CCDCMOS圖像傳感器基礎與應用課件

1、第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 第第6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 6.1 視頻壓縮的基本原理視頻壓縮的基本原理6.2 靜止圖像壓縮靜止圖像壓縮 6.3 活動圖像編碼活動圖像編碼 6.4 音頻壓縮的原理和標準音頻壓縮的原理和標準 思考題和習題思考題和習題 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 6.1 視頻壓縮的基本原理視頻壓縮的基本原理 6.1.1 視頻信號壓縮的可能性 視頻數(shù)據(jù)中存在著大量的冗余， 即圖像的各像素數(shù)據(jù)之間存在極強的相關性。 利用這些相關性， 一部分像素的數(shù)據(jù)可以由另一部分像素的數(shù)據(jù)推導出來， 結果視頻數(shù)據(jù)量能極大地壓縮， 有利于傳輸和存儲。 視頻數(shù)據(jù)主要存在以

2、下形式的冗余。第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 1. 空間冗余 視頻圖像在水平方向相鄰像素之間、 垂直方向相鄰像素之間的變化一般都很小， 存在著極強的空間相關性。 特別是同一景物各點的灰度和顏色之間往往存在著空間連貫性， 從而產生了空間冗余， 常稱為幀內相關性。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 2. 時間冗余 在相鄰場或相鄰幀的對應像素之間， 亮度和色度信息存在著極強的相關性。 當前幀圖像往往具有與前、 后兩幀圖像相同的背景和移動物體， 只不過移動物體所在的空間位置略有不同， 對大多數(shù)像素來說， 亮度和色度信息是基本相同的， 稱為幀間相關性或時間相關性。 第第6 6章章 視頻

3、壓縮技術視頻壓縮技術 3. 結構冗余 在有些圖像的紋理區(qū)， 圖像的像素值存在著明顯的分布模式。 如方格狀的地板圖案等。 已知分布模式， 可以通過某一過程生成圖像， 稱為結構冗余。 4. 知識冗余 有些圖像與某些知識有相當大的相關性。 如人臉的圖像有固定的結構， 嘴的上方有鼻子， 鼻子的上方有眼睛， 鼻子位于臉部圖像的中線上。 這類規(guī)律性的結構可由先驗知識得到， 此類冗余稱為知識冗余。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 5. 視覺冗余 人眼具有視覺非均勻特性， 對視覺不敏感的信息可以適當?shù)厣釛墶?在記錄原始的圖像數(shù)據(jù)時， 通常假定視覺系統(tǒng)是線性的和均勻的， 對視覺敏感和不敏感的部分同等對

4、待， 從而產生了比理想編碼(即把視覺敏感和不敏感的部分區(qū)分開來編碼)更多的數(shù)據(jù)， 這就是視覺冗余。 人眼對圖像細節(jié)、 幅度變化和圖像的運動并非同時具有最高的分辨能力。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 人眼視覺對圖像的空間分解力和時間分解力的要求具有交換性， 當對一方要求較高時， 對另一方的要求就較低。 根據(jù)這個特點， 可以采用運動檢測自適應技術， 對靜止圖像或慢運動圖像降低其時間軸抽樣頻率， 例如每兩幀傳送一幀； 對快速運動圖像降低其空間抽樣頻率。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 另外， 人眼視覺對圖像的空間、 時間分解力的要求與對幅度分解力的要求也具有交換性， 對圖像的幅

5、度誤差存在一個隨圖像內容而變的可覺察門限， 低于門限的幅度誤差不被察覺， 在圖像的空間邊緣(輪廓)或時間邊緣(景物突變瞬間)附近， 可覺察門限比遠離邊緣處增大34倍， 這就是視覺掩蓋效應。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 根據(jù)這個特點， 可以采用邊緣檢測自適應技術， 對于圖像的平緩區(qū)或正交變換后代表圖像低頻成分的系數(shù)細量化， 對圖像輪廓附近或正交變換后代表圖像高頻成分的系數(shù)粗量化； 當由于景物的快速運動而使幀間預測編碼碼率高于正常值時進行粗量化， 反之則進行細量化。 在量化中， 盡量使每種情況下所產生的幅度誤差剛好處于可覺察門限之下， 這樣能實現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)壓縮率而主觀評價不變。 第第

6、6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 6. 圖像區(qū)域的相同性冗余 在圖像中的兩個或多個區(qū)域所對應的所有像素值相同或相近， 從而產生的數(shù)據(jù)重復性存儲， 這就是圖像區(qū)域的相似性冗余。 在這種情況下， 記錄了一個區(qū)域中各像素的顏色值， 與其相同或相近的區(qū)域就不再記錄各像素的值。 矢量量化方法就是針對這種冗余圖像的壓縮方法。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 7. 紋理的統(tǒng)計冗余 有些圖像紋理盡管不嚴格服從某一分布規(guī)律， 但是在統(tǒng)計的意義上服從該規(guī)律， 利用這種性質也可以減少表示圖像的數(shù)據(jù)量， 稱為紋理的統(tǒng)計冗余。 電視圖像信號數(shù)據(jù)存在的信息冗余為視頻壓縮編碼提供了可能。 第第6 6章章 視頻

7、壓縮技術視頻壓縮技術 6.1.2 視頻信號的數(shù)字化和壓縮 模擬電視信號(包括視頻和音頻)通過取樣、 量化后編碼 為二進制數(shù)字信號的過程稱為模數(shù)變換(AD變換)或脈沖編碼調制(PCM， Pulse Coding Modulation)， 所得到的信號也稱為PCM信號， 其過程可用圖6-1(a)表示。 若取樣頻率等于fs、 用n比特量化， 則PCM信號的碼率為nfs(比特s)。 PCM編碼既可以對彩色全電視信號直接進行， 也可以對亮度信號和兩個色差信號分別進行， 前者稱為全信號編碼， 后者稱為分量編碼。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 PCM信號經(jīng)解碼和插入濾波恢復為模擬信號， 如圖6-

8、1(b)所示， 解碼是編碼的逆過程， 插入濾波是把解碼后的信號插補為平滑、 連續(xù)的模擬信號。 這兩個步驟合稱為數(shù)模變換（DA變換）或PCM解碼。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 圖 6-1 電視信號的數(shù)字化和復原 (a) A/D變換； (b) D/A變換PCM信 號取 樣模 擬 電 視 信 號取 樣 脈 沖量 化編 碼解 碼插 入 濾 波PCM信 號模 擬 電 視 信 號(a)(b)第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 1. 奈奎斯特取樣定理 理想取樣時， 只要取樣頻率大于或等于模擬信號中最高頻率的兩倍， 就可以不失真地恢復模擬信號， 稱為奈奎斯特取樣定理。 模擬信號中最高頻率的

9、兩倍稱為折疊頻率。 2. 亞奈奎斯特取樣 按取樣定理， 若取樣頻率fs小于模擬信號最高頻率fmax的2倍會產生混疊失真， 但若巧妙地選擇取樣頻率， 令取樣后頻譜中的混疊分量落在色度分量和亮度分量之間， 就可用梳狀濾波器去掉混疊成分。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 3. 均勻量化和非均勻量化 在輸入信號的動態(tài)范圍內， 量化間隔幅度都相等的量化稱為均勻量化或線性量化。 對于量化間距固定的均勻量化， 信噪比隨輸入信號幅度的增加而增加， 在強信號時固然可把噪波淹沒掉， 在弱信號時， 噪波的干擾就十分顯著。 為改善弱信號時的信噪比， 量化間距應隨輸入信號幅度而變化， 大信號時進行粗量化， 小

10、信號時進行細量化， 也就是采用非均勻量化(或稱非線性量化)。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 非均勻量化有兩種方法， 一是把非線性處理放在編碼器前和解碼器后的模擬部分， 編、 解碼仍采用均勻量化， 在均勻量化編碼器之前， 對輸入信號進行壓縮， 這樣等效于對大信號進行粗量化， 小信號進行細量化； 在均勻量化解碼器之后， 再進行擴張， 以恢復原信號。 另一種方法是直接采用非均勻量化器， 輸入信號大時進行粗量化(量化間距大) ， 輸入信號小時細量化(量化間距小)。 也有采用若干個量化間距不等的均勻量化器， 當輸入信號超過某一電平時進入粗間距均勻量化器， 低于某一電平時進入細間距量化器， 稱

11、為準瞬時壓擴方式。第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 通常用Q表示量化， 用Q-1表示反量化。 量化過程相當于由輸入值找到它所在的區(qū)間號， 反量化過程相當于由量化區(qū)間號得到對應的量化電平值。 量化區(qū)間總數(shù)遠遠少于輸入值的總數(shù)， 所以量化能實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。 很明顯， 反量化后并不能保證得到原來的值， 因此量化過程是一個不可逆過程， 用量化的方法來進行壓縮編碼是一種非信息保持型編碼。 通常這兩個過程均可用查表方法實現(xiàn)， 量化過程在編碼端完成， 而反量化過程則在解碼端完成。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 對量化區(qū)間標號(量化值)的編碼一般采用等長編碼方法。 當量化分層總數(shù)為K時， 經(jīng)

12、過量化壓縮后的二進制數(shù)碼率為lbK比特量值。 在一些要求較高的場合， 可采用可變字長編碼如哈夫曼編碼或算術編碼來進一步提高編碼效率。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 6.1.3 ITU-R BT.601分量數(shù)字系統(tǒng) 數(shù)字視頻信號是將模擬視頻信號經(jīng)過取樣、 量化和編碼后形成的。 模擬電視有PAL、 NTSC等制式， 必然會形成不同制式的數(shù)字視頻信號， 不便于國際數(shù)字視頻信號的互通。 1982年10月, 國際無線電咨詢委員會(CCIR， Consultative Committee for International Radio)通過了第一個關于演播室彩色電視信號數(shù)字編碼的建議， 199

13、3年變更為ITU-R(國際電聯(lián)無線電通信部分， International Telecommunications Union-Radio communications Sector)BT.601分量數(shù)字系統(tǒng)建議。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 BT.601建議采用了對亮度信號和兩個色差信號分別編碼的分量編碼方式， 對不同制式的信號采用相同的取樣頻率13.5 MHz， 與任何制式的彩色副載波頻率無關， 對亮度信號Y的取樣頻率為13.5 MHz。 由于色度信號的帶寬遠比亮度信號的帶寬窄， 對色度信號U和V的取樣頻率為6.75 MHz。 每個數(shù)字有效行分別有720個亮度取樣點和3602個

14、色差信號取樣點。 對每個分量的取樣點都是均勻量化， 對每個取樣進行8比特精度的PCM編碼。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 這幾個參數(shù)對525行、 60場秒和625行50場秒的制式都是相同的。 有效取樣點是指只有行、 場掃描正程的樣點有效， 逆程的樣點不在PCM編碼的范圍內。 因為在數(shù)字化的視頻信號中， 不再需要行、 場同步信號和消隱信號， 只要有行、 場(幀)的起始位置即可。 例如， 對于PAL制， 傳輸所有的樣點數(shù)據(jù)， 大約需要200 Mbs的傳輸速率， 傳輸有效樣點只需要160 Mbs左右的速率。 色度信號的取樣率是亮度信號取樣率的一半， 常稱作4 2 2格式， 可以理解為每一

15、行里的Y、 U、 V的樣點數(shù)之比為4 2 2。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 6.1.4 熵編碼 熵編碼(Entropy Coding)是一類無損編碼， 因編碼后的平均碼長接近信源的熵而得名。 熵編碼多用可變字長編碼(VLC， Variable Length Coding)實現(xiàn)。 其基本原理是對信源中出現(xiàn)概率大的符號賦以短碼， 對出現(xiàn)概率小的符號賦以長碼， 從而在統(tǒng)計上獲得較短的平均碼長。 所編的碼應是即時可譯碼， 某一個碼不會是另一個碼的前綴， 各個碼之間無需附加信息便可自然分開。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 1. 霍夫曼(Huffman)編碼 霍夫曼（Huffma

16、n）編碼是一種可變長編碼, 編碼方法如圖6-2所示。 (1) 將輸入信號符號以出現(xiàn)概率由大至小為序排成一列。 (2) 將兩處最小概率的符號相加合成為一個新概率， 再按出現(xiàn)概率的大小排序。 (3) 重復步驟(2)， 直至最終只剩兩個概率。 (4) 編碼從最后一步出發(fā)逐步向前進行， 概率大的符號賦予“0”碼， 另一個概率賦予“1”碼， 直至到達最初的概率排列為止。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 圖 6-2 霍夫曼(Huffman)編碼 輸入電平概率L1L2L3L4L5L60.40.30.10.10.060.040.40.30.10.10.1“0”“1”“0”“1”0.40.30.20.

17、1“0”“1”0.40.30.3“0”“1”0.60.4“0”“1”編碼10001101000101001011第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 2. 算術編碼 霍夫曼編碼的每個代碼都要使用一個整數(shù)位， 如果一個符號只需要用2.5位就能表示， 但在霍夫曼編碼中卻必須用3個符號來表示， 因此它的效率較低。 與其相比， 算術編碼并不是為每個符號產生一個單獨的代碼， 而是使整條信息共用一個代碼， 增加到信息上的每個新符號都遞增地修改輸出代碼。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 假設信源由4個符號S1、 S2、 S3和S4組成， 其概率模型如表6-1所示。 把各符號出現(xiàn)的概率表示在如圖

18、6-3所示的單位概率區(qū)間之中， 區(qū)間的寬度代表概率值的大小， 各符號所對應的子區(qū)間的邊界值， 實際上是從左到右各符號的累積概率。 在算術編碼中通常采用二進制的小數(shù)來表示概率， 每個符號所對應的概率區(qū)間都是半開區(qū)間， 如S1對應0， 0.001)， S2對應0.001， 0.011)。 算術編碼所產生的碼字實際上是一個二進制小數(shù)值的指針， 該指針指向所編的符號所對應的概率區(qū)間。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 表6-1 信源概率模型和算術編碼過程 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 圖 6-3 算術編碼過程示意圖 S1S2S3S4S3S2S4S1S3S4S2S101/83/87/

19、810.0010.0110.1110. 10010.01110. 1101第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 若將符號序列S3S3S2S4進行算術編碼， 序列的第一個符號為S3， 我們用指向圖6-3中第3個子區(qū)間的指針來代表這個符號， 由此得到碼字0.011。 后續(xù)的編碼將在前面編碼指向的子區(qū)間內進行。 將0.011， 0.111)區(qū)間再按符號的概率值劃分成4份， 對第二個符號S3， 指針指向0.1001,碼 字串變?yōu)?.1001。 然后S3所對應的子區(qū)間又被劃分為4份， 開始對第3個符號進行編碼。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 算術編碼的基本法則如下： (1) 初始狀態(tài)：

20、編碼點(指針所指處)C0=0， 區(qū)間寬度A0=1。 (2) 新編碼點： Ci= Ci-1 + Ai-1Pi。 式中, Ci-1是原編碼點；Ai-1是原區(qū)間寬度； Pi所編符號對應的累積概率。 新區(qū)間寬度Ai= Ai-1pi 式中， pi為所編符號對應的概率。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 根據(jù)上述法則， 對序列S3S3S2S4進行算術編碼的過程如下： 第一個符號S3： C1=C0+A0P1=0+10.011=0.011 A1=A0p1=10.1=0.1 0.011,0.111 第二個符號S3： C2=C1+A1P2 =0.011+0.10.011=0.1001 A2=A1p2=0.

21、10.1=0.01 0.1001,0.1101第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 第三個符號S2： C3=C2+A2P3=0.1001+0.010.001=0.10011 A3=A2p3=0.010.01=0.0001 0.10011,0.10101 第四個符號S4： C4=C3+A3P4=0.10011+0.00010.111=0.1010011 A4=A3p4=0.00010.001=0.0000001 0.1010011,0.10101)第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 3. 游程編碼 游程編碼(RLC， Run Length Coding)是一種十分簡單的壓縮方法， 它將

22、數(shù)據(jù)流中連續(xù)出現(xiàn)的字符用單一的記號來表示。 例如， 字符串5311可以壓縮為5310-10110-08120-12， 其中， “-”后面兩個數(shù)字是“-”前面數(shù)字的連續(xù)個數(shù)。 游程編碼的壓縮率不高， 但編碼、 解碼的速度快， 仍被得到廣泛的應用， 特別是在變換編碼后再進行游程編碼， 有很好的效果。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 6.1.5 預測編碼和變換編碼 1. DPCM原理 基于圖像的統(tǒng)計特性進行數(shù)據(jù)壓縮的基本方法就是預測編碼。 它是利用圖像信號的空間或時間相關性， 用已傳輸?shù)南袼貙Ξ斍暗南袼剡M行預測， 然后對預測值與真實值的差預測誤差進行編碼處理和傳輸。 目前用得較多的是線性預

23、測方法， 全稱為差值脈沖編碼調制(DPCM， Differential Pulse Code Modulation)， 簡稱為DPCM。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 利用幀內相關性(像素間、 行間的相關)的DPCM稱為幀內預測編碼。 如果對亮度信號和兩個色差信號分別進行DPCM編碼， 對亮度信號采用較高的取樣率和較多位數(shù)編碼， 對色差信號用較低的取樣率和較少位數(shù)編碼， 構成時分復合信號后再進行DPCM編碼， 這樣做使總碼率更低。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 利用幀間相關性(鄰近幀的時間相關性)的DPCM被稱為幀間預測編碼， 因幀間相關性大于幀內相關性， 其編碼效率更

24、高。 若把這兩種DPCM組合起來， 再配上變字長編碼技術， 能取得較好的壓縮效果。 DPCM是圖像編碼技術中研究得最早， 且應用最廣的一種方法， 它的一個重要的特點是算法簡單， 易于硬件實現(xiàn)。 圖6-4（a）是它的示意圖， 編碼單元主要包括線性預測器和量化器兩部分。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 編碼器的輸出不是圖像像素的樣值f(m， n)， 而是該樣值與預測值g(m， n)之間的差值， 即預測誤差e(m， n)的量化值E(m， n)。 根據(jù)圖像信號統(tǒng)計特性的分析， 給出一組恰當?shù)念A測系數(shù)， 使預測誤差主要分布在“0”附近， 經(jīng)非均勻量化， 采用較少的量化分層， 圖像數(shù)據(jù)得到壓縮。

25、 而量化噪聲又不易被人眼所覺察， 圖像的主觀質量并不明顯下降。 圖6-4（b）是DPCM解碼器， 其原理和編碼器剛好相反。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 圖 6-4 DPCM原理(a) DPCM編碼器； (b) DPCM解碼器 量化器反量化器預測器f (m,n)e(m,n)E(m,n)g(m,n)反量化器預測器E(m,n)f (m,n)g(m,n)(a)(b)第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 DPCM編碼性能主要取決于預測器的設計， 預測器設計要確定預測器的階數(shù)N以及各預測系數(shù)。 圖6-5是一個4階預測器的示意圖， 圖6-5(a)表示預測器所用的輸入像素和被預測像素之間的位

26、置關系， 圖6-5(b)表示預測器的結構。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 圖 6-5 四階預測器(a) 輸入像素和預測像素； (b) 預測器構成 xa1 xa2 xa3 xa4X1X2X3X4X0預測值X2X3X4X0X1(a)(b)第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 2. 變換編碼原理 圖像變換編碼是將空間域里描述的圖像， 經(jīng)過某種變換(如傅立葉變換、 離散余弦變換、 沃爾什變換等)在變換域中進行描述。 這樣可以將圖像能量在空間域的分散分布變?yōu)樵谧儞Q域的相對集中分布， 便于用“Z”(zig-zag)字形掃描、 自適應量化、 變長編碼等進一步處理， 完成對圖像信息的有效壓縮。

27、 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 先從一個實例來看一個域的數(shù)據(jù)變換到另一個域后其分布是如何改變的。 以12像素構成的子圖像， 即相鄰兩個像素組成的子圖像為例， 每個像素3比特編碼， 取07共8個灰度級， 兩個像素有64種可能的灰度組合， 由圖6-6（a）中的64個坐標點表示。 一般圖像相鄰像素之間存在著很強的相關性， 絕大多數(shù)的子圖像中相鄰兩像素灰度級相等或很接近， 也就是說在x1=x2直線附近出現(xiàn)的概率大， 如圖6-6（a）中的陰影區(qū)所示。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 現(xiàn)在將坐標系逆時針旋轉45， 如圖6-6(b)所示。 在新的坐標系y1、 y2中， 概率大的子圖像區(qū)

28、位于y1軸附近。 表明變量y1、 y2之間的聯(lián)系比變量x1、 x2之間的聯(lián)系在統(tǒng)計上更加獨立， 方差也重新分布。 在原來坐標系中子圖像的兩個像素具有較大的相關性， 能量的分布也比較分散， 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 兩者具有大致相同的方差， 而在變換后的坐標系中， 子圖像的兩個像素之間的相關性大大減弱， 能量分布向y1軸集中， y1的方差也遠大于y2， 這種變換后坐標軸上方差不均勻分布正是正交變換編碼能夠實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)壓縮的理論根據(jù)。 若按照人的視覺特性， 只保留方差較大的那些變換系數(shù)分量， 就可以獲得更大的數(shù)據(jù)壓縮比， 這就是視覺心理編碼的方法。第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓

29、縮技術 圖 6-6 變換編碼的物理意義(a) 子圖像在陰影區(qū)的概率較大； (b) 旋轉變換后765421376542130y2x2y1x176542130 x2x1(a)(b)7654213第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 把一個nn像素的子圖像看成n2維坐標系中的一個坐標點， 在n2維坐標系中每一個坐標點對應于n2個像素。 這個坐標點各維的數(shù)值是其對應的n2個像素的灰度組合。 圖像在n2維變換域中， 相關性大大下降。 因此用變換后的系數(shù)進行編碼， 比直接用圖像數(shù)據(jù)編碼能獲得更大的數(shù)據(jù)壓縮。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 變換編碼將被處理數(shù)據(jù)按照某種變換規(guī)則映射到另一個域中

30、去處理， 圖像編碼采用二維正交變換的方式， 若將整個圖像作為一個二維矩陣， 變換編碼的計算量太大。 所以將一幅圖像分成一個個小圖像塊， 通常是88或1616小方塊， 每個圖像塊可以看成為一個二維數(shù)據(jù)矩陣， 變換編碼以這些小圖像塊為單位進行， 變換編碼把統(tǒng)計上密切相關的像素構成的矩陣通過線性正交變換， 變成統(tǒng)計上較為相互獨立， 甚至完全獨立的變換系數(shù)所構成的矩陣。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 信息論的研究表明， 變換前后圖像的信息量并無損失， 可以通過反變換得到原來的圖像值。 統(tǒng)計分析表明， 正交變換后， 數(shù)據(jù)的分布向新坐標系中的少數(shù)坐標集中， 集中于少數(shù)的直流或低頻分量的坐標點。

31、 正交變換并不壓縮數(shù)據(jù)量， 但它去除了大部分相關性， 數(shù)據(jù)分布相對集中， 可以依據(jù)人的視覺特性， 對變換系數(shù)進行量化， 允許引入一定量的誤差， 只要它們在重建圖像中造成的圖像失真不明顯， 或者能達到所要求的觀賞質量就行。 量化可以增加許多不用編碼的0系數(shù)， 然后再對量化后的系數(shù)施行變長編碼。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 3. 離散余弦變換(DCT) 在常用的正交變換中， DCT(Discrete Cosine Transform)變換的性能接近最佳， 是一種準最佳變換。 DCT變換矩陣與圖像內容無關， 是因為它構造成對稱的數(shù)據(jù)序列， 避免了子圖像輪廓處的跳躍和不連續(xù)現(xiàn)象。 DCT

32、變換也有快速算法(FDCT)， 在圖像編碼的應用中， 大都采用二維DCT變換。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 對于一般圖像， 在二維DCT的變換域中， 幅值較大的系數(shù)集中在低頻域， 圖6-7是一幅圖像上的兩個88像素矩陣及其二維DCT系數(shù)矩陣。 圖6-7(a)是背景區(qū)域的一小塊圖像， 它的系數(shù)矩陣左上角的50為DCT系數(shù)的直流分量， 它標志著該像素塊的亮度平均值， 其余系數(shù)皆為零， 說明在變換域中系數(shù)的分布是相當集中的。 圖6-7(b)為細節(jié)較多的區(qū)域里的一小塊圖像， 其系數(shù)的分布集中的程度要差一些。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 圖 6-7 圖像塊的DCT變換(a)

33、背景部分圖像塊的DCT； (b) 細節(jié)部分圖像塊的DCT52 51 51 51 51 52 51 5150 51 51 51 50 51 52 5150 50 50 50 51 52 52 5250 50 51 49 50 52 51 5150 51 50 50 49 50 49 5050 51 51 50 49 49 50 5050 50 51 50 48 50 51 5050 50 50 49 50 50 50 4950 0 0 0 0 0 00像素值DCT變換系數(shù)DCT變換系數(shù)0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0

34、 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0像素值102760000015 11401 2006 5 3 200106822300042323 1002 513 31001000210010010110(a)(b)117139109971641479511112012310011714994921121091029311788901161407774857887102119150737570749984114157646068949172122163546497103748213716160871037968102150157第第6 6章章

35、 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 圖 6-8 Z字形掃描第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 對自然景物圖像的統(tǒng)計表明， DCT系數(shù)矩陣的能量集中在反映水平和垂直低頻分量的左上角。 量化以后， DCT系數(shù)矩陣變得稀疏， 位于矩陣右下角的高頻分量系數(shù)大部分被量化為零。 游程編碼的思想是， 用適當?shù)膾呙璺绞綄⒁蚜炕亩SDCT系數(shù)矩陣變換為一維序列， 所用的掃描方式應使序列中連零的數(shù)目盡量多， 或者說使連零的游程盡量長， 對游程的長度進行游程編碼(RLC， Run Length Coding)以替代逐個地傳送這些零值， 就能進一步實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。 常用的Z(zig-zag)字形掃描如圖6-8所示。 第

36、第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 游程編碼的方法是將掃描得到的一維序列轉化為一個由二元數(shù)組(run， level)組成的數(shù)組序列， 其中run表示連零的長度， level表示這串連零之后出現(xiàn)的一個非零值。 當剩下的所有系數(shù)都為零時， 用一個符號EoB(End of Block)來表示。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 4. 混合編碼 混合編碼是近年來廣泛采用的方法， 這種方法充分利用各種單一壓縮方法的長處， 以期在壓縮比和效率之間取得最佳的平衡。 如廣泛流行的JPEG和MPEG壓縮方法都是典型的混合編碼方案。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 6.2 靜止圖像壓縮靜止圖

37、像壓縮 靜止圖像是指內容不變的圖像， 也可能是不活動場景圖像或活動場景圖像在某一瞬時的“凍結”圖像。 靜止圖像編碼是指對單幅圖像的編碼。 靜止圖像用于傳送文件、 模型、 圖片和現(xiàn)場的實況監(jiān)視圖像。 實況監(jiān)視每隔一定時間間隔更換一幅新的圖像， 可以不連續(xù)地看到現(xiàn)場的情況， 是一種準實時的監(jiān)視。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 靜止圖像編碼有以下要求： (1) 清晰度 靜止圖像中的細節(jié)容易被觀察到， 要求有更高的清晰度。 (2) 逐漸浮現(xiàn)的顯示方式 在窄帶傳輸時為了減少等待時間， 要求編碼能提供逐漸浮現(xiàn)的顯示方式， 即先傳模糊的整幅圖像， 再逐漸變清晰。 (3) 抗干擾 一幅圖像的傳輸時

38、間較長， 各種干擾噪聲顯示時間較長， 影響觀看， 要求編碼與調制方式都有較強的抗干擾能力。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 圖6-9是靜止圖像編碼傳輸系統(tǒng)示意圖。 攝像機攝取的全電視信號， 經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡捕獲一幀圖像， 數(shù)字化后存放在幀存儲器中。 也可用數(shù)字攝像機直接得到數(shù)字圖像。 編碼器對存放在幀存儲器中數(shù)字圖像進行壓縮編碼， 因時間充?？刹捎幂^復雜的算法提高壓縮比， 保持較高的清晰度。 經(jīng)調制后送到信道中傳輸。 接收的過程則相反， 信號經(jīng)解調、 解碼后送幀存儲器， 然后以一定的方式讀出， 經(jīng)DA變換后在顯示屏上顯示， 或被拷貝下來。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 圖 6

39、-9 靜止圖像數(shù)字傳輸系統(tǒng) 攝 像A/D幀 存 儲 器編 碼調 制信 道解 調解 碼幀 存 儲 器D/A顯 示第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 靜止圖像的主要編碼方法是DPCM和變換編碼， 由于小波變換編碼在靜止圖像的壓縮中取得了重大進展， 在新標準JPEG2000和MPEG-4中均采用小波變換編碼。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 6.2.1 JPEG標準 JPEG是國際標準化組織(ISO， International Organization for Standardization）國際電工技術委員會(IEC， International Electrotechnical

40、 Commission)和ITU-T的聯(lián)合圖片專家小組(Joint Photographic Experts Group)的縮寫。 1991年3月JPEG建議（ISOIEC10918號標準）“多灰度靜止圖像的數(shù)字壓縮編碼(通常簡稱為JPEG標準)”正式通過， 這是一個適用于彩色和單色多灰度或連續(xù)色調靜止數(shù)字圖像的壓縮標準， 包括無損壓縮及基于離散余弦變換和霍夫曼編碼的有損壓縮兩個部分?；綣PEG算法操作可分成6個步驟， 如圖6-10所示。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 圖 6-10 JPEG算法步驟 彩 色 坐 標 轉 換RGBDCTYUV量 化DPCM游 程 編 碼熵 編 碼第

41、第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 1. 彩色坐標轉換 彩色坐標轉換是要去掉數(shù)據(jù)冗余量， 不屬于JPEG算法， JPEG是獨立于彩色坐標的。 壓縮可采用不同坐標(如RGB、 YUV、 YIQ等)的圖像數(shù)據(jù)。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 2. 離散余弦變換 JPEG采用88子塊的二維離散余弦變換算法。 在編碼器的輸入端， 把原始圖像(U、 V的像素是Y的一半)順序地分割成一系列88的子塊。 在88圖像塊中， 像素值變化緩慢， 具有較低的空間頻率。 進行二維88離散余弦變換可以將圖像塊的能量集中在極少數(shù)系數(shù)上， DCT的(0， 0)元素是塊的平均值， 其他元素表明在每個空間頻率下

42、的譜能為多少。 一般地， 離原點(0， 0)越遠， 元素衰減得越快。第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 3. 量化 為了達到壓縮數(shù)據(jù)的目的， 對DCT系數(shù)需作量化處理。 量化的作用是在保持一定質量的前提下， 丟棄圖像中對視覺效果影響不大的信息。 量化是多對一映射， 是造成DCT編碼信息損失的根源。 JPEG標準中采用線性均勻量化器， 量化過程為對64個DCT系數(shù)除以量化步長并四舍五入取整， 量化步長由量化表決定。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 量化表元素因DCT系數(shù)位置和彩色分量的不同而取不同的值。 量化表為88矩陣， 與DCT變換系數(shù)一一對應。 量化表一般由用戶規(guī)定(JPG

43、E標準中給出了參考值)， 可根據(jù)人類視覺系統(tǒng)和壓縮圖像類型的特點進行優(yōu)化， 并作為編碼器的一個輸入。 量化表中元素為1255之間的任意整數(shù)， 其值規(guī)定了所對應DCT系數(shù)的量化步長。 DCT變換系數(shù)除以量化表中對應位置的量化步長并舍去小數(shù)部分后， 多數(shù)變?yōu)榱悖?從而達到了壓縮的目的。 表6-2和表6-3分別給出了JPEG標準所推薦的亮度量化表和色度量化表。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 表6-2 JPEG亮度量化步長 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 表6-3 JPEG色度量化步長 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 4. 差分編碼 64個變換數(shù)經(jīng)量化后， DCT的(0

44、， 0)元素是直流分量(DC系數(shù))， 即空間域中64個圖像采樣值的均值， 相鄰88子塊之間的DC系數(shù)一般有很強的相關性， 變化應該較緩慢， JPEG標準對DC系數(shù)采用DPCM編碼(差分編碼)方法， 即對相鄰像素塊之間的DC系數(shù)的差值進行編碼能將它們中的大多數(shù)數(shù)值減小。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 5. 游程編碼 其余63個交流分量(AC系數(shù))采用游程編碼。 如果從左到右， 從上到下地掃描塊， 零元素不集中， 因此采用從左上角開始沿對角線方向Z字形掃描。 量化后的AC系數(shù)通常會有許多零值。 6. 熵編碼 為了進一步壓縮數(shù)據(jù)， 對DC碼和AC游程編碼的碼字再作統(tǒng)計特性的熵編碼， JP

45、EG標準建議采用霍夫曼編碼和自適應二進制算術編碼。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 6.2.2 JPEG2000標準 JPEG2000是JPEG工作組制定的最新的靜止圖像壓縮編碼的國際標準， 標準號為ISOIECl5444(ITU-TT.800)， 并于2000年底公布。 JPEG2000主要由6個部分組成。 第一部分為編碼的核心部分， 提供優(yōu)秀的壓縮性能和壓縮靈活性， 提供隨機訪問碼流的機制；第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 第二部分為編碼擴展；第三部分為Motion JPEG2000(MJP2000)；第四部分為一致性測試；第五部分為參考軟件；第六部分為復合圖像文件格式。

46、第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 1. JPEG2000采用了小波變換(DWT) JPEG基本算法中的基于子塊的DCT被離散小波變換(DWT, Discrete Wavelet Transform)取代。 DWT自身具有多分辨率圖像表示性能， 它可以在大范圍去掉圖像的相關性， 將圖像能量分布更好地集中， 使壓縮效率得到提高。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 一個圖像可以被分成若干大小相等的片(tile)， 片的具體尺寸可以由用戶根據(jù)應用需要來決定， 片包括所有的圖像分量， 假設圖像有3個分量(YUV)且圖像被分成4個片， 實際上指的是對應的4個Y片， 4個U片和4個V片， 即

47、每個片由3個分量片組成。 各個分量片獨立編、 解碼， 可以從碼流中單獨提取某個或某些片， 解碼后重建圖像。 這種片劃分和片獨立編碼的機制有利于從碼流中提取和解碼某個圖像區(qū)域。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 圖 6-11 DWT對靜止圖像進行三級分解一級分解示意圖； (b) 二級分解示意圖； (a) (c) 三級分解示意圖LHHLLHHHHLLHHHHLLHHHHLLLLHHHHLLLLHHHHHHLLL(a)(b)(c)第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 對分量片做不同級別的小波變換， 小波變換的作用是對圖像進行多分辨率分解， 即把原始圖像分解成不同空間、 不同頻率的子圖像，

48、 這些子圖像實際上是由小波變換后產生的系數(shù)構成， 即系數(shù)圖像。 對一個原始圖像或分量片進行3級小波分解的例子如圖6-11所示, 每一級分解都把圖像分解成4個不同空間、 不同頻帶的子圖像(也稱為子帶圖像或子帶分量)。 低頻分量LL(包含圖像的低頻信息， 即圖像的主要特征， 低頻分量可再次分解)；水平分量LH(包含較多的水平邊緣信息)； 垂直分量HL(包含較多的垂直邊緣信息)； 對角分量HH(包含水平和垂直邊緣信息)。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 從圖6-11可以看出， 分解級數(shù)越多， 圖像分辨率等級越多， 每一級分解圖像的分辨率降為前一級的一半。 在解碼端， 如果只想得到低于原始圖

49、像分辨率圖像， 就只需對部分的子帶圖像(子帶分量)進行解碼。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 小波變換本身并不具有數(shù)據(jù)壓縮能力， 變換前， 原始圖像的數(shù)據(jù)量(像素值的個數(shù))與變換后各系數(shù)的數(shù)據(jù)量（系數(shù)個數(shù)）相等， 變換的意義在于使圖像的能量分布（頻域內的系數(shù)分布）發(fā)生了改變， 圖像的主要能量集中在低頻區(qū) (LL區(qū))， 而水平、 垂直、 對角線部分的高頻能量較少。 通過量化， 把大量幅值較小系數(shù)抑制為零， 從而壓縮數(shù)據(jù)量， 要進一步大幅度壓縮數(shù)據(jù)量， 還需進行合適的編碼處理(如算術編碼)， 用更少的比特表示那些量化后不為零的小波系數(shù)。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 2. J

50、PEG2000同時支持有損和無損壓縮 小波變換可以使用可逆的Le Gall(5， 3)濾波器， 也可以使用不可逆的Daubechies(9， 7)雙正交濾波器。 可逆濾波器支持無損編碼， 不可逆濾波器不支持無損編碼但能達到更高的壓縮比。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 3. JPEG2000支持RoI處理 在處理圖像時， 往往對部分感興趣區(qū)域(RoI， Region of Interest)有較高的質量要求， 希望是無損壓縮。 為了得到較高的壓縮效率， 把圖像的其他部分看成是背景， 進行壓縮比較高的有損壓縮。 在傳輸圖像碼流時， RoI區(qū)域可先于圖像的其他部分被傳輸， 如果壓縮碼流被

51、截取， 則在一定程度上可保證RoI的質量。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 JPEG2000系統(tǒng)為RoI區(qū)域產生一個RoI模板， 用來標志RoI區(qū)域。 選擇適當?shù)谋壤蜃觭， 將位于RoI模板區(qū)域之外的背景量化系數(shù)的幅值除以2s， 得到的數(shù)值小于RoI模板中最小的量化系數(shù)幅值。 這樣處理后， 位于RoI模板內的量化系數(shù)所處的位平面高于背景系數(shù)所處的位平面， 在進行位平面算術編碼的時候， 先對RoI域中的量化系數(shù)編碼， 然后再對背景系數(shù)編碼。 因為RoI區(qū)域的位平面高于背景區(qū)域， RoI區(qū)域的壓縮碼流位于整個碼流的前端， 當碼流被截斷時RoI區(qū)域中的數(shù)據(jù)在一定程度上受到保護， 保證了R

52、oI的重構質量。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 在解碼器端， 將解碼后的量化系數(shù)與RoI閾值相比較， 若小于RoI閾值， 則判定是背景系數(shù)， 對其進行反向比例放大， 即乘以2s， 進行恢復， 得到重構時所需的小波量化系數(shù)。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 4. 可隨機獲取部分壓縮碼流 JPEG2000系統(tǒng)將碼流分層組織， 每一層含有一定的質量信息， 在前面層的基礎上改善圖像質量。 在網(wǎng)絡上進行圖像瀏覽時， 可先傳送第一層， 給用戶一個較粗的圖像， 然后再傳送第二層， 圖像質量在第一層的基礎上得到改善， 這樣一層一層地傳輸下去， 可得到不同質量的重構圖像。 如果傳輸了所有的

53、層， 則可獲得完整的圖像壓縮碼流。 JPEG2000由于采用了這種思想， 使得壓縮生成的碼流具有質量可分級性和分辨率可分級性。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 5. 隨機存取圖像某個區(qū)域 有時只需得到巨幅圖像的部分區(qū)域， JPEC2000標準利用小波變換的局部特性， 可識別部分圖像區(qū)域在子帶上的映射。 每個碼塊是獨立進行編碼的， 通過選取含有此部分圖像區(qū)域信息的碼塊壓縮碼流， 進行解碼， 可以重構出所要的目標區(qū)域。 RoI技術在很大程度上為實現(xiàn)隨機存取碼流提供了一種渠道。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 6. 抗誤碼性能 在JPEG2000標準中， 采取了一些措施來提高圖像

54、壓縮碼流的抗誤碼性能。 將量化后的子帶系數(shù)分成若干個小的編碼單元碼塊， 對每個碼塊進行獨立的編解碼。 這樣， 當一個碼塊的位流發(fā)生比特錯誤時， 只會把錯誤引起的影響限制在本碼塊中。 壓縮碼流數(shù)據(jù)采用了稱為包(packet)的結構單元， 每個包的數(shù)據(jù)前面含有再同步信息， 允許發(fā)生錯誤后重新恢復同步。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 7. 視覺頻率加權 在JPEG2000中， 可選擇使用對不同空間頻率有不同敏感度的視覺系統(tǒng)模型。 這一模型用對比度敏感函數(shù)(CSF， Contrast Sensitivity Function）來衡量。 由于CSF函數(shù)是由變換系數(shù)的視覺頻率來決定的， 因此，

55、 給小波變換后的每個子帶， 分配一個CSF值。 CSF值的確定依據(jù)觀察重構圖像的視覺條件而定， 有兩種選取辦法： 固定的視覺加權編碼和視覺累進加權編碼。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 固定的視覺加權僅由視覺條件決定。 對分層組織碼流， 由于碼流可以被截斷， 在不同的截斷處， 有不同的質量， 因此進行觀察的視覺條件是不同的。 比如， 對于低比特率的情況，缺少細節(jié)， 壓縮圖像質量差， 適合進行遠距離觀察； 隨著比特數(shù)的增加， 細節(jié)越來越多， 壓縮圖像質量逐漸變好， 則適合近距離觀測。 因此， CSF值在不同的截斷處應有不同的值， 這便是視覺累進加權編碼。 在進行視覺累進加權編碼時， 不

56、需改變系數(shù)值或者量化步長， 而是根據(jù)視覺權值， 改變失真矩陣， 計算碼塊對每個層的貢獻， 通過改變碼塊編碼通道在分層組織位流中的順序來實現(xiàn)。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 JPEG2000具有的多種特點使得它具有廣泛的應用前景， 由于采用小波變換和最新的壓縮算法， 因此能夠獲得較好的壓縮比， 且對壓縮碼流可進行靈活處理， 如隨機獲取部分壓縮碼流、 累進式傳輸、 實現(xiàn)RoI以及壓縮碼流具有較強的容錯性能等。 這些特點可應用于因特網(wǎng)、 移動通信、 打印、 掃描、 數(shù)字攝像、 遙感、 傳真、 醫(yī)療、 數(shù)字圖書館以及電子商務等方面的圖像壓縮。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 身份

57、確認方面， 將身份證頭像照片用高清晰度的數(shù)字相機攝制， 經(jīng)JPEG2000壓縮存儲在數(shù)據(jù)庫中。 在需要進行身份驗證的場合， 驗證終端可以根據(jù)證件代號通過因特網(wǎng)從數(shù)據(jù)庫里直接獲取壓縮的圖像數(shù)據(jù)， 在本地迅速恢復出大幅高清晰的頭像照片。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 在醫(yī)療方面， JPEG2000編碼器對醫(yī)生指定的病變部位予以無損壓縮， 而對圖像中不影響診斷結果的其他部分采用高達100倍的壓縮率予以視覺可接收壓縮。 壓縮之后的圖像完全保存了疾病特征， 而數(shù)據(jù)量非常小。 醫(yī)生可以把它迅速發(fā)送到千里之外的醫(yī)學專家那里， 并以最快的速度得到權威的確診。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技

58、術 許多著名的圖形圖像公司如Corel、 Pegasus等都開始在新開發(fā)的圖像工具軟件中集成JPEG2000圖像壓縮技術， Microsoft、 Netscape等瀏覽器領域的公司也開始將JPEG2000新技術集成到下一個版本的瀏覽器中。 JPEG2000會在21世紀圖像壓縮領域發(fā)揮重要作用。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 6.2.3 數(shù)字照相機 數(shù)字照相機也稱數(shù)碼相機， 是利用靜止圖像壓縮的典型例子， 數(shù)字照相機是光學技術、 微電子技術與數(shù)字信號處理技術相結合的產物。 其基本原理是利用普通照相機的光學系統(tǒng)， 把被攝圖像投射到圖像傳感器上， 傳感器把光信號轉化成電信號， 再經(jīng)過模數(shù)

59、(AD)轉換、 數(shù)字圖像處理和壓縮， 最終以數(shù)字形式存儲到磁盤、 可移動快閃存儲卡等數(shù)字存儲器中。 圖6-12是數(shù)字照相機結構示意圖。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 圖 6-12 數(shù)字照相機結構示意圖 圖像傳感器EPROMDSP和壓縮電信號計算機接口數(shù)字存儲器接口壓縮的圖像碼流光學系統(tǒng)被攝景物光信號程序第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 1. 數(shù)碼相機的優(yōu)點 (1) 瞬時顯示攝影效果 數(shù)碼相機的液晶顯示屏在拍攝照片后立即顯示拍攝的效果， 對不滿意圖像可以立即刪去重拍。 (2) 更寬的曝光控制范圍 數(shù)碼相機的成像器件光電靈敏度很高， 在低照度條件下也能夠較好地曝光。 用MOS開

60、關方式控制光電器件的感光時間， 控制最小時間可達微秒級， 在環(huán)境照度很高時， 數(shù)碼相機可以得到合適曝光的圖像。 第第6 6章章 視頻壓縮技術視頻壓縮技術 (3) 圖像逼真 數(shù)碼相機的數(shù)字圖像可直接輸入計算機， 用制造廠商提供的處理軟件進行特技處理。 也可用Photoshop那樣的通用軟件處理。 對于在拍攝過程中出現(xiàn)的諸如色溫、 清晰度、 像差、 曝光量等技術缺陷， 可以通過后處理得到一定程度的修正， 能大大提高所拍攝圖像的質量。 特別是對于光學像差中的畸變， 數(shù)字圖像已經(jīng)有了很好的補償修正手段。 也可以對圖像進行任意的修改、 編輯、 合成、 分解和景物置換等處理。 第第6 6章章 視頻壓縮技術