視頻編解碼教材

追隨技術(shù)WithPassion學(xué)如逆水行舟，不進(jìn)則退隨筆-367,文章-174,評(píng)論-107,引用-0視頻編解碼學(xué)習(xí)之一：理論基礎(chǔ)第1章介紹1.為什么要進(jìn)行視頻壓縮？未經(jīng)壓縮的數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量巨大存儲(chǔ)困難一張DVD只能存儲(chǔ)幾秒鐘的未壓縮數(shù)字視頻。傳輸困難1兆的帶寬傳輸一秒的數(shù)字電視視頻需要大約4分鐘。2.為什么可以壓縮去除冗余信息空間冗余：圖像相鄰像素之間有較強(qiáng)的相關(guān)性時(shí)間冗余：視頻序列的相鄰圖像之間內(nèi)容相似編碼冗余：不同像素值出現(xiàn)的概率不同視覺(jué)冗余：人的視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)某些細(xì)節(jié)不敏感知識(shí)冗余：規(guī)律性的結(jié)構(gòu)可由先驗(yàn)知識(shí)和背景知識(shí)得到3.數(shù)據(jù)壓縮分類無(wú)損壓縮（Lossless）壓縮前解壓縮后圖像完全一致X=X'壓縮比低(2:1~3:1)例如：Winzip，JPEG-LS有損壓縮（Lossy）壓縮前解壓縮后圖像不一致X≠X'壓縮比高(10:1~20:1)利用人的視覺(jué)系統(tǒng)的特性例如：MPEG-2，H.264/AVC，AVS4.編解碼器編碼器（Encoder）壓縮信號(hào)的設(shè)備或程序解碼器（Decoder）解壓縮信號(hào)的設(shè)備或程序編解碼器(Codec)編解碼器對(duì)5.壓縮系統(tǒng)的組成(1)編碼器中的關(guān)鍵技術(shù)(2)編解碼中的關(guān)鍵技術(shù)6.編解碼器實(shí)現(xiàn)編解碼器的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)：超大規(guī)模集成電路VLSIASIC，F(xiàn)PGA數(shù)字信號(hào)處理器DSP軟件編解碼器產(chǎn)品：機(jī)頂盒數(shù)字電視攝像機(jī)監(jiān)控器7.視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)編碼標(biāo)準(zhǔn)作用：兼容：不同廠家生產(chǎn)的編碼器壓縮的碼流能夠被不同廠家的解碼器解碼高效：標(biāo)準(zhǔn)編解碼器可以進(jìn)行批量生產(chǎn)，節(jié)約成本。主流的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)：MPEG-2MPEG-4SimpleProfileH.264/AVCAVSVC-1標(biāo)準(zhǔn)化組織：ITU：InternationalTelecommunicationsUnionVECG：VideoCodingExpertsGroupISO：InternationalStandardsOrganizationMPEG：MotionPictureExpertsGroup8.視頻傳輸視頻傳輸：通過(guò)傳輸系統(tǒng)將壓縮的視頻碼流從編碼端傳輸?shù)浇獯a端傳輸系統(tǒng)：互聯(lián)網(wǎng)，地面無(wú)線廣播，衛(wèi)星9.視頻傳輸面臨的問(wèn)題傳輸系統(tǒng)不可靠帶寬限制信號(hào)衰減噪聲干擾傳輸延遲視頻傳輸出現(xiàn)的問(wèn)題不能解碼出正確的視頻視頻播放延遲10.視頻傳輸差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制（ErrorControl）解決視頻傳輸過(guò)程中由于數(shù)據(jù)丟失或延遲導(dǎo)致的問(wèn)題差錯(cuò)控制技術(shù)：信道編碼差錯(cuò)控制技術(shù)編碼器差錯(cuò)恢復(fù)解碼器差錯(cuò)隱藏11.視頻傳輸?shù)腝oS參數(shù)數(shù)據(jù)包的端到端的延遲帶寬：比特/秒數(shù)據(jù)包的流失率數(shù)據(jù)包的延遲時(shí)間的波動(dòng)第2章數(shù)字視頻1.圖像與視頻圖像：是人對(duì)視覺(jué)感知的物質(zhì)再現(xiàn)。三維自然場(chǎng)景的對(duì)象包括：深度，紋理和亮度信息二維圖像：紋理和亮度信息視頻：連續(xù)的圖像。視頻由多幅圖像構(gòu)成，包含對(duì)象的運(yùn)動(dòng)信息，又稱為運(yùn)動(dòng)圖像。2.數(shù)字視頻數(shù)字視頻：自然場(chǎng)景空間和時(shí)間的數(shù)字采樣表示?？臻g采樣解析度（Resolution）時(shí)間采樣幀率：幀/秒3.空間采樣二維數(shù)字視頻圖像空間采樣4.數(shù)字視頻系統(tǒng)采集照相機(jī)，攝像機(jī)處理編解碼器，傳輸設(shè)備顯示顯示器5.人類視覺(jué)系統(tǒng)HVSHVS眼睛神經(jīng)大腦HVS特點(diǎn)：對(duì)高頻信息不敏感對(duì)高對(duì)比度更敏感對(duì)亮度信息比色度信息更敏感對(duì)運(yùn)動(dòng)的信息更敏感6.數(shù)字視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮HVS的特點(diǎn)：丟棄高頻信息，只編碼低頻信息提高邊緣信息的主觀質(zhì)量降低色度的解析度對(duì)感興趣區(qū)域（RegionofInteresting，ROI）進(jìn)行特殊處理7.RGB色彩空間三原色：紅（R），綠（G），藍(lán)（B）。任何顏色都可以通過(guò)按一定比例混合三原色產(chǎn)生。RGB色度空間由RGB三原色組成廣泛用于BMP，TIFF，PPM等每個(gè)色度成分通常用8bit表示[0,255]8.YUV色彩空間YUV色彩空間：Y：亮度分量UV：兩個(gè)色度分量YUV更好的反映HVS特點(diǎn)9.RGB轉(zhuǎn)化到Y(jié)UV空間亮度分量Y與三原色有如下關(guān)系：經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)后ITU-R給出了，，，主流的編解碼標(biāo)準(zhǔn)的壓縮對(duì)象都是YUV圖像10.YUV圖像分量采樣YUV圖像可以根據(jù)HVS的特點(diǎn)，對(duì)色度分量下采樣，可以降低視頻數(shù)據(jù)量。根據(jù)亮度和色度分量的采樣比率，YUV圖像通常有以下幾種格式：11.通用的YUV圖像格式根據(jù)YUV圖像的亮度分辨率定義圖像格式12.幀和場(chǎng)圖像一幀圖像包括兩場(chǎng)——頂場(chǎng)，底場(chǎng)13.逐行與隔行圖像逐行圖像：一幀圖像的兩場(chǎng)在同一時(shí)間得到，ttop=tbot。隔行圖像：一幀圖像的兩場(chǎng)在不同時(shí)間得到，ttop≠tbot。14.視頻質(zhì)量評(píng)價(jià)有損視頻壓縮使編解碼圖像不同，需要一種手段來(lái)評(píng)價(jià)解碼圖像的質(zhì)量。質(zhì)量評(píng)價(jià)：客觀質(zhì)量評(píng)價(jià)主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)基于視覺(jué)的視頻質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)客觀質(zhì)量評(píng)價(jià)：通過(guò)數(shù)學(xué)方法測(cè)量圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的方式。優(yōu)點(diǎn)：可量化測(cè)量結(jié)果可重復(fù)測(cè)量簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：不完全符合人的主觀感知15.客觀評(píng)價(jià)的方法常用的客觀評(píng)價(jià)方法：16.主觀評(píng)價(jià)方法主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)：用人的主觀感知直接測(cè)量的方式。優(yōu)點(diǎn)：符合人的主觀感知缺點(diǎn)：不容易量化受不確定因素影響，測(cè)量結(jié)果一般不可重復(fù)測(cè)量代價(jià)高常用主觀評(píng)價(jià)方法17.基于視覺(jué)的視頻質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)方法基于視覺(jué)的視頻質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)：將人的視覺(jué)特性用數(shù)學(xué)方法描述并用于視頻質(zhì)量評(píng)價(jià)的方式。結(jié)合了主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)和客觀質(zhì)量評(píng)價(jià)兩方面優(yōu)點(diǎn)。常用方法：結(jié)構(gòu)相似度（StructuralSIMilarity，SSIM）方法。將HVS的特征用數(shù)學(xué)模型表達(dá)出來(lái)。未來(lái)重要的研究方向

第3章信息論基礎(chǔ)1.通信系統(tǒng)的組成信源：產(chǎn)生消息信道：傳輸消息信宿：接收消息2.基本概念通信中對(duì)信息的表達(dá)分為三個(gè)層次：信號(hào)，消息，信息。信號(hào)：是信息的物理層表達(dá)，可測(cè)量，可描述，可顯示。如電信號(hào)，光信號(hào)。消息：是信息的載體，以文字，語(yǔ)言，圖像等人類可以認(rèn)知的形式表示。信息：不確定的內(nèi)容。3.信息熵信息的特點(diǎn)信息的測(cè)量自信息量條件信息量4.信息熵5.條件熵和聯(lián)合熵6.熵的性質(zhì)非負(fù)性：信源熵是非負(fù)值，即H(X)>=0;擴(kuò)展性：信源熵X有M個(gè)符號(hào)，如果其中一個(gè)符號(hào)出現(xiàn)的概率趨于零，信源熵就等于剩余M-1個(gè)符號(hào)的信源熵；極值性（最大信息熵）：對(duì)于具有M個(gè)符號(hào)的信源，只有在所有符號(hào)等概率出現(xiàn)的情況下，信源熵達(dá)到最大值，即可加性：熵不增：條件熵不大于信息熵H(X|Y)<=H(X)；聯(lián)合熵不大于各信息熵的和，即H(XY)<=H(X)+H(Y)。7.互信息量8.互信息物理意義：H(X)是X所含的信息，H(X|Y)是已知Y的條件下X還能帶來(lái)的信息量。那么兩者之差就是由于知道Y使得X減少的信息量，也即由Y可以得到的關(guān)于X的信息量。9.各種熵的關(guān)系11.信源編碼信源編碼：將消息符號(hào)轉(zhuǎn)變成信道可傳輸?shù)男畔ⅰ蓚€(gè)基本問(wèn)題：用盡可能少的信道傳輸符號(hào)來(lái)傳遞信源消息，提高傳輸效率；減少由于信道傳輸符號(hào)的減少導(dǎo)致的失真。12.離散信源統(tǒng)計(jì)特性13.離散信源類型：簡(jiǎn)單無(wú)記憶信源和馬爾可夫信源14.編碼分類等長(zhǎng)碼：在一組碼字集合C中的所有碼字cm(m=1,2,…,M)，其碼長(zhǎng)都相同，則稱這組碼C為等長(zhǎng)碼。變長(zhǎng)碼：若碼字集合C中的所有碼字cm(m=1,2,…,M)，其碼長(zhǎng)不都相同，稱碼C為變長(zhǎng)碼。15.平均碼長(zhǎng)16.等長(zhǎng)碼與變長(zhǎng)碼比較等長(zhǎng)編碼將信源輸出符號(hào)序列的任意一種取值（概率可能不同）都編碼成相同長(zhǎng)度的輸出碼字，沒(méi)有利用信源的統(tǒng)計(jì)特性；變長(zhǎng)編碼可以根據(jù)信源輸出符號(hào)序列各種取值的概率大小不同，將他們編碼成不同長(zhǎng)度的輸出碼字，利用了信源的統(tǒng)計(jì)特性。因此又稱其為熵編碼。17.Huffman編碼Huffman編碼：典型的變長(zhǎng)編碼。步驟：將信源符號(hào)按概率從大到小的順序排列，假定p(x1)≥p(x2)…≥p(xn)給兩個(gè)概率最小的信源符號(hào)p(xn-1)，p(xn)各分配一個(gè)碼位"0"和"1"，將這兩個(gè)信源符號(hào)合并成一個(gè)新符號(hào)，并用這兩個(gè)最小的概率之和作為新符號(hào)的概率，結(jié)果得到一個(gè)只包含(n-1)個(gè)信源符號(hào)的新信源。稱為信源的第一次縮減信源，用S1表表示。將縮減信源S1的符號(hào)仍按概率從大到小的順序排列，重復(fù)步驟2，得到只含(n-2)個(gè)符號(hào)的縮減信源S2。重復(fù)上述步驟，直至縮減信源只剩下兩個(gè)符號(hào)為止，此時(shí)所剩兩個(gè)符號(hào)的概率之和必為1。然后從最后一級(jí)縮減信源開(kāi)始，依編碼路徑向前返回，就得到各信源符號(hào)所對(duì)應(yīng)的碼字。

18.信道編碼信道編碼主要考慮如何增加信號(hào)的抗干擾能力，提高傳輸?shù)目煽啃?，并且提高傳輸效率。一般是采用冗余編碼法，賦予信碼自身一定的糾錯(cuò)和檢錯(cuò)能力，使信道傳輸?shù)牟铄e(cuò)概率降到允許的范圍之內(nèi)。19.信道類型根據(jù)信道連續(xù)與否分類離散信道連續(xù)信道半連續(xù)信道根據(jù)信道是否有干擾分類無(wú)干擾信道有干擾信道根據(jù)信道的統(tǒng)計(jì)特性分類無(wú)記憶信道有記憶信道恒參信道變參信道對(duì)稱信道非對(duì)稱信道20.信道容量在信息論中，稱信道無(wú)差錯(cuò)傳輸?shù)淖畲笮畔⑺俾蕿樾诺廊萘俊Ｏ赊r(nóng)信道容量公式：假設(shè)連續(xù)信道的加性高斯白噪聲功率為N，信道帶寬為B，信號(hào)功率為S，則該信道的容量為由于噪聲功率N與信道帶寬B有關(guān)，則噪聲功率N=n0B。因此，仙農(nóng)公式還可以表示為21.香農(nóng)信道容量公式的意義在給定B和S/N的情況下，信道的極限傳輸能力為C，而且此時(shí)能夠做到無(wú)差錯(cuò)傳輸。如果信道的實(shí)際傳輸速率大于C值，則無(wú)差錯(cuò)傳輸在理論上就已不可能。因此，實(shí)際傳輸速率一般不能大于信道容量C，除非允許存在一定的差錯(cuò)率。提高信噪比S/N（通過(guò)減小n0或增大S），可提高信道容量C。特別是，若n0->0，則C->∞，這意味著無(wú)干擾信道容量為無(wú)窮大；增加信道帶寬B，也可增加信道容量C，但做不到無(wú)限制地增加。這是因?yàn)?，如果S、n0一定，有維持同樣大小的信道容量，可以通過(guò)調(diào)整信道的B及S/N來(lái)達(dá)到，即信道容量可以通過(guò)系統(tǒng)帶寬與信噪比的互換而保持不變。22.失真失真：信源的消息經(jīng)過(guò)編解碼后不能完全復(fù)原在實(shí)際的信源和信道編碼中，消息的傳輸并不總是無(wú)失真的。由于存儲(chǔ)和傳輸資源的限制噪聲等因素的干擾23.率失真理論仙農(nóng)定義了信息率失真函數(shù)R(D)D是消息失真R是碼率率失真定理：在允許一定失真度D的情況下，信源輸出的信息率可壓縮到R(D)。24.失真函數(shù)失真函數(shù)：信源符號(hào)X={x1,x2,…..xn}，經(jīng)信道傳輸接收端符號(hào)Y={y1,y2….yn}，對(duì)于每一對(duì)(xi,yj)指定一個(gè)非負(fù)函數(shù)d(xi,yj)，稱d(xi,yj)為單個(gè)符號(hào)的失真度或失真函數(shù)。對(duì)于連續(xù)信源連續(xù)信道的情況，常用d(x,y)表示。常用失真函數(shù)：平均失真度：

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樓主看的什么書(shū)啊，沒(méi)搜出來(lái)支持(0)反對(duì)(0)2012-09-0420:04|haitink\o"發(fā)送站內(nèi)短消息"

#2樓[樓主]

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這是我上課的課件支持(0)反對(duì)(0)2012-09-0421:18|Fangzhen\o"發(fā)送站內(nèi)短消息"

#3樓

樓主還在不在啊、、？？？？支持(0)反對(duì)(0)2013-10-1115:39|shengck_nbu\o"發(fā)送站內(nèi)短消息"

#4樓

你好，本文開(kāi)頭的的一分鐘視頻數(shù)據(jù)量是怎么算的呢？68,428,800字節(jié)大小如何得到呢？支持(0)反對(duì)(0)2013-11-1111:17|zhanwc\o"發(fā)送站內(nèi)短消息"

#5樓[樓主]

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這是老師上課的課件，我也不知道怎么得到的，估計(jì)是引用的國(guó)外的一些參考資料吧，可惜沒(méi)有把相關(guān)引用添上支持(0)反對(duì)(0)2013-11-1215:08|Fangzhen\o"發(fā)送站內(nèi)短消息"

#6樓

\o"查看所回復(fù)的評(píng)論"@Fangzhen

30*176*144*12=9123,840(比特率)

1分鐘總比特:9123,840*60=547430400

1byte=8bit

547430400/8->68428800支持(0)反對(duì)(0)2014-01-1109:27|Yang.W\o"發(fā)送站內(nèi)短消息"

#7樓[樓主]

\o"查看所回復(fù)的評(píng)論"@Yang.W

謝謝啊支持(0)反對(duì)(0)2014-01-1315:10|Fangzhen\o"發(fā)送站內(nèi)短消息"

#8樓

\o"查看所回復(fù)的評(píng)論"@Fangzhen

感謝博主~拿出這么好的學(xué)習(xí)資料來(lái)與大家分享。支持(0)反對(duì)(0)2014-01-1616:07|Yang.W\o"發(fā)送站內(nèi)短消息"

#9樓

\o"查看所回復(fù)的評(píng)論"@zhanwc

176*144*30*60*12/8支持(0)反對(duì)(0)2014-03-3109:56|小草房Jason\o"發(fā)送站內(nèi)短消息"

#10樓

博主人才，佩服，感覺(jué)自己學(xué)的太慢支持(0)反對(duì)(0)2014-04-2221:37|聶波\o"發(fā)送站內(nèi)短消息"

#11樓

樓主還在么？想問(wèn)樓主如果學(xué)習(xí)視頻編碼，需要學(xué)習(xí)什么基礎(chǔ)知識(shí)還有硬件知識(shí)。我是學(xué)計(jì)科的。最好能推薦幾本書(shū)。謝謝支持(3)反對(duì)(0)2014-11-1821:38|zz2905\o"發(fā)送站內(nèi)短消息"

#12樓

\o"查看所回復(fù)的評(píng)論"@Fangzhen

樓主啊，我也想問(wèn)問(wèn)學(xué)視頻編解碼用不用學(xué)信號(hào)與系統(tǒng)，通信原理，數(shù)字信號(hào)處理？還是直接從軟件開(kāi)始學(xué)？支持(0)反對(duì)(0)2014-12-1010:20|森蘭丸\o"發(fā)送站內(nèi)短消息"

#13樓

多謝，贊一個(gè)支持(0)反對(duì)(0)2015-10-2009:58|流水無(wú)琴\o"發(fā)送站內(nèi)短消息"

#14樓

mark支持(0)反對(duì)(0)2016-03-3014:22|Lonya\o"發(fā)送站內(nèi)短消息"

#15樓

文章已載到即時(shí)通訊開(kāi)發(fā)者社區(qū)：/thread-228-1-1.html，感謝樓主。支持(0)反對(duì)(0)2016-04-1614:13|jb2011\o"發(fā)送站內(nèi)短消息"

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