊，對(duì)每個(gè)子塊進(jìn)行某種正交變換。因?yàn)樵陬l域中相關(guān)性明顯下降，能量主要集中于少數(shù)低頻分量系數(shù)上。預(yù)測(cè)誤差的概率密度函數(shù)一般用零均值不相關(guān)拉普拉斯概率密度函數(shù)表示為 ?????????? ??),(),(1yixfaRyxfmiin?2022/2/14 無損預(yù)測(cè)編碼 ? 式中， 是 e的標(biāo)準(zhǔn)差。利用解碼器，根據(jù)接收的變長碼字重建預(yù)測(cè)誤差，則解壓縮圖像的像素序列表示為 kkk fef???2022/2/14 無損預(yù)測(cè)編碼 ? 利用預(yù)測(cè)器，可以將對(duì)原始圖像序列的編碼轉(zhuǎn)換成對(duì)預(yù)測(cè)誤差的編碼。 ? (1)圖像灰度級(jí)按概率遞減順序排序； ? (2)將分成兩組，每組的概率和相同或相似。之后，這兩個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)不再參與比較，新的根節(jié)點(diǎn)參與比較； （ 4）重復(fù)步驟 3，直到最后得到和為 1的根節(jié)點(diǎn)； （ 5）將形成的二叉樹的左節(jié)點(diǎn)標(biāo) 0，右節(jié)點(diǎn)標(biāo) 1。在編碼輸入中，對(duì)于那些出現(xiàn)概率大的信息符號(hào)編以較短的字長的碼，而對(duì)于那些出現(xiàn)概率小的信息符號(hào)用較長的字長的編碼。它由Welch加以充實(shí)而形成了廣泛應(yīng)用的有專利保護(hù)的 LZW算法。它對(duì)有單一顏色背景下物體的圖像可以達(dá)到很高的壓縮比，但對(duì)其它類型的圖像壓縮比就很低。 2022/2/14 圖像保真度準(zhǔn)則 ? 1. 客觀保真度準(zhǔn)則 ? 1)均方根誤差 ? 常用的準(zhǔn)則是輸入圖像和輸出圖像的均方根誤差。所以要根據(jù)具體情況選擇進(jìn)行有損壓縮和無損壓縮，以及在速度和壓縮比之間、保真度之間進(jìn)行折衷。壓縮比反映了圖像文件的壓縮程度。 162 242第 5章 圖像編碼與壓縮 2022/2/14 ? 也稱編碼冗余，如果圖像中平均每個(gè)像素使用的比特?cái)?shù)大于該圖像的信息熵，則圖像中存在冗余，稱為信息熵冗余。 2022/2/14 ? 圖像內(nèi)部相鄰像素之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性所造成的冗余。 ? 數(shù)字圖像的冗余主要表現(xiàn)為以下幾種形式： 空間冗余、時(shí)間冗余、視覺冗余、信息熵冗余、結(jié)構(gòu)冗余和知識(shí)冗余。人的眼睛對(duì)圖像細(xì)節(jié)和顏色的辨認(rèn)受到人的視覺特性的限制，人類最多能分辨 種顏色，而彩色圖像用 24表示，即 種顏色，這種數(shù)據(jù)冗余稱為視覺冗余。經(jīng)過壓縮的文件可以在以后需要的時(shí)候以某種方式將原文件恢復(fù)出來，兩個(gè)文件的大小之比即為壓縮比。圖像文件在系統(tǒng)與系統(tǒng)之間或用戶與用戶之間進(jìn)行交換時(shí)，這個(gè)時(shí)間是不容忽略的。需要一種測(cè)度描述解碼圖像對(duì)于原始圖像的偏離程度，這些測(cè)度一般稱為保真度準(zhǔn)則?？梢灾淮嬉粋€(gè)代表那個(gè)灰度值的碼，后面是行程的長度，而不需要將同樣的灰度值存儲(chǔ)很多次，這就是行程編碼。 基于字典的技術(shù) 2022/2/14 ? 2. LZW編碼 LZ編碼是由 Lemple和 Ziv最早提出的無損壓縮技術(shù)。編碼器的輸出碼字是字長不等的編碼，按編碼輸入信息符號(hào)出現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)概率不同，給輸出碼字分配以不同的字長。 統(tǒng)計(jì)編碼技術(shù) 2022/2/14 2022/2/14 ? Huffman編碼算法步驟： （ 1）統(tǒng)計(jì)出每個(gè)符號(hào)出現(xiàn)的頻率， s0s7出現(xiàn)的頻率分別為 4/14， 3/14， 2/14， 1/14， 1/14， 1/14， 1/14，1/14； 統(tǒng)計(jì)編碼技術(shù) 2022/2/14 （ 2）從左到右將上述頻率按從小到大的順序排列； （ 3）每次選出最小的兩個(gè)值，作為二叉樹的兩個(gè)葉子的節(jié)點(diǎn)，將它們的和作為其根節(jié)點(diǎn)。其編碼步驟簡述如下。將這個(gè)預(yù)測(cè)值進(jìn)行整數(shù)舍入，得到預(yù)測(cè)器的輸出值，則由此產(chǎn)生的預(yù)測(cè)誤差表示為 kkk ffe???2022/2/14 無損預(yù)測(cè)編碼 ? 預(yù)測(cè)誤差可以用符號(hào)編碼器，借助變長碼進(jìn)行編碼用以產(chǎn)生壓縮圖像數(shù)據(jù)流的下一個(gè)元素。在三維線性預(yù)測(cè)編碼中，預(yù)測(cè)基于上述像素和前一幀的像素。對(duì)變換域中 編碼壓縮，比對(duì)空間域壓縮更為有效。系統(tǒng)由五部分組成， 圖像輸入與變換 、 系數(shù)量化編碼 、 信道傳輸 、 解碼和逆變換 。這些圖像編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)有： JPEG、 MPEG、。 2022/2/14 JPEG標(biāo)準(zhǔn) ? 圖 JPEG基本系統(tǒng)編碼器結(jié)構(gòu)圖 D C T Q熵 編 碼R G B Y U V熵 解 碼I QI D C TR G B Y U V2022/2/14 JPEG基本系統(tǒng)組成模塊 2022/2/14 JPEG標(biāo)準(zhǔn) ? （ 1）將整個(gè)圖像分為不重疊的 像素子塊，共有 Y、U、 V三幅數(shù)字圖像， Y表示圖像的亮度，即明暗程度， UV代表圖像色彩度。對(duì)于 AC系數(shù)不為零，采用 Z字形方式（ Zigzig）進(jìn)行一維掃描，然后將非零系數(shù)前面的 0的游程長度（個(gè)數(shù)）與該系數(shù)值一起作為統(tǒng)計(jì)事件進(jìn)行 VLC編碼。標(biāo)準(zhǔn)主要包括：系統(tǒng)、視頻、音頻、一致性、參考軟件等五部分，這五部分的簡單描述如下。 2022/2/14 MPEG標(biāo)準(zhǔn) ? 1）編碼圖像格式 ? MPEG1處理對(duì)象是逐行掃描的圖像，對(duì)于隔行掃描的圖像源，必須在編碼前先轉(zhuǎn)換為非隔行格式。 ? D幀： 僅含有 DCT的直流分量。編碼時(shí)的基本單元是宏塊，它包括六個(gè) 的子塊，其中四個(gè)是亮度塊，剩下的一個(gè)是色差信號(hào) Cr，另一個(gè)是色差信號(hào) Cb。 2022/2/14 MPEG標(biāo)準(zhǔn) ? 3）編碼視頻流的結(jié)構(gòu) ? MPEG1編碼視頻比特流的構(gòu)成共分為六層，最高層為序列層，下面依次為圖像組層、圖像層、宏塊條層、宏塊層和最低的塊層。一般每秒鐘使用兩次 I幀，即在每 15幀中安排一次 I幀。國內(nèi)的技術(shù)翻譯上將其稱為檔次和級(jí)別，或稱為型和級(jí)。在具體使用時(shí)，必須考慮編碼是針對(duì)幀格式圖像還是場(chǎng)格式圖像。一方面 MPEG4要求有高效的壓縮編碼方法，另一方面 MPEG4要求有獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)的基于視頻、音頻對(duì)象的交互性。在和，例如基于內(nèi)容的編碼，允許對(duì)任意形狀視頻對(duì)象進(jìn)行編碼。以發(fā)送數(shù)據(jù)過程為例，各種媒體的基本數(shù)碼流通過基本碼流接口進(jìn)入接入單元層，在該層進(jìn)行分組打包處理，然后通過碼流復(fù)用接口進(jìn)入靈活復(fù)用層（ Flex Multip Lexing）。首次采用了 塊的 DCT變換去除空間相關(guān)性，采用幀間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)方法去除時(shí)間相關(guān)性的混合編碼模式。即對(duì)于更低比特率的應(yīng)用， 采用了只有 CIF圖像的更小圖像 QCIF(Quarter Common Intermediate Format)格式。由于圖像內(nèi)容變更使傳輸比特率變更，可以在緩沖器中得到反映。 ? 編碼控制器，除控制量化步長外，還控制編碼模式，即控制編碼應(yīng)是幀間編碼還是幀內(nèi)編碼。 DCT具有快速算法，它使得 DCT運(yùn)算的復(fù)雜度大大降低，從而減少了編解碼器的編解碼時(shí)間延遲。 ? （ 2） DCT變換所得系數(shù)的值大部分在 0附近，并且用特定的掃描方法獲得 0游程。 2022/2/14 ? 1. 數(shù)據(jù)組織與系統(tǒng)框架 ? ，參數(shù)如表 ，所有的解碼器必須支持 SubQCIF和 QCIF格式，所有的編碼器必須支持 SubQCIF和 QCIF格式中的一種，其他格式由用戶自行決定。一個(gè) GOB所包含的 MB是不同的，對(duì)應(yīng)的行數(shù)也不同。預(yù)測(cè)編碼采用與當(dāng)前宏塊相鄰的三個(gè)宏塊的運(yùn)動(dòng)矢量的均值作為預(yù)測(cè)值。在可變長編碼中，任何一個(gè)符號(hào)均占用整數(shù)比特，從而導(dǎo)致了壓縮效率的下降，而基于語法的算術(shù)編碼模式?jīng)]有這個(gè)問題。 PB模式在場(chǎng)景快速運(yùn)動(dòng)或復(fù)雜運(yùn)動(dòng)時(shí)效果不佳，它適用于場(chǎng)景做簡單和緩慢運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。 ? 2)利用時(shí)域相關(guān)性 ? 時(shí)域上的相關(guān)性存在于那些連續(xù)圖像的塊之間，這就使得在編碼的時(shí)候只需編碼那些差值即可。 ? (6)采用 VLC或基于上下文的 ContextBased Adaptive Binary Arithmetic Coding編碼算法，后者可以提高大約 10%的編碼效率。 。 SP片采用了運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，適用于同一內(nèi)容不同質(zhì)量的視頻碼流之間的切換。 2022/2/14 ? 5. 編解碼器結(jié)構(gòu) ? ，除了去塊濾波器和幀內(nèi)預(yù)測(cè)外，大部分的功能模塊和 。