數(shù)字電視原理第四章

1、數(shù)字電視原理第4章 數(shù)字圖像緊縮編碼的國際規(guī)范第4章 數(shù)字圖像緊縮編碼的國際規(guī)范 前面我們討論了數(shù)字圖像數(shù)據(jù)緊縮的必要性、能夠性和可行性。討論了數(shù)字圖像壓縮的根本原理，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)字圖像緊縮編碼的國際規(guī)范 首先，制定規(guī)范的問題。 為了使先進(jìn)的圖像數(shù)據(jù)緊縮技術(shù)和高性能的數(shù)字圖像處置技術(shù)獲得更廣泛的運(yùn)用，必需對(duì)圖像緊縮編碼技術(shù)建立一個(gè)能在全世界范圍通用的規(guī)范規(guī)范。第4章 數(shù)字圖像緊縮編碼的國際規(guī)范實(shí)現(xiàn)規(guī)范化的目的： 處置后的數(shù)據(jù)信號(hào)才干在一樣性能目的和一樣容量的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中傳送或儲(chǔ)存設(shè)備中儲(chǔ)存； 世界各國設(shè)備消

2、費(fèi)廠家的產(chǎn)品才具有兼容性和通用性； 才干投入大批量開發(fā)消費(fèi)，大幅度降低產(chǎn)品本錢，才干使圖像數(shù)據(jù)緊縮技術(shù)得到迅速應(yīng)用和推行。實(shí)現(xiàn)圖像緊縮編碼技術(shù)規(guī)范化的國際組織 國際規(guī)范化組織(ISO) 國際電報(bào)咨詢委員會(huì)(CCITT) 國際電工委員會(huì)(IEC) 結(jié)合圖片專家組(JPEG) 活動(dòng)圖像專家組(MPEG) 常見數(shù)字圖像緊縮編碼的規(guī)范一，H.261規(guī)范、H.264規(guī)范、H.263建議；二，MPEG1、MPEG2、MPEG4、 MPEG7、MPEG21；三，JPEG、 JPEG2000；四，我國擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的AVS； 規(guī)范產(chǎn)生的背景傳輸?shù)男诺溃?規(guī)范的運(yùn)用場(chǎng)所； 規(guī)范的編碼、解碼的過程； 圖像數(shù)據(jù)的

3、組織； 規(guī)范的特點(diǎn)及相互比較；常見數(shù)字圖像緊縮編碼的國際規(guī)范 H261規(guī)范，通常稱為p64規(guī)范。主要用于可視和電視會(huì)議的聲像業(yè)務(wù)，已于1990年由CCITT完成并經(jīng)過。 JPEG規(guī)范，其目的是對(duì)靜止彩色圖片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緊縮，主要用于衛(wèi)星圖片的傳輸與儲(chǔ)存，圖像文獻(xiàn)資料處置與儲(chǔ)存，新聞圖片、彩色印刷圖片的傳輸與儲(chǔ)存等，此規(guī)范于1991年由JPEG完成并經(jīng)過。 常見數(shù)字圖像緊縮編碼的國際規(guī)范 MPEG規(guī)范的目的是對(duì)高質(zhì)量全彩色活動(dòng)圖像實(shí)現(xiàn)緊縮規(guī)范化，使經(jīng)過緊縮和解碼復(fù)原后的圖像質(zhì)量到達(dá)廣播電視的質(zhì)量目的，同時(shí)要求對(duì)伴音的聲音數(shù)據(jù)進(jìn)展緊縮處置和傳輸。該規(guī)范已于1992年完成并經(jīng)過，目前已有MPEG1、MP

4、EG2、MPEG4、MPEG7、MPEG21、H26I及H264等多種規(guī)范。 41 H261規(guī)范 411 H261規(guī)范的由來與用途 H261規(guī)范方案的開發(fā)目的是利用CCITT(Consultative Committee on International Telephone and Telegraph)引薦的綜合業(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)可視和電視會(huì)議數(shù)字圖像信號(hào)的實(shí)時(shí)傳送。 在當(dāng)時(shí)的條件下，互聯(lián)網(wǎng)和光纖通訊還沒有開展到現(xiàn)代的程度，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的傳輸還得依托傳統(tǒng)的通訊網(wǎng)，語音通訊信道的帶寬還不能滿足圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸?shù)囊螅瑸榇藢⒍嗦氛Z音通訊話路并行運(yùn)用。傳統(tǒng)的語音通訊信

5、道的特點(diǎn)： 一次群通道容量(北歐規(guī)范)為2048kbs，包含32路數(shù)字信號(hào)，每路數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)位率為 2048kbs3264kbs，此數(shù)值稱為根本通道位率，以B表示。 起初，CCITT引薦圖像緊縮規(guī)范為 m384kbs， m15。 傳統(tǒng)的語音通訊信道的特點(diǎn)： 384kbs是來自6B=664kbs=384kbs，稱為H0通道。當(dāng)m5時(shí)，那么數(shù)據(jù)位率為 m384kbs5H056B1920kbs，這相當(dāng)于30路數(shù)字的最高位率。 由于選384kbs位率作為起點(diǎn)太高，于1988年CCITT經(jīng)過了p64kbs ( p=1，2，30 )視音頻編碼規(guī)范。最后，又把p擴(kuò)展到32，故緊縮后的最高位率不應(yīng)超越326

6、4kbs。這實(shí)踐上又達(dá)到了數(shù)據(jù)綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)(ISDN)一次群的最高位率，約為2Mbs。該規(guī)范于1990年完成，并由CCITT正式引薦為H261規(guī)范，簡(jiǎn)稱p64規(guī)范。 國際電報(bào)咨詢委員會(huì)CCITT于1985年開場(chǎng)制定H261規(guī)范，這個(gè)建議主要針對(duì)會(huì)議電視、可視等運(yùn)用，且當(dāng)時(shí)思索到H261規(guī)范面臨世界上兩種不同電視的掃描行數(shù)與幀數(shù)的規(guī)范，即52530和62525兩種互不兼容的規(guī)范問題， CCITT為H261找出一種通用的中間格式CIF(Common Intermediate Format)，這樣一來，62525和52530都可以經(jīng)過預(yù)處置和后處置模塊轉(zhuǎn)換到CIF或從CIF轉(zhuǎn)換而來。 1會(huì)議電視 會(huì)

7、議電視是經(jīng)過電信網(wǎng)絡(luò)將遠(yuǎn)在各地的多個(gè)會(huì)議點(diǎn)銜接起來，以互送聲音和圖像的方式召開會(huì)議的一種通訊方式。該方式還可傳送文件和圖表及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)文件，使遠(yuǎn)在各地的與會(huì)者好似在同一個(gè)會(huì)議室開會(huì)。會(huì)議電視不僅可用于開會(huì)，還可運(yùn)用在遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷及遠(yuǎn)程監(jiān)控等許多領(lǐng)域中。會(huì)議電視既節(jié)約時(shí)間和資金，又大大提高了工作效率。2可視 1964年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室首先研制勝利Picturephone I型，以后日本、法國等國家先后研制出可視，但由于這些可視均采用模擬傳輸方式，占用頻帶寬，傳輸本錢高，很長(zhǎng)一段時(shí)間未能得到開展。 20世紀(jì)80年代以來，圖像緊縮編碼技術(shù)的快速開展，同時(shí)促進(jìn)了可視的安康開展。1986年美國I

8、BM公司研制成在PSTN網(wǎng)上傳送黑白靜止圖像的可視機(jī)，日本也相繼研制勝利此類的可視機(jī)，并于1988年制定了日本TTC電報(bào)技術(shù)委員會(huì)規(guī)范。繼MPEG1及MPEG2緊縮編碼標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之后，于1995年11月ITU發(fā)布了低數(shù)碼率視頻編碼的H263建議。它是能將圖像信號(hào)緊縮到64kbs以內(nèi)數(shù)碼率的緊縮編碼方案，使可視在共用交換網(wǎng)(PSTN)中傳輸成為能夠。符合H263建議的可視已進(jìn)入商用。2可視 在互聯(lián)網(wǎng)已進(jìn)入家家戶戶的今天，利用PC機(jī)進(jìn)行緊縮編碼及顯示終端組成的可視也已進(jìn)入市場(chǎng)QQ視頻，能完成圖像及聲音緊縮編解碼及復(fù)用功能的單片集成電路曾經(jīng)消費(fèi)，這無疑為可視的普及發(fā)明了極好的條件。 3綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(

9、ISDN) ISDN(綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))又稱“一線通業(yè)務(wù)，它把多種數(shù)字業(yè)務(wù)綜合在一個(gè)網(wǎng)內(nèi)處置并傳輸。 ISDN分為兩種方式， 窄帶NISDN，為2Mbs以下，通常上網(wǎng)速率到達(dá)128kbs。 寬帶BISDN，為2Mbs以上。BISDN將以一致的交換與傳輸方式支持網(wǎng)內(nèi)從遙控遙測(cè)幾bs到高明晰度電視HDTV100Mbs150Mbs的業(yè)務(wù)，并且用光纖傳輸替代了現(xiàn)有的主干線電纜傳輸。 3綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN) ISDN可把、數(shù)據(jù)、可視、會(huì)議電視等綜合在一個(gè)通訊網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)，凡參與了這個(gè)網(wǎng)的用戶，都可實(shí)現(xiàn)只用一對(duì)線銜接不同的終端進(jìn)展不同類型的業(yè)務(wù)通訊，簡(jiǎn)言之，BISDN就是多業(yè)務(wù)便利數(shù)字化終端挪動(dòng)終端互換性

10、費(fèi)用低。 3綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN) H261主要用于ISDN綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)上進(jìn)展電視會(huì)議傳輸，當(dāng)p1或2時(shí)，只支持QCIF(Quarter Common Intermediate Format)格式。64kbs中圖像為40kbs，余下的給聲音。對(duì)于CIF格式，一幅圖像的有效像素點(diǎn)按幾何位置分為12個(gè)塊組，每塊組分33個(gè)宏塊，每個(gè)宏塊包含4個(gè)亮度塊及色差各1個(gè)，每塊那么由88的像素組成。CIF和QCIF最大幀率為30實(shí)踐是29.97幀秒，即最高圖像速率30000100129.9730。當(dāng)每像素為8bit時(shí)，碼率分別為36.5Mbs和9.1Mbs，在64Kb/s或2.048Mbs上傳輸，必需緊

11、縮。留意計(jì)算412 H26l圖像亮色信號(hào)像素與子像塊 H261規(guī)范圖像層次構(gòu)造 H261規(guī)范CIF格式規(guī)定了圖像亮度信號(hào)每行352個(gè)像素，縱向?yàn)?88個(gè)像素；而色差Cb、Cr的縱橫像素?cái)?shù)分別為亮度的一半，如圖41所示。QCIF各參數(shù)為CIF的一半。圖41 CIF格式亮度與色度取樣H261規(guī)范圖像層次構(gòu)造 實(shí)踐圖像數(shù)據(jù)的組織 QCIF各參數(shù)為CIF的一半。同一格式其幀率和比特率64kbits為基準(zhǔn)并非是固定的，后者的量正比于前者。在H261規(guī)范中，把一幅幀圖像數(shù)據(jù)分為四個(gè)層次構(gòu)造：幀層、塊組層、宏塊層和塊層。假設(shè)選用CIF格式，那么一幀圖像包含12個(gè)塊組，橫向2個(gè)，縱向6個(gè)；選QCIF，一幀含3

12、個(gè)縱向的塊組。這種H261規(guī)范圖像的層次構(gòu)造如圖42所示。(兩個(gè)色差分別為一個(gè)宏塊) 圖42 H261規(guī)范圖像的亮度層次構(gòu)造4. 1. 3 H261的CIF宏塊特點(diǎn)與數(shù)據(jù)構(gòu)造 H261的CIF一個(gè)宏塊包括4個(gè)亮度像塊和色差各1個(gè)像塊，共6個(gè)像塊。在宏塊中亮度與色差在同一像區(qū)時(shí)，由于Y像塊數(shù)目為色差的4倍，故一個(gè)亮度像塊的面積是一個(gè)色度的14，相反一個(gè)色差像素的面積是亮度的4倍。H261的CIF宏塊構(gòu)造如圖43所示，該圖的構(gòu)造對(duì)其他規(guī)范的宏塊也有借鑒意義。亮度 色度圖43 H261的CIF宏塊構(gòu)造相當(dāng)于420的采樣格式第n行4:2:2第n1行 4:0:0圖43 H.261的CIF宏塊構(gòu)造YUVY

13、宏塊是運(yùn)動(dòng)估值和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)母締挝唬彩且曨l處置及編輯的根本單位。H261(p64khjs)數(shù)據(jù)構(gòu)造如圖44所示。圖44 H.261p64kb/s數(shù)據(jù)構(gòu)造H.261數(shù)據(jù)構(gòu)造闡明：1幀標(biāo)題包括起始碼，編碼格式CIF/QCIF幀編號(hào)及其它信息，20bit fixed length。2塊組GOB:Groups of Block標(biāo)題包括塊組起始碼，塊組位置編號(hào)及其它信息。3第三行的宏塊標(biāo)題包括宏塊地址、幀內(nèi)幀間標(biāo)志、量化步長(zhǎng)、能否有環(huán)路濾波消除運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)母哳l噪聲、能否有運(yùn)動(dòng)估值及其它附加信息。4第四行為塊層構(gòu)造，包含DCT變換系數(shù)、編碼的碼流，最后是一個(gè)塊終了的定長(zhǎng)碼End of Block。構(gòu)成一幅

14、圖像詳細(xì)的碼流即數(shù)據(jù)流由復(fù)用編碼器完成。至于CCITT H.261編碼器構(gòu)造框圖如圖45所示。圖45 H261編碼器構(gòu)造框圖量化濾波器運(yùn)動(dòng)估計(jì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償幀內(nèi)，幀間選擇緩沖存儲(chǔ)器信道編碼414 H261運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償范圍與H263根本特點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償(MC)單元是使幀間差最小，運(yùn)動(dòng)估計(jì)(ME)的任務(wù)過程是從當(dāng)前輸入圖像中取一個(gè)宏塊如1616亮度像素面積并在其上一幀編碼圖像中搜索，搜索的大小在程度和垂直方向上都是15個(gè)像素?cái)?shù)。通常只對(duì)亮度信號(hào)作ME，但MC既要對(duì)亮度，也要對(duì)色度亮度像素位移的一半，即矢量的長(zhǎng)度減半進(jìn)展。處理方法是：鑒于MC的過程僅僅是逼近，尤其是高頻成分對(duì)新編碼的圖像數(shù)據(jù)匹配很差，所以在MC

15、后面用一個(gè)空間濾波器Loop Filter，它是一個(gè)低通濾波器，其作用是去掉匹配很差的分量，可以按宏塊切入或切出，它只在檢測(cè)到非零MV時(shí)才切入。414 H261運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償范圍與 H263根本特點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償(MC)單元是使幀間差最小，運(yùn)動(dòng)估計(jì)(ME)的任務(wù)過程是從當(dāng)前輸入圖像中取一個(gè)宏塊如1616亮度像素面積并在其上一幀編碼圖像中搜索，搜索的大小在程度和垂直方向上都是15個(gè)像素?cái)?shù)。通常只對(duì)亮度信號(hào)作ME，但MC既要對(duì)亮度，也要對(duì)色度亮度像素位移的一半，即矢量的長(zhǎng)度減半進(jìn)展。處理方法是：鑒于MC的過程僅僅是逼近，尤其是高頻成分對(duì)新編碼的圖像數(shù)據(jù)匹配很差，所以在MC后面用一個(gè)空間濾波器Loop Fil

16、ter，它是一個(gè)低通濾波器，其作用是去掉匹配很差的分量，可以按宏塊切入或切出，它只在檢測(cè)到非零MV時(shí)才切入。42 JPEG規(guī)范 彩色圖像編碼規(guī)范化任務(wù)是由國際規(guī)范化組織(ISO)開場(chǎng)制定的，其目的是用現(xiàn)有的64kbs通訊網(wǎng)絡(luò)來傳送滿足一定要求的規(guī)范靜止數(shù)字圖像信號(hào)。把每個(gè)彩色像素用1比特的數(shù)據(jù)表達(dá)時(shí)，應(yīng)能獲得足夠理想的彩色圖像質(zhì)量。于是，1986年ISO組織與CCITT結(jié)合組成了結(jié)合圖片專家組JPEG(Joint Photographic Experts Group)，研討延續(xù)色調(diào)包括灰度和彩色的靜止圖像緊縮算法的國際規(guī)范(1987年又參與了國際電工委員會(huì)IEC)，JPEG規(guī)范于1992年正式

17、經(jīng)過。在JPEG的努力下，該規(guī)范已運(yùn)用到彩色、彩色印刷及新聞圖片等靜止圖像的緊縮與傳輸。42 JPEG規(guī)范 按照J(rèn)PEG引薦的規(guī)范，包括以下兩種根本壓縮算法： (1)以離散余弦變換(DCT)為根底的有損緊縮算法，即不可逆的緊縮方式，其緊縮比較高，是JPEG規(guī)范及其他許多規(guī)范的根底，運(yùn)用最廣。 (2)以二維差值預(yù)測(cè)脈沖編碼(DPCM)為根底的可逆緊縮編碼方式，該方式解碼后能完全準(zhǔn)確地恢復(fù)原圖像采樣值，其緊縮比低于有損緊縮方式的緊縮比。42 JPEG規(guī)范JPEG還包括多種任務(wù)方式： (1)順序方式。在該方式中每一個(gè)圖像分量按從左到右、從上到下的順序被掃描，一次掃描完成編碼。實(shí)踐運(yùn)用中最多的是有損緊

18、縮的順序方式。 42 JPEG規(guī)范 (2)累進(jìn)方式。該方式中的每一幅圖像的編碼要經(jīng)過多次掃描才干完成，因此為到達(dá)累進(jìn)的目的，在量化器的輸出端即熵編碼前添加一個(gè)足夠大的圖像緩沖區(qū)，用于存儲(chǔ)量化后DCT系數(shù)，這些系數(shù)在多次掃描中分批地編碼，即第一次掃描只對(duì)主要系數(shù)進(jìn)展一次粗緊縮編碼，接納端可以在較短的時(shí)間內(nèi)重建一幅質(zhì)量較低的可識(shí)別圖像。在隨后的掃描中再傳送添加信息即細(xì)節(jié)信息，進(jìn)而可重建一幅質(zhì)量更高的圖像，以此不斷累進(jìn)，直到到達(dá)稱心的圖像質(zhì)量為止。42 JPEG規(guī)范 (3)可分級(jí)方式。分級(jí)編碼方式是對(duì)原始圖像空間分辨率分成多個(gè)分辨率進(jìn)展錐形的編碼，其程度方向和垂直方向分辨率的下降以2的倍數(shù)改動(dòng)。在信

19、道傳送速率慢、接納端顯示器分辨率不高的情況下，只需進(jìn)展低分辨率圖像解碼，就不用進(jìn)展高分辨率解碼?？梢?，該方式與累進(jìn)方式一樣，適宜因特網(wǎng)的動(dòng)態(tài)帶寬傳輸不同質(zhì)量圖像的編碼特點(diǎn)。 42 JPEG規(guī)范421 JPEG的有損順序緊縮編碼方案 圖46所示的就是一個(gè)基于DCT的JPEG有損順序緊縮編解碼系統(tǒng)框圖。圖46 JPEG有損順序緊縮編解碼系統(tǒng)框圖42 JPEG規(guī)范JPEG編解碼算法主要有以下幾個(gè)主要步驟： 第一步：DCT變換。輸入端把符合JPEG編碼規(guī)范的亮度數(shù)字信號(hào)和兩個(gè)色差數(shù)字信號(hào)分別有順序地分成88像素塊之后，送入DCT變換器中，目的是消除空間冗余。在進(jìn)展DCT變換之前，將R、G、B信號(hào)按JP

20、EG規(guī)范的信號(hào)計(jì)算公式導(dǎo)出亮度信號(hào)和色差信號(hào)，計(jì)算公式為： 由于色差信號(hào)有正有負(fù)，故先將電平上移50，即各加0.5，目的是使Cr和Cb值均為正值。這樣，數(shù)字化后的Y、Cr，和Cb，均在0255之間，便于降低傳輸碼率。解碼端再下移50(相當(dāng)于128級(jí)電平)，即可恢復(fù)出原有的色差信號(hào)。 第二步：量化。利用人眼的視覺特性設(shè)計(jì)量化表，JPEG規(guī)范為此在大量的實(shí)驗(yàn)和視覺統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，引薦了亮度信號(hào)和色度信號(hào)兩種量化表，分別如表42和表43所示。表42 亮度量化表Q(u,v) 表43色度量化表Q(u,v)第三步：Z形掃描與熵編碼。 結(jié)合例題進(jìn)展分析422 基于DCT的量化例【3一l】，設(shè)一個(gè)亮度大小為88

21、的塊圖像信號(hào)，其取樣值f(x，y)為：利用下式對(duì)f(x，y)實(shí)施DCT變換。得到大小為88的頻率信號(hào)F(u，v)為：利用亮度量化表Q(u,v)表42 1611101624405161121214192658605514131624405769561417222951878062182237566810910377243555648110411392496478871031211201017292959811210010399uv 留意取整式中 表示小于x的最大整數(shù)，而且上述公式舍入到最接近的整數(shù)。例如： round(816)round(05)1； round(716)round(04375)0

22、 round(815)round(0533)1； round(715)round(0466)0423 基于DCT的游程編碼 所謂游程長(zhǎng)度編碼是指一個(gè)碼可以同時(shí)表示碼的值和前面有幾個(gè)零，這樣就發(fā)揚(yáng)“之字型(或稱Z型)讀出的優(yōu)點(diǎn)。由于“之字型讀出，出現(xiàn)連零的時(shí)機(jī)比較多，特別到最后，假設(shè)都是零，在讀到最后一個(gè)數(shù)后，只要給出“塊終了EOB(End of Block)碼，就可以終了輸出，因此節(jié)省了很多碼率。 按照前面的例題有：其游程編碼的順序?yàn)?39,3,2,1,1,1,0,0,0,0,0,1，EOB)，解碼端收到EOB后自動(dòng)補(bǔ)0，直到補(bǔ)足64個(gè)系數(shù)為止。 在實(shí)施可變長(zhǎng)操作時(shí)，也可以表示為39，3，2，

23、1，1，1，50，1，520。 250，30，20，10，10，15，1EOB圖48 RLC碼字的構(gòu)成4. 3 MPEG1規(guī)范 隨著數(shù)字技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的開展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的開展，迫切需求把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與廣播電視結(jié)合起來建立一個(gè)包括各種終端在內(nèi)的一致的信息網(wǎng)絡(luò)，即多媒體網(wǎng)絡(luò)。 H.261是基于線路交換的， MPEG主要是基于互聯(lián)網(wǎng)的。 1 9 9 2年完成了緊縮碼率達(dá)1.0 Mbs1.5 Mbs的MPEG-1規(guī)范方案， 1 9 9 3年初提出的緊縮碼率在4 Mbsl 0M bs的MPEG-2規(guī)范。4. 3 MPEG1規(guī)范 MPEG-1規(guī)范的目的主要包括以下幾個(gè)方面： (1)在聲像質(zhì)量上高于電視或電

24、視會(huì)議的聲像質(zhì)量，至少應(yīng)到達(dá)V H S錄像機(jī)或CD-ROM的放像質(zhì)量。 (2)緊縮后的數(shù)據(jù)量能存儲(chǔ)在光盤、數(shù)字錄音帶或可改寫光盤等媒體中。 (3)緊縮后的數(shù)據(jù)率與目前的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸碼率相匹配，即以1.2 Mbs為宜。 (4)在通訊網(wǎng)絡(luò)上該規(guī)范能順應(yīng)多種通訊網(wǎng)絡(luò)的傳輸。 (5)該規(guī)范充分思索到更廣泛的運(yùn)用領(lǐng)域，例如電子圖像出版物、電子圖像雙向傳送、電子圖像編輯及雙向電子圖像通訊等。 規(guī)范產(chǎn)生的背景傳輸?shù)男诺繦.261 PSTN(ISDN) p64kb/sp:13264kb/s2.048Mb/sMPEG-1 方便計(jì)算機(jī)處置 互聯(lián)網(wǎng)傳輸 多種通訊網(wǎng)絡(luò) 1Mb/s1.5Mb/s (1.2Mb/s)規(guī)

25、范的運(yùn)用場(chǎng)所H.261 MPEG1低質(zhì)量視頻，可視 視頻會(huì)議圖像格式： CIF、QCIF 非隔行 352288 30/s中等質(zhì)量視頻， VCD或CD-ROM 會(huì)議電視、遠(yuǎn)程醫(yī)療圖像格式： CIF 352288 25/s SIF 352240 30/s兩者具有一樣的象素速率 留意：象素速率、碼率、緊縮率、編碼率的計(jì)算規(guī)范的編碼、解碼的過程；H.261 MPEG1DCT，量化，熵編碼游程編碼，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)編碼MPEG1是在H.261根底上開展起來的編碼方法根本一樣，主要區(qū)別在于將圖像幀分為I、P、B幀，對(duì)于不同的圖像幀采用不同的緊縮處置方法，進(jìn)一步提高緊縮比。圖像數(shù)據(jù)的組織H.261 MPEG1運(yùn)

26、動(dòng)圖像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規(guī)范類似規(guī)范的特點(diǎn)及相互比較 MPEG1規(guī)范是在H.261規(guī)范根底上開展起來的，在很多方面存在類似的地方。詳細(xì)的差別見前面的內(nèi)容。4. 3 MPEG1規(guī)范表47 MPEG一1的兩種圖像編碼格式 圖像格式SIFCIF掃描參數(shù)525行60場(chǎng)2:1，4:3625行50場(chǎng)2:1，4:3亮度有效像素?cái)?shù)240行幀，352像素行288行幀，352像素行色度有效像素?cái)?shù)120行幀，176像素行144行幀，176像素行像素速率38016 M像素s編碼率0316 bit像素8比特量化后的碼率304128 MbS光盤中每幀字節(jié)數(shù)5千字節(jié)幀6千字節(jié)幀

27、表48 CCIR601、MPEG-1和H.261視頻格式比較CCIR601MPEG-1H.261FormatPALNTSCSIFCIFQCIFFrames/s25/I30/I25/P30/P29.97/PLines/frameY576480288240288144Cr Cb28824014412014472Pixels/lineY720360352176Cr Cb36018017688IInterleave Scanning , PProgressive Scanning4. 3 MPEG1規(guī)范由表47可見，MPEG一1有如下特點(diǎn)： (1)像素速率： 30幀每秒的格式為(352240+2176

28、120)303.8016M像素每秒； 25幀每秒的格式為 (352288+2176144)253.8016M像素每秒。兩者具有一樣的像素速率。4. 3 MPEG1規(guī)范 (2)8 bit量化后的碼率：像素速率8 bit象素3.8016M像素每秒8 bit象素30.4128 Mbs。假設(shè)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸，按照網(wǎng)絡(luò)傳輸容量為1.2 Mbs計(jì)算，那么必需的緊縮比為30.128Mbs1.2Mbs=25.2。這是理想的緊縮比，思索到實(shí)踐情況需加輔助信息，故緊縮比應(yīng)更高。 (3)編碼率：它代表經(jīng)過編碼后平均每個(gè)像素所用的比特?cái)?shù)，闡明了緊縮的程度。編碼率等于傳輸碼率像素速率1.2 Mbs3.8016 M像素

29、每秒0.316bit像素。即量化后的每像素用8bit編碼，而經(jīng)緊縮后每個(gè)像素僅用0.316bit編碼。 4.4 MPEG2規(guī)范441 MPEG2規(guī)范根本特征 MPEG2是對(duì)MPEG1規(guī)范的承繼和發(fā)展。 MPEG2規(guī)范開場(chǎng)于1990年，全稱為“活動(dòng)圖像及有關(guān)聲音信息的通用編碼，該規(guī)范完成于1993年底， 4.4 MPEG2規(guī)范MPEG2規(guī)范的特點(diǎn)： 系統(tǒng)部分處理多個(gè)視頻、音頻和數(shù)據(jù)根本碼流的組合問題，產(chǎn)生兩種用于不同環(huán)境下的碼流：節(jié)目碼流和傳送碼流。節(jié)目碼流是由打包的根本碼流組合而成，并共享同一個(gè)時(shí)基信號(hào)，用于誤碼相對(duì)較小的環(huán)境，且節(jié)目碼流的包可變也相對(duì)較長(zhǎng)。傳送包是將時(shí)基相互獨(dú)立的打包的根本碼

30、流組合成單一的碼流，適用于誤碼較多的環(huán)境，傳送包長(zhǎng)度固定188byte。 按明晰度將圖像分為4個(gè)等級(jí)，同時(shí)按運(yùn)用的工具和方法不同分5種處置類型。4.4 MPEG2規(guī)范MPEG2的型與級(jí) 它充分思索了各種運(yùn)用的不同要求，同時(shí)也巧妙地處理了特殊性與通用性的問題。詳細(xì)實(shí)現(xiàn)時(shí)， MPEG一2規(guī)定了4種輸入圖像格式，稱為級(jí)(Level) “級(jí)定義了從有限明晰度的VCD圖像質(zhì)量到高明晰度的HDTV圖像質(zhì)量，即提供了靈敏的信源編碼格式。此外，MPEG一2還規(guī)定了不同的緊縮處置方法，稱為型或檔次“Profile。 ProfileLevel簡(jiǎn) 單Simple主 類MainSN RScalableSpatialS

31、calable高 類High高級(jí)19201920108030 19201l5225420I，P，B80MbS422，420 I，P，B100MbS高1440級(jí)14401152251440108030420I，P，B60MbS420I，P，B60MbS422，420 I，P，B80MbS主級(jí)72057625 72048029.97420I，P15MbSSPML420I，P，B15MbSMPML420I，P，B15MbSSNPML422，420 I，P，B20MbSHPML低級(jí) 35228829.97420I，P，B4MbS420I，P，B4MbS 表49 MPEG一2系統(tǒng)構(gòu)造 主要檔次主要等級(jí)(

32、MPM L)涉及的正是數(shù)字常規(guī)電視，其適用價(jià)值最大。低等級(jí)相當(dāng)于ITUT的H261的CIF或MPEG一1的SIF，主要等級(jí)和常規(guī)電視相對(duì)應(yīng)，高1440等級(jí)粗略地與每掃描行1440樣點(diǎn)的HDTV對(duì)應(yīng)，高等級(jí)大體上與每掃描行1920取樣點(diǎn)的HDTV對(duì)應(yīng)。在MPEG一2系統(tǒng)構(gòu)造中，較高檔次的編碼除運(yùn)用較低檔次的編碼工具外，還運(yùn)用了一些較低檔次沒有運(yùn)用的附加工具。因此，較高檔次的編碼器除能解碼本檔次編碼的圖像外，還能解碼用較低檔次編碼的圖像，即MPEG一2的“檔之間具有向下兼容性。 2區(qū)分場(chǎng)和幀 在MPEG2編碼中為了更好地處置隔行掃描的電視信號(hào)，分別設(shè)置了“按幀編碼和“按場(chǎng)編碼兩種方式，并相應(yīng)地對(duì)運(yùn)

33、動(dòng)補(bǔ)償也作了擴(kuò)展。這樣，常規(guī)隔行電視圖像的緊縮編碼與單純的按幀編碼相比，其效率顯著提高。例如在某些場(chǎng)所，場(chǎng)間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償能夠比幀間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償好，而在另外一些場(chǎng)所那么相反。類似地，在某些場(chǎng)所，用于場(chǎng)數(shù)據(jù)的DCT的質(zhì)量比用于幀數(shù)據(jù)的DCT的質(zhì)量能夠有所改良?？梢奙PEG2對(duì)于場(chǎng)幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和場(chǎng)幀DCT進(jìn)行選擇(自順應(yīng)或非自順應(yīng))就成為改良圖像質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵措施之一。3. 可分級(jí)性 同一檔次的不同級(jí)別間的圖像分辨率和視頻碼率相差甚大。為堅(jiān)持解碼器向下兼容性，MPEG一2采用了信噪比可分級(jí)性和空間可分級(jí)性兩種分級(jí)編碼技術(shù)。信噪比可分級(jí)性表示可分級(jí)改動(dòng)DCT系數(shù)的量化步長(zhǎng)；空間可分級(jí)性利用對(duì)像素的抽取和內(nèi)插來實(shí)

34、現(xiàn)不同級(jí)別的轉(zhuǎn)換，如1440HDTV信號(hào)按MPEG一2緊縮編碼后的數(shù)據(jù)流分成兩個(gè)子集，對(duì)優(yōu)先權(quán)高的子集解碼后即可獲得常規(guī)電視質(zhì)量的圖像(主要檔主要級(jí)，15Mbits碼率)，相當(dāng)于SDTV圖像；而對(duì)兩個(gè)子集一同解碼才干獲得1440HDTV電視質(zhì)量的圖像。上述過程可用表示圖413來說明。圖41 3 向下兼容的MPEG一2解碼表示圖 MPEG一2的主要特點(diǎn)表如今運(yùn)用的靈敏性。根據(jù)運(yùn)用需求將圖像分成“級(jí)與“類 ，它的級(jí)包括空域分級(jí)、時(shí)域分級(jí)、SNR分級(jí)和數(shù)據(jù)分流。 空域分級(jí)：用于實(shí)現(xiàn)不同大小圖像的兼容傳送； 時(shí)域分級(jí)：主要用于不同幀頻圖像的傳送； SNR分級(jí)：主要用于實(shí)現(xiàn)不同質(zhì)量的視頻效力兼容； 數(shù)據(jù)

35、分流：將有關(guān)解碼的重要信息，例如控制信息，運(yùn)動(dòng)矢量，DCT低頻分量等放在一同，占用部分頻帶以較高的性噪比發(fā)射，以保證接納。而在另外的頻帶中放置相對(duì)次要的數(shù)據(jù)，以較低些的能量發(fā)射，從而降低總的發(fā)射功率。MPEG-2與MPEG-1比較 MPEG-1規(guī)范是針對(duì)CIF圖像格式的，MPEG-2與MPEG-1相比，它支持圖像格式符合CCIR.601建議支持逐行掃描，也支持隔行掃描和16：9的寬高比，它充分思索了各種運(yùn)用的不同要求，規(guī)定了不同的緊縮處置方法即“型以及編碼器輸入端不同的信源圖像格式即“級(jí)，處理了特殊性和通用性的問題，它包含了HDTV的規(guī)范，使其運(yùn)用更加靈敏，更加廣泛；在一個(gè)系統(tǒng)碼流中可以有多個(gè)

36、視頻信道； MPEG-2向下兼容，MPEG-1是MPEG-2的一個(gè)子集，任何MPEG-2的解碼器可以解MPEG-1的碼流；MPEG-2支持多種圖像預(yù)測(cè)方式，可以采用分級(jí)搜索方法進(jìn)展運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償；MPEG-2分別設(shè)置了“按幀編碼和“按場(chǎng)編碼兩種方式，其編碼效率得到提高；MPEG-2采用了性噪比可分級(jí)性和空間可分級(jí)性兩種分級(jí)編碼技術(shù)，以滿足不同傳輸帶寬和不同用戶的需求；支持不同的彩色圖像采樣格式，支持8bit的圖像也可支持10bit的圖像。 在圖像數(shù)據(jù)流組織方面， MPEG-2中有兩類數(shù)據(jù)碼率，傳送數(shù)據(jù)流和節(jié)目數(shù)據(jù)流，用于不同的場(chǎng)合。節(jié)目碼流中小包的長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)且不固定，適合用于相對(duì)無誤差的環(huán)境。傳輸

37、碼流是在傳輸流的根底上復(fù)用而成的，傳輸流中的包長(zhǎng)度固定為188字節(jié)，適宜于在有誤差的環(huán)境中傳送。 4. 5 MPEG4的根本內(nèi)容4. 5. 1 MPEG4的根本特點(diǎn) MPEG1和MPEG2已得到廣泛運(yùn)用，但仍需求一個(gè)用于表述、集成和變換音視頻信息的標(biāo)準(zhǔn)，如在固定的寬帶系統(tǒng)及挪動(dòng)通訊窄帶系統(tǒng)中的運(yùn)用。 MPEG一4規(guī)范化任務(wù)始于：1 9 9 3年9月，初衷是制定一個(gè)碼率在6 4 k b p s以下的通用的視頻編碼規(guī)范，其主要目的是低碼率視像通訊。八大功能：(1)基于內(nèi)容的操作和位流的編輯；(2)基于內(nèi)容的多媒體數(shù)據(jù)的訪問工具；(3)基于內(nèi)容的可分級(jí)性；(4)自然合成數(shù)據(jù)的混合編碼；(5)多個(gè)并發(fā)

38、數(shù)據(jù)流的編碼；(6)改良編碼效率；(7)甚低碼率下時(shí)軸訪問的改良；(8)緊縮數(shù)據(jù)在過失環(huán)境下的堅(jiān)韌性。MPEG一4與以往的MPEGl2規(guī)范最主要區(qū)別于：(1)MPEG4的數(shù)據(jù)描畫是基于內(nèi)容的或者說是基于對(duì)象的編碼機(jī)制，類似于軟件領(lǐng)域中的“面向過程的言語。(2)MPEG4是一個(gè)開放的系統(tǒng)，它支持傳統(tǒng)的規(guī)范又不排斥新規(guī)范。從運(yùn)用層面來看，MPEG4包括了傳統(tǒng)的方式訪問數(shù)據(jù)庫。(3)MPEG4支持多種類的A V信息：自然的或合成的；二維的或三維的；單頻譜的或多頻譜的；實(shí)時(shí)的或非實(shí)時(shí)的，等等。MPEG4所提供的新功能包括： (1)具有對(duì)于稱之為音像對(duì)象的混合媒體數(shù)據(jù)的高效編碼才干。這些混合媒體數(shù)據(jù)包括

39、：視頻圖像、圖形、文本、音頻、言語的數(shù)據(jù)。 (2)用合成的文本組合的混合媒體對(duì)象來產(chǎn)生多媒體信息表現(xiàn)的才干。 (3)緊縮數(shù)據(jù)在噪聲信道傳輸中恢復(fù)過失的堅(jiān)韌性。 (4)對(duì)恣意視頻對(duì)象進(jìn)展編碼的才干，即不要求分塊的編碼圖像是矩形，每塊區(qū)域內(nèi)可以包含特定圖像或感興趣的視頻內(nèi)容即視頻對(duì)象平面VOP( Video Object Plane)。VOP不再是MPEG12傳統(tǒng)的矩形編碼，編碼器對(duì)任不測(cè)形的VOP編碼時(shí)，VOP被限定在一個(gè)長(zhǎng)、寬均為1 6整數(shù)倍的窗口內(nèi)，同時(shí)保證VOP窗門中非VOP的宏塊數(shù)最少，如VOP宏塊,規(guī)范的矩形幀可以以為是VOP的特例。 (5)在網(wǎng)絡(luò)信道傳輸所提供的適宜于特有對(duì)象性質(zhì)的業(yè)

40、務(wù)質(zhì)量下音像對(duì)象數(shù)據(jù)的復(fù)用和同步。 (6)在接納端具有進(jìn)展音像場(chǎng)景交互的才干。 MPEG一4所支持的這些功能使其有著廣泛應(yīng)用，諸如從交互式挪動(dòng)可視、交互式家庭商店、無線可視監(jiān)控到基于內(nèi)容的多媒體數(shù)據(jù)庫的查詢、搜索、索引、檢索及互聯(lián)網(wǎng)上多媒體表現(xiàn)以致數(shù)字廣播、DVD接納等。一個(gè)能支持各種不同的功能和各種各樣的運(yùn)用的規(guī)范是非常復(fù)雜的，特別指出MPEG4是表現(xiàn)多媒體的一種工具，而不是詳細(xì)編碼算法的一種規(guī)范。 MPEG4由4大要素構(gòu)成： (1)語法：它是一種可擴(kuò)展的言語，允許選擇、描畫工具規(guī)范以及框架的下載。 (2)工具：它是一種特殊的方法。MPEG4不僅提供了視頻編碼的規(guī)范化工具，也提供了音頻、圖形

41、和文本編碼的規(guī)范化工具。 (3)算法：是實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多種功能的工具的集合。 (4)框架：是適用于特殊運(yùn)用的一個(gè)或多個(gè)算法。452 MPEG4精細(xì)可分級(jí)編碼與流媒 體技術(shù) 精細(xì)可分級(jí)編碼FGS( Fine Granular Scalability)是MPEG4提供的一種質(zhì)量可分級(jí)編碼技術(shù)。MPEG4 FGS編碼方法將視頻序列編碼成兩個(gè)碼流：根本層碼流和加強(qiáng)層碼流，根本層采用傳統(tǒng)的視頻編碼技術(shù)編碼，生成一個(gè)碼率比較低的碼流，根本層碼流傳輸必需是正確的；加強(qiáng)層碼流采用位平面(BitPlane)技術(shù)編碼源圖像和根本層重構(gòu)之間的差值。 通常的視頻緊縮可以分為可擴(kuò)展和不可擴(kuò)展的緊縮。其中不可擴(kuò)展的緊縮只生成

42、一個(gè)位流Bit-stream；而可擴(kuò)展的緊縮生成多個(gè)子位流Sub-stream，其中一個(gè)位流是根本位流，它可以獨(dú)立解碼，輸出粗糙質(zhì)量的視頻序列；其他的子位流那么起質(zhì)量加強(qiáng)的作用；一切的子位流一同復(fù)原出最好質(zhì)量的視頻序列。相應(yīng)地，僅有部分的子位流必須包括根本位流，那么輸出的視頻在圖像質(zhì)量，或者大小，或者幀速率上較差，這三個(gè)方面構(gòu)成了壓縮在質(zhì)量信噪比SNR空間和時(shí)間上的擴(kuò)展性編碼。流媒體技術(shù)與多媒體技術(shù)流媒體技術(shù)： 媒體在因特網(wǎng)/局域網(wǎng)中播放時(shí)，所采用的流式傳輸方式不是媒體的方式。邊下載，邊播放。 而流式傳輸方式那么要將整個(gè)多媒體文件經(jīng)過特殊的緊縮方式分成一個(gè)個(gè)緊縮包，由視頻效力器向用戶計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)

43、延續(xù)地傳送。用戶不用像采用下載方式那樣等到整個(gè)文件全部下載終了(需求本地硬盤)，而是只需經(jīng)過幾秒或幾十秒的啟動(dòng)延時(shí)(在客戶端的內(nèi)存中開辟一個(gè)緩沖區(qū))即可在用戶的計(jì)算機(jī)內(nèi)利用解壓設(shè)備對(duì)緊縮的多媒體文件解壓后進(jìn)展播放和觀看，而剩余部分將在后臺(tái)的效力器內(nèi)繼續(xù)下載。多媒體技術(shù)： 單獨(dú)說多媒體是沒有意義的，它是一個(gè)描畫詞，不是一個(gè)名詞。 信息的載體媒體 多種媒體的方式文本、圖形、圖像、動(dòng)畫、音頻、視頻等等 多媒體通訊的特征綜合性、交互性、同步性 4. 7 MPEG規(guī)范編碼特點(diǎn) MPEG視頻定義了三類圖像：I幀、P幀、B幀；一個(gè)GOP通常為1215幀，將其分成三類。 I幀幀內(nèi)編碼幀，通常是變換場(chǎng)景后的第一

44、幀，作為預(yù)測(cè)基準(zhǔn)的獨(dú)立幀，該幀僅利用本幀內(nèi)部的相關(guān)性采取幀內(nèi)緊縮算法，諸如DCT之類緊縮，實(shí)現(xiàn)中等程度的緊縮編碼，它不包含運(yùn)動(dòng)矢量的信息，它是P幀和B幀的參考幀。 I幀編碼質(zhì)量的好壞直接影響到整個(gè)GOP的重建。 緊縮后每個(gè)象素占用12bit。(152kbit/幀) P幀前向預(yù)測(cè)編碼幀，它用前邊最近的I幀或P幀作為參考幀，進(jìn)展幀間差值預(yù)測(cè)緊縮編碼運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)編碼，該幀同時(shí)進(jìn)展幀內(nèi)和幀間預(yù)測(cè)編碼，編碼率較低。 (80kbit/幀) B幀雙向預(yù)測(cè)編碼幀，該幀即以前幀I幀或P幀為參考，又以后幀P幀為參考進(jìn)展預(yù)測(cè)編碼雙向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)編碼，即B幀可以采用幀內(nèi)、前向、后向或雙向4種緊縮編碼技術(shù)，其壓縮程度最

45、高。(23kbit/幀) 按緊縮比的高低排序：B幀、P幀、I幀 152380823576kbit12幀為一組 57612251.2MbpsI1B2B3P4B5B6P7前向預(yù)測(cè)后向預(yù)測(cè)圖420 MPEG編碼幀的構(gòu)造方式 I B B P B B P I P B B P B B1 2 3 4 5 6 7 1 4 2 3 7 5 6顯示順序傳送順序圖421 MPEG視頻碼流(幀)顯示順序與傳送順序 一個(gè)圖像組中各類幀的緊縮、傳送和解壓(碼) 、顯示順序是不同的，編解碼順序與畫面顯示順序不同。圖像需求經(jīng)過重新排序緩沖器再顯示。圖42 2 MPEG一2緊縮編碼原理框圖圖423 一個(gè)MPEG解碼原理圖4.1

46、0 先進(jìn)音視頻編碼規(guī)范(AVS) AVS規(guī)范是系列標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)稱，其中心是把數(shù)字視頻和音頻數(shù)據(jù)緊縮為原來的，幾非常之一甚至百分之一以下。數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)規(guī)范任務(wù)組(簡(jiǎn)稱AVS T作組)由中國國家信息產(chǎn)業(yè)部科學(xué)技術(shù)司于2002年6月同意成立。4.10 先進(jìn)音視頻編碼規(guī)范(AVS) 任務(wù)組的義務(wù)是：面向我國的信息產(chǎn)業(yè)需求，結(jié)合國內(nèi)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)，制(修)訂數(shù)字音視頻的緊縮、解緊縮、處置和表示等共性技術(shù)規(guī)范，為數(shù)字音視頻設(shè)備與系統(tǒng)提供高效經(jīng)濟(jì)的編解碼技術(shù)，效力于高分辨率數(shù)字廣播、高密度激光數(shù)字存儲(chǔ)媒體、無線寬帶多媒體通訊、互聯(lián)網(wǎng)寬帶流媒體等艱苦信息產(chǎn)業(yè)運(yùn)用。表4-1 5 AVS與其他主要規(guī)范的技術(shù)參

47、數(shù)對(duì)比編碼工具AVSH.264MPEG-2幀內(nèi)編碼41 01 AVS視頻編解碼的主要內(nèi)容 AVS視頻中具有特征性的中心技術(shù)包括：整數(shù)變換、量化、幀內(nèi)預(yù)測(cè)、14精度的像素插值、特殊的幀間預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、二維熵編碼、去塊效應(yīng)環(huán)內(nèi)濾波等。 AVS規(guī)范中視頻解碼過程的根本處置單元是宏塊。一個(gè)宏塊包括1 6l 6的亮度樣值塊和對(duì)應(yīng)的色度樣值塊，宏塊可進(jìn)一步劃分到最小88的樣本塊來進(jìn)展預(yù)測(cè)，共有4種用于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)暮陦K劃分l 61 6、1 68、81 6、88，如圖42 9所示。013210001881616168816圖429 AVS中4種用于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)暮陦K劃分 AVS中的變換以88樣本塊為根本單元，變換系

48、數(shù)采用標(biāo)量量化。整數(shù)變換、標(biāo)量量化計(jì)算及其逆過程可以完全經(jīng)過整數(shù)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)，比原先的浮點(diǎn)運(yùn)算能有效提高計(jì)算速度，也有利于硬件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)；同時(shí)由于是整數(shù)變換，運(yùn)算結(jié)果準(zhǔn)確度高，不存在浮點(diǎn)運(yùn)算及取整，因此可以有效地防止反變換誤匹配問題，即消除了編碼器與解碼器之間的失配景象。 AVS規(guī)范對(duì)于幀內(nèi)編碼塊亮度系數(shù)、幀間編碼塊亮度系數(shù)和色度系數(shù)分別定義了多個(gè)變長(zhǎng)碼表。根據(jù)解析所得語法元素的值，經(jīng)過查變長(zhǎng)碼碼表可以得到量化系數(shù)值(Level)和量化系數(shù)游程(Run)。解碼得到一個(gè)系數(shù)值和游程后，下一個(gè)解碼量化系數(shù)所參考的碼表將根據(jù)前一個(gè)解碼量化系數(shù)值進(jìn)展選擇。 在預(yù)測(cè)方面，AVS同樣支持多幀參考，但其P幀或

49、B幀最多可有兩個(gè)參考幀圖像。對(duì)于亮度塊和色度塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)，AVS分別定義了5種和1種方式不運(yùn)用88以下的方式，是由于這些方式對(duì)編碼性能的影響極小。與H.264規(guī)范類似，AVS在編碼Intra圖像時(shí)可以用幀內(nèi)預(yù)測(cè)，幀內(nèi)預(yù)測(cè)運(yùn)用空間預(yù)測(cè)方式消除圖像間的冗余，幀間預(yù)測(cè)運(yùn)用基于塊的運(yùn)動(dòng)矢量消除圖像間的冗余，幀間預(yù)測(cè)有如圖42 9所示的4種方式，其預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)矢量的精度到達(dá)14像素(H2 6 4支持到達(dá)18像素精度)。 在亮度解碼時(shí)，首先進(jìn)展12樣本和14樣本的插值，然后根據(jù)運(yùn)動(dòng)矢量得到相應(yīng)的參考樣本；色度樣本插值運(yùn)用對(duì)應(yīng)亮度塊的運(yùn)動(dòng)矢量，利用被插值樣本周圍的4個(gè)整數(shù)樣本值進(jìn)展線性插值。至于14像素樣本值的

50、獲得可以分兩步：第一步是由多個(gè)整數(shù)點(diǎn)像素樣本值經(jīng)過FIR濾波器輸出得到部分12像素精度插值，再利用得到的12像素值繼續(xù)經(jīng)過一樣的FIR濾波器得到余下的l2像素值；第二步是利用12像素值進(jìn)展雙向線性插值得到14像素值。在低分辨率挪動(dòng)運(yùn)用中，AVS幀間預(yù)測(cè)只需P幀類型，與MPEG4H2 6 4的Baseline Profile一樣，性能也相當(dāng)。 AVS采用自順應(yīng)環(huán)路濾波，即以宏塊為單位，根據(jù)塊邊境兩側(cè)塊類型確定邊境強(qiáng)度，采取不同濾波策略，消除邊境上產(chǎn)生的失真景象。在解碼器中，去塊濾波器在重建和顯示宏塊之前發(fā)生作用，根據(jù)宏塊以及宏塊中88亮度塊的運(yùn)動(dòng)矢量，求得邊境濾波強(qiáng)度，再由塊程度或垂直邊境兩側(cè)樣

51、本點(diǎn)求得塊邊境閾值，根據(jù)兩者關(guān)系，確定能否進(jìn)展濾波以及濾波的方式。去塊濾波可以使邊境變得平滑，提高在高緊縮比下解碼圖像的視覺效果。當(dāng)前幀參考幀重構(gòu)幀運(yùn)動(dòng)估計(jì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償壞路濾波幀內(nèi)預(yù)測(cè)變量、量化熵編碼反變換反量化幀內(nèi)方式選擇幀內(nèi)幀間圖430 AVS編碼器框圖 輸入視頻序列依次進(jìn)展I幀、P幀和B幀編碼，I幀編碼采用幀內(nèi)方式，其預(yù)測(cè)方式有5種，選擇最佳的一種方式進(jìn)展幀內(nèi)預(yù)測(cè)。P幀編碼采用幀間模式，根據(jù)先前已編碼的參考幀(可以是I幀或P幀)進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)。B幀根據(jù)先前已編碼幀，可以有3種模式進(jìn)展預(yù)測(cè)，即跳過方式、直接方式和雙向預(yù)測(cè)模式，預(yù)測(cè)值與當(dāng)前幀的差值構(gòu)成殘差信號(hào)，其殘差經(jīng)過變換、量化以后，再經(jīng)過熵編碼器進(jìn)展編碼。這個(gè)過程中，視頻在空間域、時(shí)間域以及統(tǒng)計(jì)上的冗余信息得到了有效的去除，大大提高了緊縮比，成為AVS編碼碼流。 設(shè)置環(huán)路濾波之目的是去塊效應(yīng)(或去馬賽克)濾波，由于圖像中由于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、變換及量化產(chǎn)生的虛偽邊境可以被平滑，降低圖像塊效應(yīng)，提高了客觀視覺效果。此外，濾波后的幀用于后續(xù)幀的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)，從而防止了虛偽邊境誤差積累，導(dǎo)致圖像質(zhì)量的進(jìn)一步下降。關(guān)于AVS的熵解碼。變長(zhǎng)編解碼技術(shù)在現(xiàn)代多媒體技術(shù)中得到廣泛的運(yùn)