視頻編碼技術(shù)課件

第3章視頻編碼技術(shù)1.視頻信號(hào)的數(shù)字化2.視頻文件格式3.視頻壓縮編碼原理4.視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)1ppt課件第3章視頻編碼技術(shù)1.視頻信號(hào)的數(shù)字化1ppt課件學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握視頻數(shù)字化方法了解視頻文件格式掌握視頻壓縮編碼原理（預(yù)測(cè)編碼、變換編碼、統(tǒng)計(jì)編碼原理）理解視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)（MPEG標(biāo)準(zhǔn)）2ppt課件學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握視頻數(shù)字化方法2ppt課件3.1視頻信號(hào)的數(shù)字化

所謂視頻（videofrequency

），連續(xù)的圖像變化每秒超過(guò)24幀（frame）畫(huà)面以上時(shí)，根據(jù)視覺(jué)暫留原理，人眼無(wú)法辨別單幅的靜態(tài)畫(huà)面，看上去是平滑連續(xù)的視覺(jué)效果，這樣連續(xù)的畫(huà)面叫做視頻。即視頻是由一系列單獨(dú)的靜止圖像組成，其單位用幀或格來(lái)表示；

人眼在觀察景物時(shí)，光信號(hào)傳入大腦神經(jīng)，需經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間，光的作用結(jié)束后，視覺(jué)形象并不立即消失，而能繼續(xù)保留其影像0.1-0.4秒左右，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為視覺(jué)暫留現(xiàn)象。1.視頻相關(guān)的基本概念3ppt課件3.1視頻信號(hào)的數(shù)字化所謂視頻（vide幀：一幀是掃描獲得的一幅完整圖像的信號(hào)，是視頻圖像的最小單位；“幀”在動(dòng)畫(huà)創(chuàng)作當(dāng)中又稱(chēng)“格”。幀率：就是每秒鐘掃描多少幀。對(duì)于PAL制式電視系統(tǒng)，幀率為25幀；而NTSC制式電視系統(tǒng)，幀率為30幀。場(chǎng)：視頻的一個(gè)掃描過(guò)程。有逐行掃描和隔行掃描，對(duì)于逐行掃描，一幀即是一個(gè)垂直掃描場(chǎng)；對(duì)于隔行掃描，一幀由兩場(chǎng)構(gòu)成：奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)，是用兩個(gè)隔行掃描場(chǎng)表示一幀。1.視頻相關(guān)的基本概念4ppt課件幀：一幀是掃描獲得的一幅完整圖像的信號(hào)，是視1.視頻相關(guān)的基（1）逐行掃描圖逐行掃描方式實(shí)線為行掃描的正程，左→右；虛線逆程，右→左。1.視頻相關(guān)的基本概念5ppt課件（1）逐行掃描圖逐行掃描方式實(shí)線為行掃描的正程，左→右；1（2）隔行掃描圖隔行掃描方式1.視頻相關(guān)的基本概念6ppt課件（2）隔行掃描圖隔行掃描方式1.視頻相關(guān)的基本概念6pp

視頻信號(hào)有模擬視頻信號(hào)與數(shù)字視頻信號(hào)之分。模擬視頻即指由連續(xù)的模擬信號(hào)組成視頻圖像，它的存儲(chǔ)介質(zhì)是磁帶或錄像帶；在編輯或轉(zhuǎn)錄過(guò)程中畫(huà)面質(zhì)量會(huì)降低。數(shù)字視頻是把模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，它描繪的是圖像中的單個(gè)像素，可以直接存儲(chǔ)在電腦硬盤(pán)中，因此在編輯過(guò)程中可以最大限度地保證畫(huà)面質(zhì)量幾乎沒(méi)有損失。1.視頻相關(guān)的基本概念7ppt課件視頻信號(hào)有模擬視頻信號(hào)與數(shù)字視頻信號(hào)之分。1.視頻相關(guān)的基

但數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量是非常驚人的，按照ITU-R601標(biāo)準(zhǔn)4∶2∶2格式的PAL制數(shù)字化視頻信號(hào)，每幀數(shù)據(jù)量為720×576×8×2≈6.64Mbit，每秒數(shù)據(jù)量為6.64×25≈165Mbit。ITU-R601——數(shù)字演播室標(biāo)準(zhǔn)4:2:2格式中色差信號(hào)的取樣為亮度信號(hào)的一半。600Mbit的存儲(chǔ)空間只能存儲(chǔ)90幀的視頻圖像信號(hào)，或者說(shuō)可以存儲(chǔ)大約3.6s的數(shù)字電視節(jié)目。如果存儲(chǔ)更高分辨率的高清數(shù)字電視信號(hào)，那存儲(chǔ)時(shí)間就更短了，大約只有幾秒鐘。因此對(duì)視頻的處理、傳輸、存儲(chǔ)和顯示提出了更高的要求。1.視頻相關(guān)的基本概念8ppt課件但數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量是非常驚人的，按照I

視頻信息和信號(hào)特點(diǎn)：(1)直觀性：給人印象更深刻、生動(dòng)、具體。(2)確定性：“百聞不如一見(jiàn)”。(3)高效性：人眼是一個(gè)高度復(fù)雜的并行信息處理系統(tǒng)，能并行快速地觀察一幅圖像的細(xì)節(jié)，因此它獲取視頻信息的效率要比語(yǔ)音信息高得多。(4)廣泛性：人類(lèi)接受的信息，80%來(lái)自視覺(jué)。1.視頻相關(guān)的基本概念9ppt課件視頻信息和信號(hào)特點(diǎn)：(1)直觀性：給人印象更深刻、生動(dòng)、數(shù)字視頻的獲取方法：2.視頻的采集及數(shù)字化從現(xiàn)成的數(shù)字視頻庫(kù)中截取。利用計(jì)算機(jī)軟件制作視頻。利用計(jì)算機(jī)生成的動(dòng)畫(huà)，如把flc或gif動(dòng)畫(huà)格式轉(zhuǎn)換成avi等視頻格式。把靜態(tài)圖像或圖形文件序列組合成視頻文件序列。通過(guò)視頻采集設(shè)備獲取數(shù)字視頻。通過(guò)視頻采集卡把模擬視頻轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻，并按數(shù)字視頻文件的格式保存下來(lái)。10ppt課件數(shù)字視頻的獲取方法：2.視頻的采集及數(shù)字化從現(xiàn)成的數(shù)字視頻庫(kù)數(shù)字視頻的采集系統(tǒng)視頻源設(shè)備：錄像機(jī)、電視機(jī)、影碟機(jī)等；視頻采集卡：對(duì)模擬視頻信號(hào)進(jìn)行采樣、量化和編碼的設(shè)備；高性能計(jì)算機(jī)：接收和記錄編碼后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。大容量存儲(chǔ)設(shè)備：存儲(chǔ)經(jīng)過(guò)編輯修改的數(shù)字視頻文件。2.視頻的采集及數(shù)字化11ppt課件數(shù)字視頻的采集系統(tǒng)視頻源設(shè)備：錄像機(jī)、電視機(jī)、影碟機(jī)等；2.視頻采集卡的接口復(fù)合端口色差分量接口S-Video信號(hào)端子IEEE1394接口2.視頻的采集及數(shù)字化12ppt課件視頻采集卡的接口復(fù)合端口2.視頻的采集及數(shù)字化12ppt課件視頻采集卡的接口復(fù)合端口

也稱(chēng)AV接口，通常都是成對(duì)的白色音頻接口和黃色的視頻接口，常用接頭有BNC接頭和蓮花(RCA)接頭。傳輸?shù)氖橇炼?色度(Y/C)混合在一起的視頻信號(hào)。易導(dǎo)致亮、色串?dāng)_、清晰度降低等問(wèn)題，是最差的視頻信號(hào)。2.視頻的采集及數(shù)字化13ppt課件視頻采集卡的接口復(fù)合端口也稱(chēng)AV接口，通常都

分量視頻信號(hào)(ComponentVideoSignal)是指每個(gè)基色分量作為獨(dú)立的視頻信號(hào)。一般用亮度-色差表示，如Y和Cr、Cb，Y和I、Q，Y和U、V。使用分量視頻信號(hào)是表示顏色的最好方法。

分量信號(hào)接入口視頻采集卡的接口色差分量接口2.視頻的采集及數(shù)字化14ppt課件分量視頻信號(hào)(ComponentVideoSig視頻采集卡的接口S-Video信號(hào)端子

S-Video四芯插頭（座）

地(亮度)地(色度)亮度(含同步信號(hào))色度S端子信號(hào)，它同時(shí)傳送兩路信號(hào)：亮度信號(hào)Y和色度信號(hào)C。由于將亮度和色度分離，色度對(duì)亮度的串?dāng)_現(xiàn)象也消失。其圖象質(zhì)量?jī)?yōu)于復(fù)合視頻信號(hào)，但低于分量視頻信號(hào)。

S端子用四芯插頭，一些計(jì)算機(jī)顯卡或非線性編輯卡也有用七芯插頭，其外形與S端子一樣，只是又包含了復(fù)合視頻信號(hào)。2.視頻的采集及數(shù)字化15ppt課件視頻采集卡的接口S-Video信號(hào)端子S-Vi視頻采集卡的接口2.視頻的采集及數(shù)字化蓮花接頭16ppt課件視頻采集卡的接口2.視頻的采集及數(shù)字化蓮花接頭16ppt課件視頻采集卡的接口IEEE1394接口IEEE1394是一種外部串行總線標(biāo)準(zhǔn)，800Mbps的高速。1394接口具有把一個(gè)輸入信息源傳來(lái)的數(shù)據(jù)向多個(gè)輸出機(jī)器廣播的功能，特別適用于家庭視聽(tīng)的連接。由于該接口具有等時(shí)間的傳送功能，確保視聽(tīng)AV設(shè)備重播聲音和圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量，具有好的重播效果。2.視頻的采集及數(shù)字化17ppt課件視頻采集卡的接口IEEE1394接口IEEE1視頻圖像的數(shù)字化2.視頻的采集及數(shù)字化

數(shù)字化方法（1）先從復(fù)合彩色圖像中分離出彩色分量，然后數(shù)字化。（2）首先用一個(gè)高速A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)彩色全信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化,然后在數(shù)字域中進(jìn)行分離，以獲得所希望的YCbCr，YUV，YIQ或RGB分量數(shù)據(jù)。18ppt課件視頻圖像的數(shù)字化2.視頻的采集及數(shù)字化數(shù)字化方法18ppt

數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)——ITU-RBT.601標(biāo)準(zhǔn)彩色電視圖像數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)，稱(chēng)為CCIR601標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)改為ITU-RBT.601標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了彩色電視圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像時(shí)使用的采樣頻率，彩色空間之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系等。視頻圖像的數(shù)字化2.視頻的采集及數(shù)字化（1）色彩空間轉(zhuǎn)換19ppt課件數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)——ITU-RBT.601標(biāo)準(zhǔn)視頻圖像的數(shù)字化視頻圖像的數(shù)字化2.視頻的采集及數(shù)字化

（2）采樣頻率亮度信號(hào)采樣頻率fs=13.5MHZ；色度信號(hào)采樣頻率fc＝6.75MHZ或13.5MHZ；每個(gè)掃描行的有效樣本數(shù)均為720；

如圖2.15(數(shù)字視頻技術(shù)及應(yīng)用P23)

數(shù)字信號(hào)取值范圍：亮度信號(hào)220級(jí)，色度信號(hào)225級(jí)。

①對(duì)PAL制、SECAM制，采樣頻率fs為：

fs=625(行數(shù)/幀)×25(幀數(shù)/秒)×N=15625×N=13.5MHz,N=864

其中，N為每一掃描行上的采樣數(shù)目。

②對(duì)NTSC制，采樣頻率fs為：

fs=525×29.97×N=15734×N=13.5MHz,N=858

其中，N為每一掃描行上的采樣數(shù)目。20ppt課件視頻圖像的數(shù)字化2.視頻的采集及數(shù)字化（2）采樣頻率20p視頻圖像的數(shù)字化

（3）亮度和色度信號(hào)的采樣

Y:Cb:Cr＝4:1:1

這種方式是在每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)上，取4個(gè)亮度Y的樣本值，而色差Cb、Cr分別取其第一點(diǎn)的樣本值，共6個(gè)樣本。

Y:Cb:Cr

＝4:2:2

這種方式是在每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)上，取4個(gè)亮度Y的樣本值，而色差Cb、Cr分別取其第一點(diǎn)和第三點(diǎn)的樣本值，共8個(gè)樣本。這種方式能給信號(hào)的轉(zhuǎn)換留有一定余量，效果更好一些。這是通常所用的方式。2.視頻的采集及數(shù)字化Y:Cb:Cr

＝4:4:4

在這種方式中，對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)，亮度Y、色差Cb、Cr各取一個(gè)樣本。這種方式對(duì)于原本就具有較高質(zhì)量的信號(hào)源，可以保證其色彩質(zhì)量，但信息量大。21ppt課件視頻圖像的數(shù)字化（3）亮度和色度信號(hào)的采樣2.視頻的采集及Y:U:V＝4:2:0

分兩種情況：

MPEG-1/H.261/H.263等標(biāo)準(zhǔn)使用的：水平方向的2個(gè)Y樣本和垂直方向上的2個(gè)Y樣本共用1個(gè)Cb樣本和1個(gè)Cr樣本。

MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)使用的：

MPEG-2相對(duì)于MPEG-1的Cr，Cb子采樣在水平方向有半個(gè)像素的偏移。22ppt課件Y:U:V＝4:2:022ppt課件圖ITU-TBT.601建議的取樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)23ppt課件圖ITU-TBT.601建議的取樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)23ppt課件圖ITU-TBT.601建議的取樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)（續(xù)）MPEG-224ppt課件圖ITU-TBT.601建議的取樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)（續(xù)）MPEG-圖ITU-TBT.601建議的取樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)（續(xù)）MPEG-1/H.261/H.263××××××××××××××××××××××××××××××××eMPEG-1相對(duì)于MPEG-2的Cr，Cb子采樣在水平方向有半個(gè)像素的偏移。25ppt課件圖ITU-TBT.601建議的取樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)（續(xù)）MPEG-表ITU-TBT.601建議的4∶2∶2標(biāo)準(zhǔn)26ppt課件表ITU-TBT.601建議的4∶2∶2標(biāo)準(zhǔn)26ppt課

（4）分辨率

CCITT規(guī)定了稱(chēng)為公用中分辨率格式CIF(CommonIntermediateFormat)和1/4公用中分辨率格式(Quarter-CIF，QCIF)格式。－QCIF：176x144－CIF:352x288－SD(標(biāo)清):720x480;640x480,704x480,720x576－HD(高清):1280x720,1920x1080視頻圖像的數(shù)字化2.視頻的采集及數(shù)字化

CCITT:InternationalTelephoneandTelegraphConsultativeCommittee，國(guó)際電報(bào)電話咨詢(xún)委員會(huì)27ppt課件（4）分辨率視頻圖像的數(shù)字化2.視頻的采集及數(shù)字化

（1）本地影像視頻格式

－AVI格式，英文全稱(chēng)為AudioVideoInterleaved，即音頻視頻交錯(cuò)格式。所謂“音頻視頻交錯(cuò)”，就是可以將視頻和音頻交織在一起進(jìn)行同步播放。這種視頻格式的優(yōu)點(diǎn)是圖像質(zhì)量好,可以跨多個(gè)平臺(tái)使用，現(xiàn)在幾乎所有的非線性編輯系統(tǒng)都支持AVI格式。其缺點(diǎn)是體積過(guò)于龐大。壓縮標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一是其主要問(wèn)題。

－DV-AVI格式，DV的英文全稱(chēng)是DigitalVideoFormat，是由索尼、松下等多家廠商聯(lián)合提出的一種家用數(shù)字視頻格式。它可以通過(guò)電腦的IEEE1394端口傳輸視頻數(shù)據(jù)到電腦，也可以將電腦中編輯好的的視頻數(shù)據(jù)回錄到數(shù)碼攝像機(jī)中。這種視頻格式的文件擴(kuò)展名一般是.avi，所以也叫DV-AVI格式。3.2數(shù)字視頻文件格式28ppt課件（1）本地影像視頻格式3.2數(shù)字視頻文件格式28ppt課

－MPEG格式，英文全稱(chēng)為MovingPictureExpertGroup，即運(yùn)動(dòng)圖像專(zhuān)家組格式。MPEG文件格式是運(yùn)動(dòng)圖像壓縮算法的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，MPEG不是一種簡(jiǎn)單的文件格式，而是編碼方案。它采用了有損壓縮方法減少運(yùn)動(dòng)圖像中的冗余信息，其最大壓縮比可達(dá)到200:1。目前MPEG視頻格式常見(jiàn)的壓縮標(biāo)準(zhǔn)是MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4。家里?？吹腣CD、SVCD、DVD就是這種格式。

－DivX格式，是由MPEG-4衍生出的另一種視頻編碼(壓縮)標(biāo)準(zhǔn)，也即DVDrip格式，它采用了DivX壓縮技術(shù)對(duì)DVD盤(pán)片的視頻圖像進(jìn)行高質(zhì)量壓縮，同時(shí)用MP3或AC3對(duì)音頻進(jìn)行壓縮，然后再將視頻與音頻合成并加上相應(yīng)的外掛字幕文件而形成的視頻格式。其畫(huà)質(zhì)直逼DVD并且體積只有DVD的數(shù)分之一。3.2數(shù)字視頻文件格式（1）本地影像視頻格式29ppt課件－MPEG格式，英文全稱(chēng)為MovingPictur30ppt課件30ppt課件31ppt課件31ppt課件

－MOV格式，美國(guó)Apple公司開(kāi)發(fā)的一種視頻格式，默認(rèn)的播放器是蘋(píng)果的QuickTimePlayer。具有較高的壓縮比率和較完美的視頻清晰度等特點(diǎn)，但是其最大的特點(diǎn)還是跨平臺(tái)性，即不僅能支持MacOS，同樣也能支持Windows系列。

AvidMediacomposer非線性編輯軟件支持該格式。（1）本地影像視頻格式32ppt課件－MOV格式，美國(guó)Apple公司開(kāi)發(fā)的一種視頻格式，默認(rèn)33ppt課件33ppt課件（２）網(wǎng)絡(luò)影像視頻格式

廣泛應(yīng)用于視頻點(diǎn)播、網(wǎng)絡(luò)演示、遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)絡(luò)視頻廣告等等互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)領(lǐng)域。

－ASF格式，英文全稱(chēng)為AdvancedStreamingFormat，是微軟推出的可以直接使用Windows自帶的WindowsMediaPlayer對(duì)其進(jìn)行播放。它使用了MPEG-4的壓縮算法，所以壓縮率和圖像的質(zhì)量都很不錯(cuò)。

－WMV格式，英文全稱(chēng)為WindowsMediaVideo，也是微軟推出的一種采用獨(dú)立編碼方式并且可以直接在網(wǎng)上實(shí)時(shí)觀看視頻節(jié)目的文件壓縮格式。WMV格式的主要優(yōu)點(diǎn)包括：本地或網(wǎng)絡(luò)回放、可擴(kuò)充的媒體類(lèi)型、多語(yǔ)言支持、環(huán)境獨(dú)立性、豐富的流間關(guān)系以及擴(kuò)展性等。

3.2數(shù)字視頻文件格式34ppt課件（２）網(wǎng)絡(luò)影像視頻格式3.2數(shù)字視頻文件格式34ppt課

－RM格式，RealNetworks公司所制定的音頻視頻壓縮規(guī)范稱(chēng)為RealMedia，用戶(hù)可以使用RealPlayer或RealOnePlayer進(jìn)行實(shí)況轉(zhuǎn)播，可以根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率制定出不同的壓縮比率，從而實(shí)現(xiàn)在低速率的網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行影像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送和播放，實(shí)現(xiàn)在線播放。另外，RM作為目前主流網(wǎng)絡(luò)視頻格式，可以通過(guò)其RealServer服務(wù)器將其它格式的視頻轉(zhuǎn)換成RM視頻并由RealServer服務(wù)器負(fù)責(zé)對(duì)外發(fā)布和播放。3.2數(shù)字視頻文件格式（２）網(wǎng)絡(luò)影像視頻格式35ppt課件－RM格式，RealNetworks公司所制定的音頻視

－RMVB格式，是一種由RM視頻格式升級(jí)延伸出的新視頻格式。RMVB視頻格式打破了原先RM格式那種平均壓縮采樣的方式，對(duì)靜止和動(dòng)作場(chǎng)面少的畫(huà)面場(chǎng)景采用較低的編碼速率，這樣可以留出更多的帶寬空間，而這些帶寬會(huì)在出現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)的畫(huà)面場(chǎng)景時(shí)被利用，保證了靜止畫(huà)面質(zhì)量的前提下，大幅地提高了運(yùn)動(dòng)圖像的畫(huà)面質(zhì)量，從而圖像質(zhì)量和文件大小之間就達(dá)到了微妙的平衡。（２）網(wǎng)絡(luò)影像視頻格式3.2數(shù)字視頻文件格式36ppt課件－RMVB格式，是一種由RM視頻格式升級(jí)延伸出的新視頻表常用的視頻格式轉(zhuǎn)換軟件3.2數(shù)字視頻文件格式未完，見(jiàn)續(xù)表37ppt課件表常用的視頻格式轉(zhuǎn)換軟件3.2數(shù)字視頻文件格式未完，見(jiàn)表常用的視頻格式轉(zhuǎn)換軟件（續(xù)表）3.2數(shù)字視頻文件格式38ppt課件表常用的視頻格式轉(zhuǎn)換軟件（續(xù)表3.3視頻壓縮編碼1.視頻壓縮原理

視頻數(shù)據(jù)之所以能被壓縮，是因?yàn)樵谝曨l數(shù)據(jù)中存在著大量的冗余信息。

視頻數(shù)據(jù)主要存在下列冗余：（1）空間冗余，同一幀圖像中相鄰的像素具有很強(qiáng)的相關(guān)性。（2）時(shí)間冗余，圖像序列中相鄰幀的對(duì)應(yīng)像素具有很強(qiáng)的相關(guān)性。（3）結(jié)構(gòu)冗余，在視頻圖像的紋理區(qū)，像素的亮、色度信息存在著明顯的分布模式，如果知道了分布模式，就可以通過(guò)某種算法來(lái)生成圖像，即存在結(jié)構(gòu)冗余。空間冗余時(shí)間冗余39ppt課件3.3視頻壓縮編碼1.視頻壓縮原理視頻數(shù)1.視頻壓縮原理（4）視覺(jué)冗余，研究發(fā)現(xiàn)人眼的視覺(jué)特性是非均勻和非線性的。例如，人眼對(duì)視頻圖像色度的敏感性遠(yuǎn)低于對(duì)亮度的敏感性，對(duì)低頻信息的敏感度高于對(duì)高頻信息的敏感度等等。在很多場(chǎng)合，人眼是視頻信息的最終接收者，因此，可以對(duì)人眼不敏感的信息少編碼甚至不編碼以壓縮數(shù)據(jù)量。（5）知識(shí)冗余，指視頻圖像中所包含的某些信息與人們的一些先驗(yàn)知識(shí)有關(guān)。例如在頭肩圖像中，頭、眼、鼻和嘴的相對(duì)位置等信息就是人類(lèi)的共性知識(shí)。3.3視頻壓縮編碼

40ppt課件1.視頻壓縮原理（4）視覺(jué)冗余，研究發(fā)現(xiàn)人眼的視覺(jué)特性是非均視頻壓縮編碼的類(lèi)型：預(yù)測(cè)編碼：差分脈沖PCM等變換編碼：正交變換、離散余弦變換統(tǒng)計(jì)編碼：霍夫曼編碼、游程編碼、算術(shù)編碼子帶編碼小波變換編碼分形編碼知識(shí)（模型）基編碼3.3視頻壓縮編碼2.視頻壓縮編碼41ppt課件視頻壓縮編碼的類(lèi)型：3.3視頻壓縮編碼2.視頻壓縮編碼43.3.1預(yù)測(cè)編碼1.預(yù)測(cè)編碼的基本內(nèi)容預(yù)測(cè)編碼是基于圖像數(shù)據(jù)的時(shí)間和空間冗余特性，用相鄰的已知像素（或圖像塊）來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前像素（或圖像塊）的取值，然后再對(duì)預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行量化和編碼。42ppt課件3.3.1預(yù)測(cè)編碼1.預(yù)測(cè)編碼的基本內(nèi)容42ppt課

這些相鄰像素（或圖像塊）可以是同行掃描的，也可以是前幾行或前幾幀的，相應(yīng)的預(yù)測(cè)編碼分別稱(chēng)為一維、二維和三維預(yù)測(cè)，其中一維和二維預(yù)測(cè)是幀內(nèi)預(yù)測(cè)，三維預(yù)測(cè)是幀間預(yù)測(cè)，即在時(shí)間軸上用前一幀的像素（或圖像塊）對(duì)后一幀的像素（或圖像塊）進(jìn)行預(yù)測(cè)。

幀間預(yù)測(cè)編碼主要利用活動(dòng)圖像序列相鄰幀間的相關(guān)性，即圖像數(shù)據(jù)的時(shí)間冗余來(lái)達(dá)到壓縮的目的，它可以獲得比幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼高得多的壓縮比。43ppt課件這些相鄰像素（或圖像塊）可以是同行掃描2.預(yù)測(cè)編碼的類(lèi)型

預(yù)測(cè)編碼分線性預(yù)測(cè)和非線性預(yù)測(cè)兩類(lèi)，線性預(yù)測(cè)編碼又稱(chēng)為差分脈沖編碼調(diào)制，即DPCM（DifferentialPulseCodeModulation）。

DPCM系統(tǒng)又稱(chēng)預(yù)測(cè)量化系統(tǒng)。44ppt課件2.預(yù)測(cè)編碼的類(lèi)型預(yù)測(cè)編碼分線性預(yù)測(cè)差分脈沖調(diào)制預(yù)測(cè)——原理圖量化器預(yù)測(cè)器譯碼器預(yù)測(cè)器－＋＋編碼器發(fā)送端接收端Xndn^XnXn’dn’dn’^XnXn’45ppt課件差分脈沖調(diào)制預(yù)測(cè)——原理圖量化器預(yù)測(cè)器譯碼器預(yù)測(cè)器－＋＋編碼差分脈沖調(diào)制預(yù)測(cè)發(fā)送端預(yù)測(cè)器帶有存儲(chǔ)器，把tn時(shí)刻以前的采樣值x1,x2,x3,xn-1存儲(chǔ)起來(lái)并據(jù)此對(duì)xn進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到預(yù)測(cè)值dn為xn與的差值，dn’為dn經(jīng)量化器量化的值xn’是接收端的輸出信號(hào)誤差qn為

qn=xn-xn’=xn-(+dn’)=(xn-)-dn’=dn-dn’實(shí)際上就是發(fā)送端的量化器對(duì)誤差量化的誤差對(duì)dn’的量化越粗糙，壓縮比越高，失真越大^Xn^Xn^Xn^Xn46ppt課件差分脈沖調(diào)制預(yù)測(cè)^^^^46ppt課件差分脈沖調(diào)制預(yù)測(cè)——應(yīng)用示例例如，取一序列為10，12，14，16，18，20。（例如亮度變化緩慢的圖像的亮度值）由于其中所有數(shù)字都不相同，但是是一個(gè)等差的數(shù)列，所以行程編碼和哈夫曼對(duì)其不產(chǎn)生壓縮效果。先用DPCM方法，其預(yù)測(cè)器的預(yù)測(cè)參數(shù)為

=Xn-1，則其誤差值得到一個(gè)新的序列10，2，2，2，2，2。然后再使用行程編碼方法對(duì)這個(gè)新序列進(jìn)行壓縮，壓縮結(jié)果為10(5,2)。^Xn47ppt課件差分脈沖調(diào)制預(yù)測(cè)——應(yīng)用示例^47ppt課件差分脈沖調(diào)制預(yù)測(cè)適用于輸入數(shù)據(jù)為平穩(wěn)的隨機(jī)過(guò)程預(yù)測(cè)器設(shè)計(jì)是預(yù)測(cè)編碼系統(tǒng)的核心，預(yù)測(cè)器的復(fù)雜程度與線性預(yù)測(cè)中使用以前的樣本數(shù)有關(guān)，樣本數(shù)越多，預(yù)測(cè)器越復(fù)雜對(duì)預(yù)測(cè)誤差的量化是造成圖像質(zhì)量下降的主要原因，表現(xiàn)為：斜率過(guò)載：圖像輪廓變模糊顆粒噪聲：圖像在平坦區(qū)出現(xiàn)顆粒狀的細(xì)斑邊緣忙亂：在變化不快的邊緣出現(xiàn)閃爍不定現(xiàn)象偽輪廓：在圖像亮度值緩慢變化區(qū)域出現(xiàn)偽輪廓48ppt課件差分脈沖調(diào)制預(yù)測(cè)48ppt課件3.雙向預(yù)測(cè)

前向預(yù)測(cè)：就是用K-1幀來(lái)預(yù)測(cè)K幀圖像。后向預(yù)測(cè)：用K幀預(yù)測(cè)前面的K-1幀圖像。

雙向預(yù)測(cè)：用前、后兩幀來(lái)預(yù)測(cè)中間幀圖像。圖雙向預(yù)測(cè)示意圖49ppt課件3.雙向預(yù)測(cè)前向預(yù)測(cè)：就是用K-1幀來(lái)預(yù)測(cè)K幀圖像50ppt課件50ppt課件51ppt課件51ppt課件圖I、P和B圖像的依賴(lài)關(guān)系I幀：幀內(nèi)圖(IntraPicture),只做幀內(nèi)編碼P幀：預(yù)測(cè)圖(PredictedPicture),前向預(yù)測(cè)幀B幀：雙向圖(BidirectionalPicture),雙向預(yù)測(cè)幀52ppt課件圖I、P和B圖像的依賴(lài)關(guān)系I幀：幀內(nèi)圖(IntraP

（1）I幀

I幀采用類(lèi)似JPEG的編碼方式實(shí)現(xiàn)。它不以任何其他幀做參考幀，僅僅進(jìn)行幀內(nèi)的空域冗余壓縮。53ppt課件（1）I幀53ppt課件

（2）P幀

P幀是由一個(gè)過(guò)去的I幀或P幀采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膸g預(yù)測(cè)進(jìn)行更有效的編碼方式。圖像P由殘差圖像SAD和運(yùn)動(dòng)矢量MV組成。DCT+量化+RLE54ppt課件（2）P幀DCT+量化+RLE54ppt課件圖5-12運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)幀內(nèi)插55ppt課件圖5-12運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)幀內(nèi)插55ppt課件

（3）B幀

B幀是用過(guò)去的圖像(I幀或P幀)和后來(lái)的圖像幀(I幀或P幀)，采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)碾p向預(yù)測(cè)編碼方式。DCT+量化+RLE56ppt課件（3）B幀DCT+量化+RLE56ppt課件4.像素塊預(yù)測(cè)MPEG編碼時(shí)，先將一幀圖像分割成若干橫條，每一橫條稱(chēng)為一片，在625行的PAL制中，每幀圖像切成18片，在525行的NTSC制中，每幀圖像切成15片。每一片再縱向切割成22塊，這些塊稱(chēng)為宏塊或大塊，它是MPEG標(biāo)準(zhǔn)的圖像處理基本單元。57ppt課件4.像素塊預(yù)測(cè)MPEG編碼時(shí)，先將一

每個(gè)宏塊中的彩色圖像，可以用一個(gè)亮度信號(hào)Y和兩個(gè)色差信號(hào)Cb和Cr來(lái)表示，由于人眼對(duì)亮度信號(hào)敏感高于色度信號(hào)，因而對(duì)每個(gè)宏塊的亮度信號(hào)再平均分成4個(gè)像塊。每個(gè)像塊在水平方向分成8個(gè)像素，垂直方向也分成8個(gè)像素，則每個(gè)像塊可分成64個(gè)像素，而兩個(gè)色差信號(hào)Cb、Cr宏塊不再分成像塊，而是直接分成64個(gè)像素，如圖5-8所示。58ppt課件每個(gè)宏塊中的彩色圖像，可以用一個(gè)亮度信圖5-8MPEG圖像的格式59ppt課件圖5-8MPEG圖像的格式59ppt課件

在圖像編碼領(lǐng)域目前使用的運(yùn)動(dòng)估值算法有塊匹配法、像素遞歸法、相位相關(guān)法以及針對(duì)由攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)引起圖像全局運(yùn)動(dòng)的全局運(yùn)動(dòng)參數(shù)估值等。

其中塊匹配法是最常用的一種方法，在活動(dòng)視頻編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)H.261、MPEG-1、MPEG-2中，實(shí)際都采用塊匹配法做運(yùn)動(dòng)估值。60ppt課件在圖像編碼領(lǐng)域目前使用的運(yùn)動(dòng)估值算法有

變換編碼的基本原理就是將原來(lái)在空間域或時(shí)間域內(nèi)描述的信號(hào)，變換到正交矢量空間（頻域或變換域）中去，用變換系數(shù)來(lái)表示原始圖像，并對(duì)變換系數(shù)進(jìn)行編碼。3.3.2變換編碼

盡管變換本身并不帶來(lái)數(shù)據(jù)壓縮，但由于變換后信號(hào)的能量大部分集中于少數(shù)幾個(gè)變換系數(shù)上，刪去對(duì)信號(hào)貢獻(xiàn)較小（方差?。┑南禂?shù)，就可以達(dá)到有效壓縮的目的，并且不會(huì)引起明顯的失真。正交變換K-L變換離散余弦DCT變換61ppt課件變換編碼的基本原理就是將原來(lái)在空間域或時(shí)K-L變換只是理論上的最佳方法，由于本身沒(méi)有通用的變換矩陣，計(jì)算量大，應(yīng)用起來(lái)不現(xiàn)實(shí)。在實(shí)際編碼工作中，人們更常采用離散余弦變換（DCT）。它也是正交變換，非常接近K-L變換，效果僅次于K-L變換。對(duì)大多數(shù)圖像信源來(lái)說(shuō)，DCT變換是在現(xiàn)行變換編碼方法中最接近K-L變換的方法。

62ppt課件K-L變換只是理論上的最佳方法，由于本圖5-16變換編碼系統(tǒng)框圖63ppt課件圖5-16變換編碼系統(tǒng)框圖63ppt課件

實(shí)現(xiàn)變換編碼可以分4個(gè)步驟完成：第1步是選擇方塊的大小，較好的方塊尺寸是4×4（H.264）、8×8（H.261，JPEG，MPEG）或16×16；第2步是選擇變換類(lèi)型，DCT變換是目前應(yīng)用最廣泛的一種類(lèi)型；第3步是選擇變換系數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行高效的量化，以便傳輸或存儲(chǔ)；第4步是對(duì)量化系數(shù)進(jìn)行比特分配即編碼，通常使用Huffman編碼或游程編碼。64ppt課件實(shí)現(xiàn)變換編碼可以分4個(gè)步驟完成：第3步是選擇變換系數(shù)1．二維8×8DCT變換圖5-17DCT后系數(shù)65ppt課件1．二維8×8DCT變換圖5-17DCT后系數(shù)65pp圖5-18Z字形掃描66ppt課件圖5-18Z字形掃描66ppt課件圖5-208×8亮度抽樣信號(hào)的DCT壓縮編碼實(shí)例67ppt課件圖5-208×8亮度抽樣信號(hào)的DCT壓縮編碼實(shí)例67pp圖5-208×8亮度抽樣信號(hào)的DCT壓縮編碼實(shí)例Z字形掃描和0游程編碼

按順序記錄數(shù)據(jù)，直到最后一個(gè)非0數(shù)據(jù)，然后加上塊結(jié)束碼EOB。解碼端收到EOB后自動(dòng)補(bǔ)0，直至補(bǔ)夠64個(gè)系數(shù)。68ppt課件圖5-208×8亮度抽樣信號(hào)的DCT壓縮編碼實(shí)例Z字形掃圖5-21轉(zhuǎn)換掃描示意圖

轉(zhuǎn)換掃描：MPEG-2中采用，適用于隔行掃描。69ppt課件圖5-21轉(zhuǎn)換掃描示意圖轉(zhuǎn)換掃描：MPEG-2中采3.3.3統(tǒng)計(jì)編碼

根據(jù)信息碼字出現(xiàn)的概率分布特性尋找概率與碼字長(zhǎng)度間的最優(yōu)匹配，據(jù)此對(duì)信息進(jìn)行壓縮，這就是統(tǒng)計(jì)編碼方法。

常用的統(tǒng)計(jì)編碼有霍夫曼（Huffman）編碼、游程編碼和算術(shù)編碼三種。70ppt課件3.3.3統(tǒng)計(jì)編碼根據(jù)信息碼字出哈夫曼編碼最佳編碼定理哈夫曼1952年提出內(nèi)容：在變字長(zhǎng)編碼中，對(duì)于出現(xiàn)概率大的信息符號(hào)編以短字長(zhǎng)的碼，對(duì)于概率小的符號(hào)編以長(zhǎng)字長(zhǎng)的碼。如果碼字長(zhǎng)度嚴(yán)格按所對(duì)應(yīng)符號(hào)出現(xiàn)概率大小逆序排列，則平均碼字長(zhǎng)度一定小于其他以任何符號(hào)順序排列方式得到的平均碼字長(zhǎng)度.71ppt課件哈夫曼編碼最佳編碼定理71ppt課件哈夫曼編碼編碼方法步驟1.將符號(hào)按出現(xiàn)概率由大到小排列，給最后兩個(gè)符號(hào)賦予一個(gè)二進(jìn)制碼，概率大的賦1，小的賦0（反之亦可）;2.把最后兩個(gè)符號(hào)的概率合成一個(gè)概率，重復(fù)上一步;3.重復(fù)步驟2，直到最后只剩下兩個(gè)概率為止;4.將每個(gè)符號(hào)所對(duì)應(yīng)的分支的0,1反序排出即可.72ppt課件哈夫曼編碼編碼方法72ppt課件可以看出，概率大的符號(hào)其編碼短，概率小的符號(hào)其編碼長(zhǎng)，符號(hào)使用其編碼來(lái)表示，達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮目的。哈夫曼編碼過(guò)程演示A1A2A3A4A5A6A70.230.210.180.150.130.070.03100.10100.23100.33100.44

1

00.56011編碼01001111101011001100073ppt課件可以看出，概率大的符號(hào)其編碼短，概率小的符號(hào)其編碼長(zhǎng)，符號(hào)使哈夫曼編碼哈夫曼編碼過(guò)程演示74ppt課件哈夫曼編碼哈夫曼編碼過(guò)程演示74ppt課件哈夫曼編碼哈夫曼編碼結(jié)果分析編碼010011111010110011000碼長(zhǎng)2233344碼字的平均長(zhǎng)度_

7N=∑niP(ai)=2.72biti=1信息符號(hào)的熵值

7H(a)=∑P(ai)log2P(ai)=2.61biti=1編碼效率：=

2.61/2.72≈

96%可見(jiàn)，哈夫曼編碼結(jié)果，其平均長(zhǎng)度接近于信息符號(hào)的熵值，但是仍有冗余。75ppt課件哈夫曼編碼哈夫曼編碼結(jié)果分析編碼01碼長(zhǎng)2碼哈夫曼編碼哈夫曼編碼最佳情況示例信源有四個(gè)符號(hào)：

Xa1a2a3a41/21/41/81/8

信息熵：

H(x)=-1/2log2(1/2)-1/4log2(1/4)-1/8log2(1/8)2=1.75bit/字符76ppt課件哈夫曼編碼哈夫曼編碼最佳情況示例76ppt課件哈夫曼編碼a1

a2

a3

a4

1/21/41/81/8符號(hào)概率011/4011/2011編碼010110111采用哈夫曼編碼（二進(jìn)制編碼）

a1a2a3a4

_010110111平均碼長(zhǎng)：N=(1/2)1+(1/4)2+(1/8)6=1.75bit/字符編碼效率：=1.75/1.75=100%哈夫曼編碼最佳情況示例77ppt課件哈夫曼編碼a11/2符號(hào)概率011/4011/20

圖像的子帶編碼（SubbandCoding，SBC）是從語(yǔ)音的子帶編碼移植過(guò)來(lái)的。子帶編碼與變換編碼一樣，是一種在頻率域中進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮的方法。3.3.4子帶編碼（SBC）78ppt課件圖像的子帶編碼（SubbandCoding79ppt課件79ppt課件80ppt課件80ppt課件

取樣后的信號(hào)經(jīng)過(guò)量化、編碼，合并成一個(gè)總的碼流傳送給接收端。在接收端，首先把碼流分成與原來(lái)的各子帶信號(hào)相對(duì)應(yīng)的子帶碼流（分頻），然后解碼，將頻譜搬移至原來(lái)的位置，最后經(jīng)帶通濾波器后，合并得到重建的信號(hào)。81ppt課件取樣后的信號(hào)經(jīng)過(guò)量化、編碼，合并成一個(gè)總的碼圖5-284子帶為基礎(chǔ)的樹(shù)狀分裂結(jié)構(gòu)二維子帶編碼82ppt課件圖5-284子帶為基礎(chǔ)的樹(shù)狀分裂結(jié)構(gòu)二維子帶編碼82pp圖5-29140Mbit/sHDTV子帶編碼系統(tǒng)框圖83ppt課件圖5-29140Mbit/sHDTV子帶編碼系統(tǒng)框圖83.4數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)JPEG標(biāo)準(zhǔn)√

MPEG標(biāo)準(zhǔn)√ITU-RBT.601數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)H.26X標(biāo)準(zhǔn)H.323可視通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)

84ppt課件3.4數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)JPEG標(biāo)準(zhǔn)√84ppt第3章視頻編碼技術(shù)1.視頻信號(hào)的數(shù)字化2.視頻文件格式3.視頻壓縮編碼原理4.視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)85ppt課件第3章視頻編碼技術(shù)1.視頻信號(hào)的數(shù)字化1ppt課件學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握視頻數(shù)字化方法了解視頻文件格式掌握視頻壓縮編碼原理（預(yù)測(cè)編碼、變換編碼、統(tǒng)計(jì)編碼原理）理解視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)（MPEG標(biāo)準(zhǔn)）86ppt課件學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握視頻數(shù)字化方法2ppt課件3.1視頻信號(hào)的數(shù)字化

所謂視頻（videofrequency

），連續(xù)的圖像變化每秒超過(guò)24幀（frame）畫(huà)面以上時(shí)，根據(jù)視覺(jué)暫留原理，人眼無(wú)法辨別單幅的靜態(tài)畫(huà)面，看上去是平滑連續(xù)的視覺(jué)效果，這樣連續(xù)的畫(huà)面叫做視頻。即視頻是由一系列單獨(dú)的靜止圖像組成，其單位用幀或格來(lái)表示；

人眼在觀察景物時(shí)，光信號(hào)傳入大腦神經(jīng)，需經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間，光的作用結(jié)束后，視覺(jué)形象并不立即消失，而能繼續(xù)保留其影像0.1-0.4秒左右，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為視覺(jué)暫留現(xiàn)象。1.視頻相關(guān)的基本概念87ppt課件3.1視頻信號(hào)的數(shù)字化所謂視頻（vide幀：一幀是掃描獲得的一幅完整圖像的信號(hào)，是視頻圖像的最小單位；“幀”在動(dòng)畫(huà)創(chuàng)作當(dāng)中又稱(chēng)“格”。幀率：就是每秒鐘掃描多少幀。對(duì)于PAL制式電視系統(tǒng)，幀率為25幀；而NTSC制式電視系統(tǒng)，幀率為30幀。場(chǎng)：視頻的一個(gè)掃描過(guò)程。有逐行掃描和隔行掃描，對(duì)于逐行掃描，一幀即是一個(gè)垂直掃描場(chǎng)；對(duì)于隔行掃描，一幀由兩場(chǎng)構(gòu)成：奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)，是用兩個(gè)隔行掃描場(chǎng)表示一幀。1.視頻相關(guān)的基本概念88ppt課件幀：一幀是掃描獲得的一幅完整圖像的信號(hào)，是視1.視頻相關(guān)的基（1）逐行掃描圖逐行掃描方式實(shí)線為行掃描的正程，左→右；虛線逆程，右→左。1.視頻相關(guān)的基本概念89ppt課件（1）逐行掃描圖逐行掃描方式實(shí)線為行掃描的正程，左→右；1（2）隔行掃描圖隔行掃描方式1.視頻相關(guān)的基本概念90ppt課件（2）隔行掃描圖隔行掃描方式1.視頻相關(guān)的基本概念6pp

視頻信號(hào)有模擬視頻信號(hào)與數(shù)字視頻信號(hào)之分。模擬視頻即指由連續(xù)的模擬信號(hào)組成視頻圖像，它的存儲(chǔ)介質(zhì)是磁帶或錄像帶；在編輯或轉(zhuǎn)錄過(guò)程中畫(huà)面質(zhì)量會(huì)降低。數(shù)字視頻是把模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，它描繪的是圖像中的單個(gè)像素，可以直接存儲(chǔ)在電腦硬盤(pán)中，因此在編輯過(guò)程中可以最大限度地保證畫(huà)面質(zhì)量幾乎沒(méi)有損失。1.視頻相關(guān)的基本概念91ppt課件視頻信號(hào)有模擬視頻信號(hào)與數(shù)字視頻信號(hào)之分。1.視頻相關(guān)的基

但數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量是非常驚人的，按照ITU-R601標(biāo)準(zhǔn)4∶2∶2格式的PAL制數(shù)字化視頻信號(hào)，每幀數(shù)據(jù)量為720×576×8×2≈6.64Mbit，每秒數(shù)據(jù)量為6.64×25≈165Mbit。ITU-R601——數(shù)字演播室標(biāo)準(zhǔn)4:2:2格式中色差信號(hào)的取樣為亮度信號(hào)的一半。600Mbit的存儲(chǔ)空間只能存儲(chǔ)90幀的視頻圖像信號(hào)，或者說(shuō)可以存儲(chǔ)大約3.6s的數(shù)字電視節(jié)目。如果存儲(chǔ)更高分辨率的高清數(shù)字電視信號(hào)，那存儲(chǔ)時(shí)間就更短了，大約只有幾秒鐘。因此對(duì)視頻的處理、傳輸、存儲(chǔ)和顯示提出了更高的要求。1.視頻相關(guān)的基本概念92ppt課件但數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量是非常驚人的，按照I

視頻信息和信號(hào)特點(diǎn)：(1)直觀性：給人印象更深刻、生動(dòng)、具體。(2)確定性：“百聞不如一見(jiàn)”。(3)高效性：人眼是一個(gè)高度復(fù)雜的并行信息處理系統(tǒng)，能并行快速地觀察一幅圖像的細(xì)節(jié)，因此它獲取視頻信息的效率要比語(yǔ)音信息高得多。(4)廣泛性：人類(lèi)接受的信息，80%來(lái)自視覺(jué)。1.視頻相關(guān)的基本概念93ppt課件視頻信息和信號(hào)特點(diǎn)：(1)直觀性：給人印象更深刻、生動(dòng)、數(shù)字視頻的獲取方法：2.視頻的采集及數(shù)字化從現(xiàn)成的數(shù)字視頻庫(kù)中截取。利用計(jì)算機(jī)軟件制作視頻。利用計(jì)算機(jī)生成的動(dòng)畫(huà)，如把flc或gif動(dòng)畫(huà)格式轉(zhuǎn)換成avi等視頻格式。把靜態(tài)圖像或圖形文件序列組合成視頻文件序列。通過(guò)視頻采集設(shè)備獲取數(shù)字視頻。通過(guò)視頻采集卡把模擬視頻轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻，并按數(shù)字視頻文件的格式保存下來(lái)。94ppt課件數(shù)字視頻的獲取方法：2.視頻的采集及數(shù)字化從現(xiàn)成的數(shù)字視頻庫(kù)數(shù)字視頻的采集系統(tǒng)視頻源設(shè)備：錄像機(jī)、電視機(jī)、影碟機(jī)等；視頻采集卡：對(duì)模擬視頻信號(hào)進(jìn)行采樣、量化和編碼的設(shè)備；高性能計(jì)算機(jī)：接收和記錄編碼后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。大容量存儲(chǔ)設(shè)備：存儲(chǔ)經(jīng)過(guò)編輯修改的數(shù)字視頻文件。2.視頻的采集及數(shù)字化95ppt課件數(shù)字視頻的采集系統(tǒng)視頻源設(shè)備：錄像機(jī)、電視機(jī)、影碟機(jī)等；2.視頻采集卡的接口復(fù)合端口色差分量接口S-Video信號(hào)端子IEEE1394接口2.視頻的采集及數(shù)字化96ppt課件視頻采集卡的接口復(fù)合端口2.視頻的采集及數(shù)字化12ppt課件視頻采集卡的接口復(fù)合端口

也稱(chēng)AV接口，通常都是成對(duì)的白色音頻接口和黃色的視頻接口，常用接頭有BNC接頭和蓮花(RCA)接頭。傳輸?shù)氖橇炼?色度(Y/C)混合在一起的視頻信號(hào)。易導(dǎo)致亮、色串?dāng)_、清晰度降低等問(wèn)題，是最差的視頻信號(hào)。2.視頻的采集及數(shù)字化97ppt課件視頻采集卡的接口復(fù)合端口也稱(chēng)AV接口，通常都

分量視頻信號(hào)(ComponentVideoSignal)是指每個(gè)基色分量作為獨(dú)立的視頻信號(hào)。一般用亮度-色差表示，如Y和Cr、Cb，Y和I、Q，Y和U、V。使用分量視頻信號(hào)是表示顏色的最好方法。

分量信號(hào)接入口視頻采集卡的接口色差分量接口2.視頻的采集及數(shù)字化98ppt課件分量視頻信號(hào)(ComponentVideoSig視頻采集卡的接口S-Video信號(hào)端子

S-Video四芯插頭（座）

地(亮度)地(色度)亮度(含同步信號(hào))色度S端子信號(hào)，它同時(shí)傳送兩路信號(hào)：亮度信號(hào)Y和色度信號(hào)C。由于將亮度和色度分離，色度對(duì)亮度的串?dāng)_現(xiàn)象也消失。其圖象質(zhì)量?jī)?yōu)于復(fù)合視頻信號(hào)，但低于分量視頻信號(hào)。

S端子用四芯插頭，一些計(jì)算機(jī)顯卡或非線性編輯卡也有用七芯插頭，其外形與S端子一樣，只是又包含了復(fù)合視頻信號(hào)。2.視頻的采集及數(shù)字化99ppt課件視頻采集卡的接口S-Video信號(hào)端子S-Vi視頻采集卡的接口2.視頻的采集及數(shù)字化蓮花接頭100ppt課件視頻采集卡的接口2.視頻的采集及數(shù)字化蓮花接頭16ppt課件視頻采集卡的接口IEEE1394接口IEEE1394是一種外部串行總線標(biāo)準(zhǔn)，800Mbps的高速。1394接口具有把一個(gè)輸入信息源傳來(lái)的數(shù)據(jù)向多個(gè)輸出機(jī)器廣播的功能，特別適用于家庭視聽(tīng)的連接。由于該接口具有等時(shí)間的傳送功能，確保視聽(tīng)AV設(shè)備重播聲音和圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量，具有好的重播效果。2.視頻的采集及數(shù)字化101ppt課件視頻采集卡的接口IEEE1394接口IEEE1視頻圖像的數(shù)字化2.視頻的采集及數(shù)字化

數(shù)字化方法（1）先從復(fù)合彩色圖像中分離出彩色分量，然后數(shù)字化。（2）首先用一個(gè)高速A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)彩色全信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化,然后在數(shù)字域中進(jìn)行分離，以獲得所希望的YCbCr，YUV，YIQ或RGB分量數(shù)據(jù)。102ppt課件視頻圖像的數(shù)字化2.視頻的采集及數(shù)字化數(shù)字化方法18ppt

數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)——ITU-RBT.601標(biāo)準(zhǔn)彩色電視圖像數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)，稱(chēng)為CCIR601標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)改為ITU-RBT.601標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了彩色電視圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像時(shí)使用的采樣頻率，彩色空間之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系等。視頻圖像的數(shù)字化2.視頻的采集及數(shù)字化（1）色彩空間轉(zhuǎn)換103ppt課件數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)——ITU-RBT.601標(biāo)準(zhǔn)視頻圖像的數(shù)字化視頻圖像的數(shù)字化2.視頻的采集及數(shù)字化

（2）采樣頻率亮度信號(hào)采樣頻率fs=13.5MHZ；色度信號(hào)采樣頻率fc＝6.75MHZ或13.5MHZ；每個(gè)掃描行的有效樣本數(shù)均為720；

如圖2.15(數(shù)字視頻技術(shù)及應(yīng)用P23)

數(shù)字信號(hào)取值范圍：亮度信號(hào)220級(jí)，色度信號(hào)225級(jí)。

①對(duì)PAL制、SECAM制，采樣頻率fs為：

fs=625(行數(shù)/幀)×25(幀數(shù)/秒)×N=15625×N=13.5MHz,N=864

其中，N為每一掃描行上的采樣數(shù)目。

②對(duì)NTSC制，采樣頻率fs為：

fs=525×29.97×N=15734×N=13.5MHz,N=858

其中，N為每一掃描行上的采樣數(shù)目。104ppt課件視頻圖像的數(shù)字化2.視頻的采集及數(shù)字化（2）采樣頻率20p視頻圖像的數(shù)字化

（3）亮度和色度信號(hào)的采樣

Y:Cb:Cr＝4:1:1

這種方式是在每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)上，取4個(gè)亮度Y的樣本值，而色差Cb、Cr分別取其第一點(diǎn)的樣本值，共6個(gè)樣本。

Y:Cb:Cr

＝4:2:2

這種方式是在每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)上，取4個(gè)亮度Y的樣本值，而色差Cb、Cr分別取其第一點(diǎn)和第三點(diǎn)的樣本值，共8個(gè)樣本。這種方式能給信號(hào)的轉(zhuǎn)換留有一定余量，效果更好一些。這是通常所用的方式。2.視頻的采集及數(shù)字化Y:Cb:Cr

＝4:4:4

在這種方式中，對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)，亮度Y、色差Cb、Cr各取一個(gè)樣本。這種方式對(duì)于原本就具有較高質(zhì)量的信號(hào)源，可以保證其色彩質(zhì)量，但信息量大。105ppt課件視頻圖像的數(shù)字化（3）亮度和色度信號(hào)的采樣2.視頻的采集及Y:U:V＝4:2:0

分兩種情況：

MPEG-1/H.261/H.263等標(biāo)準(zhǔn)使用的：水平方向的2個(gè)Y樣本和垂直方向上的2個(gè)Y樣本共用1個(gè)Cb樣本和1個(gè)Cr樣本。

MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)使用的：

MPEG-2相對(duì)于MPEG-1的Cr，Cb子采樣在水平方向有半個(gè)像素的偏移。106ppt課件Y:U:V＝4:2:022ppt課件圖ITU-TBT.601建議的取樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)107ppt課件圖ITU-TBT.601建議的取樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)23ppt課件圖ITU-TBT.601建議的取樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)（續(xù)）MPEG-2108ppt課件圖ITU-TBT.601建議的取樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)（續(xù)）MPEG-圖ITU-TBT.601建議的取樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)（續(xù)）MPEG-1/H.261/H.263××××××××××××××××××××××××××××××××eMPEG-1相對(duì)于MPEG-2的Cr，Cb子采樣在水平方向有半個(gè)像素的偏移。109ppt課件圖ITU-TBT.601建議的取樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)（續(xù)）MPEG-表ITU-TBT.601建議的4∶2∶2標(biāo)準(zhǔn)110ppt課件表ITU-TBT.601建議的4∶2∶2標(biāo)準(zhǔn)26ppt課

（4）分辨率

CCITT規(guī)定了稱(chēng)為公用中分辨率格式CIF(CommonIntermediateFormat)和1/4公用中分辨率格式(Quarter-CIF，QCIF)格式。－QCIF：176x144－CIF:352x288－SD(標(biāo)清):720x480;640x480,704x480,720x576－HD(高清):1280x720,1920x1080視頻圖像的數(shù)字化2.視頻的采集及數(shù)字化

CCITT:InternationalTelephoneandTelegraphConsultativeCommittee，國(guó)際電報(bào)電話咨詢(xún)委員會(huì)111ppt課件（4）分辨率視頻圖像的數(shù)字化2.視頻的采集及數(shù)字化

（1）本地影像視頻格式

－AVI格式，英文全稱(chēng)為AudioVideoInterleaved，即音頻視頻交錯(cuò)格式。所謂“音頻視頻交錯(cuò)”，就是可以將視頻和音頻交織在一起進(jìn)行同步播放。這種視頻格式的優(yōu)點(diǎn)是圖像質(zhì)量好,可以跨多個(gè)平臺(tái)使用，現(xiàn)在幾乎所有的非線性編輯系統(tǒng)都支持AVI格式。其缺點(diǎn)是體積過(guò)于龐大。壓縮標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一是其主要問(wèn)題。

－DV-AVI格式，DV的英文全稱(chēng)是DigitalVideoFormat，是由索尼、松下等多家廠商聯(lián)合提出的一種家用數(shù)字視頻格式。它可以通過(guò)電腦的IEEE1394端口傳輸視頻數(shù)據(jù)到電腦，也可以將電腦中編輯好的的視頻數(shù)據(jù)回錄到數(shù)碼攝像機(jī)中。這種視頻格式的文件擴(kuò)展名一般是.avi，所以也叫DV-AVI格式。3.2數(shù)字視頻文件格式112ppt課件（1）本地影像視頻格式3.2數(shù)字視頻文件格式28ppt課

－MPEG格式，英文全稱(chēng)為MovingPictureExpertGroup，即運(yùn)動(dòng)圖像專(zhuān)家組格式。MPEG文件格式是運(yùn)動(dòng)圖像壓縮算法的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，MPEG不是一種簡(jiǎn)單的文件格式，而是編碼方案。它采用了有損壓縮方法減少運(yùn)動(dòng)圖像中的冗余信息，其最大壓縮比可達(dá)到200:1。目前MPEG視頻格式常見(jiàn)的壓縮標(biāo)準(zhǔn)是MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4。家里?？吹腣CD、SVCD、DVD就是這種格式。

－DivX格式，是由MPEG-4衍生出的另一種視頻編碼(壓縮)標(biāo)準(zhǔn)，也即DVDrip格式，它采用了DivX壓縮技術(shù)對(duì)DVD盤(pán)片的視頻圖像進(jìn)行高質(zhì)量壓縮，同時(shí)用MP3或AC3對(duì)音頻進(jìn)行壓縮，然后再將視頻與音頻合成并加上相應(yīng)的外掛字幕文件而形成的視頻格式。其畫(huà)質(zhì)直逼DVD并且體積只有DVD的數(shù)分之一。3.2數(shù)字視頻文件格式（1）本地影像視頻格式113ppt課件－MPEG格式，英文全稱(chēng)為MovingPictur114ppt課件30ppt課件115ppt課件31ppt課件

－MOV格式，美國(guó)Apple公司開(kāi)發(fā)的一種視頻格式，默認(rèn)的播放器是蘋(píng)果的QuickTimePlayer。具有較高的壓縮比率和較完美的視頻清晰度等特點(diǎn)，但是其最大的特點(diǎn)還是跨平臺(tái)性，即不僅能支持MacOS，同樣也能支持Windows系列。

AvidMediacomposer非線性編輯軟件支持該格式。（1）本地影像視頻格式116ppt課件－MOV格式，美國(guó)Apple公司開(kāi)發(fā)的一種視頻格式，默認(rèn)117ppt課件33ppt課件（２）網(wǎng)絡(luò)影像視頻格式

廣泛應(yīng)用于視頻點(diǎn)播、網(wǎng)絡(luò)演示、遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)絡(luò)視頻廣告等等互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)領(lǐng)域。

－ASF格式，英文全稱(chēng)為AdvancedStreamingFormat，是微軟推出的可以直接使用Windows自帶的WindowsMediaPlayer對(duì)其進(jìn)行播放。它使用了MPEG-4的壓縮算法，所以壓縮率和圖像的質(zhì)量都很不錯(cuò)。

－WMV格式，英文全稱(chēng)為WindowsMediaVideo，也是微軟推出的一種采用獨(dú)立編碼方式并且可以直接在網(wǎng)上實(shí)時(shí)觀看視頻節(jié)目的文件壓縮格式。WMV格式的主要優(yōu)點(diǎn)包括：本地或網(wǎng)絡(luò)回放、可擴(kuò)充的媒體類(lèi)型、多語(yǔ)言支持、環(huán)境獨(dú)立性、豐富的流間關(guān)系以及擴(kuò)展性等。

3.2數(shù)字視頻文件格式118ppt課件（２）網(wǎng)絡(luò)影像視頻格式3.2數(shù)字視頻文件格式34ppt課

－RM格式，RealNetworks公司所制定的音頻視頻壓縮規(guī)范稱(chēng)為RealMedia，用戶(hù)可以使用RealPlayer或RealOnePlayer進(jìn)行實(shí)況轉(zhuǎn)播，可以根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率制定出不同的壓縮比率，從而實(shí)現(xiàn)在低速率的網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行影像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送和播放，實(shí)現(xiàn)在線播放。另外，RM作為目前主流網(wǎng)絡(luò)視頻格式，可以通過(guò)其RealServer服務(wù)器將其它格式的視頻轉(zhuǎn)換成RM視頻并由RealServer服務(wù)器負(fù)責(zé)對(duì)外發(fā)布和播放。3.2數(shù)字視頻文件格式（２）網(wǎng)絡(luò)影像視頻格式119ppt課件－RM格式，RealNetworks公司所制定的音頻視

－RMVB格式，是一種由RM視頻格式升級(jí)延伸出的新視頻格式。RMVB視頻格式打破了原先RM格式那種平均壓縮采樣的方式，對(duì)靜止和動(dòng)作場(chǎng)面少的畫(huà)面場(chǎng)景采用較低的編碼速率，這樣可以留出更多的帶寬空間，而這些帶寬會(huì)在出現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)的畫(huà)面場(chǎng)景時(shí)被利用，保證了靜止畫(huà)面質(zhì)量的前提下，大幅地提高了運(yùn)動(dòng)圖像的畫(huà)面質(zhì)量，從而圖像質(zhì)量和文件大小之間就達(dá)到了微妙的平衡。（２）網(wǎng)絡(luò)影像視頻格式3.2數(shù)字視頻文件格式120ppt課件－RMVB格式，是一種由RM視頻格式升級(jí)延伸出的新視頻表常用的視頻格式轉(zhuǎn)換軟件3.2數(shù)字視頻文件格式未完，見(jiàn)續(xù)表121ppt課件表常用的視頻格式轉(zhuǎn)換軟件3.2數(shù)字視頻文件格式未完，見(jiàn)表常用的視頻格式轉(zhuǎn)換軟件（續(xù)表）3.2數(shù)字視頻文件格式122ppt課件表常用的視頻格式轉(zhuǎn)換軟件（續(xù)表3.3視頻壓縮編碼1.視頻壓縮原理

視頻數(shù)據(jù)之所以能被壓縮，是因?yàn)樵谝曨l數(shù)據(jù)中存在著大量的冗余信息。

視頻數(shù)據(jù)主要存在下列冗余：（1）空間冗余，同一幀圖像中相鄰的像素具有很強(qiáng)的相關(guān)性。（2）時(shí)間冗余，圖像序列中相鄰幀的對(duì)應(yīng)像素具有很強(qiáng)的相關(guān)性。（3）結(jié)構(gòu)冗余，在視頻圖像的紋理區(qū)，像素的亮、色度信息存在著明顯的分布模式，如果知道了分布模式，就可以通過(guò)某種算法來(lái)生成圖像，即存在結(jié)構(gòu)冗余?？臻g冗余時(shí)間冗余123ppt課件3.3視頻壓縮編碼1.視頻壓縮原理視頻數(shù)1.視頻壓縮原理（4）視覺(jué)冗余，研究發(fā)現(xiàn)人眼的視覺(jué)特性是非均勻和非線性的。例如，人眼對(duì)視頻圖像色度的敏感性遠(yuǎn)低于對(duì)亮度的敏感性，對(duì)低頻信息的敏感度高于對(duì)高頻信息的敏感度等等。在很多場(chǎng)合，人眼是視頻信息的最終接收者，因此，可以對(duì)人眼不敏感的信息少編碼甚至不編碼以壓縮數(shù)據(jù)量。（5）知識(shí)冗余，指視頻圖像中所包含的某些信息與人們的一些先驗(yàn)知識(shí)有關(guān)。例如在頭肩圖像中，頭、眼、鼻和嘴的相對(duì)位置等信息就是人類(lèi)的共性知識(shí)。3.3視頻壓縮編碼

124ppt課件1.視頻壓縮原理（4）視覺(jué)冗余，研究發(fā)現(xiàn)人眼的視覺(jué)特性是非均視頻壓縮編碼的類(lèi)型：預(yù)測(cè)編碼：差分脈沖PCM等變換編碼：正交變換、離散余弦變換統(tǒng)計(jì)編碼：霍夫曼編碼、游程編碼、算術(shù)編碼子帶編碼小波變換編碼分形編碼知識(shí)（模型）基編碼3.3視頻壓縮編碼2.視頻壓縮編碼125ppt課件視頻壓縮編碼的類(lèi)型：3.3視頻壓縮編碼2.視頻壓縮編碼43.3.1預(yù)測(cè)編碼1.預(yù)測(cè)編碼的基本內(nèi)容預(yù)測(cè)編碼是基于圖像數(shù)據(jù)的時(shí)間和空間冗余特性，用相鄰的已知像素（或圖像塊）來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前像素（或圖像塊）的取值，然后再對(duì)預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行量化和編碼。126ppt課件3.3.1預(yù)測(cè)編碼1.預(yù)測(cè)編碼的基本內(nèi)容42ppt課

這些相鄰像素（或圖像塊）可以是同行掃描的，也可以是前幾行或前幾幀的，相應(yīng)的預(yù)測(cè)編碼分別稱(chēng)為一維、二維和三維預(yù)測(cè)，其中一維和二維預(yù)測(cè)是幀內(nèi)預(yù)測(cè)，三維預(yù)測(cè)是幀間預(yù)測(cè)，即在時(shí)間軸上用前一幀的像素（或圖像塊）對(duì)后一幀的像素（或圖像塊）進(jìn)行預(yù)測(cè)。

幀間預(yù)測(cè)編碼主要利用活動(dòng)圖像序列相鄰幀間的相關(guān)性，即圖像數(shù)據(jù)的時(shí)間冗余來(lái)達(dá)到壓縮的目的，它可以獲得比幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼高得多的壓縮比。127ppt課件這些相鄰像素（或圖像塊）可以是同行掃描2.預(yù)測(cè)編碼的類(lèi)型

預(yù)測(cè)編碼分線性預(yù)測(cè)和非線性預(yù)測(cè)兩類(lèi)，線性預(yù)測(cè)編碼又稱(chēng)為差分脈沖編碼調(diào)制，即DPCM（DifferentialPulseCodeModulation）。

DPCM系統(tǒng)又稱(chēng)預(yù)測(cè)量化系統(tǒng)。128ppt課件2.預(yù)測(cè)編碼的類(lèi)型預(yù)測(cè)編碼分線性預(yù)測(cè)差分脈沖調(diào)制預(yù)測(cè)——原理圖量化器預(yù)測(cè)器譯碼器預(yù)測(cè)器－＋＋編碼器發(fā)送端接收端Xndn^XnXn’dn’dn’^XnXn’129ppt課件差分脈沖調(diào)制預(yù)測(cè)——原理圖量化器預(yù)測(cè)器譯碼器預(yù)測(cè)器－＋＋編碼差分脈沖調(diào)制預(yù)測(cè)發(fā)送端預(yù)測(cè)器帶有存儲(chǔ)器，把tn時(shí)刻以前的采樣值x1,x2,x3,xn-1存儲(chǔ)起來(lái)并據(jù)此對(duì)xn進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到預(yù)測(cè)值dn為xn與的差值，dn’為dn經(jīng)量化器量化的值xn’是接收端的輸出信號(hào)誤差qn為

qn=xn-xn’=xn-(+dn’)=(xn-)-dn’=dn-dn’實(shí)際上就是發(fā)送端的量化器對(duì)誤差量化的誤差對(duì)dn’的量化越粗糙，壓縮比越高，失真越大^Xn^Xn^Xn^Xn130ppt課件差分脈沖調(diào)制預(yù)測(cè)^^^^46ppt課件差分脈沖調(diào)制預(yù)測(cè)——應(yīng)用示例例如，取一序列為10，12，14，16，18，20。（例如亮度變化緩慢的圖像的亮度值）由于其中所有數(shù)字都不相同，但是是一個(gè)等差的數(shù)列，所以行程編碼和哈夫曼對(duì)其不產(chǎn)生壓縮效果。先用DPCM方法，其預(yù)測(cè)器的預(yù)測(cè)參數(shù)為

=Xn-1，則其誤差值得到一個(gè)新的序列10，2，2，2，2，2。然后再使用行程編碼方法對(duì)這個(gè)新序列進(jìn)行壓縮，壓縮結(jié)果為10(5,2)。^Xn131ppt課件差分脈沖調(diào)制預(yù)測(cè)——應(yīng)用示例^47ppt課件差分脈沖調(diào)制預(yù)測(cè)適用于輸入數(shù)據(jù)為平穩(wěn)的隨機(jī)過(guò)程預(yù)測(cè)器設(shè)計(jì)是預(yù)測(cè)編碼系統(tǒng)的核心，預(yù)測(cè)器的復(fù)雜程度與線性預(yù)測(cè)中使用以前的樣本數(shù)有關(guān)，樣本數(shù)越多，預(yù)測(cè)器越復(fù)雜對(duì)預(yù)測(cè)誤差的量化是造成圖像質(zhì)量下降的主要原因，表現(xiàn)為：斜率過(guò)載：圖像輪廓變模糊顆粒噪聲：圖像在平坦區(qū)出現(xiàn)顆粒狀的細(xì)斑邊緣忙亂：在變化不快的邊緣出現(xiàn)閃爍不定現(xiàn)象偽輪廓：在圖像亮度值緩慢變化區(qū)域出現(xiàn)偽輪廓132ppt課件差分脈沖調(diào)制預(yù)測(cè)48ppt課件3.雙向預(yù)測(cè)

前向預(yù)測(cè)：就是用K-1幀來(lái)預(yù)測(cè)K幀圖像。后向預(yù)測(cè)：用K幀預(yù)測(cè)前面的K-1幀圖像。

雙向預(yù)測(cè)：用前、后兩幀來(lái)預(yù)測(cè)中間幀圖像。圖雙向預(yù)測(cè)示意圖133ppt課件3.雙向預(yù)測(cè)前向預(yù)測(cè)：就是用K-1幀來(lái)預(yù)測(cè)K幀圖像134ppt課件50ppt課件135ppt課件51ppt課件圖I、P和B圖像的依賴(lài)關(guān)系I幀：幀內(nèi)圖(IntraPicture),只做幀內(nèi)編碼P幀：預(yù)測(cè)圖(PredictedPicture),前向預(yù)測(cè)幀B幀：雙向圖(BidirectionalPicture),雙向預(yù)測(cè)幀136ppt課件圖I、P和B圖像的依賴(lài)關(guān)系I幀：幀內(nèi)圖(IntraP

（1）I幀

I幀采用類(lèi)似JPEG的編碼方式實(shí)現(xiàn)。它不以任何其他幀做參考幀，僅僅進(jìn)行幀內(nèi)的空域冗余壓縮。137ppt課件（1）I幀53ppt課件

（2）P幀

P幀是由一個(gè)過(guò)去的I幀或P幀采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膸g預(yù)測(cè)進(jìn)行更有效的編碼方式。圖像P由殘差圖像SAD和運(yùn)動(dòng)矢量MV組成。DCT+量化+RLE138ppt課件（2）P幀DCT+量化+RLE54ppt課件圖5-12運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)幀內(nèi)插139ppt課件圖5-12運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)幀內(nèi)插55ppt課件

（3）B幀

B幀是用過(guò)去的圖像(I幀或P幀)和后來(lái)的圖像幀(I幀或P幀)，采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)碾p向預(yù)測(cè)編碼方式。DCT+量化+RLE140ppt課件（3）B幀DCT+量化+RLE56ppt課件4.像素塊預(yù)測(cè)MPEG編碼時(shí)，先將一幀圖像分割成若干橫條，每一橫條稱(chēng)為一片，在625行的PAL制中，每幀圖像切成18片，在525行的NTSC制中，每幀圖像切成15片。每一片再縱向切割成22塊，這些塊稱(chēng)為宏塊或大塊，它是MPEG標(biāo)準(zhǔn)的圖像處理基本單元。141ppt課件4.像素塊預(yù)測(cè)MPEG編碼時(shí)，先將一

每個(gè)宏塊中的彩色圖像，可以用一個(gè)亮度信號(hào)Y和兩個(gè)色差信號(hào)Cb和Cr來(lái)表示，由于人眼對(duì)亮度信號(hào)敏感高于色度信號(hào)，因而對(duì)每個(gè)宏塊的亮度信號(hào)再平均分成4個(gè)像塊。每個(gè)像塊在水平方向分成8個(gè)像素，垂直方向也分成8個(gè)像素，則每個(gè)像塊可分成64個(gè)像素，而兩個(gè)色差信號(hào)Cb、Cr宏塊不再分成像塊，而是直接分成64個(gè)像素，如圖5-8所示。142ppt課件每個(gè)宏塊中的彩色圖像，可以用一個(gè)亮度信圖5-8MPEG圖像的格式143ppt課件圖5-8MPEG圖像的格式59ppt課件

在圖像編碼領(lǐng)域目前使用的運(yùn)動(dòng)估值算法有塊匹配法、像素遞歸法、相位相關(guān)法以及針對(duì)由攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)引起圖像全局運(yùn)動(dòng)的全局運(yùn)動(dòng)參數(shù)估值等。

其中塊匹配法是最常用的一種方法，在活動(dòng)視頻編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)H.261、MPEG-1、MPEG-2中，實(shí)際都采用塊匹配法做運(yùn)動(dòng)估值。144ppt課件在圖像編碼領(lǐng)域目前使用的運(yùn)動(dòng)估值算法有

變換編碼的基本原理就是將原來(lái)在空間域或時(shí)間域內(nèi)描述的信號(hào)，變換到正交矢量空間（頻域或變換域）中去，用變換系數(shù)來(lái)表示原始圖像，并對(duì)變換系數(shù)進(jìn)行編碼。3.3.2變換編碼

盡管變換本身并不帶來(lái)數(shù)據(jù)壓縮，但由于變換后信號(hào)的能量大部分集中于