視頻編碼的基本原理一

    視頻圖像數(shù)據(jù)有極強(qiáng)的相關(guān)性，也就是說(shuō)有大量的冗余信息。其中冗余信息可分為空域冗余信息和時(shí)域冗余信息。壓縮技術(shù)就是將數(shù)據(jù)中的冗余信息去掉（去除數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性），壓縮技術(shù)包含幀內(nèi)圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)、幀間圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和熵編碼壓縮技術(shù)。

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一、去時(shí)域冗余信息

    使用幀間編碼技術(shù)可去除時(shí)域冗余信息，它包括以下三部分：

1、 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償

    運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償是通過(guò)先前的局部圖像來(lái)預(yù)測(cè)、補(bǔ)償當(dāng)前的局部圖像，它是減少幀序列冗余信息的有效方法。

2、 運(yùn)動(dòng)表示

    不同區(qū)域的圖像需要使用不同的運(yùn)動(dòng)矢量來(lái)描述運(yùn)動(dòng)信息。運(yùn)動(dòng)矢量通過(guò)熵編碼進(jìn)行壓縮。

3、 運(yùn)動(dòng)估計(jì)

    運(yùn)動(dòng)估計(jì)是從視頻序列中抽取運(yùn)動(dòng)信息的一整套技術(shù)。

注：通用的壓縮標(biāo)準(zhǔn)都使用基于塊的運(yùn)動(dòng)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償

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二、去空域冗余信息

   主要使用幀間編碼技術(shù)和熵編碼技術(shù)：

1、變換編碼

   幀內(nèi)圖像和預(yù)測(cè)差分信號(hào)都有很高的空域冗余信息。變換編碼將空域信號(hào)變換到另一正交矢量空間，使其相關(guān)性下降，數(shù)據(jù)冗余度減小。

2、量化編碼

   經(jīng)過(guò)變換編碼后，產(chǎn)生一批變換系數(shù)，對(duì)這些系數(shù)進(jìn)行量化，使編碼器的輸出達(dá)到一定的位率。這一過(guò)程導(dǎo)致精度的降低。

3、 熵編碼

   熵編碼是無(wú)損編碼。它對(duì)變換、量化后得到的系數(shù)和運(yùn)動(dòng)信息，進(jìn)行進(jìn)一步的壓縮。

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三、視頻編碼的基本框架

H.261

    H.261標(biāo)準(zhǔn)是為ISDN設(shè)計(jì)，主要針對(duì)實(shí)時(shí)編碼和解碼設(shè)計(jì)，壓縮和解壓縮的信號(hào)延時(shí)不超過(guò)150ms，碼率px64kbps(p=1~30)。

    H.261標(biāo)準(zhǔn)主要采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膸g預(yù)測(cè)、DCT變換、自適應(yīng)量化、熵編碼等壓縮技術(shù)。 只有I幀和P幀，沒(méi)有B幀，運(yùn)動(dòng)估計(jì)精度只精確到像素級(jí)。支持兩種圖像掃描格式：QCIF和CIF。

H.263

    H.263標(biāo)準(zhǔn)是甚低碼率的圖像編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它一方面以H.261為基礎(chǔ)，以混合編碼為核心，其基本原理框圖和H.261十分相似，原始數(shù)據(jù)和碼流組織也相似；另一方面，H.263也吸收了MPEG等其它一些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中有效、合理的部分， 如：半像素精度的運(yùn)動(dòng)估計(jì)、PB幀預(yù)測(cè)等，使它性能優(yōu)于H.261。

H.263使用的位率可小于64Kb/s,且傳輸比特率可不固定（變碼率）。H.263支持多種分辨率： SQCIF(128x96)、 QCIF、CIF、4CIF、16CIF。

與H.261和H.263相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

與H.261有關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

H.320：窄帶可視電話系統(tǒng)和終端設(shè)備；

H.221：視聽(tīng)電信業(yè)務(wù)中64~1 920Kb/s信道的幀結(jié)構(gòu)；

H.230：視聽(tīng)系統(tǒng)的幀同步控制和指示信號(hào)；

H.242：使用直到2Mb/s數(shù)字信道的視聽(tīng)終端的系統(tǒng)。

與H.263有關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

H.324：甚低碼率多媒體通信終端設(shè)備；

H.223：甚低碼率多媒體通信復(fù)合協(xié)議；

H.245：多媒體通信控制協(xié)議；

G.723.1.1：傳輸速率為5.3Kb/s和6.3Kb/s的語(yǔ)音編碼器。

JPEG

    國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織于1986年成立了JPEG(Joint Photographic Expert Group)聯(lián)合圖片專家小組，主要致力于制定連續(xù)色調(diào)、多級(jí)灰度、靜態(tài)圖像的數(shù)字圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。常用的基于離散余弦變換(DCT)的編碼方法，是JPEG算法的核心內(nèi)容。

MPEG-1/2

    MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)用于數(shù)字存儲(chǔ)體上活動(dòng)圖像及其伴音的編碼，其數(shù)碼率為1.5Mb/s。 MPEG-1的視頻原理框圖和H.261的相似。

    MPEG-1視頻壓縮技術(shù)的特點(diǎn)：1. 隨機(jī)存取；2. 快速正向/逆向搜索；3 .逆向重播；4. 視聽(tīng)同步；5. 容錯(cuò)性；6. 編/解碼延遲。MPEG-1視頻壓縮策略：為了提高壓縮比，幀內(nèi)/幀間圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)必須同時(shí)使用。幀內(nèi)壓縮算法與JPEG壓縮算法大致相同，采用基于DCT的變換編碼技術(shù)，用以減少空域冗余信息。幀間壓縮算法，采用預(yù)測(cè)法和插補(bǔ)法。預(yù)測(cè)誤差可在通過(guò)DCT變換編碼處理，進(jìn)一步壓縮。幀間編碼技術(shù)可減少時(shí)間軸方向的冗余信息。

    MPEG-2被稱為“21世紀(jì)的電視標(biāo)準(zhǔn)”，它在MPEG-1的基礎(chǔ)上作了許多重要的擴(kuò)展和改進(jìn)，但基本算法和MPEG-1相同。

MPEG-4

    MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)并非是MPEG-2的替代品，它著眼于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。MPEG-4的制定初衷主要針對(duì)視頻會(huì)議、可視電話超低比特率壓縮（小于64Kb/s）的需求。在制定過(guò)程中，MPEG組織深深感受到人們對(duì)媒體信息，特別是對(duì)視頻信息的需求由播放型轉(zhuǎn)向基于內(nèi)容的訪問(wèn)、檢索和操作。

    MPEG-4與前面提到的JPEG、MPEG-1/2有很大的不同，它為多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼提供了更為廣闊的平臺(tái)，它定義的是一種格式、一種框架，而不是具體算法，它希望建立一種更自由的通信與開(kāi)發(fā)環(huán)境。于是MPEG-4新的目標(biāo)就是定義為：支持多種多媒體的應(yīng)用，特別是多媒體信息基于內(nèi)容的檢索和訪問(wèn)，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求，現(xiàn)場(chǎng)配置解碼器。編碼系統(tǒng)也是開(kāi)放的，可隨時(shí)加入新的有