在我们当今的社会生活中,图像信息和通信起着非常重要的作用,数字视频压缩的实际应用,是近十年来超大规模集成电路(VLSI),比较好的压缩算法,视觉生理研究和标准等方面显著技术发展的结果.数字视频压缩可以广泛应用于:视频传输,计算机多媒体和数值存储等方面.
2为什么要进行数字视频压缩
数字视频有许多优点,但是由于其占用带宽太宽而限制了它的实际应用.数字视频压缩技术的发展,推动了数字视频的实际应用.现以PAL制彩电的卫星传输为例,说明压缩的作用和意义.我国PAL制彩电的视频带宽Fe=6.0MHz.根据奈斯特定理,取样频率Fs>2Fc.CCIR 601建议书规定:亮度信号的取样频率为13.5MHz,色度信号的取样频率为6.75MHz,每个取样8比特,那么传输PAL制彩电所需要的传输速率为:
13.5*8+2*6.75 *8=216MB/S
这样高的传输频率,采用2PSK调制,所需传输带宽大于200MHz,即使采用4PSK,所需传输带宽也要100MHZ以上.在现存的传输媒介中,要占用这样宽的带宽来传送视频不仅困难,也是不经济的.目前的数字视频压缩技术,已经可以做到把持216MB/S的速率压缩到8MB/S左右.而去压缩后的质量可以达到广播级.这样在先行传输一路模拟电视信号的一个36MHZ卫星转发器中,可以传输46路广播级压缩后的电视信号.
3数字视频压缩标准
3.1 H.261
H.261标准是针对会议电视的发展的,并且是以DCT(离散余变换)和运动补偿为基础的,它是视频压缩方面提出的第一个标准,它把数字视频速率压缩到64Kb/s~2.048Mb/s.H.261使用对称压缩技术它所获得的性能比使用不对称压缩技术的MPEG标低.
3.2 JPEG
JPEG是"The Joint Photographic Expert Group"的缩写,它是由国际电报咨询委员会(CCITT)和国际标准化组织(ISO)联合组成的专家组,共同制定了静止图像的数码率压缩标准.尽管JPEG的目标主要针对静止图像,其应用并不局限于静止图像.它之所以称为静止图像数码率压缩标准实质它所处理的只限于帧内,而没有利用帧间处理.
3.3 MPEG
MPEG是英文"The Moving Picture Expert Group"的缩写,MPEG委员会的活动始于1988年,其目标是对视频及其伴随的音频,对数字存储媒质制定一个标准.
MPEG-I视频选择的视频信号压缩大约为1.5Mb/s,而MPEG-I音频信号选择的速率是64.128和192Kb/s,MPEG最后确定了编码算法,并且它是使用MUSI CAM音频压缩技术的CD-I产品的基础.
MPEG-2选择的速率是4--10Mb/s,这样的速率能使压缩的图像显示满足CCIR601的视频质量.
MPEG扩展到更高的速率,是HDTV地面同频带广播的基础.
4 以MPEG为基础的压缩技术
4.1 压缩算法概论
MPEG压缩算法分三个层次完成压缩:即带宽压缩,匹配主观的有损失压缩和最后一层的无损失压缩.第一层,组要是源分解力和目标比特率匹配以及降低色度的分解力,达到主观上满意的程度.第二层次,即压缩算法本身,是利用波形分析和主观适配的量化来去掉空间冗余和时间冗余,在这个层次压缩是有损失的.第三层次,是通过把固定长度和可变长度编码进行句法组合,而无损失地把信息变换到比特流中去.
压缩算法依赖于两种基本方法:以像块为基础的运动补偿,用于减少时间冗余,和以变换(离散余选变幻,DCT)为基础的压缩,用于减少空间冗余.减少空间冗余的方法(DCT方法)直接用于信源图像上以及时间预测后的差信号上.
运动补偿的时间预测方法,用来开拓视频信号很强的时间相关法.时间预测既适用于有因果关系的预测器(即纯预测编码),也适用于无因果关系的预测器(即内插编码),预测误差信号.利用降低空间冗余(8*8DCT)进一步压缩.与运动有关的信息,以16*16的像块为基础,并与空间信息一块传输.
4.2图像编码
有四种图像类型:I图像或内图像,它们不参考任何其它图像而进行编码;P图像或预测图像,利用来自前一图像的运动补偿进行编码;B图像或双向预测图像,利用来自前一图像和以后一图像的内插进行编码;D图像或DC图像,其中仅低频分量进行编码,只用于快速向前搜索方式.B和P图像常称为中间图像(inter pictures). 本文章更多内容:1 - 2 - 下一页 |