【文章內(nèi)容簡介】 3 視頻序列編碼的壓縮方法 在過去的 30 多年中，視頻壓縮技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。視頻數(shù)據(jù)之所 以能進(jìn)行高倍率的壓縮，是因為視頻數(shù)據(jù)的空間域和時間域存在著大最的數(shù)據(jù)冗余，通過降低空域冗余和時域冗余就可以對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的壓縮。為了獲得更高的壓縮編碼效率，編碼技術(shù)也變得越來越精細(xì)和復(fù)雜。但是，最基本的 DCT（離散余弦變換）變換編碼、 VLC（可變長編碼）統(tǒng)計編碼、運動估計等技術(shù)仍 免費論文 購買論文 定做論文 發(fā)表論文 3A 學(xué)習(xí)網(wǎng) () 考試 3A3B 書店 零售書籍 預(yù)定書籍 批發(fā)服務(wù) 同行配書 ：1009874606 9 然是最廣泛使用的編碼技術(shù)，人們在這些編碼方法的基礎(chǔ)上不斷提出了改進(jìn)算法和新的編碼方法。 我們利用一個簡化的編碼器模型進(jìn)行了相關(guān)試驗。該編碼器采用整象素全搜索塊匹配運動估計方法、采用 DCT /IDCT 對宏塊進(jìn)行編碼，用 Miss America 測試序列進(jìn)行測試。試驗結(jié)果表明，運動估計占用的時間超過了整個執(zhí)行時間的 70%,DCT/IDCT 處理約占用 15％的執(zhí)行時間，數(shù)據(jù)量化占用了約 5 ％的執(zhí)行時間，其它開銷占整個時間的 10％左右。這說明，采用高效的運動估計算法，減少時域數(shù)據(jù)冗余是 述場景中聲視頻對象的空間和時間位置及它們之間的關(guān)系。 MPEG4 的視頻比特流提供了對場景的分層描述。在比特流中 ,表示場景的層是可視對象序列VS(Video Object Sequence), 它是一個完整的 MPEG4 場景 , 其中可能包含自然對象或合成的對 象以及它們的增強層。 VOP 的形狀、運動和紋理信息編碼 MPEG4 視頻 VOP 基本的編碼結(jié)構(gòu)包括形狀編碼 (對任意形狀的視頻對象 )、運動補償以及基于DCT 的紋理編碼 (使用標(biāo)準(zhǔn) 8 8DCT 或形狀自適應(yīng) DCT)。編碼器首先對輸入的任意形狀的 VOP 序列用基于塊的混合編碼技術(shù)編碼。先幀內(nèi) VOP, 后幀間 VOP 和雙向預(yù)測 VOP。在對 VOP 的形態(tài)狀信息編碼之后 , 取得任意形狀 VOP的采樣 ,每個 VOP 劃分成各不相交的宏塊 , 每個宏塊含有四個 8 8的像素塊 , 以進(jìn)行運動估計和補償及紋理編碼。已編碼的 VOP 幀保存在 VOP 幀存儲器中。運動矢量在當(dāng)前 VOP 幀和已編碼 VOP 幀之間計算。對將被編碼的塊或宏塊 , 計算其運動補償預(yù)測誤差。運動補償預(yù)測后的 VOP及誤差用 8 8 塊 DCT11編碼 ,并進(jìn)行 DC系數(shù)的量化 , 然后進(jìn)行行程編碼和熵編碼。最后 , 形狀、運動和紋理信息合成符合 MPEG4 標(biāo)準(zhǔn)的比特流輸出 。紋理編碼、運動估計與補償基本采用傳統(tǒng)的編碼方法 , 而形狀編碼是首次引入的視頻編碼技術(shù)。對輸入的矩形或任意形狀的圖像序列 ,圖描述了 MPEG4 進(jìn)行壓縮編碼的基本算法。如圖 9 所示。 圖 9 MPEG4 視 頻編碼方框圖 1 形狀編碼 MPEG4 標(biāo)準(zhǔn)中視頻對象 VO 的形狀信息有兩類 : 二值形狀信息和灰度形狀信息。二值形狀信息通常表示為與 VOP 的邊界框相同大小的矩陣。矩陣的每個元素可以取兩種可能的值 0、 1,這取決于像素是在視頻對象內(nèi)還是在視頻對象外 ,0 表示該像素在 VOP 區(qū)域之外 ,1 表示在 VOP 區(qū)域之內(nèi)。對二值形狀信息進(jìn)行編碼時可以采用基于塊的運動補償技術(shù) , 可以是無損或有損編碼?；叶刃螤钚畔?免費論文 購買論文 定做論文 發(fā)表論文 3A 學(xué)習(xí)網(wǎng) () 考試 3A3B 書店 零售書籍 預(yù)定書籍 批發(fā)服務(wù) 同行配書 ：1009874606 10 與二值形狀信息有相同的結(jié)構(gòu) , 用 0～ 255(8 比特 )之間的數(shù)值表示該像素的透明度 ,0 表示完全透明 , 255 則表示完全 不透明 , 中間值對應(yīng)用像素的相應(yīng)的透明度 , 這與計算機圖形學(xué)中的阿爾法平面的概念大致相同。編碼時采用基于塊的運動補償 DCT 方法 , 屬于有損編碼。 2 運動信息編碼 運動估計與運動補償技術(shù)通過對已知圖像的一塊像素值重新定位 , 來預(yù)測當(dāng)前圖像中相應(yīng)塊的像素值。 MPEG4 與 MPEG MPEG2 一樣利用運動估計與補償來減少幀間的時間冗余度。主要區(qū)別在于后兩者的壓縮基于塊 , 而 MPEG4 則是基于任意形狀的 VOP。 VOP 有 3 種編碼模式 : 幀內(nèi)編碼模式 (IVOP)、幀間編碼模式 (PVOP)和幀間雙向預(yù) 測編碼模式 (BVOP), IVOP 與其它標(biāo)準(zhǔn)的 I 幀一樣只采用幀內(nèi)壓縮 , 與其它任何 VOP 無關(guān) 。 PVOP 和 BVOP 編碼時需要運動估計與運動補償 , PVOP 基于另一個先被解碼的 VOP 作出預(yù)測 ,BVOP 則基于當(dāng)前 VOP 的前面和后面的 VOP 作出預(yù)測 ,故 B VOP 稱為雙向插值 VOP, 是基于 IVOP 或 PVOP 的插值幀。 如果一個宏塊全部位于一個 VOP 內(nèi) ,則采用通常的基于 16 16 像素宏塊或 8 8 像素塊運動估計 , 如果一個宏塊只有一部分位于 VOP內(nèi) , 則需要采用圖像填充 (Image Padding)技術(shù)和多邊形匹配(Polygon Matching)技術(shù) 。圖像填充技術(shù)利用 VOP 內(nèi)部的像素值來外推 VOP 外的像素值 , 以此獲得運動預(yù)測的參考值。多邊形匹配技術(shù)則將 VOP 的輪廓宏塊的活躍部分包含在多邊形之內(nèi) , 以此來增加運動估值的有效性。這樣在 VOP 的邊界上就可以搜索預(yù)測所需的候選像素了。 3 紋理編碼 紋理編碼的對象可以是幀內(nèi)編碼模式的 IVOP, 也可以是幀間編碼模式 BVOP 或 PVOP 運動補償后的預(yù)測誤差。對紋理信息編碼時 , 采用標(biāo)準(zhǔn)的基于 8 8 像素塊的 DCT 方法。 VOP 內(nèi)部的 88 塊可直接編碼。跨出邊界的塊成為邊界塊 , 而對于橫跨 VOP 邊界的塊 , 先采用圖像填充技術(shù)得到VOP 之外的像素值 ,再進(jìn)行編碼。 魔景 (Sprite)編碼 MPEG4 中引入了魔景的概念是基于提高視頻的壓縮效率的目的。從攝像機得到的圖像主要分為為主體和背景兩類。主體可以千變?nèi)f化 , 背景卻是相對靜止的。魔景就是由視頻對象出現(xiàn)在背景中的那些區(qū)域組成 ,這些區(qū)域在整個視頻段中都有可能出現(xiàn) ,通過圖像的鑲嵌技術(shù)把整個序列的背景圖像拼接成一個大的完整的背景圖像 ,這個圖像叫做 Sprite 圖像。我們只對主體這一可能產(chǎn)生任意動作的視頻對象單獨編碼 。 而將背景圖像一次性地傳送給接收端。以后對于同一個鏡頭中的每一幀圖像 , 就只需要傳輸 Sprite 信息 , 接收端可根據(jù)這些信息自行生成背景內(nèi)容 。 然后將主體疊加上去 , 就能得到完整的圖像。由于整個過程中只需傳送一次背景圖像 , 因此 M PEG 4 的編碼效率得到了 免費論文 購買論文 定做論文 發(fā)表論文 3A 學(xué)習(xí)網(wǎng) () 考試 3A3B 書店 零售書籍 預(yù)定書籍 批發(fā)服務(wù) 同行配書 ：1009874606 11 提高。魔景編碼通常適用于合成對象。 MPEG4 視頻編碼特點 基于對象的編碼是 MPEG4 視頻編碼最重要的特點之一 , 在 MPEG4 中對象既可以是自然的圖像 ,為零，能量百分比很小。我們在低頻域設(shè)計較小的量化階距值，而把高頻域的量化階距值設(shè)計的較大。這樣在低頻域可以細(xì)量化，不至于丟失太多的能量 ，不會產(chǎn)生很大的誤差；而在高頻域進(jìn)行粗量化，產(chǎn)生更多的零值，但不會有很大的影響，可以使得總體的編碼效果可以更好。 幀間宏塊的缺省量化矩陣為（如圖 12 所示）。 圖 12 幀間宏塊的缺省量化矩陣 幀內(nèi)和幀間的量化矩陣是不同的，因為它們所面對的經(jīng)過上一步編碼產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的特點是不同的。如上所述，幀內(nèi)編碼時要盡量使 DCT 變化后的矩陣的系數(shù)的能量集中在 DC 段，與之相適應(yīng)，采用了圖 12 所示的量化矩陣。而對 PVOP 或者 BVOP 來說，它們由其前向幀或者后向幀重建而成，所以在空域是基本沒意義的，所以各個系數(shù)的量化步長基本相同。 可變長編碼（ VLC ) 雖然 Huffman 碼對于給定的消息概率集是最有效的最優(yōu)編碼，但是由于它的長度變化很大，碼字結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，具體實現(xiàn)起來就比較困難。為了簡化實現(xiàn)編碼的復(fù)雜度，可以犧牲一些壓縮比，16 17 18 19 20 21 22 23 17 18 19 20 21 22 23 24 18 19 20 21 22 23 24 25 19 20 21 22 23 24 26 27 20 21 22 23 25 26 27 28 21 22 23 24 26 27 28 30 22 23 24 26 27 28 30 31 23 23 25 27 28 30 31 33 免費論文 購買論文 定做論文 發(fā)表論文 3A 學(xué)習(xí)網(wǎng) () 考試 3A3B 書店 零售書籍 預(yù)定書籍 批發(fā)服務(wù) 同行配書 ：100