下一代數(shù)字電視廣播系統(tǒng)之編碼算法技術(shù)的發(fā)展趨勢上課講義

下一代數(shù)字電視廣播系統(tǒng)之編碼算法技術(shù)的發(fā)展趨勢15mins音頻編碼算法技術(shù)及其發(fā)展趨勢視頻編碼算法技術(shù)及其發(fā)展趨勢數(shù)據(jù)編碼算法技術(shù)及其其發(fā)展趨勢目錄二、視頻編碼算法技術(shù)及其發(fā)展趨勢2.1視頻編碼標準的編碼歷程2.2視頻編碼技術(shù)的比較2.3視頻編碼技術(shù)的發(fā)展趨勢2.4三維視頻編碼技術(shù)2.1視頻編碼標準的編碼歷程國際上視頻編碼標準主要有兩大系列:國際電聯(lián)制定的H.26X系列標準;國際標準化組織和國際電工委員會第一聯(lián)合技術(shù)組(ISO/IECJTC1)制定的MPEG-X系列標準。視頻標準發(fā)展的過程如上圖所示,其中,H.261,MPEG-1,MPEG-2,H.263屬于第一代編碼標準,壓縮能力為50-75倍;MPEG-4、H.264屬于第二代編碼標準,壓縮效率可達100-150倍。圖1視頻標準的發(fā)展過程H.264是于2003年3月公布的。H.264的目標是為視頻編碼應(yīng)用提供下一代的解決方案,提供顯著增強的編碼效率。H.264的主要技術(shù)特征有:4×4塊的整數(shù)變換、多參考幀預(yù)測、多模式高精度幀間預(yù)測、多種幀內(nèi)預(yù)測模式和統(tǒng)一的熵編碼等。H.264有更高的壓縮比和更好的信道適應(yīng)性,它將會在視頻通信領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是H.264優(yōu)越性能的代價是計算復(fù)雜度的大大增加。MPEG-1是為速率1.5Mbps的數(shù)字聲像信息的存儲而制定的。MPEG-1繼承了H.261標準的技術(shù)結(jié)構(gòu),也添加了新的技術(shù)特征:雙向預(yù)測、半像素運動、片結(jié)構(gòu)編碼和加權(quán)矩陣量化等。MPEG-2是MPEG-1的擴展,它解決了MPEG-1不能滿足的多媒體技術(shù)、分辨率和傳輸率等方面的技術(shù)要求上的缺陷,能在很寬范圍內(nèi)對不同分辨率和不同輸出比特率的圖像信號進行編碼。其支持的圖像分辨率有低(352×288)、中(720×576)、次高(1440×1152)和高(1920×1152)4種級別。廣泛應(yīng)用于高清晰電視(HDTV)和DVD,是工業(yè)標準DVD的核心標準。MPEG-4標準的目的是從3個方面拓展早期標準的能力:支持低比特率的應(yīng)用、支持基于對象的編碼和支持基于工具箱的編碼。MPEG-4編碼的基本單元是視頻對象(VO),主要采用形狀編碼、紋理編碼、運動信息編碼和Sprite編碼方法?；趦?nèi)容特點的編碼受到了限制。2.2視頻編碼技術(shù)的比較H.264與MPEG-4的比較：在中低碼率（32-128Kbps）的情況下，H.264與MPEG-4相比具有性能倍增效應(yīng)。其應(yīng)用方面的比較如下表：表1幾種編碼技術(shù)的應(yīng)用比較2.3視頻編碼技術(shù)的發(fā)展趨勢在數(shù)字電視領(lǐng)域，雖然當前多采用MPEF-2編解碼技術(shù)，但隨著數(shù)字高清電視、數(shù)字移動電視、IPTV、手機電視等新技術(shù)的發(fā)展，帶寬限制的矛盾必將越來越突出，采用更高壓縮率的編碼技術(shù)是必然趨勢，因此，這一領(lǐng)域也必然成為下一代音視頻編解碼標準的焦點。最新一代的視頻編碼標準，H.264

在追求更高編碼效率和簡潔的表達方式的同時提供了非常好的視頻質(zhì)量，它是當前最高效的視頻壓縮技術(shù)。與目前廣泛應(yīng)用的MPEF-2、MPEF-4相比，同樣的圖像質(zhì)量情況下，它的編碼效率提高了30%-40%，相應(yīng)地節(jié)約了30%的網(wǎng)絡(luò)帶寬。在當今網(wǎng)絡(luò)帶寬越來越寶貴、高清需求強烈的情況下，采用H.264標準已成為在有限帶寬下滿足用戶需求的理想方案。2.4三維視頻編碼技術(shù)隨著立體電影的推出，三維視頻技術(shù)逐漸成為多媒體信息產(chǎn)業(yè)的熱門話題。根據(jù)傳輸形式不同將三維視頻分為兩大類:1)純視頻格式，需要傳輸所有視角的數(shù)據(jù);2)深度增強格式，傳輸有限個單目視頻及其深度序列。這兩類三維視頻由于傳輸形式不同而采用不同的編碼方式。深度增強三維視頻形式多樣，如單路視頻及其深度序列、多視點視頻及其深度序列視頻等。深度序列是一組只包含深度信息的灰度圖像序列，是用來合成虛擬視點的中間數(shù)據(jù)，而不是供終端用戶觀看的視頻。深度圖中像素點灰度值范圍為［0，255］，灰度值越大表示該點離攝像機越近。純視頻格式三維視頻由多路具有視角差異的視頻組成，由兩臺(或多臺)相鄰攝像機從不同角度同時對同一場景進行拍攝得到，這些視頻可以直接在三維立體顯示設(shè)備上播放。最直接的雙通道立體視頻編碼方式。在編碼前將左右視點以左右/上下方式交錯排列成一段視頻，然后通過場間預(yù)測來消除視點間的交叉冗余，在解碼端通過反交錯將立體視頻還原成兩段獨立視點，如下圖所示。圖2雙通道立體視頻編碼方式結(jié)合了左右視點之間的交叉相關(guān)性和同一視點內(nèi)部的時空相關(guān)性來提高立體視頻編碼效率。深度增強三維視頻的系統(tǒng)流程如下圖所示。首先，采用多視點攝像機(或雙目攝像機)和深度攝像機從不同角度拍攝同一場景得到N路視頻數(shù)據(jù)及其深度序列；然后將K(K≤N)路視頻及其深度序列送入多視點視頻編碼器JMVC直接進行編碼壓縮。圖2深度增強三維視頻技術(shù)系統(tǒng)流程壓縮后的碼流通過信道傳輸?shù)浇邮斩?，解碼器根據(jù)不同顯示設(shè)備的參數(shù)和用戶的觀看需求對視頻進行解碼及視點合成等后處理。高保真度的三維畫面質(zhì)量必須依靠高效的深度估計和視點合成這兩項關(guān)鍵技術(shù)來實現(xiàn)。參考文獻：[1]鄧智玭，賈克斌.三維視頻編碼技術(shù)的發(fā)展與挑