圖像信號(hào)的幀內(nèi)幀間壓縮技術(shù)

1、第二章第二章 音視頻信號(hào)的壓縮及音視頻信號(hào)的壓縮及 MPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 圖像信號(hào)的幀內(nèi)幀間圖像信號(hào)的幀內(nèi)幀間 壓縮技術(shù)壓縮技術(shù) 本本 節(jié)節(jié) 目目 錄錄 1.1.圖像信號(hào)的幀內(nèi)幀間壓縮技術(shù)圖像信號(hào)的幀內(nèi)幀間壓縮技術(shù) 2.2.壓縮圖像信號(hào)的預(yù)測(cè)編碼和變換編碼壓縮圖像信號(hào)的預(yù)測(cè)編碼和變換編碼 3.3.每幀畫(huà)面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)每幀畫(huà)面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.4.幀內(nèi)圖像數(shù)據(jù)的壓縮技術(shù)幀內(nèi)圖像數(shù)據(jù)的壓縮技術(shù) 5.5.活動(dòng)圖像幀間數(shù)據(jù)的壓縮技術(shù)活動(dòng)圖像幀間數(shù)據(jù)的壓縮技術(shù) 由于電視信號(hào)數(shù)字化后碼率太高，例如傳輸一幅清晰度較好的活動(dòng)圖像信號(hào)，由于電視信號(hào)數(shù)字化后碼率太高，例如傳輸一幅清晰度較好的活動(dòng)圖像信號(hào)， 其數(shù)據(jù)傳輸速率

2、可高達(dá)其數(shù)據(jù)傳輸速率可高達(dá)216Mbit/s216Mbit/s，所以必須先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，然后，所以必須先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，然后 再進(jìn)行存儲(chǔ)和傳輸。再進(jìn)行存儲(chǔ)和傳輸。 壓縮編碼的主要任務(wù)，就是要在人眼不能察覺(jué)有失真條件下，盡可能采用比壓縮編碼的主要任務(wù)，就是要在人眼不能察覺(jué)有失真條件下，盡可能采用比 較簡(jiǎn)單有效的編碼方法，降低碼率。較簡(jiǎn)單有效的編碼方法，降低碼率。 在現(xiàn)代的通信、廣播、電視系統(tǒng)的數(shù)字傳輸中，在在現(xiàn)代的通信、廣播、電視系統(tǒng)的數(shù)字傳輸中，在VCDVCD、DVDDVD等數(shù)字視頻設(shè)備等數(shù)字視頻設(shè)備 中，均需要對(duì)音視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮。中，均需要對(duì)音視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮。 圖像信號(hào)的幀內(nèi)、

3、幀間壓縮技術(shù)圖像信號(hào)的幀內(nèi)、幀間壓縮技術(shù) 一：圖像信號(hào)壓縮的可能性一：圖像信號(hào)壓縮的可能性 電視圖像信號(hào)（音頻信號(hào)）的數(shù)據(jù)量很大，必須壓縮，也可能壓縮，圖像數(shù)電視圖像信號(hào)（音頻信號(hào)）的數(shù)據(jù)量很大，必須壓縮，也可能壓縮，圖像數(shù) 據(jù)的壓縮機(jī)理來(lái)自兩個(gè)方面：據(jù)的壓縮機(jī)理來(lái)自兩個(gè)方面： 一是利用圖像中存在大量冗余度可供壓縮；一是利用圖像中存在大量冗余度可供壓縮； 二是利用人眼的視覺(jué)特性。二是利用人眼的視覺(jué)特性。 正是從這二方面考慮，讓圖像壓縮有了可能性。正是從這二方面考慮，讓圖像壓縮有了可能性。 1.1.圖像信號(hào)中存在大量冗余度可供壓縮圖像信號(hào)中存在大量冗余度可供壓縮 圖像信號(hào)中的冗余度存在與圖像的結(jié)

4、構(gòu)和統(tǒng)計(jì)中。就圖像信號(hào)結(jié)構(gòu)而言，其圖像信號(hào)中的冗余度存在與圖像的結(jié)構(gòu)和統(tǒng)計(jì)中。就圖像信號(hào)結(jié)構(gòu)而言，其 幀內(nèi)和幀間存在很強(qiáng)的相關(guān)性，這種相關(guān)性就是結(jié)構(gòu)冗余。幀內(nèi)和幀間存在很強(qiáng)的相關(guān)性，這種相關(guān)性就是結(jié)構(gòu)冗余。 在同一幅圖像中規(guī)則的物體和規(guī)則的背景都具有很強(qiáng)的相關(guān)性在同一幅圖像中規(guī)則的物體和規(guī)則的背景都具有很強(qiáng)的相關(guān)性, ,稱之為空間冗稱之為空間冗 余。余。 在圖像序列中的兩幅相鄰的圖像之間有較大的相關(guān)性在圖像序列中的兩幅相鄰的圖像之間有較大的相關(guān)性, ,稱之為時(shí)間冗余。稱之為時(shí)間冗余。 信號(hào)中這些大量的冗余度可以壓縮，在解碼后又可以把這些冗余不失真的恢信號(hào)中這些大量的冗余度可以壓縮，在解碼后又可

5、以把這些冗余不失真的恢 復(fù)。復(fù)。 任何一幅圖像。畫(huà)面的主體或者人們感興趣的僅僅是其中的中心部分，如人任何一幅圖像。畫(huà)面的主體或者人們感興趣的僅僅是其中的中心部分，如人 的臉，特別是人的眼睛，這些部分要求準(zhǔn)確、細(xì)致地出來(lái)，而對(duì)其每一個(gè)像的臉，特別是人的眼睛，這些部分要求準(zhǔn)確、細(xì)致地出來(lái)，而對(duì)其每一個(gè)像 素進(jìn)行精確的采樣、傳輸、轉(zhuǎn)換。而對(duì)畫(huà)面的背景空間，人眼不十分敏感，素進(jìn)行精確的采樣、傳輸、轉(zhuǎn)換。而對(duì)畫(huà)面的背景空間，人眼不十分敏感， 則可以進(jìn)行粗略的出來(lái)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行大量的壓縮。則可以進(jìn)行粗略的出來(lái)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行大量的壓縮。 這就是說(shuō)，可以根據(jù)幀的內(nèi)容，對(duì)不同區(qū)域（主體和非主體區(qū)域）采用不一這就是說(shuō)

6、，可以根據(jù)幀的內(nèi)容，對(duì)不同區(qū)域（主體和非主體區(qū)域）采用不一 樣的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行處理，這樣可減少傳送的數(shù)據(jù)量。讓圖像得到壓縮（空間樣的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行處理，這樣可減少傳送的數(shù)據(jù)量。讓圖像得到壓縮（空間 壓縮），統(tǒng)計(jì)表明，電視信號(hào)在相鄰像素間，相鄰行間存在很強(qiáng)的相關(guān)性，壓縮），統(tǒng)計(jì)表明，電視信號(hào)在相鄰像素間，相鄰行間存在很強(qiáng)的相關(guān)性， 即它們之間存在很大的冗余，這也可以讓圖像得到壓縮（結(jié)構(gòu)壓縮）即它們之間存在很大的冗余，這也可以讓圖像得到壓縮（結(jié)構(gòu)壓縮） 對(duì)于電視圖像而言，屏幕上的圖像是由一幅幅背景基本不變（或者變換很對(duì)于電視圖像而言，屏幕上的圖像是由一幅幅背景基本不變（或者變換很 少），主體內(nèi)容變化緩

7、慢的多幅畫(huà)面（每秒少），主體內(nèi)容變化緩慢的多幅畫(huà)面（每秒2525幀、幀、3030幀或幀或5050場(chǎng)、場(chǎng)、6060場(chǎng)）快速場(chǎng)）快速 掃描顯示的。這和我們的電影膠片放映相類(lèi)似（每秒走掃描顯示的。這和我們的電影膠片放映相類(lèi)似（每秒走2424張膠片，每張膠片張膠片，每張膠片 曝光曝光2 2次）。因此電視畫(huà)面上物體的運(yùn)動(dòng)變化很小，從大量的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，其相次）。因此電視畫(huà)面上物體的運(yùn)動(dòng)變化很小，從大量的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，其相 關(guān)系數(shù)達(dá)關(guān)系數(shù)達(dá)80%80%，也就是說(shuō)相鄰的二幅畫(huà)面，也就是說(shuō)相鄰的二幅畫(huà)面80%80%左右是一樣的。左右是一樣的。 相鄰畫(huà)面如此大的相同，就是冗余信息?？梢酝ㄟ^(guò)減少時(shí)域冗余信息的方法，相鄰畫(huà)

8、面如此大的相同，就是冗余信息?？梢酝ㄟ^(guò)減少時(shí)域冗余信息的方法， 即用幀間的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)來(lái)減少數(shù)據(jù)傳送速率。即用幀間的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)來(lái)減少數(shù)據(jù)傳送速率。 根據(jù)電視活動(dòng)圖像的相關(guān)特性，從傳送的角度分析，可以講第一幀畫(huà)面的根據(jù)電視活動(dòng)圖像的相關(guān)特性，從傳送的角度分析，可以講第一幀畫(huà)面的 信信 息全部傳輸，后繼的畫(huà)面之傳送相應(yīng)點(diǎn)信息的變化量（二者的差值和比值），息全部傳輸，后繼的畫(huà)面之傳送相應(yīng)點(diǎn)信息的變化量（二者的差值和比值）， 專(zhuān)業(yè)就可以大大降低后繼幀的數(shù)據(jù)量，即大大減少數(shù)據(jù)傳輸速率。專(zhuān)業(yè)就可以大大降低后繼幀的數(shù)據(jù)量，即大大減少數(shù)據(jù)傳輸速率。 另外，對(duì)于一些快運(yùn)動(dòng)的圖像，其畫(huà)面變化快，各幀圖像的數(shù)據(jù)信

9、號(hào)有較大另外，對(duì)于一些快運(yùn)動(dòng)的圖像，其畫(huà)面變化快，各幀圖像的數(shù)據(jù)信號(hào)有較大 的變化，畫(huà)面也比較模糊，根據(jù)圖像信號(hào)的相關(guān)性及畫(huà)面的特點(diǎn)，可以只傳的變化，畫(huà)面也比較模糊，根據(jù)圖像信號(hào)的相關(guān)性及畫(huà)面的特點(diǎn)，可以只傳 輸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中少數(shù)幾幀圖像信息，而在重放時(shí)根據(jù)前后幀畫(huà)面的數(shù)據(jù)、變化輸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中少數(shù)幾幀圖像信息，而在重放時(shí)根據(jù)前后幀畫(huà)面的數(shù)據(jù)、變化 速度及矢量，用算法計(jì)算出沒(méi)發(fā)送的各幀的數(shù)據(jù)，對(duì)此，人眼也時(shí)可以接受速度及矢量，用算法計(jì)算出沒(méi)發(fā)送的各幀的數(shù)據(jù)，對(duì)此，人眼也時(shí)可以接受 的。這樣，對(duì)于快速運(yùn)動(dòng)的圖像數(shù)據(jù)，其壓縮量會(huì)更大，壓縮比例可以達(dá)百的。這樣，對(duì)于快速運(yùn)動(dòng)的圖像數(shù)據(jù)，其壓縮量會(huì)更大，壓縮比

10、例可以達(dá)百 倍以上（倍以上（2520025200倍）倍） 2.2.利用人的視覺(jué)心理特征利用人的視覺(jué)心理特征 人眼的圖像的細(xì)節(jié)分辨率、運(yùn)動(dòng)分辨率、對(duì)比度分辨率等的要求都有一定限人眼的圖像的細(xì)節(jié)分辨率、運(yùn)動(dòng)分辨率、對(duì)比度分辨率等的要求都有一定限 度，而這三者的分辨能力是相互制約的，即人眼對(duì)圖像的某種分辨率要求很度，而這三者的分辨能力是相互制約的，即人眼對(duì)圖像的某種分辨率要求很 高時(shí)，對(duì)其他分辨率的要求就低了，因此圖像信號(hào)在空間、時(shí)間、幅度等幾高時(shí)，對(duì)其他分辨率的要求就低了，因此圖像信號(hào)在空間、時(shí)間、幅度等幾 方面進(jìn)行數(shù)字化的精細(xì)程度，只要達(dá)到上述分辨率的限制即可，超過(guò)是沒(méi)有方面進(jìn)行數(shù)字化的精細(xì)程度

11、，只要達(dá)到上述分辨率的限制即可，超過(guò)是沒(méi)有 一樣的，利用人眼的上述特征，對(duì)圖像信號(hào)可以采用自適應(yīng)技術(shù)，根據(jù)圖像一樣的，利用人眼的上述特征，對(duì)圖像信號(hào)可以采用自適應(yīng)技術(shù)，根據(jù)圖像 各部分的特點(diǎn)再?zèng)Q定它的采樣頻率和量化等級(jí)。各部分的特點(diǎn)再?zèng)Q定它的采樣頻率和量化等級(jí)。 人眼的視覺(jué)特性是圖像壓縮編碼的另一個(gè)重要根據(jù)。人眼的視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)于圖人眼的視覺(jué)特性是圖像壓縮編碼的另一個(gè)重要根據(jù)。人眼的視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)于圖 像的注意是非均勻和非線性的，圖像的編碼和解碼處理盡管引入了噪聲使圖像的注意是非均勻和非線性的，圖像的編碼和解碼處理盡管引入了噪聲使圖 像發(fā)生了變化，但這些變化如果不一定被視覺(jué)所查覺(jué)像發(fā)生了變化，但這些變

12、化如果不一定被視覺(jué)所查覺(jué), ,稱之為視覺(jué)冗余。稱之為視覺(jué)冗余。 在在PALPAL制電視圖像信號(hào)的頻帶寬度制電視圖像信號(hào)的頻帶寬度6MHZ6MHZ，但信號(hào)的主體只集中了，但信號(hào)的主體只集中了3MHZ3MHZ以下的以下的 中低頻段，其高頻段往往只是為了表示畫(huà)面中突變的輪廓和為數(shù)不多的圖像中低頻段，其高頻段往往只是為了表示畫(huà)面中突變的輪廓和為數(shù)不多的圖像 紋理細(xì)節(jié)及景物的快速運(yùn)動(dòng)。依統(tǒng)計(jì)說(shuō)明，圖像信號(hào)在大部分時(shí)間并不是含紋理細(xì)節(jié)及景物的快速運(yùn)動(dòng)。依統(tǒng)計(jì)說(shuō)明，圖像信號(hào)在大部分時(shí)間并不是含 有如此高頻率分量的信息，所以，從頻頻的角度來(lái)說(shuō)，圖像信號(hào)的數(shù)據(jù)是可有如此高頻率分量的信息，所以，從頻頻的角度來(lái)說(shuō)，

13、圖像信號(hào)的數(shù)據(jù)是可 以壓縮。以壓縮。 另外，人眼對(duì)圖像信號(hào)另外，人眼對(duì)圖像信號(hào)Y Y和彩色信號(hào)和彩色信號(hào)( (通常以色差信號(hào)通常以色差信號(hào)R-YR-Y、B-YB-Y表示表示) )由不同由不同 感覺(jué)的生理特性，也是圖像壓縮的依據(jù)。感覺(jué)的生理特性，也是圖像壓縮的依據(jù)。 研究表明，人眼對(duì)亮度信號(hào)比較敏感，而對(duì)色差信號(hào)不敏感，因而應(yīng)對(duì)亮度研究表明，人眼對(duì)亮度信號(hào)比較敏感，而對(duì)色差信號(hào)不敏感，因而應(yīng)對(duì)亮度 信號(hào)以較高的清晰度（即較高的數(shù)據(jù)速率）處理。而二色差信號(hào)可以較低的信號(hào)以較高的清晰度（即較高的數(shù)據(jù)速率）處理。而二色差信號(hào)可以較低的 清晰度（即較低的速率處理數(shù)據(jù)）。為此，在圖像做數(shù)字化處理時(shí)有時(shí)常用

14、清晰度（即較低的速率處理數(shù)據(jù)）。為此，在圖像做數(shù)字化處理時(shí)有時(shí)常用 YUV411YUV411采樣方式，有時(shí)采用采樣方式，有時(shí)采用YU422YU422方式，即對(duì)亮度信號(hào)方式，即對(duì)亮度信號(hào)Y Y每采樣每采樣4 4個(gè)采樣，才個(gè)采樣，才 對(duì)二個(gè)色差信號(hào)對(duì)二個(gè)色差信號(hào)U U（即（即B-YB-Y）、）、V(R-Y)V(R-Y)個(gè)采樣一個(gè)樣點(diǎn)，或者二個(gè)樣點(diǎn)。如此個(gè)采樣一個(gè)樣點(diǎn)，或者二個(gè)樣點(diǎn)。如此 將使圖像信號(hào)的數(shù)據(jù)量大大減少，達(dá)到圖像壓縮的目的。將使圖像信號(hào)的數(shù)據(jù)量大大減少，達(dá)到圖像壓縮的目的。 3.3.電視信號(hào)中電視信號(hào)中 有規(guī)律的重復(fù)行、場(chǎng)消隱信號(hào)可壓縮。有規(guī)律的重復(fù)行、場(chǎng)消隱信號(hào)可壓縮。 視頻信號(hào)中的

15、行場(chǎng)同步，行場(chǎng)消隱等周期重復(fù)信號(hào)專(zhuān)去了相當(dāng)?shù)谋戎?，圖像視頻信號(hào)中的行場(chǎng)同步，行場(chǎng)消隱等周期重復(fù)信號(hào)專(zhuān)去了相當(dāng)?shù)谋戎兀瑘D像 信號(hào)僅在于場(chǎng)掃描過(guò)程中的正程期間。這類(lèi)有規(guī)律的、重復(fù)的固定不變的信信號(hào)僅在于場(chǎng)掃描過(guò)程中的正程期間。這類(lèi)有規(guī)律的、重復(fù)的固定不變的信 號(hào)在編碼時(shí)可以作某種方法的壓縮和特殊處理。號(hào)在編碼時(shí)可以作某種方法的壓縮和特殊處理。 壓縮圖像信號(hào)的預(yù)測(cè)編碼和變換編碼壓縮圖像信號(hào)的預(yù)測(cè)編碼和變換編碼 圖像信號(hào)的壓縮大致可分為：預(yù)測(cè)編碼、變換編碼、內(nèi)插編碼、統(tǒng)計(jì)編碼、圖像信號(hào)的壓縮大致可分為：預(yù)測(cè)編碼、變換編碼、內(nèi)插編碼、統(tǒng)計(jì)編碼、 以及子帶編碼、游程編碼、輪廓編碼、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編碼等方法。以及

16、子帶編碼、游程編碼、輪廓編碼、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編碼等方法。 各類(lèi)編碼都有自己的特點(diǎn)，分別應(yīng)用在不同的地方，對(duì)于電視信號(hào)而言，最各類(lèi)編碼都有自己的特點(diǎn)，分別應(yīng)用在不同的地方，對(duì)于電視信號(hào)而言，最 常用的是預(yù)測(cè)編碼、變換編碼，這兩類(lèi)編碼歷史較長(zhǎng)，使用分布也廣。常用的是預(yù)測(cè)編碼、變換編碼，這兩類(lèi)編碼歷史較長(zhǎng)，使用分布也廣。 1.1.預(yù)測(cè)編碼預(yù)測(cè)編碼 預(yù)測(cè)編碼主要是減少數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上的相關(guān)性，根據(jù)某一模型利用過(guò)去預(yù)測(cè)編碼主要是減少數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上的相關(guān)性，根據(jù)某一模型利用過(guò)去 的樣值對(duì)當(dāng)前樣值進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后將當(dāng)前樣值的實(shí)際數(shù)值與預(yù)測(cè)值相減得到的樣值對(duì)當(dāng)前樣值進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后將當(dāng)前樣值的實(shí)際數(shù)值與預(yù)測(cè)值相減

17、得到 一個(gè)差值，只對(duì)這一預(yù)測(cè)誤差值進(jìn)行編碼。一個(gè)差值，只對(duì)這一預(yù)測(cè)誤差值進(jìn)行編碼。 如果預(yù)測(cè)模型足夠好，且樣值序列在時(shí)間軸上有較強(qiáng)的相關(guān)性，預(yù)測(cè)誤差信如果預(yù)測(cè)模型足夠好，且樣值序列在時(shí)間軸上有較強(qiáng)的相關(guān)性，預(yù)測(cè)誤差信 號(hào)則比原始信號(hào)小的多，再用通過(guò)適當(dāng)?shù)牧炕骱途幋a器將會(huì)使數(shù)據(jù)量大幅號(hào)則比原始信號(hào)小的多，再用通過(guò)適當(dāng)?shù)牧炕骱途幋a器將會(huì)使數(shù)據(jù)量大幅 度減少。度減少。 2.2.變換編碼變換編碼 變換編碼：將通常用幾何空間（空間域）描述的圖像信號(hào)，以某種數(shù)學(xué)運(yùn)算變換編碼：將通常用幾何空間（空間域）描述的圖像信號(hào)，以某種數(shù)學(xué)運(yùn)算 變換到另外的正交矢量空間進(jìn)行掃描。變換到另外的正交矢量空間進(jìn)行掃描。

18、例如，一個(gè)例如，一個(gè)8 8* *8 8像素的像塊圖像，其隔像素間有很強(qiáng)的相關(guān)性，經(jīng)過(guò)正交變換像素的像塊圖像，其隔像素間有很強(qiáng)的相關(guān)性，經(jīng)過(guò)正交變換 后（如離散余弦變換后（如離散余弦變換DCTDCT），各變換系數(shù)間近似相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，其相關(guān)性基本），各變換系數(shù)間近似相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，其相關(guān)性基本 被消除，而且使代表信號(hào)能量（主體）的低頻、直流分量都集中在變換域的被消除，而且使代表信號(hào)能量（主體）的低頻、直流分量都集中在變換域的 某一部分（如在右上角），代表信號(hào)高頻、可被壓縮的分量（非主體）集中某一部分（如在右上角），代表信號(hào)高頻、可被壓縮的分量（非主體）集中 在另一部分（如右下角）。這樣一個(gè)求解相關(guān)過(guò)

19、程就是冗余度被壓縮的過(guò)程。在另一部分（如右下角）。這樣一個(gè)求解相關(guān)過(guò)程就是冗余度被壓縮的過(guò)程。 每幀畫(huà)面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)每幀畫(huà)面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖像信號(hào)要方便壓縮，關(guān)鍵就是看每幀畫(huà)面上的各像素信號(hào)在采樣后是如何圖像信號(hào)要方便壓縮，關(guān)鍵就是看每幀畫(huà)面上的各像素信號(hào)在采樣后是如何 組織的，對(duì)于獲得圖像而言，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如組織的，對(duì)于獲得圖像而言，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如MPEGMPEG標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定，視頻信號(hào)系列標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定，視頻信號(hào)系列 是由圖像幀組等信號(hào)組成，圖像幀組由含有多幀畫(huà)面，每幀畫(huà)面由大至小被是由圖像幀組等信號(hào)組成，圖像幀組由含有多幀畫(huà)面，每幀畫(huà)面由大至小被 劃分稱條或片（由橫行水平切割而成），每一條右縱向切割成若

20、干塊，又稱劃分稱條或片（由橫行水平切割而成），每一條右縱向切割成若干塊，又稱 宏塊，宏塊是圖像數(shù)據(jù)壓縮處理的基本單元。宏塊，宏塊是圖像數(shù)據(jù)壓縮處理的基本單元。 在在4 4：1 1：1 1采樣格式下（指采樣格式下（指Y Y、R-YR-Y、B-YB-Y這三種信號(hào)的采樣比例為這三種信號(hào)的采樣比例為4 4：1 1：1 1 ），）， 每個(gè)宏塊中含有每個(gè)宏塊中含有4 4個(gè)亮度信號(hào)塊和二個(gè)色度信號(hào)塊（分別為個(gè)亮度信號(hào)塊和二個(gè)色度信號(hào)塊（分別為R-YR-Y、B-Y B-Y ），每），每 個(gè)塊中又含有個(gè)塊中又含有8 8* *8=648=64個(gè)像素。個(gè)像素。 對(duì)于數(shù)字圖像而言，每個(gè)像素有一個(gè)采樣點(diǎn)，對(duì)于一個(gè)采樣值

21、。顯然，圖像對(duì)于數(shù)字圖像而言，每個(gè)像素有一個(gè)采樣點(diǎn)，對(duì)于一個(gè)采樣值。顯然，圖像 分割得越細(xì)，像素越多，圖像就越清晰，但是圖像的數(shù)據(jù)量越大。分割得越細(xì)，像素越多，圖像就越清晰，但是圖像的數(shù)據(jù)量越大。 因此對(duì)圖像的壓縮處理很大程度就是對(duì)圖像像塊數(shù)據(jù)和像素?cái)?shù)據(jù)的所進(jìn)行的因此對(duì)圖像的壓縮處理很大程度就是對(duì)圖像像塊數(shù)據(jù)和像素?cái)?shù)據(jù)的所進(jìn)行的 壓縮。壓縮。 幀的結(jié)構(gòu)圖幀的結(jié)構(gòu)圖P71P71 在彩色電視系統(tǒng)中，分割圖像時(shí)，情況將隨制式不同而不同。在彩色電視系統(tǒng)中，分割圖像時(shí)，情況將隨制式不同而不同。 在在PALPAL制中，每幀圖像切成制中，每幀圖像切成1818條（片），每片再切成條（片），每片再切成2222個(gè)

22、宏塊，因?yàn)樵诿總€(gè)個(gè)宏塊，因?yàn)樵诿總€(gè) 宏塊中含有宏塊中含有4 4個(gè)亮度信號(hào)塊（個(gè)亮度信號(hào)塊（Y Y）、二個(gè)色度信號(hào)塊（）、二個(gè)色度信號(hào)塊（R-YR-Y、B-YB-Y），每塊有），每塊有 8 8* *8 8個(gè)像素，那么每幀圖像中含有個(gè)像素，那么每幀圖像中含有Y Y、R-YR-Y、B-YB-Y信號(hào)像素的總量為：信號(hào)像素的總量為： Y=18Y=18* *2222* *4 4* *8 8* *8=101 3678=101 367像素像素/ /幀幀 R-Y=B-Y= 18R-Y=B-Y= 18* *2222* *8 8* *8=25 3448=25 344像素像素/ /幀幀 每幀圖像合計(jì)總像素為三者之和，

23、即為每幀圖像合計(jì)總像素為三者之和，即為152 064152 064像素像素/ /幀幀 在在NTSCNTSC制中，每幀圖像切成制中，每幀圖像切成1515條（片），每片再切成條（片），每片再切成2222個(gè)宏塊，其它情況和個(gè)宏塊，其它情況和 PALPAL制相同，制相同， ，那么每幀圖像中含有，那么每幀圖像中含有Y Y、R-YR-Y、B-YB-Y信號(hào)像素的總量為：信號(hào)像素的總量為： Y=15Y=15* *2222* *4 4* *8 8* *8=84 4808=84 480像素像素/ /幀幀 R-Y=B-Y= 15R-Y=B-Y= 15* *2222* *8 8* *8=21 1208=21 120像

24、素像素/ /幀幀 每幀圖像合計(jì)總像素為三者之和，即每幀圖像合計(jì)總像素為三者之和，即126 720126 720像素像素/ /幀幀 幀內(nèi)圖像數(shù)據(jù)的壓縮技術(shù)幀內(nèi)圖像數(shù)據(jù)的壓縮技術(shù) 依據(jù)每幀圖像合計(jì)總像素及信號(hào)的采樣化等級(jí)，即可以求得每秒所傳送的圖依據(jù)每幀圖像合計(jì)總像素及信號(hào)的采樣化等級(jí)，即可以求得每秒所傳送的圖 像位數(shù)，若量化等級(jí)為像位數(shù)，若量化等級(jí)為8bit8bit，則數(shù)據(jù)速率為：，則數(shù)據(jù)速率為： PALPAL制：制： 152 064152 064* *8 8* *25=30.4128Mbit/s25=30.4128Mbit/s NTSCNTSC制：制：126 720126 720* *8 8*

25、 *30=30.4128Mbit/s30=30.4128Mbit/s 但是微型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)速率為但是微型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)速率為1.2Mbit/s1.2Mbit/s，電視信號(hào)的數(shù)據(jù)速率為，電視信號(hào)的數(shù)據(jù)速率為 1.15Mbit/s1.15Mbit/s，VCDVCD存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)速率為存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)速率為1.4112Mbit/s1.4112Mbit/s，那么要在這些系統(tǒng)中，那么要在這些系統(tǒng)中 傳送上面速率的圖像數(shù)據(jù)，就必須進(jìn)行壓縮。傳送上面速率的圖像數(shù)據(jù)，就必須進(jìn)行壓縮。 在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中傳輸，其壓縮比為在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中傳輸，其壓縮比為 30.4128/1.2=25.3430.4128/1.2=25.

26、34 在電視系統(tǒng)中傳輸，其壓縮比為在電視系統(tǒng)中傳輸，其壓縮比為 30.4128/1.15=26.4530.4128/1.15=26.45 在在VCDVCD存儲(chǔ)系統(tǒng)中傳輸，其壓縮比為存儲(chǔ)系統(tǒng)中傳輸，其壓縮比為 30.4128/1.4112=21.5530.4128/1.4112=21.55 在實(shí)際的應(yīng)用中，視頻數(shù)據(jù)流中還要加入同步信號(hào)及各種輔助信號(hào)，所用其在實(shí)際的應(yīng)用中，視頻數(shù)據(jù)流中還要加入同步信號(hào)及各種輔助信號(hào)，所用其 壓縮比應(yīng)該比上面計(jì)算的值大。壓縮比應(yīng)該比上面計(jì)算的值大。 3.3.離散余弦變換編碼（離散余弦變換編碼（DCTDCT） 離散余弦編碼，是一種用于數(shù)據(jù)處理的數(shù)學(xué)方法，實(shí)質(zhì)是將以空間

27、域信號(hào)變離散余弦編碼，是一種用于數(shù)據(jù)處理的數(shù)學(xué)方法，實(shí)質(zhì)是將以空間域信號(hào)變 換成頻域信號(hào)的函數(shù)，這以變換的本身并不能降低數(shù)據(jù)速率，但是變換后，換成頻域信號(hào)的函數(shù)，這以變換的本身并不能降低數(shù)據(jù)速率，但是變換后， 信號(hào)中的頻率系數(shù)是按直流、低頻、高頻分區(qū)分布的，這為進(jìn)一步的量化，信號(hào)中的頻率系數(shù)是按直流、低頻、高頻分區(qū)分布的，這為進(jìn)一步的量化， 壓縮編碼創(chuàng)造了條件。壓縮編碼創(chuàng)造了條件。 因?yàn)槿搜蹖?duì)信號(hào)中的低頻和直流分量比較敏感，對(duì)高頻分量不是很敏感，所因?yàn)槿搜蹖?duì)信號(hào)中的低頻和直流分量比較敏感，對(duì)高頻分量不是很敏感，所 以在圖像處理時(shí)，對(duì)低頻和直流分量只能做少量壓縮，需要傳送較多的數(shù)據(jù)以在圖像處理時(shí)

28、，對(duì)低頻和直流分量只能做少量壓縮，需要傳送較多的數(shù)據(jù) 量，而對(duì)高頻分量進(jìn)行大量的壓縮，只傳送少量的數(shù)據(jù)。量，而對(duì)高頻分量進(jìn)行大量的壓縮，只傳送少量的數(shù)據(jù)。 但是在空間域函數(shù)中很難區(qū)分高頻分量、低頻分量和直流分量，那么就需要但是在空間域函數(shù)中很難區(qū)分高頻分量、低頻分量和直流分量，那么就需要 進(jìn)行一個(gè)數(shù)學(xué)變換，將其變換成滿足條件的頻域，進(jìn)行一個(gè)數(shù)學(xué)變換，將其變換成滿足條件的頻域，DCTDCT方式就是一種應(yīng)用比較方式就是一種應(yīng)用比較 廣泛的變換方法。廣泛的變換方法。 二維DCT變換 公式 對(duì)于一個(gè)對(duì)于一個(gè)N NN N圖像圖像f(x,yf(x,y) )的二維的二維DCTDCT定義為定義為: : 正變換

29、正變換 反變換反變換 其中其中 u,vu,v =0 =0，1,1,.,N-1 .,N-1 ；x,yx,y =0 =0，1,1,.,N-1.,N-1 對(duì)一個(gè)對(duì)一個(gè)N NN N的像素塊進(jìn)行二維的像素塊進(jìn)行二維DCTDCT變換，從數(shù)學(xué)概念來(lái)理解，它是將空間像素變換，從數(shù)學(xué)概念來(lái)理解，它是將空間像素 的幾何分布，變換為空間頻率分布，經(jīng)變換后的系數(shù)，左上角為直流項(xiàng)的幾何分布，變換為空間頻率分布，經(jīng)變換后的系數(shù)，左上角為直流項(xiàng)(DC(DC 項(xiàng)項(xiàng)) )，水平方向，從左向右表示水平空間頻率增加的方向，垂直方向，從上向，水平方向，從左向右表示水平空間頻率增加的方向，垂直方向，從上向 下表示垂直空間頻率增加的方向

30、。絕大部分的能量集中在直流分量和少數(shù)的下表示垂直空間頻率增加的方向。絕大部分的能量集中在直流分量和少數(shù)的 低頻分量上，大致可以認(rèn)為，以左上角為圓心，在相同半徑的圓弧上的系數(shù)低頻分量上，大致可以認(rèn)為，以左上角為圓心，在相同半徑的圓弧上的系數(shù) 其能量基本相等，越遠(yuǎn)離圓心，能量越小其能量基本相等，越遠(yuǎn)離圓心，能量越小 。 DC 水平空間頻率增加方向 垂 直 空 間 頻 率 增 加 方 向 直 流 能 量 減 少 方 向 DCTDCT變化過(guò)程，左圖為圖像畫(huà)面一像素塊的變化過(guò)程，左圖為圖像畫(huà)面一像素塊的8 8* *8 8個(gè)像素點(diǎn)的實(shí)際亮度值，右圖為做個(gè)像素點(diǎn)的實(shí)際亮度值，右圖為做 DCTDCT變換后頻域

31、的值。左上角的變換后頻域的值。左上角的12601260、-1-1、-25-25、-12-12、-17-17、-11-11代表直流和代表直流和 低頻分量，右下角的低頻分量，右下角的1 1、-1-1、-2-2、2 2、0 0代表高頻分量。代表高頻分量。 139144149153155155155155 144151153156159156156156 150155160163158156156156 159161162160160159159159 159160161162162155155155 161161161161160157157157 162162161163162157157157

32、162162161161163158158158 1260-1-12-52-2-11 -23-17-6-3-300-1 -11-9-220-1-10 -7-2011000 -1-1120-111 2020-111-1 -100-1021-1 -32-4-221-10 由頻率系數(shù)矩陣中的數(shù)值可以看出，一幅圖像中的直流分量和低頻分量是較由頻率系數(shù)矩陣中的數(shù)值可以看出，一幅圖像中的直流分量和低頻分量是較 大的。人眼對(duì)這一分量也比較敏感。而右下角的高頻分量是比較小的，人眼大的。人眼對(duì)這一分量也比較敏感。而右下角的高頻分量是比較小的，人眼 對(duì)這一部分也不是很敏感，壓縮圖像的這一部分，只是對(duì)信號(hào)產(chǎn)生較小的

33、影對(duì)這一部分也不是很敏感，壓縮圖像的這一部分，只是對(duì)信號(hào)產(chǎn)生較小的影 響，圖像主體損失不大。響，圖像主體損失不大。 4.4.量化處理量化處理 根據(jù)根據(jù)DCTDCT變換后所得的頻率系數(shù)矩陣，結(jié)合人的視覺(jué)特性，可對(duì)這些頻率系數(shù)變換后所得的頻率系數(shù)矩陣，結(jié)合人的視覺(jué)特性，可對(duì)這些頻率系數(shù) 進(jìn)行量化處理，進(jìn)一步突出主體信息部分，減弱對(duì)視覺(jué)影響較小的次要細(xì)節(jié)。進(jìn)行量化處理，進(jìn)一步突出主體信息部分，減弱對(duì)視覺(jué)影響較小的次要細(xì)節(jié)。 量化處理量化處理= =某一頻率系數(shù)某一頻率系數(shù)/ /量化步長(zhǎng)量化步長(zhǎng) 其中量化步長(zhǎng)為一變量，對(duì)視覺(jué)影響大的低頻分量，量化步長(zhǎng)值取小一點(diǎn)，其中量化步長(zhǎng)為一變量，對(duì)視覺(jué)影響大的低頻分

34、量，量化步長(zhǎng)值取小一點(diǎn)， 最后量化的值就大一點(diǎn)，而高頻分量，量化步長(zhǎng)就大一點(diǎn)，最后量化的值就最后量化的值就大一點(diǎn)，而高頻分量，量化步長(zhǎng)就大一點(diǎn)，最后量化的值就 小一點(diǎn)。小一點(diǎn)。 左圖經(jīng)過(guò)一定量化步長(zhǎng)量化后，等到右圖就是量化后的結(jié)果。在這個(gè)結(jié)果中，左圖經(jīng)過(guò)一定量化步長(zhǎng)量化后，等到右圖就是量化后的結(jié)果。在這個(gè)結(jié)果中， 許多像素的位置上出現(xiàn)了許多像素的位置上出現(xiàn)了0 0值，而且這些零有相對(duì)集中，這樣就為圖像的壓縮值，而且這些零有相對(duì)集中，這樣就為圖像的壓縮 提供了條件。提供了條件。 5.“Z”5.“Z”子形掃描子形掃描 “Z”Z”字形掃描也稱字形掃描也稱“之之”字掃描，掃描就是按某種順序?qū)⒆謷呙?，?/p>

35、描就是按某種順序?qū)?464個(gè)量化后的頻率系數(shù)個(gè)量化后的頻率系數(shù) 逐一取出來(lái)的過(guò)程。下圖的逐一取出來(lái)的過(guò)程。下圖的“Z”Z”字掃描就是矩陣中字掃描就是矩陣中6464個(gè)頻率系數(shù)編碼順序的走勢(shì)個(gè)頻率系數(shù)編碼順序的走勢(shì) 圖，其走向軌跡為直流圖，其走向軌跡為直流較低頻較低頻低頻低頻較高頻較高頻高頻，掃描由左上角的直流進(jìn)入，高頻，掃描由左上角的直流進(jìn)入， 從右下角的高頻出。從右下角的高頻出。 DC 直 流 系 數(shù) AC01交流系數(shù)掃描開(kāi)始 交 流 系 數(shù) 掃 描 結(jié) 束 AC07 AC70AC77 下圖為亮度信號(hào)量化后的下圖為亮度信號(hào)量化后的“Z”Z”字掃描走勢(shì)圖，從圖中可以看出，左上角的直字掃描走勢(shì)圖，

36、從圖中可以看出，左上角的直 流系數(shù)和低頻系數(shù)值相對(duì)較大，而后面的高頻分量出現(xiàn)了一長(zhǎng)串的流系數(shù)和低頻系數(shù)值相對(duì)較大，而后面的高頻分量出現(xiàn)了一長(zhǎng)串的0 0，這使數(shù)，這使數(shù) 據(jù)壓縮更方便。據(jù)壓縮更方便。 6.6.可變字長(zhǎng)編碼可變字長(zhǎng)編碼 經(jīng)經(jīng)DCTDCT變換，量化，變換，量化，“Z”Z”字掃描后，字掃描后，6464個(gè)頻率系數(shù)出現(xiàn)了長(zhǎng)串的個(gè)頻率系數(shù)出現(xiàn)了長(zhǎng)串的0 0值，為了值，為了 進(jìn)一步的壓縮數(shù)據(jù)，通常采用可變字長(zhǎng)編碼（游程長(zhǎng)度編碼），它的處理原進(jìn)一步的壓縮數(shù)據(jù)，通常采用可變字長(zhǎng)編碼（游程長(zhǎng)度編碼），它的處理原 則如下：則如下： （1 1）具有平坦亮度梯度的像塊需要精確的編碼，即碼位要長(zhǎng)，以避免出現(xiàn)

37、可）具有平坦亮度梯度的像塊需要精確的編碼，即碼位要長(zhǎng)，以避免出現(xiàn)可 見(jiàn)的像塊邊界，為了處理這些差別，見(jiàn)的像塊邊界，為了處理這些差別，MPEGMPEG算法允許對(duì)每一宏塊做適當(dāng)?shù)牧炕?。算法允許對(duì)每一宏塊做適當(dāng)?shù)牧炕?（2 2）根據(jù)數(shù)據(jù)出現(xiàn)的頻率，分配不同長(zhǎng)度的數(shù)碼，對(duì)于頻繁出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，分）根據(jù)數(shù)據(jù)出現(xiàn)的頻率，分配不同長(zhǎng)度的數(shù)碼，對(duì)于頻繁出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，分 配較短的碼長(zhǎng)；對(duì)不常出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，分配較長(zhǎng)的碼長(zhǎng)，這樣處理可以減少數(shù)配較短的碼長(zhǎng)；對(duì)不常出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，分配較長(zhǎng)的碼長(zhǎng)，這樣處理可以減少數(shù) 據(jù)的量。據(jù)的量。 （3 3）“Z”Z”字掃描使字掃描使DCTDCT頻率系數(shù)的尾部出現(xiàn)長(zhǎng)串的頻率系數(shù)的尾部出現(xiàn)長(zhǎng)串的

38、0 0，在傳輸完主要數(shù)據(jù)后，在傳輸完主要數(shù)據(jù)后， 就不需要再逐位傳送就不需要再逐位傳送0 0值了，只需要傳送代表多個(gè)值了，只需要傳送代表多個(gè)0 0值的數(shù)碼即可。值的數(shù)碼即可。 經(jīng)經(jīng)DCTDCT變換，量化，變換，量化，“Z”Z”字掃描后，可變字長(zhǎng)編碼可以把上面字掃描后，可變字長(zhǎng)編碼可以把上面“Z”Z”字掃描后字掃描后 的系數(shù)編成如下碼元的系數(shù)編成如下碼元 ，其，其 中中EOBEOB代表后面的數(shù)據(jù)均為代表后面的數(shù)據(jù)均為0 0，在上面的編碼中，在上面的編碼中EOBEOB代表代表5555個(gè)個(gè)0.0. 很顯然，通過(guò)上面的變換，很顯然，通過(guò)上面的變換，6464個(gè)碼元變成了個(gè)碼元變成了1010個(gè)碼元，甚至我

39、們可以把數(shù)據(jù)個(gè)碼元，甚至我們可以把數(shù)據(jù) 中連續(xù)的二個(gè)中連續(xù)的二個(gè)0 0表示成表示成2 2* *0 0形式，那么碼元將會(huì)變成形式，那么碼元將會(huì)變成9 9個(gè)，主要數(shù)據(jù)就得到了大個(gè)，主要數(shù)據(jù)就得到了大 大壓縮。大壓縮。 活動(dòng)數(shù)據(jù)幀的壓縮形式活動(dòng)數(shù)據(jù)幀的壓縮形式 在前面已經(jīng)講到過(guò)，活動(dòng)圖像的相鄰幀的圖像信息具有很強(qiáng)的相關(guān)性，因此在前面已經(jīng)講到過(guò)，活動(dòng)圖像的相鄰幀的圖像信息具有很強(qiáng)的相關(guān)性，因此 不需要把每幀圖像一一發(fā)送，可以先記錄、存儲(chǔ)前一幀圖像的全部數(shù)據(jù)，后不需要把每幀圖像一一發(fā)送，可以先記錄、存儲(chǔ)前一幀圖像的全部數(shù)據(jù)，后 繼若干幀圖像可以僅僅記錄、傳輸與前一幀圖像各點(diǎn)對(duì)應(yīng)不一樣的差異信息。繼若干幀

40、圖像可以僅僅記錄、傳輸與前一幀圖像各點(diǎn)對(duì)應(yīng)不一樣的差異信息。 在重放和恢復(fù)時(shí)，利用前一幀圖像的全部數(shù)據(jù)及后幀的差異數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算在重放和恢復(fù)時(shí)，利用前一幀圖像的全部數(shù)據(jù)及后幀的差異數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算 就可以得到后繼各幀的全部信息。這樣處理可以使傳送的數(shù)據(jù)量大大減少，就可以得到后繼各幀的全部信息。這樣處理可以使傳送的數(shù)據(jù)量大大減少， 數(shù)據(jù)速率進(jìn)一步降低。數(shù)據(jù)速率進(jìn)一步降低。 按照按照MPEGMPEG標(biāo)準(zhǔn)，活動(dòng)圖像的畫(huà)面可以分成三種類(lèi)型。標(biāo)準(zhǔn)，活動(dòng)圖像的畫(huà)面可以分成三種類(lèi)型。 1.I 1.I 畫(huà)面畫(huà)面 I I 畫(huà)面，也稱畫(huà)面，也稱I I幀，它為內(nèi)幀或者說(shuō)幀內(nèi)編碼幀，幀，它為內(nèi)幀或者說(shuō)幀內(nèi)編碼幀，I I

41、幀使場(chǎng)景變換后的第一個(gè)幀使場(chǎng)景變換后的第一個(gè) 畫(huà)面，是一種獨(dú)立的可作為參照的畫(huà)面，這個(gè)畫(huà)面的全部數(shù)據(jù)都要記錄、保畫(huà)面，是一種獨(dú)立的可作為參照的畫(huà)面，這個(gè)畫(huà)面的全部數(shù)據(jù)都要記錄、保 存與傳輸，對(duì)存與傳輸，對(duì)I I幀進(jìn)行編碼時(shí)，壓縮量最小，其典型的壓縮比為每編碼幀為幀進(jìn)行編碼時(shí)，壓縮量最小，其典型的壓縮比為每編碼幀為 1bit1bit。 通常，每通常，每1212或者或者1515幀圖像需傳送一幀幀圖像需傳送一幀 、I I 幀信息，但是場(chǎng)景更換后的第一幀信息，但是場(chǎng)景更換后的第一 幀圖像要為幀圖像要為 I I 幀。幀。 2.P2.P畫(huà)面畫(huà)面 P P 畫(huà)面，也稱畫(huà)面，也稱P P幀，為預(yù)測(cè)幀、前向預(yù)測(cè)編碼

42、幀等，該畫(huà)面利用了前面最近的幀，為預(yù)測(cè)幀、前向預(yù)測(cè)編碼幀等，該畫(huà)面利用了前面最近的 I I 幀畫(huà)面為主體內(nèi)容上的變換差值及二者的移動(dòng)矢量，而不再傳送背景等相幀畫(huà)面為主體內(nèi)容上的變換差值及二者的移動(dòng)矢量，而不再傳送背景等相 同信息，這樣就省去了許多細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)，重放時(shí)，可依靠幀存儲(chǔ)器，將同信息，這樣就省去了許多細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)，重放時(shí)，可依靠幀存儲(chǔ)器，將 I I 畫(huà)面畫(huà)面 的全部信息和的全部信息和P P畫(huà)面?zhèn)€對(duì)應(yīng)像素間的差值信息進(jìn)行相減運(yùn)算，即可以得到畫(huà)面?zhèn)€對(duì)應(yīng)像素間的差值信息進(jìn)行相減運(yùn)算，即可以得到P P畫(huà)畫(huà) 面的全部數(shù)據(jù)。面的全部數(shù)據(jù)。 對(duì)對(duì)P P畫(huà)面的頻率采樣采用粗量化的方法，通常每畫(huà)面的頻率采樣采用

43、粗量化的方法，通常每3 3幀或者幀或者4 4幀傳送一幀幀傳送一幀P P幀信息。幀信息。 3.B3.B畫(huà)面畫(huà)面 B B畫(huà)面，也稱畫(huà)面，也稱B B幀或者雙向預(yù)測(cè)幀，幀或者雙向預(yù)測(cè)幀，B B畫(huà)面?zhèn)魉偷氖钱?huà)面?zhèn)魉偷氖荌 I、P P畫(huà)面之間的畫(huà)面內(nèi)容，畫(huà)面之間的畫(huà)面內(nèi)容， 它反映了它反映了I I、P P畫(huà)面間運(yùn)動(dòng)主體變化的情況，它的數(shù)據(jù)即要參考前面的畫(huà)面間運(yùn)動(dòng)主體變化的情況，它的數(shù)據(jù)即要參考前面的I I畫(huà)面，畫(huà)面， 也要參考后面的也要參考后面的P P畫(huà)面，或者均參考前后的畫(huà)面，或者均參考前后的P P畫(huà)面畫(huà)面. . 通過(guò)通過(guò)P76 P76 圖圖2-1-32-1-3（b b）可以很清楚的看出）可以很清楚的看

44、出B B畫(huà)面的意義。畫(huà)面的意義。 B B畫(huà)面的頻率采樣采用粗量化處理，其信息量小，壓縮比例最大。畫(huà)面的頻率采樣采用粗量化處理，其信息量小，壓縮比例最大。 4.4.運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償（移動(dòng)矢量）運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償（移動(dòng)矢量） 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償是利用消除時(shí)間冗余的方法來(lái)提高運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償是利用消除時(shí)間冗余的方法來(lái)提高P P幀和幀和B B幀數(shù)據(jù)壓縮比的一種技術(shù)。幀數(shù)據(jù)壓縮比的一種技術(shù)。 與幀內(nèi)編碼相比，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償可改善壓縮比大概與幀內(nèi)編碼相比，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償可改善壓縮比大概3 3倍。倍。 對(duì)于活動(dòng)的圖像，各幀間的某些圖像內(nèi)容是有移動(dòng)變化的，因此，預(yù)測(cè)幀（對(duì)于活動(dòng)的圖像，各幀間的某些圖像內(nèi)容是有移動(dòng)變化的，因此，預(yù)測(cè)幀（p p 幀和幀和I I

45、幀）的信息是二個(gè)參數(shù)，即當(dāng)前幀和參考幀的差值已經(jīng)對(duì)應(yīng)兩幀間的移幀）的信息是二個(gè)參數(shù)，即當(dāng)前幀和參考幀的差值已經(jīng)對(duì)應(yīng)兩幀間的移 動(dòng)矢量。動(dòng)矢量。 為了使預(yù)測(cè)幀更精確，就要找與參考宏塊最佳匹配圖像編碼的宏塊。也就是為了使預(yù)測(cè)幀更精確，就要找與參考宏塊最佳匹配圖像編碼的宏塊。也就是 說(shuō)這二個(gè)宏塊間的數(shù)據(jù)差值最小，找到最佳宏塊后就找到最佳運(yùn)動(dòng)矢量（包說(shuō)這二個(gè)宏塊間的數(shù)據(jù)差值最小，找到最佳宏塊后就找到最佳運(yùn)動(dòng)矢量（包 含含x x軸和軸和y y軸方向的移動(dòng)矢量）。在圖像壓縮的過(guò)程中，尋找最佳匹配占了相軸方向的移動(dòng)矢量）。在圖像壓縮的過(guò)程中，尋找最佳匹配占了相 當(dāng)多的計(jì)算時(shí)間，匹配越好，圖像重構(gòu)質(zhì)量就越高。

46、當(dāng)多的計(jì)算時(shí)間，匹配越好，圖像重構(gòu)質(zhì)量就越高。 音頻信號(hào)壓縮的依據(jù)與編碼器組成音頻信號(hào)壓縮的依據(jù)與編碼器組成 音頻信號(hào)的數(shù)據(jù)量雖然比圖像信號(hào)的數(shù)據(jù)量少很多，但是在通信、廣播、電音頻信號(hào)的數(shù)據(jù)量雖然比圖像信號(hào)的數(shù)據(jù)量少很多，但是在通信、廣播、電 視等系統(tǒng)與設(shè)備中，依然需要對(duì)其進(jìn)行壓縮，一擴(kuò)大通信容量、增加儲(chǔ)存收視等系統(tǒng)與設(shè)備中，依然需要對(duì)其進(jìn)行壓縮，一擴(kuò)大通信容量、增加儲(chǔ)存收 益、提高設(shè)備利用率。益、提高設(shè)備利用率。 一一. .音頻信號(hào)的壓縮依據(jù)音頻信號(hào)的壓縮依據(jù) 與圖像信號(hào)類(lèi)似，音頻信號(hào)中也有很多的冗余信息，去除這些冗余信息，就與圖像信號(hào)類(lèi)似，音頻信號(hào)中也有很多的冗余信息，去除這些冗余信息，就

47、 能達(dá)到壓縮的目的。能達(dá)到壓縮的目的。 音頻信號(hào)的壓縮，主要利用人耳的最小閾值（最小可聞極限）的特性和聽(tīng)覺(jué)音頻信號(hào)的壓縮，主要利用人耳的最小閾值（最小可聞極限）的特性和聽(tīng)覺(jué) 掩蓋效應(yīng)等得聽(tīng)覺(jué)心理特性。掩蓋效應(yīng)等得聽(tīng)覺(jué)心理特性。 1.1.最小可聞閾值特性最小可聞閾值特性 最小可聞閾值特性也稱人耳閾值特性與最小可聞極限與人耳絕對(duì)聽(tīng)閾最小可聞閾值特性也稱人耳閾值特性與最小可聞極限與人耳絕對(duì)聽(tīng)閾 特性。特性。 實(shí)驗(yàn)表明，人耳聽(tīng)不見(jiàn)低于某一聲壓級(jí)（聲強(qiáng)）的弱聲（但是能聽(tīng)到實(shí)驗(yàn)表明，人耳聽(tīng)不見(jiàn)低于某一聲壓級(jí)（聲強(qiáng)）的弱聲（但是能聽(tīng)到 高于該升級(jí)的聲音）這種臨界聲壓級(jí)稱為最小可聞閾值。高于該升級(jí)的聲音）這種

48、臨界聲壓級(jí)稱為最小可聞閾值。 人耳的最小可聞閾值隨聲音的頻率高低而異。人耳的最小可聞閾值隨聲音的頻率高低而異。 頻率低于頻率低于100HZ100HZ或高于或高于15KHZ15KHZ的聲音，人耳不敏感或聽(tīng)不見(jiàn)，最小可聞的聲音，人耳不敏感或聽(tīng)不見(jiàn)，最小可聞 閾值較高；閾值較高； 頻率為頻率為800HZ-5KHZ800HZ-5KHZ的中音頻段，聽(tīng)覺(jué)靈敏度明顯提高；的中音頻段，聽(tīng)覺(jué)靈敏度明顯提高； 對(duì)于對(duì)于3-4KHZ3-4KHZ頻段的聲音，人耳最為敏感，即在頻段的聲音，人耳最為敏感，即在4KHZ4KHZ附近，人耳的最小附近，人耳的最小 可聞閾值最低?？陕勯撝底畹?。 P78P78人耳的最小可聞閾值特性

49、人耳的最小可聞閾值特性 2.2.掩蔽效應(yīng)掩蔽效應(yīng) 如果有兩個(gè)頻率很靠近的聲源同時(shí)發(fā)聲，當(dāng)一個(gè)聲強(qiáng)遠(yuǎn)大于另一個(gè)聲強(qiáng)時(shí)，如果有兩個(gè)頻率很靠近的聲源同時(shí)發(fā)聲，當(dāng)一個(gè)聲強(qiáng)遠(yuǎn)大于另一個(gè)聲強(qiáng)時(shí)， 則人耳的聽(tīng)覺(jué)閾值會(huì)提高，它只能聽(tīng)到聲音大的那一個(gè)，而聲音小的一個(gè)，則人耳的聽(tīng)覺(jué)閾值會(huì)提高，它只能聽(tīng)到聲音大的那一個(gè)，而聲音小的一個(gè)， 即使他的電平在最小可聞閾值之上，人耳也會(huì)聽(tīng)不到，好像小音量的聲音被即使他的電平在最小可聞閾值之上，人耳也會(huì)聽(tīng)不到，好像小音量的聲音被 大音量的聲音所掩蓋了，這種現(xiàn)象就成為人耳的掩蔽效應(yīng)。大音量的聲音所掩蓋了，這種現(xiàn)象就成為人耳的掩蔽效應(yīng)。 一般而言，離強(qiáng)音頻率愈近的弱音信號(hào)，則愈容易被掩蔽。一般而言，離強(qiáng)音頻率愈近的弱音信號(hào)，則愈容易被掩蔽。 P78P78 根據(jù)人耳的最小可聞閾值，在伴音數(shù)據(jù)壓縮編碼時(shí)，將人耳不敏感的根據(jù)人耳的最小可聞閾值，在伴音數(shù)