【正文】 為 ????????? ??? inmiin faRf1?2022/2/14 無損預(yù)測編碼 ? 一維線性預(yù)測僅是當(dāng)前行掃描到的先前像素的函數(shù)。在三維線性預(yù)測編碼中，預(yù)測基于上述像素和前一幀的像素。 ???????? ??eeeeep??2e x p21)(e?2022/2/14 有損預(yù)測編碼 ? 有損預(yù)測編碼系統(tǒng)與無損預(yù)測編碼系統(tǒng)相比，主要增加了量化器。有損預(yù)測編碼系統(tǒng)組成如圖 。如圖 輸出端產(chǎn)生誤差。對變換域中 編碼壓縮，比對空間域壓縮更為有效。通常采用正交變換。以傅里葉變換為例，變換具有能量集中于少數(shù)低頻系數(shù)、各系數(shù)不相關(guān)、高頻分量衰減很快且能量較小等性質(zhì)。 ),( yxf ),( vuF ),( vuF2022/2/14 圖像變換編碼基本原理 ? 變換編碼就是對數(shù)字圖像經(jīng)過正交變換的系數(shù)矩陣進(jìn)行量化編碼。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 。通過變換，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。在變換域中，圖像信號的絕大部分能量集中在低頻分量部分，編碼中如果略去那些能量很小的高頻分量，或者給這些高頻分量分配較小的合適的比特數(shù)，就可以明顯減少圖像傳輸或存儲的數(shù)據(jù)量。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO)、國際電工委員會 (IEC)和國際電信聯(lián)盟 (ITU)下屬的國際電報電話咨詢委員會 (CCITT)等國際組織積極致力于圖像處理的標(biāo)準(zhǔn)化工作。這些圖像編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)有： JPEG、 MPEG、。 1987年用 Y： U： V=4：2： 2，每像素 16比特，寬度為 4： 3的電視圖像進(jìn)行了測試，選擇出三個方案進(jìn)行評選，其中的 DCT方案得分最高，它制定的以自適應(yīng)離散余弦變換編碼（ ADCT）為基礎(chǔ)的 “ 連續(xù)色調(diào)靜止圖像壓縮編碼 ” JPEG標(biāo)準(zhǔn)于 1991年3月正式提出。所有符合 JPEG標(biāo)準(zhǔn)的編碼器都必須支持基本系統(tǒng)，而其他系統(tǒng)則作為不同應(yīng)用目的的選擇項(xiàng)。圖 JPEG標(biāo)準(zhǔn)基本系統(tǒng)的編碼器結(jié)構(gòu)圖，圖中，量化用 Q表示， IQ表示反量化。 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。量化的過程是對系數(shù)值的量化間距劃分后的簡單的取整運(yùn)算，量化步長取決于一個視覺閾值矩陣，它隨系數(shù)的位置而改變，并且對 Y和UV分量也不相同。當(dāng)把量化步長乘以一個公共因數(shù)后，一般可以調(diào)整比特數(shù)，由此可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)編碼?？梢圆捎盟銛?shù)編碼或 Huffman編碼（可變字長編碼 VLC）。對于 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（個數(shù)）與該系數(shù)值一起作為統(tǒng)計事件進(jìn)行 VLC編碼。 2022/2/14 MPEG標(biāo)準(zhǔn) ? 1987年， ISO和 CCITT成立了 “ 活動圖像專家組 ”（ Moving Picture Expert Group），任務(wù)是制定用于數(shù)字存儲媒介中活動圖像及伴音的標(biāo)碼標(biāo)準(zhǔn)。 1992年通過了 ISO11172號建議，即 MPEG標(biāo)準(zhǔn)。 MPEG標(biāo)準(zhǔn)闡明了編解碼過程，嚴(yán)格規(guī)定了編碼后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流的句法結(jié)構(gòu)，但是并沒有規(guī)定編解碼的算法。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。 ? 第二部分： MPEG1視頻，描述視頻編碼方法，以便存儲壓縮的數(shù)字視頻。 ? 第四部分： 一致性，描述測試一個編碼碼流是否符合MPEG1碼流的方法。 2022/2/14 MPEG標(biāo)準(zhǔn) ? MPEG1的目的是滿足各種存儲媒體對壓縮視頻的統(tǒng)一格式的需要，可用于 625線和 525線電視系統(tǒng)，對傳輸速率 、活動圖像編碼表示，如 VCD、光盤及計算機(jī)磁盤存儲等。 2022/2/14 MPEG標(biāo)準(zhǔn) ? 1）編碼圖像格式 ? MPEG1處理對象是逐行掃描的圖像，對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。MPEG1編碼技術(shù)的選擇是基于高質(zhì)量的連續(xù)活動圖像、高壓縮比以及對編碼比特流的隨機(jī)操作需求之間的平衡。 2022/2/14 MPEG標(biāo)準(zhǔn) ? I幀： 采用幀內(nèi)編碼方法，無需參考其它幀，是獨(dú)立壓縮的，給出編碼序列的解碼的起始操作點(diǎn)，滿足隨機(jī)操作的要求，但是僅能獲得中等的壓縮比。 ? B幀： 采用雙向預(yù)測方法，能夠提供最大限度的壓縮。 ? D幀： 僅含有 DCT的直流分量。 2022/2/14 MPEG標(biāo)準(zhǔn) ? 2）編解碼 ? MPEG1沒有規(guī)定編碼過程，僅規(guī)定了比特流的語法和語義，以及解碼器中的信號處理。編碼器設(shè)計必須在圖像質(zhì)量、編碼速率以及編碼效率之間進(jìn)行綜合考慮，選擇合適的編碼工作模式和控制參數(shù)。 2022/2/14 MPEG標(biāo)準(zhǔn) ? 編碼時輸入的視頻信號的每一幅圖像都包括一個亮度分量和兩個色差分量，編碼器必須首先為每幀選擇其類型。編碼時的基本單元是宏塊，它包括六個 的子塊，其中四個是亮度塊，剩下的一個是色差信號 Cr，另一個是色差信號 Cb。對于每個宏塊，要決定它的編碼模式，然后進(jìn)行相應(yīng)的處理。 88?2022/2/14 MPEG標(biāo)準(zhǔn) ? 解碼是編碼的逆操作，由于無需運(yùn)動估計，因此比編碼簡單。當(dāng)一幅圖像所有的宏塊都處理完畢，則整個圖像被重建。 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。 2022/2/14 MPEG標(biāo)準(zhǔn) ? 圖像組是視頻隨機(jī)存取單元，長度隨意，可以包含一個或多個 I幀。在要求能隨機(jī)播放、快進(jìn)、快倒等應(yīng)用場合，可以使用較短的圖像組。插入的B幀越多，編碼效率越高，但編碼器所需要的存儲器也越多，處理的實(shí)時性也越差。一般每秒鐘使用兩次 I幀，即在每 15幀中安排一次 I幀。它主要包括：系統(tǒng)、視頻、音頻、一致性、參考軟件、數(shù)字存儲媒體的命令與控制（ DSMCC）、高級音頻編碼、 10bit視頻編碼、實(shí)時接口等 9個部分。 MPEG1成為MPEG2的一個子集，即 MPEG2的解碼器可以對 MPEG1碼流進(jìn)行編碼。根據(jù)應(yīng)用的不同， MPEG2的碼率范圍為 ~100Mbit/s，一般情況下，只有碼率超過 4Mbit/s的 MPEG2視頻質(zhì)量才能明顯優(yōu)于MPEG1。國內(nèi)的技術(shù)翻譯上將其稱為檔次和級別，或稱為型和級。 2022/2/14 2． MPEG2標(biāo)準(zhǔn) ? 1）基于場或基于幀的 DCT ? 為了更好地適應(yīng)隔行掃描視頻信號的特點(diǎn)，在 DCT和運(yùn)動估計算法中對幀和場進(jìn)行了不同的處理。當(dāng)序列是逐行時，或者圖像是場方式時，采用的分割方式與 MPEG1相同；但對于隔行掃描的幀圖像，既可以采用上述按幀的分割方式，也可以采用按場的隔行分割方式。一般而言，對于靜止或緩變圖像和區(qū)域宜采用按幀的 DCT編碼；反之，對于大的運(yùn)動區(qū)域，則宜采用按場的 DCT編碼。在具體使用時，必須考慮編碼是針對幀格式圖像還是場格式圖像?？煞旨壘幋a的特點(diǎn)是整個碼流被分為基本碼流和增強(qiáng)碼流兩部分，基本碼流可以提供一般質(zhì)量的重建圖像，但如果解碼器 “ 疊加 ” 上增強(qiáng)部分的碼流，就可以將圖像質(zhì)量提高很多。此外， MPEG2還允許空間分級、時間分級以及 SNR分級等以各種方式結(jié)合，形成多層次的分級擴(kuò)展。它主要包括：系統(tǒng)、視覺信息、音頻、一致性、參考軟件、多媒體傳送集成框架、優(yōu)化軟件、 IP中的一致性、參考硬件描述等 9個部分。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、音頻對象的交互性。在 MPEG4中任何一個場景被理解為由若干視音頻對象組成。此時所必需的組合信息就構(gòu)成了場景描述（ Scene Description）信息，并且可以將他們編碼，與各種視音頻（ AV）對象一起傳輸。 2022/2/14 3． MPEG4標(biāo)準(zhǔn) ? 2）可視信息的編碼 ? MPEG4同時支持自然和合成可視信息（如圖形、計算機(jī)動畫等）的編碼。在和，例如基于內(nèi)容的編碼，允許對任意形狀視頻對象進(jìn)行編碼。 2022/2/14 3． MPEG4標(biāo)準(zhǔn) ? （ 1）自然與綜合圖像的混合編碼； ? （ 2）各種隱式 2D網(wǎng)格的高效率壓縮； ? （ 3）各種圖像和視頻的信息內(nèi)容基（ contentbased） ? 編碼； ? （ 4）各種紋理、圖像和視頻的信息內(nèi)容基的可分級編 ? 碼； ? （ 5）空間域的、時間域的和質(zhì)量的可分級性編碼； ? （ 6）在誤碼多發(fā)環(huán)境中的誤碼健壯性（ robustness）和 ? 復(fù)原能力。 2022/2/14 3． MPEG4標(biāo)準(zhǔn) ? 3） MPEG4數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 在 MPEG4中，采用發(fā)送多媒體綜合框架（ DMIF：Delivery Multimedia Intergration Framework）的結(jié)構(gòu)，它極大地方便了多媒體的各種應(yīng)用，且獨(dú)立于具體的通信網(wǎng)絡(luò)。MPEG4的應(yīng)用可以從 DMIF申請到自己所需要的 “ 服務(wù)質(zhì)量 ” ，如對帶寬、時延的要求等。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）。復(fù)用后的數(shù)據(jù)再經(jīng)過靈活復(fù)用接口送到傳輸復(fù)用層，最后送到一個具體的外部通信網(wǎng)絡(luò)，如 ATM（ Asynchronous Transfer Mode，異步傳輸模式）網(wǎng)或 PSTN（ Public Switched Telephone Network，公共交換電話網(wǎng)）網(wǎng)。在綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) ISDN（ Integrated Service Digital NeTwork）中稱為 H0 通道。當(dāng) ， p=2速率只有128kb/s，當(dāng) ，建議 p6，速率384kbit/s，最高可達(dá) 2048kbit/s。首次采用了 塊的 DCT變換去除空間相關(guān)性，采用幀間運(yùn)動補(bǔ)償預(yù)測方法去