【正文】 。 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 具體應(yīng)用為有線電視 ( CATV )、衛(wèi)星圖像直接廣播 ( DBS )、數(shù)字地面電視廣播 ( DTTB )、交互存儲媒介 ( ISM )、多媒體郵件 ( MMM )、 IP 包網(wǎng)絡(luò)上多媒體服務(wù) ( MSPN )、實(shí)時通信服務(wù) ( RTC )、 遠(yuǎn)程圖像監(jiān)視 ( RVS )、 數(shù)字電視移動接收 、 手機(jī)電視等。 (4) 通過 ISDN、以太網(wǎng)、局域網(wǎng)、 DSL、無線移動網(wǎng)等進(jìn)行 圖像 傳輸 或 多媒體流服務(wù) 。 (2) 可用于光或磁設(shè)備的存儲，如 DVD。根據(jù)殘差系數(shù)的不同， 采用了 3 種整數(shù)變換矩陣，如圖 。 由于 使用的是以整數(shù)為基礎(chǔ)的空間變換，具有效果好、計算快 ( 只需加法與移位運(yùn)算 )，反變換過程中不會出現(xiàn)失配問題等優(yōu)點(diǎn)，并且結(jié)合量化過程，保證了在 16位計算系統(tǒng)中，計算結(jié)果有最大精度且不會溢出。大區(qū)域適合反映幀間同質(zhì)部分，小區(qū)域適合表現(xiàn)幀間的細(xì)節(jié)部分。因此，當(dāng)選用較大區(qū)域時，用于表示運(yùn)動矢量和區(qū)域選取的數(shù)據(jù)量減少，但運(yùn)動補(bǔ)償后的殘差會增大 。 當(dāng)選用 8 8方式時 , 可以進(jìn)一步劃分成 8 8 4 8 和4 4 共 4個 子區(qū)域 。每個亮度宏塊被劃分成形狀不等的區(qū)域，作為運(yùn)動描述區(qū)域。在 H. 264 標(biāo)準(zhǔn)中，亮度塊可以有 9 種 4 4 塊和 4種 16 16塊的 幀內(nèi) ( Intra ) 預(yù)測模式 ，而色度 8 8 塊的 4 種模式與亮度的 4種 16 16塊的模式相同。 根據(jù)相鄰像素可能有相同的性質(zhì)，利用了相鄰像素的相關(guān)性，采用了 新的幀內(nèi) ( Intra ) 預(yù)測模式 。在 I 圖像中是直接把像素塊的數(shù)值進(jìn)行變換。一個宏塊的 16 16 亮度值可以按照 16 1 16 8 16 或 8 8 進(jìn)行分割，而如果選擇了 8 8分割，那么還可以按照 8 8 4 8 或 4 4進(jìn)行 亞分割 。 (4) 其它技術(shù)包括傳統(tǒng)的 4∶ 2∶ 0 的色度數(shù)據(jù)與亮度數(shù)據(jù)的采樣關(guān)系，塊運(yùn)動矢量，超越圖像邊界的運(yùn)動矢量，變換塊大小的劃分，可分級的量化， I、 P 和 B圖像類型等。在運(yùn)動估值后， 編碼端只需要編碼殘差 即可，也就是對當(dāng)前塊與其相應(yīng)的預(yù)測塊的 差值進(jìn)行編碼 。 對于一個像素塊來說，在已經(jīng)編碼好的前一幀或前幾幀圖像中搜索其相關(guān) 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 像素塊，從而獲得其運(yùn)動矢量，而該運(yùn)動矢量就在編碼端和解碼端被用來 預(yù)測當(dāng)前像素塊 。時域上的相關(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候只需要 編碼那些差值 即可。主要包括如下幾項技術(shù)： (1) 將每個視頻圖像分成 16 16的像素宏塊 ，使得視頻圖像能以像素宏塊為單位進(jìn)行處理。但是它同時運(yùn)用了大量不同的技術(shù)，使得其 視頻編碼性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于 任何其它標(biāo)準(zhǔn)。 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 圖 MPEG4編碼器基本框圖 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 167。 三 . MPEG4視頻信號編碼基本框圖 MPEG4 基本編碼結(jié)構(gòu)包括形狀編碼 ( 對任意形狀的 VSP 編碼 )、運(yùn)動補(bǔ)償和紋理編碼。 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) ( 7 ) 具有很強(qiáng)的互操作性。 (5) 在傳送過程中，某些對象信息的丟失，不影響場景中的其它對象。 (3) 有些不變的對象，可以不用編碼傳送或只需要傳送簡單的位移信息。 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 圖 MPEG4 基于內(nèi)容圖像編碼方法的簡化原理圖 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 面向?qū)ο?的編碼方式有以下幾個優(yōu)點(diǎn) : (1) 不同的對象可以采用不同的 編碼方案，因而具有最大的靈活性和可持續(xù)發(fā)展性。 從矩形幀到 VOP， MPEG4 順應(yīng)了現(xiàn)代圖像壓縮編碼的發(fā)展潮流，即從 基于像素 的傳統(tǒng)編碼向 基于對象和內(nèi)容 的現(xiàn)代編碼的轉(zhuǎn)變。而實(shí)現(xiàn)基于內(nèi)容交互功能的關(guān)鍵在于基于視頻對象的編碼。 圖 幀結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 二 . MPEG4 基于 VOP的視頻編碼 基于矩形幀編碼的傳統(tǒng)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn) ( 如 / 、MPEG1 /MPEG2 ) 在實(shí)際應(yīng)用中也獲得了巨大成功。 ( 3 ) BVOP ( BidirectionallyPredicted VOP )，它同時采用前面和后面的 IVOP 或 PVOP 作基準(zhǔn)，進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償預(yù)測編碼。它主要采用 三種圖像類型 ： ( 1 ) IVOP ( Intra VOP )，它是不采用基準(zhǔn)圖像的編碼而產(chǎn)生的圖像。 由此， MPEG4 的 “基于內(nèi)容” 的編碼方法可以看做是MPEG1 /2 編碼方法的擴(kuò)展 。 如果 MPEG4 中輸入的圖像序列沒有分解成一系列不同形狀的 VOP，而是傳統(tǒng)的矩形區(qū)域， MPEG4就不必對 VOP的形狀信息進(jìn)行編碼，那么該編碼過程就和 MPEG1 /2一樣了。 HBRV core的 主要應(yīng)用對象是多媒體廣播、數(shù)字電視圖像級別的交互信號傳遞。它提供了 64 kb/s ~ 4 Mb/s 的高比特率圖像傳輸?shù)墓ぞ吆退惴?。該核提供?5 ~ 64 kb/s 的甚低比特率業(yè)務(wù)的算法和工具，它支持甚低分辨率 ( 從每行每列的幾個像素到 CIF 級分辨率，即每幀 288 行，每行 352 個像素 ) 和甚低幀速率 ( 0 ~ 15 Hz ) 的圖像序列。 MPEG4支持的碼率和相應(yīng)的功能如圖 。而對合成節(jié)目源中可視信息的編碼，包括人臉及相應(yīng)動畫流的參數(shù)描述、帶有紋理映射的靜態(tài)和動態(tài)網(wǎng)格編碼以及依賴于觀看應(yīng)用的紋理編碼。 MPEG4 可用于各種圖片和視頻的高效壓縮 ； 圖片和視頻的基于內(nèi)容 的編碼 ； 紋理、圖片和視頻的基于內(nèi)容的可伸縮性 ； 空域、時域和質(zhì)量的可伸縮性 。 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 一 . MPEG4可視信息編碼 MPEG4不同于過去的 MPEG2 或 系列標(biāo)準(zhǔn)，其壓縮方法不再局限于 某種算法 ，可以根據(jù)不同的應(yīng)用進(jìn)行 系統(tǒng)裁剪和選擇 。 MPEG4 的應(yīng)用大致 包括 ： 實(shí)時通信（視頻會議、可視電話等）、移動多媒體（ PDA等）交互媒體存儲（ DVD等）、交互視頻游戲、節(jié)目制作及廣播業(yè)務(wù)等。 這包含三個方面： 再同步、數(shù)據(jù)恢復(fù) 和錯誤隱藏 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) MPEG4的主要應(yīng)用 ： MPEG4 標(biāo)準(zhǔn)的 目標(biāo) 是多媒體的多領(lǐng)域應(yīng)用 。 基于對象的 分級功能 是 MPEG4 提供的又一個新功能，同時兼容于 MEPG2 標(biāo)準(zhǔn)中的圖像分級功能。 是 基于內(nèi)容 的數(shù)據(jù)壓縮方式，以前的壓縮算法只是去掉幀內(nèi)和幀間的冗余不同， MPEG4 要求對圖像和 視頻內(nèi)容 作更多的分析?；趦?nèi)容的尺度可變性是 MPEG4 的核心，因為一旦圖像中所含對象的目錄及相應(yīng)的優(yōu)先級確定后，其它的基于內(nèi)容的功能就比較容易實(shí)現(xiàn)了。 (2) 基于內(nèi)容的尺度可變性 內(nèi)容尺度可變性意味著給圖像中的 各個對象分配優(yōu)先級 。 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 3. 靈活多樣的存取 (1) 錯誤易發(fā)環(huán)境中的抗錯性 “靈活多樣”是指允許采用各種有線、無線網(wǎng)和各種存儲媒體，MPEG4 將 提高抗錯誤能力 ，尤其是在易發(fā)生嚴(yán)重錯誤的環(huán)境下的低比特應(yīng)用中 ( 移動通信鏈路 ) 。在立體視頻應(yīng)用方面， MPEG4 將利用對同一景物的多視點(diǎn)觀察所造成的信息冗余。 (2) 對多個并發(fā)數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼。 MPEG4 的壓縮倍數(shù)高達(dá) 100 倍。 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 2. 高壓縮率 (1) 提高編碼效率。 (3) 增強(qiáng)的時間域隨機(jī)存取 。 (2) 自然與合成數(shù)據(jù)混合編碼 。 1. 基于內(nèi)容的交互性 (1) 基于內(nèi)容的操作與比特流編輯 。 MPEG4 標(biāo)準(zhǔn) 1999年 12月 ISO/IEC 制定了 MPEG4 標(biāo)準(zhǔn)。 SNR 和重建圖像一樣，但傳送比特數(shù)將明顯減少，這是因為可變長編、解碼要求每一個符號編碼成固定比特數(shù)，如果將符合的這種固定長比特數(shù)限制去掉，則碼率將降低。 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 8. 四個可選模式 提供的 四個可選工作模式 是提高圖像編碼、解碼性能的關(guān)鍵技術(shù)所在，其中包括非限制運(yùn)動矢量模式，高級預(yù)測模式， P、 B 幀模式和基于句法的 算術(shù)編碼 模式。由于 將應(yīng)用于具有較大噪聲干擾的窄帶信道，這種信道上經(jīng)常出現(xiàn)突發(fā)性噪聲，使 BCH ( 511， 493 )前向糾錯編碼方法對 。在 H. 263 中 , 則采用 半像素精度 運(yùn)動估計。其中 LAST 為一個比特，用來指示是否為 最后一個非零系數(shù) 。 5. DCT系數(shù)變長編碼 對量化后的系數(shù)進(jìn)行 游程編碼 時，連續(xù)的 0 ( 游程 RUN )和后面的值 ( LEVER ) 的最經(jīng)常出現(xiàn)的組合是用變長碼編碼的，在 VLC ( RUN， LEVER ) 加上塊結(jié)束標(biāo)志來實(shí)現(xiàn)。因為運(yùn)動矢量的取值范圍是受限的，所以每個 VLC碼字可表示一對差值。 在 ，量化步長采用 5 bit 固定字長的碼字，而 中引入了 DQUANT，僅用 2 bit 對 差分量化步化 編碼傳輸。對于其它 GOB，由編碼器決定其字頭是否為空。 3. 字頭 在極低碼率傳輸?shù)那闆r下，用于字頭的比特數(shù)是越少越好。 中一個 GOB 可以表示 CIF 圖像的 1/12 或 QCIF 圖像的 1/3，其中包含 33個宏塊。 CIF 對于編碼和解碼器均為可選方式。 1. 圖像格式 CIF 和 QCIF兩種圖像掃描格式，而在 中有 三種標(biāo)準(zhǔn)圖像格式 ： CIF (352 288)、 QCIF (176 144) 和 SubQCIF ( 128 96)。例如， ，其信源編碼 算法的核心 仍然是 DPCM /DCT 混合編碼器。 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 二 . ITU 關(guān)于 比特率低于 64 kb/s的窄帶通道 視頻編碼建議。 一 . ITU極低碼率視頻編碼標(biāo)準(zhǔn) ITUT已推出了極低速率多媒體可視電話終端系列建議 草案，可在兩個多媒體電話終端之間通過 GSTN ( General Switched Telephone Network ) 電話網(wǎng)實(shí)時傳送聲音、圖像和數(shù)據(jù)。 所謂 極低碼率視頻編碼技術(shù) ，是對編碼后的數(shù)據(jù)速率 低于64kb/s的各種編碼方法的總稱。研制一種 極低碼率 的視頻編碼技術(shù)，能在 公共模擬電話網(wǎng)上傳輸，是人們所關(guān)心的課題。 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 圖 MPEG2壓縮編碼原理框圖 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 167。 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 第 5 章 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 由于 、 MPEG MPEG2 標(biāo)準(zhǔn)的 壓縮編碼電路框圖基本類同 ( 如圖所示 )，并且，按時間順序，后面標(biāo)準(zhǔn)的圖像質(zhì)量優(yōu)于前面的，后面標(biāo)準(zhǔn)的圖像格式可以與前面的 相兼容 。 4. 高級寬屏幕圖像格式 高級寬屏幕圖像格式與高級窄屏幕圖像格式