數(shù)字電視原理第四章

數(shù)字電視原理第4章數(shù)字圖像壓縮編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)第4章數(shù)字圖像壓縮編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)

前面我們討論了數(shù)字圖像數(shù)據(jù)壓縮的必要性、可能性和可行性。討論了數(shù)字圖像壓縮的基本原理，但是從軟硬件如何實(shí)現(xiàn)，從工程上如何實(shí)現(xiàn)還未展開討論。要做到工程實(shí)現(xiàn)，還有許許多多地技術(shù)問題。第4章數(shù)字圖像壓縮編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)首先，制定標(biāo)準(zhǔn)的問題。為了使先進(jìn)的圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和高性能的數(shù)字圖像處理技術(shù)獲得更廣泛的應(yīng)用，必須對圖像壓縮編碼技術(shù)建立一個能在全世界范圍通用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。第4章數(shù)字圖像壓縮編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的目的：處理后的數(shù)據(jù)信號才能在相同性能指標(biāo)和相同容量的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中傳送或儲存設(shè)備中儲存；世界各國設(shè)備生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品才具有兼容性和通用性；才能投入大批量開發(fā)生產(chǎn)，大幅度降低產(chǎn)品成本，才能使圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)得到迅速應(yīng)用和推廣。實(shí)現(xiàn)圖像壓縮編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的國際組織

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)國際電話電報咨詢委員會(CCITT)國際電工委員會(IEC)聯(lián)合圖片專家組(JPEG)活動圖像專家組(MPEG)常見數(shù)字圖像壓縮編碼的標(biāo)準(zhǔn)一，H.261標(biāo)準(zhǔn)、H.264標(biāo)準(zhǔn)、H.263建議；二，MPEG－1、MPEG－2、MPEG－4、MPEG－7、MPEG－21；三，JPEG、JPEG－2000；四，我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的AVS；標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的背景（傳輸?shù)男诺溃?；?biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用場合；標(biāo)準(zhǔn)的編碼、解碼的過程；圖像數(shù)據(jù)的組織；標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)及相互比較；常見數(shù)字圖像壓縮編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)H．261標(biāo)準(zhǔn)，通常稱為p×64標(biāo)準(zhǔn)。主要用于可視電話和電視會議的聲像業(yè)務(wù)，已于1990年由CCITT完成并通過。JPEG標(biāo)準(zhǔn)，其目標(biāo)是對靜止彩色圖片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮，主要用于衛(wèi)星圖片的傳輸與儲存，圖像文獻(xiàn)資料處理與儲存，新聞圖片、彩色印刷圖片的傳輸與儲存等，此標(biāo)準(zhǔn)于1991年由JPEG完成并通過。

常見數(shù)字圖像壓縮編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)MPEG標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)是對高質(zhì)量全彩色活動圖像實(shí)現(xiàn)壓縮標(biāo)準(zhǔn)化，使經(jīng)過壓縮和解碼復(fù)原后的圖像質(zhì)量達(dá)到廣播電視的質(zhì)量指標(biāo)，同時要求對伴音的聲音數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理和傳輸。該標(biāo)準(zhǔn)已于1992年完成并通過，目前已有MPEG－1、MPEG－2、MPEG－4、MPEG－7、MPEG－21、H．26I及H．264等多種標(biāo)準(zhǔn)。4．1H．261標(biāo)準(zhǔn)4．1．1H．261標(biāo)準(zhǔn)的由來與用途H．261標(biāo)準(zhǔn)方案的開發(fā)目標(biāo)是利用CCITT(ConsultativeCommitteeonInternationalTelephoneandTelegraph)推薦的綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(ISDN)一次群即基群通道，來實(shí)現(xiàn)可視電話和電視會議數(shù)字圖像信號的實(shí)時傳送。在當(dāng)時的條件下，互聯(lián)網(wǎng)和光纖通信還沒有發(fā)展到現(xiàn)代的程度，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的傳輸還得依靠傳統(tǒng)的通信網(wǎng)，語音通信信道的帶寬還不能滿足圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸?shù)囊螅瑸榇藢⒍嗦氛Z音通信話路并行使用。傳統(tǒng)的的語音音通信信信道道的特特點(diǎn)：：一次群群通道道容量量(北北歐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn))為2048kb／／s，，包含32路路數(shù)字字電話話信號號，每每路數(shù)數(shù)字電電話信信號的的數(shù)據(jù)位位率為為2048kb／／s÷÷32＝64kb／／s，，此數(shù)值值稱為為基本本通道道位率率，以以B表表示。。起初，，CCITT推推薦圖圖像壓壓縮標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為為m×384kb／s，m＝1～5。傳統(tǒng)的的語音音通信信信道道的特特點(diǎn)：：384kb／s是來來自6×B=6×64kb／／s=384kb／／s，，稱為H0通道。。當(dāng)m＝5時，，則數(shù)數(shù)據(jù)位位率為為m×384kb／s＝5×H0＝5××6××B＝＝1920kb／s，這相當(dāng)當(dāng)于30路路數(shù)字字電話話的最最高位位率。。由于選選384kb／／s位位率作作為起起點(diǎn)太太高，，于1988年CCITT通通過了了p××64kb／s(p=1，2，……，30)視視音頻編編碼標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。。最后后，又又把p擴(kuò)展展到32，，故壓壓縮后后的最高高位率率不應(yīng)應(yīng)超過過32×64kb／／s。。這實(shí)實(shí)際上上又達(dá)達(dá)到了數(shù)數(shù)據(jù)綜綜合業(yè)業(yè)務(wù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)(ISDN)一一次群群的最最高位位率，，約為2Mb／s。該該標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)于1990年年完成成，并并由CCITT正式推推薦為為H．．261標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，，簡稱稱p××64標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。國際電電話電電報咨咨詢委委員會會CCITT于于1985年開開始制定H．261標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，這這個建建議主主要針針對會會議電電視、、可視電話話等應(yīng)應(yīng)用，，且當(dāng)當(dāng)時考考慮到到H．．261標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)面面臨世世界上兩種種不同同電視視的掃掃描行行數(shù)與與幀數(shù)數(shù)的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，，即525／／30和625／25兩兩種互互不兼兼容的的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)問題題，CCITT為H．261找出出一種種通用用的中中間格格式CIF(CommonIntermediateFormat)，這這樣一一來，，625／／25和和525／／30都都可可以以通通過過預(yù)預(yù)處處理理和和后后處處理理模模塊轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換到到CIF或或從從CIF轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換而而來來。。1．．會會議議電電視視會議議電電視視是是通通過過電電信信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)將將遠(yuǎn)遠(yuǎn)在在各各地地的的多多個個會會議點(diǎn)點(diǎn)連連接接起起來來，，以以互互送送聲聲音音和和圖圖像像的的方方式式召召開開會會議議的一一種種通通信信方方式式。。該該方方式式還還可可傳傳送送文文件件和和圖圖表表及及計計算機(jī)機(jī)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)文文件件，，使使遠(yuǎn)遠(yuǎn)在在各各地地的的與與會會者者好好像像在在同同一一個個會議議室室開開會會。。會會議議電電視視不不僅僅可可用用于于開開會會，，還還可可應(yīng)應(yīng)用用在遠(yuǎn)遠(yuǎn)程程教教育育、、遠(yuǎn)遠(yuǎn)程程醫(yī)醫(yī)療療診診斷斷及及遠(yuǎn)遠(yuǎn)程程監(jiān)監(jiān)控控等等許許多多領(lǐng)領(lǐng)域域中。。會會議議電電視視既既節(jié)節(jié)約約時時間間和和資資金金，，又又大大大大提提高高了了工工作效效率率。。2．．可可視視電電話話1964年年美美國國貝貝爾爾實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室室首首先先研研制制成成功功PicturephoneI型型電電話話，，以以后后日日本本、、法法國國等等國家家先先后后研研制制出出可可視視電電話話，，但但由由于于這這些些可可視視電話話均均采采用用模模擬擬傳傳輸輸方方式式，，占占用用頻頻帶帶寬寬，，傳傳輸成成本本高高，，很很長長一一段段時時間間未未能能得得到到發(fā)發(fā)展展。。20世世紀(jì)紀(jì)80年年代代以以來來，，圖圖像像壓壓縮縮編編碼碼技技術(shù)術(shù)的的快快速速發(fā)展展，，同同時時促促進(jìn)進(jìn)了了可可視視電電話話的的健健康康發(fā)發(fā)展展。。1986年年美美國IBM公公司司研研制制成成在在PSTN網(wǎng)網(wǎng)上上傳傳送送黑黑白白靜靜止止圖圖像像的的可視視電電話話機(jī)機(jī)，，日日本本也也相相繼繼研研制制成成功功此此類類的的可可視視電電話話機(jī)，，并并于于1988年年制制定定了了日日本本TTC（（電電報報電電話話技技術(shù)術(shù)委委員會會））標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。。繼繼MPEG－－1及及MPEG－－2壓壓縮縮編編碼碼標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)發(fā)布布之之后后，，于于1995年年11月月ITU發(fā)發(fā)布布了了低低數(shù)數(shù)碼碼率率視視頻編編碼碼的的H．．263建建議議。。它它是是能能將將圖圖像像信信號號壓壓縮縮到到64kb／／s以以內(nèi)內(nèi)數(shù)數(shù)碼碼率率的的壓壓縮縮編編碼碼方方案案，，使使可可視視電電話話在共共用用電電話話交交換換網(wǎng)網(wǎng)(PSTN)中中傳傳輸輸成成為為可可能能。。符符合合H．．263建建議議的的可可視視電電話話已已進(jìn)進(jìn)入入商商用用。。2．．可可視視電電話話在互互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)已已進(jìn)進(jìn)入入家家家家戶戶戶戶的的今今天天，，利利用用PC機(jī)機(jī)進(jìn)進(jìn)行壓壓縮縮編編碼碼及及顯顯示示終終端端組組成成的的可可視視電電話話也也已已進(jìn)進(jìn)入入市市場（（QQ視視頻頻）），，能能完完成成圖圖像像及及聲聲音音壓壓縮縮編編解解碼碼及及復(fù)用用功功能能的的單單片片集集成成電電路路已已經(jīng)經(jīng)生生產(chǎn)產(chǎn)，，這這無無疑疑為為可可視視電話話的的普普及及創(chuàng)創(chuàng)造造了了極極好好的的條條件件。。3．．綜綜合合業(yè)業(yè)務(wù)務(wù)數(shù)數(shù)字字網(wǎng)網(wǎng)(ISDN)ISDN(綜綜合合業(yè)業(yè)務(wù)務(wù)數(shù)數(shù)字字網(wǎng)網(wǎng))又又稱稱““一一線線通通””業(yè)業(yè)務(wù)務(wù)，，它它把多多種種數(shù)數(shù)字字業(yè)業(yè)務(wù)務(wù)綜綜合合在在一一個個網(wǎng)網(wǎng)內(nèi)內(nèi)處處理理并并傳傳輸輸。。ISDN分分為為兩兩種種形形式式，，窄帶帶N－－ISDN，，為為2Mb／／s以以下下，，通通常常上上網(wǎng)網(wǎng)速速率達(dá)到128kb／s。寬帶B－－ISDN，為為2Mb／s以以上。B－ISDN將將以統(tǒng)一的的交換與與傳輸模模式支持持網(wǎng)內(nèi)從從遙控遙遙測（幾幾b／s））到高清清晰度電電視HDTV（（100Mb／／s～150Mb／s）的業(yè)業(yè)務(wù)，并并且用光光纖傳輸輸代替了了現(xiàn)有的主干線線電纜傳傳輸。3．綜合合業(yè)務(wù)數(shù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)ISDN可把電電話、數(shù)數(shù)據(jù)、傳傳真、可可視電話話、會議議電視等綜綜合在一一個通信信網(wǎng)內(nèi)實(shí)實(shí)現(xiàn)，凡凡加入了了這個網(wǎng)網(wǎng)的用戶，，都可實(shí)實(shí)現(xiàn)只用用一對電電話線連連接不同同的終端端進(jìn)行不同同類型的的業(yè)務(wù)通通信，簡簡言之，，B—ISDN就是多業(yè)務(wù)＋＋便利＋＋數(shù)字化化＋終端端移動＋＋終端互互換性＋＋費(fèi)用低。。3．綜合合業(yè)務(wù)數(shù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)H．261主要要用于ISDN（綜合合業(yè)務(wù)數(shù)數(shù)字網(wǎng)））上進(jìn)行電視視會議傳傳輸，當(dāng)當(dāng)p＝1或2時時，只支支持QCIF(QuarterCommonIntermediateFormat)格式。。64kb／s中中圖像為為40kb／s，余下下的給聲聲音。對對于CIF格式，一幅幅圖像的的有效像像素點(diǎn)按按幾何位位置分為為12個個塊組，，每塊組分分33個個宏塊，，每個宏宏塊包含含4個亮亮度塊及及色差各各1個，每塊塊則由8×8的的像素組組成。CIF和和QCIF最大大幀率為為30（實(shí)實(shí)際是29.97幀／／秒，即即最高圖圖像速率率30000／1001≈29.97≈30）。當(dāng)當(dāng)每像素素為8bit時時，碼率分別為為36.5Mb／s和和9.1Mb／／s，在在64Kb/s或2.048Mb／s上傳傳輸，必必須壓縮縮。（注注意計算算）4．1．．2H．26l圖圖像亮色色信號像像素與子子像塊H．261標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)圖像層層次結(jié)構(gòu)構(gòu)H．261標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)CIF格式規(guī)規(guī)定了圖圖像亮度度信號每每行352個個像素，，縱向?yàn)闉?88個像素素；而色色差Cb、Cr的縱橫像素素數(shù)分別別為亮度度的一半半，如圖圖4—1所示。。QCIF各參數(shù)數(shù)為CIF的一一半。圖4—1CIF格格式亮度度與色度度取樣H．261標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)圖像層層次結(jié)構(gòu)構(gòu)實(shí)際圖像像數(shù)據(jù)的的組織QCIF各參數(shù)數(shù)為CIF的一一半。同同一格式式其幀率率和比特率（（64kbit／s為為基準(zhǔn)））并非是是固定的的，后者者的量正比于于前者。。在H．．261標(biāo)準(zhǔn)中中，把一一幅／幀幀圖像數(shù)據(jù)分為為四個層層次結(jié)構(gòu)構(gòu)：幀層層、塊組組層、宏宏塊層和和塊層。如如果選用用CIF格式，，則一幀幀圖像包包含12個塊組，橫向向2個，，縱向6個；選選QCIF，一一幀含3個縱向向的塊組。。這種H．261標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)圖像的的層次結(jié)結(jié)構(gòu)如圖圖4—2所示。(兩個色色差分別別為一個個宏塊)圖4—2H．261標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)圖像的的亮度層層次結(jié)構(gòu)構(gòu)4.1.3H．261的CIF宏宏塊特點(diǎn)點(diǎn)與數(shù)據(jù)據(jù)結(jié)構(gòu)H·261的CIF一一個宏塊塊包括4個亮度度像塊和和色差各1個像像塊，共共6個像像塊。在在宏塊中中亮度與與色差在在同一像區(qū)時時，由于于Y像塊塊數(shù)目為為色差的的4倍，，故一個個亮度像塊的的面積是是一個色色度的1／4，，相反一一個色差差像素的面積積是亮度度的4倍倍。H．．261的CIF宏塊塊結(jié)構(gòu)如如圖4—3所示，，該圖的的結(jié)構(gòu)對對其他標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的宏宏塊也有有借鑒意義。?！亮炼壬葓D4—3H．．261的CIF宏塊塊結(jié)構(gòu)相當(dāng)于4﹕2﹕﹕0的采采樣格式式第n行4:2:2第n＋1行4:0:0圖4－3H.261的CIF宏宏塊結(jié)構(gòu)構(gòu)YUVY宏塊是運(yùn)運(yùn)動估值值和運(yùn)動動補(bǔ)償?shù)牡幕締螁挝?，也也是視頻頻處理及編編輯的基基本單位位。H．．261(p××64khjs)數(shù)據(jù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖圖4—4所示。。圖4－4H.261（p×64kb/s）數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)H.261數(shù)據(jù)據(jù)結(jié)構(gòu)說說明：（1）幀幀標(biāo)題包包括起始始碼，編編碼格式式（CIF/QCIF）幀編號及及其它信信息，20bitfixedlength。。（2）塊塊組（GOB:GroupsofBlock）標(biāo)題題包括塊塊組起始碼碼，塊組組位置編編號及其其它信息息。（3）第第三行的的宏塊標(biāo)標(biāo)題包括括宏塊地地址、幀幀內(nèi)幀間間標(biāo)記、量量化步長長、是否否有環(huán)路路濾波（（消除運(yùn)運(yùn)動補(bǔ)償償?shù)母哳l噪噪聲）、、是否有有運(yùn)動估估值及其其它附加加信息。。（4）第第四行為為塊層結(jié)結(jié)構(gòu)，包包含DCT變換換系數(shù)、、編碼的碼流流，最后后是一個個塊結(jié)束束的定長長碼（EndofBlock）。。構(gòu)成一一幅圖像像具體的的碼流即即數(shù)據(jù)流流由復(fù)用編碼器器完成。。至于CCITTH.261編碼碼器結(jié)構(gòu)構(gòu)框圖如圖4－－5所示示。圖4—5H．261編碼碼器結(jié)構(gòu)構(gòu)框圖量化濾波器運(yùn)動估計計運(yùn)動補(bǔ)償償幀內(nèi)，幀幀間選擇擇緩沖存儲器器信道編碼4．1．4H．．261運(yùn)運(yùn)動補(bǔ)償范范圍與H．．263基基本特點(diǎn)運(yùn)動補(bǔ)償(MC)單單元是使幀幀間差最小小，運(yùn)動估估計(ME)的的工作過程程是從當(dāng)前前輸入圖像像中取一個個宏塊（如16××16亮度度像素面積積）并在其其上一幀編編碼圖像中搜索，搜搜索的大小小在水平和和垂直方向向上都是±±15個像素數(shù)。。通常只對對亮度信號號作ME，，但MC既既要對亮度，也要要對色度（（亮度像素素位移的一一半，即矢矢量的長度減半半）進(jìn)行。。解決辦法法是：鑒于于MC的過過程僅僅是逼近近，尤其是是高頻成分分對新編碼碼的圖像數(shù)數(shù)據(jù)匹配很差，，所以在MC后面用用一個空間間濾波器（LoopFilter）），它是一一個低通濾濾波器，其其作用是去掉匹配很很差的分量量，可以按按宏塊切入入或切出，，它只在檢測到到非零MV時才切入入。4．1．4H．261運(yùn)動動補(bǔ)償范圍圍與H．263基本特點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)動補(bǔ)償(MC)單單元是使幀幀間差最小小，運(yùn)動估估計(ME)的的工作過程程是從當(dāng)前前輸入圖像像中取一個個宏塊（如16××16亮度度像素面積積）并在其其上一幀編編碼圖像中搜索，搜搜索的大小小在水平和和垂直方向向上都是±±15個像素數(shù)。。通常只對對亮度信號號作ME，，但MC既既要對亮度，也要要對色度（（亮度像素素位移的一一半，即矢矢量的長度減半半）進(jìn)行。。解決辦法法是：鑒于于MC的過過程僅僅是逼近近，尤其是是高頻成分分對新編碼碼的圖像數(shù)數(shù)據(jù)匹配很差，，所以在MC后面用用一個空間間濾波器（LoopFilter）），它是一一個低通濾濾波器，其其作用是去掉匹配很很差的分量量，可以按按宏塊切入入或切出，，它只在檢測到到非零MV時才切入入。4．2JPEG標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)彩色圖像編編碼標(biāo)準(zhǔn)化化工作是由由國際標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化組織(ISO)開始制定定的，其目目的是用現(xiàn)現(xiàn)有的64kb／s通信網(wǎng)絡(luò)來傳送送滿足一定定要求的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)靜止數(shù)數(shù)字圖像信信號。把每個彩色色像素用1比特的數(shù)數(shù)據(jù)表達(dá)時時，應(yīng)能獲獲得足夠理想的彩彩色圖像質(zhì)質(zhì)量。于是是，1986年ISO組織與與CCITT聯(lián)合組成成了聯(lián)合圖圖片專家組組JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)，研究究連續(xù)色調(diào)包括灰度度和彩色的的靜止圖像像壓縮算法法的國際標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)(1987年又加入入了國際電電工委員會會IEC)，JPEG標(biāo)準(zhǔn)于于1992年年正式通過過。在JPEG的努努力下，該該標(biāo)準(zhǔn)已應(yīng)應(yīng)用到彩色傳真真、彩色印印刷及新聞聞圖片等靜靜止圖像的的壓縮與傳輸。4．2JPEG標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)按照J(rèn)PEG推薦的的標(biāo)準(zhǔn)，包包括以下兩兩種基本壓壓縮算法：(1)以離離散余弦變變換(DCT)為基基礎(chǔ)的有損損壓縮算法，即不可可逆的壓縮縮方式，其其壓縮比較較高，是JPEG標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)及其他他許多標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，，應(yīng)用最廣廣。(2)以二二維差值預(yù)預(yù)測脈沖編編碼(DPCM)為為基礎(chǔ)的可可逆壓縮編碼碼方式，該該方式解碼碼后能完全全精確地恢恢復(fù)原圖像采樣樣值，其壓壓縮比低于于有損壓縮縮方式的壓壓縮比。4．2JPEG標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)JPEG還還包括多種種工作模式式：(1)順序序模式。在在該模式中中每一個圖圖像分量按從左到到右、從上上到下的順順序被掃描描，一次掃描完成成編碼。實(shí)實(shí)際應(yīng)用中中最多的是是有損壓縮的順序序模式。4．2JPEG標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)(2)累進(jìn)進(jìn)模式。該該模式中的的每一幅圖圖像的編碼碼要經(jīng)過多次掃掃描才能完完成，因此此為達(dá)到累累進(jìn)的目的的，在量化器的的輸出端即即熵編碼前前增加一個個足夠大的的圖像緩沖區(qū)，，用于存儲儲量化后DCT系數(shù)數(shù)，這些系系數(shù)在多次掃描中中分批地編編碼，即第第一次掃描描只對主要要系數(shù)進(jìn)行一次次粗壓縮編編碼，接收收端可以在在較短的時時間內(nèi)重建一幅幅質(zhì)量較低低的可識別別圖像。在在隨后的掃掃描中再傳送增增加信息即即細(xì)節(jié)信息息，進(jìn)而可可重建一幅幅質(zhì)量更高的圖圖像，以此此不斷累進(jìn)進(jìn)，直到達(dá)達(dá)到滿意的的圖像質(zhì)量為止止。4．2JPEG標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)(3)可分分級模式。。分級編碼碼模式是對對原始圖像像空間分辨率分分成多個分分辨率進(jìn)行行錐形的編編碼，其水水平方向和垂直直方向分辨辨率的下降降以2的倍倍數(shù)改變。。在信道傳送速速率慢、接接收端顯示示器分辨率率不高的情情況下，只需進(jìn)進(jìn)行低分辨辨率圖像解解碼，就不不必進(jìn)行高高分辨率解碼。?？梢?，該該模式與累累進(jìn)模式一一樣，適合合因特網(wǎng)的動態(tài)態(tài)帶寬傳輸輸不同質(zhì)量量圖像的編編碼特點(diǎn)。。4．2JPEG標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)4．2．1JPEG的有損損順序壓縮縮編碼方案案圖4—6所所示的就是是一個基于于DCT的的JPEG有損順序序壓縮編解碼碼系統(tǒng)框圖圖。圖4—6JPEG有損順序序壓縮編解解碼系統(tǒng)框框圖4．2JPEG標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)JPEG編編解碼算法法主要有以以下幾個主主要步驟：：第一步：DCT變換換。輸入端端把符合JPEG編編碼標(biāo)準(zhǔn)的亮度度數(shù)字信號號和兩個色色差數(shù)字信信號分別有有順序地分成8×8像素素塊之后，，送入DCT變換器器中，目的是消除空空間冗余。。在進(jìn)行DCT變換換之前，將將R、G、B信號號按JPEG標(biāo)準(zhǔn)的的信號計算算公式導(dǎo)出出亮度信號和色差信信號，計算算公式為：：由于色差信信號有正有有負(fù)，故先先將電平上上移50％％，即各加加0.5，，目的是使使Cr和Cb值均為正值值。這樣，，數(shù)字化后后的Y、Cr，和Cb，均在0～～255之之間，便于于降低傳輸輸碼率。解解碼端再下下移50％％(相當(dāng)于于128級級電平)，，即可恢復(fù)復(fù)出原有的的色差信號號。第二步：量量化。利用用人眼的視視覺特性設(shè)設(shè)計量化表，JPEG標(biāo)準(zhǔn)為為此在大量量的實(shí)驗(yàn)和和視覺統(tǒng)計計的基礎(chǔ)上，推薦薦了亮度信信號和色度度信號兩種種量化表，，分別如表4——2和表4—3所示示。表4—2亮亮度量量化表Q(u,v)表表4—3色度量化化表Q(u,v)第三步：Z形掃描與與熵編碼。結(jié)合例題進(jìn)進(jìn)行分析4．2．2基基于DCT的量化化例【3一l】，設(shè)一一個亮度大大小為8××8的塊圖圖像信號，，其取樣值f(x，y)為：利用下式對對f(x，y)實(shí)施DCT變換。得到大小為為8×8的的頻率信號號F(u，v)為：利用亮度量量化表Q(u,v)（表4—2）1611101624405161121214192658605514131624405769561417222951878062182237566810910377243555648110411392496478871031211201017292959811210010399uv注意取整式式中表表示小于x的最大整數(shù)數(shù)，而且上述公公式舍入到到最接近的的整數(shù)。例例如：round(8／16)＝round(0．5)＝1；；round(7／16)＝round(0．4375)＝0round(8／15)＝round(0．533)＝＝1；round(7／15)＝round(0．466)＝＝04．2．3基于于DCT的的游程編碼碼所謂游程長長度編碼是是指一個碼碼可以同時時表示碼的值值和前面有有幾個零，，這樣就發(fā)發(fā)揮“之”字型型(或稱Z型)讀出出的優(yōu)點(diǎn)。。因?yàn)椤爸中妥x出，出出現(xiàn)連零的的機(jī)會比較較多，特別別到最后，如果都都是零，在在讀到最后后一個數(shù)后后，只要給出“塊塊結(jié)束”EOB(EndofBlock)碼，就可以結(jié)束輸輸出，因此此節(jié)省了很很多碼率。。按照前面的的例題有：：其游程編編碼的順序序?yàn)?39,－3,2,1,－－1,1,0,0,0,0,0,－1，EOB)，解碼端收到到EOB后后自動補(bǔ)0，直到補(bǔ)補(bǔ)足64個個系數(shù)為止。。在實(shí)施可變變長操作時時，也可以以表示為（39，－－3，2，，1，－1，1，5×0，－－1，52×0））。250，－30，20，10，－10，15，－1EOB圖4－8RLC碼字的形形成4.3MPEG－－1標(biāo)準(zhǔn)隨著數(shù)字技技術(shù)與計算算機(jī)技術(shù)的的發(fā)展，計計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，，迫切需要要把計算機(jī)機(jī)系統(tǒng)與廣廣播電視結(jié)結(jié)合起來建立一一個包括各各種終端在在內(nèi)的統(tǒng)一一的信息網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，即多媒媒體網(wǎng)絡(luò)。。H.261是基于線線路交換的的，MPEG主主要是基于于互聯(lián)網(wǎng)的的。1992年完完成了壓縮縮碼率達(dá)1.0Mb／s～～1.5Mb／s的的MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)方案，1993年初初提出的壓壓縮碼率在在4Mb／s～l0Mb／s的MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。。4.3MPEG－－1標(biāo)準(zhǔn)MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)的的目標(biāo)主要要包括以下下幾個方面面：(1)在聲聲像質(zhì)量上上高于電視視電話或電電視會議的的聲像質(zhì)量，至至少應(yīng)達(dá)到到VHS錄像機(jī)機(jī)或CD-ROM的的放像質(zhì)量。(2)壓縮縮后的數(shù)據(jù)據(jù)量能存儲儲在光盤、、數(shù)字錄音音帶或可改寫光光盤等媒體體中。(3)壓縮縮后的數(shù)據(jù)據(jù)率與目前前的計算機(jī)機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸輸碼率相匹配，，即以1.2Mb／s為宜宜。(4)在通通信網(wǎng)絡(luò)上上該標(biāo)準(zhǔn)能能適應(yīng)多種種通信網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的傳輸。(5)該標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)充分考考慮到更廣廣泛的應(yīng)用用領(lǐng)域，例例如電子圖像出出版物、電電子圖像雙雙向傳遞、、電子圖像像編輯及雙向電電子圖像通通信等。標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的的背景（傳傳輸?shù)男诺赖溃〩.261PSTN(ISDN)p×64kb/s（（p:1~32）64kb/s～2.048Mb/sMPEG-1方便計算機(jī)機(jī)處理互聯(lián)網(wǎng)傳輸輸多種通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)1Mb/s～1.5Mb/s(1.2Mb/s)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用用場合H.261MPEG－1低質(zhì)量視頻頻，可視電電話視頻會議圖像格式：：CIF、QCIF非隔行352×28830/s中等質(zhì)量視視頻，VCD或CD-ROM會議電視、、遠(yuǎn)程醫(yī)療療圖像格式：：CIF352×28825/sSIF352×24030/s兩者具有相相同的象素素速率注意：象素素速率、碼碼率、壓縮縮率、編碼碼率的計算算標(biāo)準(zhǔn)的編碼碼、解碼的的過程；H.261MPEG－1DCT，量量化，熵編編碼游程編碼，，運(yùn)動補(bǔ)償償預(yù)測編碼碼MPEG－－1是在H.261基礎(chǔ)上發(fā)展展起來的編編碼方法基基本相同，，主要區(qū)別別在于將圖圖像幀分為為I、P、、B幀，對對于不同的的圖像幀采采用不同的的壓縮處理理方法，進(jìn)進(jìn)一步提高高壓縮比。。圖像數(shù)據(jù)的的組織H.261MPEG－1運(yùn)動圖像序序列層幀組層幀層塊組層宏塊層塊層幀層塊組層宏塊層塊層與H.261標(biāo)準(zhǔn)類似似標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)點(diǎn)及相互比比較MPEG－－1標(biāo)準(zhǔn)是是在H.261標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)基礎(chǔ)上發(fā)發(fā)展起來的，在很多多方面存在在類似的地地方。具體體的差別見見前面的內(nèi)容。。4.3MPEG－－1標(biāo)準(zhǔn)表4—7MPEG一1的的兩種圖像像編碼格式式圖像格式SIFCIF掃描參數(shù)525行／60場／2:1，4:3625行／50場／2:1，4:3亮度有效像素數(shù)240行／幀，352像素／行288行／幀，352像素／行色度有效像素數(shù)120行／幀，176像素／行144行／幀，176像素／行像素速率3．8016M像素／s編碼率0．316bit／像素8比特量化后的碼率30．4128Mb／S光盤中每幀字節(jié)數(shù)5千字節(jié)／幀6千字節(jié)／幀表4－8CCIR601、MPEG-1和H.261視頻格式比較較CCIR601MPEG-1H.261FormatPALNTSCSIFCIFQCIFFrames/s25/I30/I25/P30/P29.97/PLines/frameY576480288240288144CrCb28824014412014472Pixels/lineY720360352176CrCb36018017688（I＝InterleaveScanning,P＝＝ProgressiveScanning）4.3MPEG－1標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)由表4—7可可見，MPEG一1有如如下特點(diǎn)：(1)像素速速率：30幀每秒的的格式為(352×240+2×176×120)×30＝3.8016M像素素每秒；25幀每秒的的格式為(352×288+2××176×144)×25＝3.8016M像像素每秒。兩者具有相同同的像素速率率。4.3MPEG－1標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)(2)8bit量化后后的碼率：像像素速率×8bit／／象素＝3.8016M像素每每秒×8bit／象素素＝30.4128Mb／s。如果在計算機(jī)機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸輸，按照網(wǎng)絡(luò)絡(luò)傳輸容量為為1.2Mb／s計算算，則必需的的壓縮比為30.128Mb／s÷÷1.2Mb／s=25.2。這是理理想的壓縮比比，考慮到實(shí)實(shí)際情況需加加輔助信息，故故壓縮比應(yīng)更更高。(3)編碼率率：它代表經(jīng)經(jīng)過編碼后平平均每個像素素所用的比特數(shù)，表表明了壓縮的的程度。編碼碼率等于傳輸輸碼率／像素速率＝1.2Mb／s÷3.8016M像素每秒秒＝0.316bit／像素。即量量化后的每像像素用8bit編碼，而而經(jīng)壓縮后每每個像素僅用0.316bit編碼。。4.4MPEG－2標(biāo)準(zhǔn)4．4．1MPEG－2標(biāo)準(zhǔn)基基本特征MPEG－2是對MPEG－1標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的繼承和發(fā)發(fā)展。MPEG－2標(biāo)準(zhǔn)開始于于1990年年，全稱為“活動圖像及及有關(guān)聲音信信息的通用編編碼”，該標(biāo)準(zhǔn)完成于1993年底底，4.4MPEG－2標(biāo)準(zhǔn)MPEG－2標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)點(diǎn)：系統(tǒng)部分解決決多個視頻、、音頻和數(shù)據(jù)據(jù)基本碼流的組合問題，，產(chǎn)生兩種用用于不同環(huán)境境下的碼流：：節(jié)目碼流和傳送送碼流。節(jié)目目碼流是由打打包的基本碼碼流組合而成，并并共享同一個個時基信號，，用于誤碼相相對較小的環(huán)境，，且節(jié)目碼流流的包可變也也相對較長。。傳送包是將時基基相互獨(dú)立的的打包的基本本碼流組合成成單一的碼流，適適用于誤碼較較多的環(huán)境，，傳送包長度度固定188byte。按按清晰度將圖圖像分為4個個等級，同時時按使用的工具具和方法不同同分5種處理理類型。4.4MPEG－2標(biāo)準(zhǔn)MPEG－2的型與級它充分考慮了了各種應(yīng)用的的不同要求，，同時也巧妙地解決了特特殊性與通用用性的問題。。具體實(shí)現(xiàn)時時，MPEG一2規(guī)定了4種種輸入圖像格格式，稱為級級(Level)“級’’定義義了從有限清清晰度的VCD圖像質(zhì)量量到高清晰度的HDTV圖像質(zhì)量，，即提供了靈靈活的信源編編碼格式。此外，MPEG一2還規(guī)定了不不同的壓縮處處理方法，稱為型或或檔次“Profile"。ProfileLevel簡單Simple主類MainSNRScalableSpatialScalable高類High高級19201920×1080×301920×1l52×254︰2︰0I，P，B80Mb／S4︰2︰2，4︰2︰0I，P，B100Mb／S高1440級1440×1152×251440×1080×304︰2︰0I，P，B60Mb／S4︰2︰0I，P，B60Mb／S4︰2︰2，4︰2︰0I，P，B80Mb／S主級720×576×25720×480×29.974︰2︰0I，P15Mb／SSP@ML4︰2︰0I，P，B15Mb／SMP@ML4︰2︰0I，P，B15Mb／SSNP@ML4︰2︰2，4︰2︰0I，P，B20Mb／SHP@ML低級352×288×29.974︰2︰0I，P，B4Mb／S4︰2︰0I，P，B4Mb／S表4—9MPEG一2系統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)主要檔次／主主要等級(MP@ML)涉及的正正是數(shù)字常規(guī)電視，，其實(shí)用價值值最大。低等等級相當(dāng)于ITU—T的的H．261的CIF或或MPEG一一1的SIF，主要等級和常規(guī)電視視相對應(yīng)，高高1440等等級粗略地與與每掃描行1440樣樣點(diǎn)的HDTV對應(yīng)，高高等級大體上上與每掃描行1920取取樣點(diǎn)的HDTV對應(yīng)。。在MPEG一2系統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)中，較高檔次次的編碼除使使用較低檔次次的編碼工具具外，還使用了了一些較低檔檔次沒有使用用的附加工具具。因此，較高檔檔次的編碼器器除能解碼本本檔次編碼的的圖像外，還能解解碼用較低檔檔次編碼的圖圖像，即MPEG一2的“檔””之間具有向向下兼容性。。2．區(qū)分場和和幀在MPEG－－2編碼中為為了更好地處處理隔行掃描描的電視信號，分分別設(shè)置了““按幀編碼””和“按場編編碼”兩種模式，并相相應(yīng)地對運(yùn)動動補(bǔ)償也作了了擴(kuò)展。這樣樣，常規(guī)隔行電視視圖像的壓縮縮編碼與單純純的按幀編碼碼相比，其效率顯顯著提高。例例如在某些場場合，場間運(yùn)運(yùn)動補(bǔ)償可能比幀幀間運(yùn)動補(bǔ)償償好，而在另另外一些場合合則相反。類似地地，在某些場場合，用于場場數(shù)據(jù)的DCT的質(zhì)量比用于幀幀數(shù)據(jù)的DCT的質(zhì)量可可能有所改進(jìn)進(jìn)。可見MPEG－－2對于場／／幀運(yùn)動補(bǔ)償償和場／幀DCT進(jìn)行選擇(自適適應(yīng)或非自適適應(yīng))就成為為改進(jìn)圖像質(zhì)質(zhì)量的一個關(guān)鍵措施施之一。3.可分級級性同一檔次的不不同級別間的的圖像分辨率率和視頻碼率相差甚大。。為保持解碼碼器向下兼容容性，MPEG一2采用了信噪比比可分級性和和空間可分級級性兩種分級級編碼技術(shù)。信噪噪比可分級性性表示可分級級改變DCT系數(shù)的量化步長；；空間可分級級性利用對像像素的抽取和和內(nèi)插來實(shí)現(xiàn)不同同級別的轉(zhuǎn)換換，如1440HDTV信號按MPEG一2壓縮編碼后后的數(shù)據(jù)流分分成兩個子集集，對優(yōu)先權(quán)高的子集集解碼后即可可獲得常規(guī)電電視質(zhì)量的圖圖像(主要檔／主主要級，15Mbit／／s碼率)，，相當(dāng)于SDTV圖像；而對兩兩個子集一起起解碼才能獲獲得1440HDTV電視質(zhì)量的圖圖像。上述過過程可用示意意圖4—13來說明。圖4—13向下兼兼容的MPEG一2解碼碼示意圖MPEG一2的主要特點(diǎn)點(diǎn)表現(xiàn)在使用用的靈活性。。根據(jù)應(yīng)用需要要將圖像分成成“級”與““類”，它的級包括空域分級、時時域分級、SNR分級和和數(shù)據(jù)分流。?？沼蚍址旨墸海河糜谟趯?shí)現(xiàn)現(xiàn)不同同大小小圖像像的兼兼容傳傳送；；時域分分級：：主要要用于于不同同幀頻頻圖像像的傳傳送；；SNR分級級：主主要用用于實(shí)實(shí)現(xiàn)不不同質(zhì)質(zhì)量的的視頻頻服務(wù)務(wù)兼容；數(shù)據(jù)分分流：：將有有關(guān)解解碼的的重要要信息息，例例如控控制信信息，運(yùn)運(yùn)動矢矢量，，DCT低低頻分分量等等放在在一起起，占占用部部分頻帶帶以較較高的的性噪噪比發(fā)發(fā)射，，以保保證接接收。。而在在另外外的頻帶帶中放放置相相對次次要的的數(shù)據(jù)據(jù)，以以較低低些的的能量量發(fā)射，從從而降降低總總的發(fā)發(fā)射功功率。。MPEG-2與與MPEG-1比較較MPEG-1標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)是是針對對CIF圖圖像格格式的的，MPEG-2與MPEG-1相比比，它它支持持圖像像格式式符合合CCIR.601建議支持持逐行行掃描描，也也支持持隔行行掃描描和16：：9的的寬高高比，它它充分分考慮慮了各各種應(yīng)應(yīng)用的的不同同要求求，規(guī)規(guī)定了了不同的壓壓縮處處理方方法即即“型型”以以及編編碼器器輸入入端不不同的的信源圖圖像格格式即即“級級”，，解決決了特特殊性性和通通用性性的問問題，它它包含含了HDTV的的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，使使其應(yīng)應(yīng)用更更加靈靈活，，更加廣廣泛；；在一一個系系統(tǒng)碼碼流中中可以以有多多個視視頻信信道；MPEG-2向向下兼兼容，，MPEG-1是MPEG-2的的一個子集集，任任何MPEG-2的的解碼碼器能能夠解解MPEG-1的碼流；；MPEG-2支持持多種種圖像像預(yù)測測方式式，可可以采采用分級搜搜索方方法進(jìn)進(jìn)行運(yùn)運(yùn)動補(bǔ)補(bǔ)償；；MPEG-2分別別設(shè)置置了“按幀幀編碼碼”和和“按按場編編碼””兩種種模式式，其其編碼碼效率率得到提高高；MPEG-2采采用了了性噪噪比可可分級級性和和空間間可分級性性兩種種分級級編碼碼技術(shù)術(shù)，以以滿足足不同同傳輸輸帶寬寬和不同用用戶的的需求求；支支持不不同的的彩色色圖像像采樣樣格式式，支持8bit的的圖像像也可可支持持10bit的的圖像像。在圖像像數(shù)據(jù)據(jù)流組組織方方面，，MPEG-2中中有兩兩類數(shù)數(shù)據(jù)碼率率，傳傳送數(shù)數(shù)據(jù)流流和節(jié)節(jié)目數(shù)數(shù)據(jù)流流，用用于不不同的的場合。節(jié)節(jié)目碼碼流中中小包包的長長度相相對較較長且且不固固定，，適合用于于相對對無誤誤差的的環(huán)境境。傳傳輸碼碼流是是在傳傳輸流流的基礎(chǔ)上上復(fù)用用而成成的，，傳輸輸流中中的包包長度度固定定為188字節(jié)，，適合合于在在有誤誤差的的環(huán)境境中傳傳送。。4.5MPEG－－4的的基本本內(nèi)容容4.5.1MPEG－－4的的基本本特點(diǎn)點(diǎn)MPEG－－1和和MPEG－2已得得到廣廣泛應(yīng)應(yīng)用，，但仍仍需要一一個用用于表表述、、集成成和變變換音音視頻頻信息息的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，如如在固固定的的寬帶帶系統(tǒng)統(tǒng)及移移動通通信窄窄帶系系統(tǒng)中中的應(yīng)用。。MPEG一一4標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化化工作作始于于：1993年9月，，初衷是制制定一一個碼碼率在在64kbps以以下的的通用用的視視頻編碼標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，，其主主要目目標(biāo)是是低碼碼率視視像通通信。。八大功功能：：(1)基于于內(nèi)容容的操操作和和位流流的編編輯；；(2)基于于內(nèi)容容的多多媒體體數(shù)據(jù)據(jù)的訪訪問工工具；；(3)基于于內(nèi)容容的可可分級級性；；(4)自然然／合合成數(shù)數(shù)據(jù)的的混合合編碼碼；(5)多個個并發(fā)發(fā)數(shù)據(jù)據(jù)流的的編碼碼；(6)改進(jìn)進(jìn)編碼碼效率率；(7)甚低低碼率率下時時軸訪訪問的的改進(jìn)進(jìn)；(8)壓縮縮數(shù)據(jù)據(jù)在差差錯環(huán)環(huán)境下下的堅堅韌性性。MPEG一一4與與以往往的MPEG——l／／2標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)最最主要要區(qū)別別于：：(1)MPEG－4的數(shù)數(shù)據(jù)描描述是是基于于內(nèi)容容的或或者說說是基基于對對象的的編碼碼機(jī)制制，類類似于于軟件件領(lǐng)域域中的的“面面向過過程的的語言言”。。(2)MPEG－4是一一個開開放的的系統(tǒng)統(tǒng)，它它支持持傳統(tǒng)統(tǒng)的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)又又不排排斥新新標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。從從應(yīng)用用層面面來看看，MPEG－－4包包括了了傳統(tǒng)統(tǒng)的方方式訪訪問數(shù)數(shù)據(jù)庫庫。(3)MPEG－4支持持多種種類的的AV信信息：：自然然的或或合成成的；；二維維的或或三維維的；；單頻頻譜的的或多多頻譜譜的；；實(shí)時時的或或非實(shí)實(shí)時的的，等等等。。MPEG－－4所所提供供的新新功能能包括括：(1)具有有對于于稱之之為音音像對對象的的混合合媒體體數(shù)據(jù)據(jù)的高效編編碼能能力。。這些些混合合媒體體數(shù)據(jù)據(jù)包括括：視視頻圖圖像、圖圖形、、文本本、音音頻、、語言言的數(shù)數(shù)據(jù)。。(2)用用合合成成的的文文本本組組合合的的混混合合媒媒體體對對象象來來產(chǎn)生生多多媒媒體體信信息息表表現(xiàn)現(xiàn)的的能能力力。。(3)壓壓縮縮數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)在在噪噪聲聲信信道道傳傳輸輸中中恢恢復(fù)復(fù)差差錯錯的堅堅韌韌性性。。(4)對對任任意意視視頻頻對對象象進(jìn)進(jìn)行行編編碼碼的的能能力力，，即即不不要要求求分塊塊的的編編碼碼圖圖像像是是矩矩形形，，每每塊塊區(qū)區(qū)域域內(nèi)內(nèi)可可以以包包含含特特定定圖像像或或感感興興趣趣的的視視頻頻內(nèi)內(nèi)容容即即視視頻頻對對象象平平面面VOP(VideoObjectPlane)。。VOP不不再再是是MPEG－－1／／2傳傳統(tǒng)統(tǒng)的的矩矩形形編編碼碼，，編編碼碼器器對對任任意意形形狀狀的的VOP編編碼時時，，VOP被被限限定定在在一一個個長長、、寬寬均均為為16整整數(shù)數(shù)倍倍的的窗窗口內(nèi)內(nèi)，，同同時時保保證證VOP窗窗門門中中非非VOP的的宏宏塊塊數(shù)數(shù)最最少少，，如VOP宏宏塊塊,標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的的矩矩形形幀幀可可以以認(rèn)認(rèn)為為是是VOP的的特特例例。。(5)在在網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)信信道道傳傳輸輸所所提提供供的的適適合合于于特特有有對對象象性性質(zhì)的的業(yè)業(yè)務(wù)務(wù)質(zhì)質(zhì)量量下下音音像像對對象象數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)的的復(fù)復(fù)用用和和同同步步。。(6)在在接接收收端端具具有有進(jìn)進(jìn)行行音音像像場場景景交交互互的的能能力力。。MPEG一一4所所支支持持的的這這些些功功能能使使其其有有著著廣廣泛泛應(yīng)應(yīng)用，，諸諸如如從從交交互互式式移移動動可可視視電電話話、、交交互互式式家家庭庭商商店、、無無線線可可視視監(jiān)監(jiān)控控到到基基于于內(nèi)內(nèi)容容的的多多媒媒體體數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫庫的的查查詢、、搜搜索索、、索索引引、、檢檢索索及及互互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)上上多多媒媒體體表表現(xiàn)現(xiàn)以以至至數(shù)字字廣廣播播、、DVD接接收收等等。。一一個個能能支支持持各各種種不不同同的的功功能和和各各種種各各樣樣的的應(yīng)應(yīng)用用的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)是是十十分分復(fù)復(fù)雜雜的的，，特特別別指指出MPEG－－4是是表表現(xiàn)現(xiàn)多多媒媒體體的的一一種種工工具具，，而而不不是是具具體體編碼碼算算法法的的一一種種標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。。MPEG－－4由由4大大要要素素構(gòu)構(gòu)成成：：(1)語語法法：：它它是是一一種種可可擴(kuò)擴(kuò)充充的的語語言言，，允允許許選選擇擇、、描述述工工具具標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)以以及及框框架架的的下下載載。。(2)工工具具：：它它是是一一種種特特殊殊的的方方法法。。MPEG－－4不不僅僅提供供了了視視頻頻編編碼碼的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化工工具具，，也也提提供供了了音音頻頻、、圖圖形和和文文本本編編碼碼的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化工工具具。。(3)算算法法：：是是實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)一一個個或或多多種種功功能能的的工工具具的的集集合合。。(4)框框架架：：是是適適用用于于特特殊殊應(yīng)應(yīng)用用的的一一個個或或多多個個算算法法。。4．．5．．2MPEG－－4精精細(xì)細(xì)可可分分級級編編碼碼與與流流媒媒體體技技術(shù)術(shù)精細(xì)細(xì)可可分分級級編編碼碼FGS(FineGranularScalability)是MPEG－－4提提供供的的一一種種質(zhì)質(zhì)量量可可分分級級編編碼碼技技術(shù)術(shù)。。MPEG－－4FGS編編碼碼方方法法將將視視頻頻序序列列編編碼碼成成兩兩個個碼碼流：基本本層碼流流和增強(qiáng)強(qiáng)層碼流流，基本本層采用用傳統(tǒng)的的視頻編碼碼技術(shù)編編碼，生生成一個個碼率比比較低的的碼流，，基本層碼碼流傳輸輸必須是是正確的的；增強(qiáng)強(qiáng)層碼流流采用位位平面(Bit——Plane)技術(shù)編編碼源圖圖像和基基本層重重構(gòu)之間間的差值。。通常的視視頻壓縮縮可以分分為可擴(kuò)擴(kuò)展和不不可擴(kuò)展展的壓縮。其其中不可可擴(kuò)展的的壓縮只只生成一一個位流流（Bit-stream））；而可可擴(kuò)展的的壓縮生生成多個個子位流流（Sub-stream）），其中中一個位位流是基基本位流流，它可可以獨(dú)立立解碼，輸輸出粗糙糙質(zhì)量的的視頻序序列；其其他的子子位流則則起質(zhì)量增增強(qiáng)的作作用；所所有的子子位流一一起還原原出最好好質(zhì)量的視視頻序列列。相應(yīng)應(yīng)地，僅僅有部分分的子位位流（必必須包括基基本位流流），則則輸出的的視頻在在圖像質(zhì)質(zhì)量，或或者大小，，或者幀幀速率上上較差，，這三個個方面構(gòu)構(gòu)成了壓壓縮在質(zhì)量量信噪比比（SNR）空空間和時時間上的的擴(kuò)展性性編碼。流媒體技技術(shù)與多多媒體技技術(shù)流媒體技技術(shù)：媒體在因因特網(wǎng)/局域網(wǎng)網(wǎng)中播放放時，所所采用的的流式傳輸方式式（不是是媒體的的形式））。邊下下載，邊邊播放。。而流式傳傳輸方式式則要將將整個多多媒體文文件經(jīng)過過特殊的壓縮縮方式分分成一個個個壓縮縮包，由由視頻服服務(wù)器向向用戶計算算機(jī)實(shí)時時連續(xù)地地傳送。。用戶不不必像采采用下載載方式那樣樣等到整整個文件件全部下下載完畢畢(需要要本地硬硬盤)，而而是只需需經(jīng)過幾幾秒或幾幾十秒的的啟動延延時(在在客戶端的內(nèi)內(nèi)存中開開辟一個個緩沖區(qū)區(qū))即可可在用戶戶的計算算機(jī)內(nèi)利用解解壓設(shè)備備對壓縮縮的多媒媒體文件件解壓后后進(jìn)行播播放和觀看看，而剩剩余部分分將在后后臺的服服務(wù)器內(nèi)內(nèi)繼續(xù)下下載。多媒體技技術(shù)：單獨(dú)說多多媒體是是沒有意意義的，，它是一一個形容容詞，不是一個個名詞。。信息的載載體———媒體多種媒體體的形式式——文文本、圖圖形、圖圖像、動動畫、音頻、視視頻等等等多媒體通通信的特特征———綜合性性、交互互性、同同步性4.7MPEG標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)編碼特特點(diǎn)MPEG視頻定定義了三三類圖像像：I幀幀、P幀幀、B幀幀；一個GOP通常常為12～15幀，將將其分成成三類。。I幀———幀內(nèi)編編碼幀，，通常是是變換場場景后的的第一幀，作為為預(yù)測基基準(zhǔn)的獨(dú)獨(dú)立幀，，該幀僅僅利用本本幀內(nèi)部部的相關(guān)性性采取幀幀內(nèi)壓縮縮算法，，諸如DCT之之類壓縮縮，實(shí)現(xiàn)中等等程度的的壓縮編編碼，它它不包含含運(yùn)動矢矢量的信信息，它是是P幀和和B幀的的參考幀幀。I幀編碼碼質(zhì)量的的好壞直接影響響到整個個GOP的重建建。壓縮后每每個象素素占用1～2bit。。(152kbit/幀)P幀———前向預(yù)預(yù)測編碼碼幀，它它用前邊邊最近的的I幀或P幀作作為參考考幀，進(jìn)進(jìn)行幀間間差值預(yù)預(yù)測壓縮縮編碼（運(yùn)動補(bǔ)補(bǔ)償預(yù)測測編碼）），該幀幀同時進(jìn)進(jìn)行幀內(nèi)內(nèi)和幀間間預(yù)測編碼碼，編碼碼率較低低。(80kbit/幀)B幀———雙向預(yù)預(yù)測編碼碼幀，該該幀即以以前幀（（I幀或P幀））為參考考，又以以后幀（（P幀））為參考考進(jìn)行預(yù)預(yù)測編碼（雙雙向運(yùn)動動補(bǔ)償預(yù)預(yù)測編碼碼），即即B幀可可以采用用幀內(nèi)、前前向、后后向或雙雙向4種種壓縮編編碼技術(shù)術(shù)，其壓壓縮程度最最高。(23kbit/幀)按壓縮比比的高低低排序：：B幀、、P幀、、I幀152＋＋3×80＋8×23＝576kbit（（12幀幀為一組組）576÷÷12××25＝＝1.2MbpsI1B2B3P4B5B6P7前向預(yù)測測后向預(yù)測測圖4—20MPEG編碼幀的的結(jié)構(gòu)形形式IBBPBBPIPBBPBB12345671423756……顯示順序序傳遞順序序圖4－21MPEG視頻碼流流(幀)顯示順順序與傳傳送順序序一個圖像像組中各各類幀的的壓縮、、傳送和和解壓(碼)、顯示順順序是不不同的，，編解碼碼順序與與畫面顯顯示順序序不同。。圖像需需要經(jīng)過過重新排排序緩沖沖器再顯顯示。圖4—22MPEG一2壓縮編碼碼原理框框圖圖4—23一個MPEG解碼原原理圖圖4.10先先進(jìn)音音視頻頻編碼碼標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)(AVS)AVS標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)是《《信息息技術(shù)術(shù)先進(jìn)進(jìn)音視視頻編編碼》》系列列標(biāo)準(zhǔn)的簡簡稱，，其核核心是是把數(shù)數(shù)字視視頻和和音頻頻數(shù)據(jù)據(jù)壓縮縮為原來的的，幾幾十分分之一一甚至至百分分之一一以下下。數(shù)數(shù)字音音視頻編解解碼技技術(shù)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)工工作組組(簡簡稱．．AVST．．作組組)由由中國國家家信息息產(chǎn)業(yè)業(yè)部科科學(xué)技技術(shù)司司于2002年年6月月批準(zhǔn)準(zhǔn)成立立。4.10先先進(jìn)音音視頻頻編碼碼標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)(AVS)工作組組的任任務(wù)是是：面面向我我國的的信息息產(chǎn)業(yè)業(yè)需求，聯(lián)聯(lián)合國國內(nèi)企企業(yè)和和科研研機(jī)構(gòu)構(gòu)，制制(修修)訂訂數(shù)字字音視視頻的壓壓縮、、解壓壓縮、、處理理和表表示等等共性性技術(shù)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，為數(shù)字字音視視頻設(shè)設(shè)備與與系統(tǒng)統(tǒng)提供供高效效經(jīng)濟(jì)濟(jì)的編編解碼碼技術(shù)，服服務(wù)于于高分分辨率率數(shù)字字廣播播、高高密度度激光光數(shù)字字存儲媒體體、無無線寬寬帶多多媒體體通訊訊、互互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)寬帶帶流媒媒體等重大大信息息產(chǎn)業(yè)業(yè)應(yīng)用用。表4-15AVS與其其他主主要標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的的技術(shù)術(shù)參數(shù)數(shù)對比比編碼工具AVSH.264MPEG-2幀內(nèi)編碼4．10．1AVS視視頻編編解碼碼的主主要內(nèi)內(nèi)容AVS視頻頻中具具有特特征性性的核核心技技術(shù)包包括：：整數(shù)數(shù)變換、、量化化、幀幀內(nèi)預(yù)預(yù)測、、1／／4精精度的的像素素插值值、特特殊的幀幀間預(yù)預(yù)測運(yùn)運(yùn)動補(bǔ)補(bǔ)償、、二維維熵編編碼、、去塊塊效應(yīng)應(yīng)環(huán)內(nèi)濾波波等。。AVS標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)中視視頻解解碼過過程的的基本本處理理單元元是宏宏塊。一一個宏宏塊包包括16×l6的亮亮度樣樣值塊塊和對對應(yīng)的的色度樣值值塊，，宏塊塊可進(jìn)進(jìn)一步步劃分分到最最小8×8的樣樣本塊塊來進(jìn)行行預(yù)測測，共共有4種用用于運(yùn)運(yùn)動補(bǔ)補(bǔ)償?shù)牡暮陦K塊劃分分——l6×16、16×8、8×16、8×8，如如圖4—29所示。。0132100018×816××1616××88×16圖4—29AVS中4種用于于運(yùn)動動補(bǔ)償償?shù)暮旰陦K劃劃分AVS中的的變換換以8×8樣本本塊為為基本本單元元，變變換系數(shù)采采用標(biāo)標(biāo)量量量化。。整數(shù)數(shù)變換換、標(biāo)標(biāo)量量量化計計算及及其逆過程程可以以完全全通過過整數(shù)數(shù)運(yùn)算算實(shí)現(xiàn)現(xiàn)，比比原先先的浮浮點(diǎn)運(yùn)算能能有效效提高高計算算速度度，也也有利利于硬硬件實(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)實(shí)時系統(tǒng)；；同時時由于于是整整數(shù)變變換，，運(yùn)算算結(jié)果果精確確度高高，不存在在浮點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)算算及取取整，，因而而可以以有效效地避避免反反變換誤匹配問問題，即消消除了編碼碼器與解碼碼器之間的的失配現(xiàn)象。AVS標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)對于幀內(nèi)內(nèi)編碼塊亮亮度系數(shù)、、幀間編碼碼塊亮度系數(shù)數(shù)和色度系系數(shù)分別定定義了多個個變長碼表表。根據(jù)解析所所得語法元元素的值，，通過查變變長碼碼表表可以得到量化化系數(shù)值(Level)和量量化系數(shù)游游程(Run)。解碼得到一一個系數(shù)值值和游程后后，下一個個解碼量化化系數(shù)所參考的的碼表將根根據(jù)前一個個解碼量化化系數(shù)值進(jìn)進(jìn)行選擇。在預(yù)測方面面，AVS同樣支持持多幀參考考，但其P幀或B幀最多多可有兩個個參考幀圖圖像。對于于亮度塊和和色度塊的幀內(nèi)預(yù)預(yù)測，AVS分別定定義了5種種和／1種種模式不使用8×8以下的模模式，是因因?yàn)檫@些模模式對編碼碼性能的影響極小小。與H.264標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)類似，，AVS在在編碼Intra圖圖像時可以用用幀內(nèi)預(yù)測測，幀內(nèi)預(yù)預(yù)測使用空空間預(yù)測模模