多媒體通信技術(shù)預(yù)測(cè)編碼及變換編碼解析

第04講預(yù)測(cè)編碼及變換編碼預(yù)測(cè)編碼原理：利用前面的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)對(duì)下一個(gè)信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后對(duì)實(shí)際值和預(yù)測(cè)值的差（預(yù)測(cè)誤差）進(jìn)行編碼。第n個(gè)符號(hào)xn的熵滿(mǎn)足：參與預(yù)測(cè)的符號(hào)越多，預(yù)測(cè)就越準(zhǔn)確，該信源的不確定性就越小，數(shù)碼率就可以降低。樣本值預(yù)測(cè)值誤差值量化、編碼、傳輸模型編碼思路：y(n)差分脈沖編碼調(diào)制a1D1D2DN···a2aNQe(n)DQ預(yù)測(cè)器+++－x(n)^x(n)由原理圖可知：1、收發(fā)兩端必須具有相同的預(yù)測(cè)條件。2、預(yù)測(cè)系數(shù)為固定的情況稱(chēng)線性預(yù)測(cè)，根據(jù)均勻誤差最小準(zhǔn)則獲得的線性預(yù)測(cè)稱(chēng)最佳線性預(yù)測(cè)，此時(shí)壓縮比最大。3、存在誤碼擴(kuò)散現(xiàn)象。Qe(n)預(yù)測(cè)器+－x(n)^x(n)可以證明：在相同的均方量化誤差下，e(n)比x(n)要求較少的量化級(jí)數(shù)，即傳送e(n)的數(shù)據(jù)率比x(n)低。實(shí)際實(shí)現(xiàn)中：將量化器置于預(yù)測(cè)環(huán)路之內(nèi)，通過(guò)反饋回路，可以減少量化誤差的積累。序列圖像中運(yùn)動(dòng)矢量的估值運(yùn)動(dòng)矢量估值的必要性：序列圖像的相關(guān)性很大，通過(guò)運(yùn)動(dòng)矢量的估計(jì)可以極大地降低圖像的數(shù)據(jù)傳送率。如何提取序列圖像中的物體運(yùn)動(dòng)信息？塊匹配方法和遞歸方法dmdmdmdmNM位移矢量前一幀中的最佳匹配子塊前一幀中的搜索區(qū)域當(dāng)前幀中的子塊塊匹配方法搜索范圍SR：SR=(M+2dm)×(N+2dm)兩個(gè)重要問(wèn)題：1.匹配準(zhǔn)則2.搜索方法塊匹配準(zhǔn)則用以衡量2子塊的相似程度常見(jiàn)4種準(zhǔn)則：1.歸一化二維互相關(guān)函數(shù)NCCF2.均方差值MSE3.絕對(duì)均值MAD4.匹配像素個(gè)數(shù)NTAD其中搜索方法：1.全搜索2.二維對(duì)數(shù)法3.三步法4.共軛方向法5.正交搜索法i-6i-5i-4i-3i-2i-1ii+1i+2i+3i+4i+5i+6j+6j+5j+4j+3j+2j+1jj-1j-2j-3j-4j-5j-6

二維對(duì)數(shù)法i-6i-5i-4i-3i-2i-1ii+1i+2i+3i+4i+5i+6j+6j+5j+4j+3j+2j+1jj-1j-2j-3j-4j-5j-6三步法

i-6i-5i-4i-3i-2i-1ii+1i+2i+3i+4i+5i+6j+6j+5j+4j+3j+2j+1jj-1j-2j-3j-4j-5j-6

共軛方向法i-6i-5i-4i-3i-2i-1ii+1i+2i+3i+4i+5i+6j+6j+5j+4j+3j+2j+1jj-1j-2j-3j-4j-5j-6

正交法搜索方法所需的搜索點(diǎn)數(shù)所需的搜索步驟(a)(b)(a)(b)二維對(duì)數(shù)法182157三步法252533共軛正交法1215912正交搜索法131366不同方法的搜索量(dm=6, 全搜索點(diǎn)數(shù)為169(132)值得一提的是：如果有條件并行計(jì)算，減少搜索步驟比減少搜索點(diǎn)數(shù)更重要像素遞歸法思路：首先將圖像中的運(yùn)動(dòng)部分和靜止部分區(qū)分開(kāi)來(lái)再在每個(gè)像素點(diǎn)上通過(guò)迭代計(jì)算位移矢量。分割取位移矢量形成預(yù)測(cè)值計(jì)算預(yù)測(cè)誤差小于閾值可預(yù)測(cè)對(duì)誤差進(jìn)行量化、編碼、傳輸大于閾值像素遞歸法難點(diǎn)：1.首先要區(qū)分運(yùn)動(dòng)和靜止部分2.對(duì)每一個(gè)像素都要計(jì)算，計(jì)算量大3.計(jì)算復(fù)雜4.計(jì)算的收斂性問(wèn)題

迭代準(zhǔn)則：使DFD(前一幀圖像與當(dāng)前幀圖像差值)的平方最小快速算法的改進(jìn)：避免局部最小點(diǎn)和縮短搜索時(shí)間策略：

1.運(yùn)動(dòng)矢量估計(jì)

2.提前中止搜索：中止閾值

3.緊湊的搜索圖形

具有運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膸g預(yù)測(cè)前向預(yù)測(cè)：只傳送當(dāng)前幀與前1幀圖像對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的差值步驟：

1.區(qū)分靜止背景和運(yùn)動(dòng)物體，通過(guò)運(yùn)動(dòng)估值得到運(yùn)動(dòng)矢量

2.利用運(yùn)動(dòng)矢量得到運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的預(yù)測(cè)值

3.對(duì)預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行編碼、傳送，并傳送運(yùn)動(dòng)矢量及分割等信息

量化預(yù)測(cè)+－預(yù)測(cè)誤差分割運(yùn)動(dòng)估值分割的地址運(yùn)動(dòng)矢量輸入后向預(yù)測(cè)與雙向預(yù)測(cè)后向預(yù)測(cè)：從后續(xù)的圖像幀預(yù)測(cè)前面的圖像幀雙向預(yù)測(cè)：由前、后兩幀來(lái)預(yù)測(cè)中間的圖像幀k+1幀k幀k－1幀具有運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膸瑑?nèi)內(nèi)插方法：1.重復(fù)顯示2.線性?xún)?nèi)插傳送幀丟棄幀傳送幀t1τCBA采用亞取樣，在發(fā)送端每隔一段時(shí)間丟掉n幀圖像，在接收端根據(jù)幀間相關(guān)性恢復(fù)丟棄幀。適用于低速系統(tǒng)，如可視電話、電視會(huì)議等區(qū)別對(duì)待4種區(qū)域：1.靜止背景2.運(yùn)動(dòng)物體3.被覆蓋的背景4.新暴露的背景這是處理方式為：其中：變換編碼將空域（時(shí)域）的圖像信號(hào)變換到另一個(gè)正交矢量空間，并對(duì)產(chǎn)生的變換系數(shù)進(jìn)行編碼處理。經(jīng)過(guò)正交變換后為什么能夠壓縮數(shù)據(jù)量？？設(shè)有兩個(gè)相鄰的數(shù)據(jù)樣本x1,x2，每樣本用3bit編碼，則各有8個(gè)幅度等級(jí)，兩個(gè)樣本的聯(lián)合事件有8×8=64種可能性。對(duì)于慢變信號(hào)，相鄰兩樣本同時(shí)出現(xiàn)相近幅度等級(jí)的可能性較大。進(jìn)行正交變換后，相關(guān)圈正好處在y1上下，且相關(guān)圈越扁長(zhǎng)，在y1上的投影越大，而在y2上的投影越小，這意味著y1和y2趨于統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。變換編碼工作原理變換量化編碼器解碼器逆變換信道輸入發(fā)送端接收端輸出GG’U’UA’A正交變換編碼關(guān)鍵：尋找最佳正交變換，使得在恢復(fù)X時(shí)所產(chǎn)生的均方誤差最小如正交變換：線性正交變換卡南－洛伊夫變換(KL)

：均方誤差準(zhǔn)則下的最佳變換矩陣為以信號(hào)的協(xié)方差矩陣ΣX的本征向量Φi(i=1,2,…N)組成的變換矩陣準(zhǔn)最佳正交變換：離散傅里葉變換（DFT）、哈爾變換(HRT)、

WalshHadamard變換(WHT)、斜變換(SLT)、離散余弦變換(DCT)、離散正弦變換(DST)等。從變換后的能量集中程度的優(yōu)劣來(lái)看，各種正交變換的由優(yōu)至劣的順序?yàn)椋?/p>

KLT→DCT→SLT→DFT→WHT→HRT若從運(yùn)算量的大小，它們由小到大的順序依次為

HRT→WHT→SLT→DCT→DFT→KLT離散余弦變換一維DCT正變換和反變換為：n＝0n≠0其中，s(k)為信號(hào)樣值，S(n)為變換系數(shù)一維DCT變換的矩陣形式一維DCT變換矢量形式記為矢量P一維IDCT變換矢量形式二維DCT正變換和反變換為：u＝0u≠0其中：v＝0v≠0891011141251261151059697115131147149135123113114134159178175164149137121143