視頻壓縮編碼

《視頻壓縮編碼》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《視頻壓縮編碼（9頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、視頻壓縮編碼 數(shù)據(jù)壓縮編碼已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史。 壓縮編碼的理論基礎(chǔ)是信息論。 從信息的 角度來看， 壓縮就是去除數(shù)據(jù)中的冗余。 即保留不確定的信息， 去除確定的信息 (即可推知的信息) ，用一種更接近信息本質(zhì)的描述來代替原有冗余的描述。 視頻壓縮的目標(biāo)是在盡可能保證視覺效果的前提下減少視頻數(shù)據(jù)率。 視頻壓 縮比一般指壓縮后的數(shù)據(jù)量與壓縮前的數(shù)據(jù)量之比。由于視頻是連續(xù)的靜態(tài)圖 像， 因此其壓縮編碼算法與靜態(tài)圖像的壓縮編碼算法有某些共同之處， 但是運(yùn)動(dòng) 的視頻還有其自身的特性， 因此在壓縮時(shí)還應(yīng)考慮其運(yùn)動(dòng)特性才能達(dá)到高壓縮的 目標(biāo)。 在視頻壓縮中常需用到以下的一些基本概念： 一、

2、有損和無損壓縮：在視頻壓縮中有損( Lossy )和無損( Lossless )的 概念與靜態(tài)圖像中基本類似。無損壓縮也即壓縮前和解壓縮后的數(shù)據(jù)完全一致。 多數(shù)的無損壓縮都采用RLE行程編碼算法。有損壓縮意味著解壓縮后的數(shù)據(jù)與壓 縮前的數(shù)據(jù)不一致。 在壓縮的過程中要丟失一些人眼和人耳所不敏感的圖像或音 頻信息， 而且丟失的信息不可恢復(fù)。 幾乎所有高壓縮的算法都采用有損壓縮， 這 樣才能達(dá)到低數(shù)據(jù)率的目標(biāo)。 丟失的數(shù)據(jù)率與壓縮比有關(guān)， 壓縮比越大， 丟失的 數(shù)據(jù)越多， 解壓縮后的效果一般越差。 此外， 某些有損壓縮算法采用多次重復(fù)壓 縮的方式，這樣還會(huì)引起額外的數(shù)據(jù)丟失。 二、幀

3、內(nèi)和幀間壓縮：幀內(nèi)( Intraframe )壓縮也稱為空間壓縮( Spatial compression ) 。 當(dāng)壓縮一幀圖像時(shí)， 僅考慮本幀的數(shù)據(jù)而不考慮相鄰幀之間的冗 余信息， 這實(shí)際上與靜態(tài)圖像壓縮類似。 幀內(nèi)一般采用有損壓縮算法， 由于幀內(nèi) 壓縮時(shí)各個(gè)幀之間沒有相互關(guān)系， 所以壓縮后的視頻數(shù)據(jù)仍可以以幀為單位進(jìn)行 編輯。幀內(nèi)壓縮一般達(dá)不到很高的壓縮。 采用幀間 ( Interframe ) 壓縮是基于許多視頻或動(dòng)畫的連續(xù)前后兩幀具有很 大的相關(guān)性， 或者說前后兩幀信息變化很小的特點(diǎn)。 也即連續(xù)的視頻其相鄰幀之 間具有冗余信息， 根據(jù)這一特性， 壓縮相鄰幀之間的冗余量就

4、可以進(jìn)一步提高壓 縮量，減小壓縮比。幀間壓縮也稱為時(shí)間壓縮( Temporal compression ) ，它通 過比較時(shí)間軸上不同幀之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。幀間壓縮一般是無損的。幀差值 ( Framedifferencing )算法是一種典型的時(shí)間壓縮法，它通過比較本幀與相鄰 幀之間的差異，僅記錄本幀與其相鄰幀的差值，這樣可以大大減少數(shù)據(jù)量。 三、對(duì)稱和不對(duì)稱編碼：對(duì)稱性( symmetric )是壓縮編碼的一個(gè)關(guān)鍵特征。 對(duì)稱意味著壓縮和解壓縮占用相同的計(jì)算處理能力和時(shí)間， 對(duì)稱算法適合于實(shí)時(shí) 壓縮和傳送視頻， 如視頻會(huì)議應(yīng)用就以采用對(duì)稱的壓縮編碼算法為好。 而在電子 出版和

5、其它多媒體應(yīng)用中， 一般是把視頻預(yù)先壓縮處理好， 而后再播放， 因此可 以采用不對(duì)稱 ( asymmetric ) 編碼。 不對(duì)稱或非對(duì)稱意味著壓縮時(shí)需要花費(fèi)大量 的處理能力和時(shí)間， 而解壓縮時(shí)則能較好地實(shí)時(shí)回放， 也即以不同的速度進(jìn)行壓 縮和解壓縮。一般地說，壓縮一段視頻的時(shí)間比回放(解壓縮)該視頻的時(shí)間要 多得多。例如，壓縮一段三分鐘的視頻片斷可能需要 10 多分鐘的時(shí)間，而該片 斷實(shí)時(shí)回放時(shí)間只有三分鐘。 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)主要由 ITU-T 和 ISO/IEC 開發(fā)。 前者已經(jīng)發(fā)布了視頻會(huì)議 標(biāo)準(zhǔn) H.261 、 H.262 、 H.263 ，并且準(zhǔn)備進(jìn)行遠(yuǎn)期編碼標(biāo)準(zhǔn) H.

6、263L 的開發(fā)，以 期望獲得更大的編碼效率。ISO/IEC的標(biāo)準(zhǔn)系列是大家熟悉的MPEGC族。包括： (1)MPEG-1(1988?1992),可以提供最高達(dá)1.5Mbps的數(shù)字視頻，只支持逐行 掃描。 MPEG-坦ISO開發(fā)的第一個(gè)視頻壓縮算法。主要應(yīng)用是數(shù)字媒體上動(dòng)態(tài)圖 像與音頻的存儲(chǔ)與檢索， 如速率為 1.15Mbps、 采用 SIF 分辨率 (352*240 *29.97 或者352*288 *25)的VCD MPEG-1與H.261相似，不過編碼器一般需要更高 的性能，以便支持電影內(nèi)容的較高運(yùn)動(dòng)性而不是典型的可視電話功能。 與H.261相比，MPEG馀許采用B幀。另外它還采

7、用自適應(yīng)感知量化， 也 就是說，對(duì)每個(gè)頻段采用單獨(dú)的量化比例因子(或等步長(zhǎng)) ，以便優(yōu)化人們的視 覺感受。MPEG-1僅支持逐行視頻，因此新標(biāo)準(zhǔn) MPEG-2已經(jīng)開始做出努力，同 時(shí)支持分辨率及比特率更高的逐行與隔行視頻。 (2)MPEG-2(1990 ?1994),支持的帶寬范圍從 2Mbps 到超過 20Mbp MPEG-2 后向兼容MPEG-1但增加了對(duì)隔行掃描的支持，并有更大的伸縮性和靈活性。 MPEG-雷門針對(duì)數(shù)字電視而開發(fā)，很快成為了迄今最成功的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。 MPEG-2既能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)逐行視頻的需求(其中視頻序列由一系列按一定時(shí)間問 隔采集的幀構(gòu)成) ，又能夠滿足電視領(lǐng)域常用

8、的隔行視頻的需求。隔行視頻交替 采集及顯示圖像中兩組交替的像素(每組稱為一個(gè)場(chǎng)) 。這種方式尤其適合電視 顯示器的物理特性。MPEG-2支持標(biāo)準(zhǔn)的電視分辨率，其中包括：針對(duì)美國(guó)和日 本采用的 NTSC 制式隔行 720*480 分辨率，每秒 60 場(chǎng)，以及歐洲和其他國(guó)家 采用的 PAL 制式的 720*576 分辨率，每秒 50 場(chǎng)。 MPEG-2建立在MPEG-1基礎(chǔ)之上，并具備擴(kuò)展功能，能支持隔行視頻及更 寬的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償范圍。 由于高分辨率視頻是非常重要的應(yīng)用， 因此 MPEG-2 支持的 搜索范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于MPEG-1與之前的標(biāo)準(zhǔn)相比，它顯著提高了運(yùn)動(dòng)估計(jì)的性能 要求，并充分利用更寬

9、搜索范圍與更高分辨率優(yōu)勢(shì)的編碼器需要比 H.261 和 MPEG-1高得多的處理能力。MPEG班的隔行編碼工具包含優(yōu)化運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪芰Γ?同時(shí)支持基于場(chǎng)和基于幀的預(yù)測(cè)，而且同時(shí)支持基于場(chǎng)和基于幀的 DCT/IDCT。 MPEG-2在30:1 左右的壓縮比時(shí)運(yùn)行良好。 MPEG-2在4-8Mbps時(shí)達(dá)到的質(zhì)量 適合消費(fèi)類視頻應(yīng)用，因此它很快在許多應(yīng)用中得到普及，如：數(shù)字衛(wèi)星電視、 數(shù)字有線電視、DVD以及后來的高清電視等。 另外，MPEG-%曾加了分級(jí)視頻編碼工具，以支持多層視頻編碼，即：時(shí)域 分級(jí)、空域分級(jí)、SNR分級(jí)以及數(shù)據(jù)分割。盡管MPEG-2中針對(duì)分級(jí)視頻應(yīng)用定 義了相關(guān)類別 (p

10、rofile) ， 不過支持單層編碼的主類 (Main Profile) 是當(dāng)今大 眾市場(chǎng)中得到廣泛應(yīng)用的唯一 MPEG-2類。MPEG-2解碼最初對(duì)于通用處理器及 DSP具有很高的處理要求。優(yōu)化的固定功能MPEG-2解碼器開發(fā)已問世，由于使 用量較高，成本已逐漸降低。MPEG-2證明低成本芯片解決方案的供應(yīng)是視頻編 解碼標(biāo)準(zhǔn)成功和普及的關(guān)鍵。 (3)MPEG-4(1994?1998),支持逐行掃描和隔行掃描，是基于視頻對(duì)象的編碼 標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)象識(shí)別提供了空間的可伸縮性。 MPEG-4由ISO提出，以延續(xù)MPEG-2的成功。一些早期的目標(biāo)包括：提高 容錯(cuò)能力以支持無線網(wǎng)、 對(duì)低比特率應(yīng)用

11、進(jìn)行更好的支持、 實(shí)現(xiàn)各種新工具以支 持圖形對(duì)象及視頻之間的融合。 大部分圖形功能并未在產(chǎn)品中受到重視， 相關(guān)實(shí) 施主要集中在改善低比特率壓縮及提高容錯(cuò)性上。 MPEG-4簡(jiǎn)化類(SP)以H.263為基礎(chǔ)，為改善壓縮增加了新的工具，包括： * 無限制的運(yùn)動(dòng)矢量：支持對(duì)象部分超出幀邊界時(shí)的預(yù)測(cè)。 * 可變塊大小運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償：可以在 16*16 或 8*8 粒度下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。 * 上下文自適應(yīng)幀內(nèi) DCT DC/AC 預(yù)測(cè)：可以通過當(dāng)前塊的左右相鄰塊預(yù)測(cè) DC/AC DCT 系數(shù)。 * 擴(kuò)展量化AC系數(shù)的動(dòng)態(tài)范圍，支持高清視頻：從 H.263的卜127:127] 到 [-2047, 20

12、47]。 增加了容錯(cuò)功能，以支持丟包情況下的恢復(fù)，包括： * 片斷重同步(Slice Resynchronization):在圖像內(nèi)建立片斷(slice),以便 在出現(xiàn)錯(cuò)誤后更快速的進(jìn)行重新同步。與 MPEG-2數(shù)據(jù)包大小不同，MPEG-4數(shù) 據(jù)包大小與用于描述MB的比特?cái)?shù)量脫離了聯(lián)系。因此，不管每個(gè)MB的信息量 多少，都可以在位流中按相同間隔進(jìn)行重新同步。 * 數(shù)據(jù)分割：這種模式允許利用唯一的運(yùn)動(dòng)邊界標(biāo)記將視頻數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)分割 成運(yùn)動(dòng)部分和DCT數(shù)據(jù)部分。這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量數(shù)據(jù)更嚴(yán)格的檢查。 如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，我們可以更清楚地了解錯(cuò)誤之處，從而避免在發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤情況下拋 棄所有運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)

13、。 * 可逆VLC: VLC編碼表允許后向及前向解碼。在遇到錯(cuò)誤時(shí)，可以在下一個(gè) slice進(jìn)行同步，或者開始編碼并且返回到出現(xiàn)錯(cuò)誤之處。 * 新預(yù)測(cè)(NEWPRED)主要用于在實(shí)時(shí)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)快速錯(cuò)誤恢復(fù)， 這些應(yīng)用中的 解碼器在出現(xiàn)丟包情況下采用逆向通道向解碼器請(qǐng)求補(bǔ)充信息。 MPEG-4高級(jí)簡(jiǎn)化類(ASP)以簡(jiǎn)化類為基礎(chǔ)，增加了與 MPEG-2類似的B 幀及隔行工具(用于Level 4及以上級(jí)別)。另外它還增加了四分之一像素運(yùn)動(dòng) 補(bǔ)償及用于全局運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)倪x項(xiàng)。 MPEG-4高級(jí)簡(jiǎn)化類比簡(jiǎn)化類的處理性能要求 更高，而且復(fù)雜性與編碼效率都高于 MPEG-2 MPEG-4最初用于因特網(wǎng)

14、數(shù)據(jù)流， 例如，已經(jīng)被Apple的QuickTime播放器采用。MPEG-4簡(jiǎn)化類目前在移動(dòng)數(shù) 據(jù)流中得到廣泛應(yīng)用。MPEG-4 AS%已經(jīng)流行的專有DivX編解碼器的基石。 (4) MPEG-7(1998-2000)是一種多媒體內(nèi)容描述的標(biāo)準(zhǔn)，定義了描述、描 述語和描述方案，便于處理多媒體內(nèi)容。 MPEG-7T獨(dú)立于MPEG勺其他標(biāo)準(zhǔn)使用，MPEG-7勺描述符與所描述內(nèi)容的壓 縮編碼或存儲(chǔ)方式無關(guān)，任何經(jīng)壓縮或未經(jīng)壓縮的多媒體信息都可以使用 MPEG-標(biāo)準(zhǔn)來描述。 數(shù)字電視視頻壓縮技術(shù)原理 摘要：視頻壓縮通過減少和去除冗余視頻數(shù)據(jù)的方式， 達(dá)到有效發(fā)送和存儲(chǔ)數(shù)字 視頻文件的目的。在

15、壓縮過程中，需要應(yīng)用壓縮算法對(duì)源視頻進(jìn)行壓縮以創(chuàng)建壓 縮文件，以便進(jìn)行傳輸和存儲(chǔ)。要想播放壓縮文件，則需要應(yīng)用相反的解壓縮算 法對(duì)視頻進(jìn)行還原，還原后的視頻內(nèi)容與原始的源視頻內(nèi)容幾乎完全相同。 壓縮、 發(fā)送、解壓縮和顯示文件所需的時(shí)間稱為延時(shí)。在相同處理能力下，壓縮算法越 高級(jí)，延時(shí)就越長(zhǎng)。 傳統(tǒng)的壓縮編碼是建立在香農(nóng)( Shannon)信息論基礎(chǔ)上的，它以 經(jīng)典的集合論為基礎(chǔ)，用統(tǒng)計(jì)概率模型來描述信源，但它未考慮信息接受 者的主觀特性及事件本身的具體含義、重要程度和引起的后果。因此，壓 縮編碼的發(fā)展歷程實(shí)際上是以香農(nóng)信息論為出發(fā)點(diǎn)，一個(gè)不斷完善的過程。 從不同角度考慮，數(shù)據(jù)壓縮編碼具

16、有不同的分類方式。 按信源的統(tǒng)計(jì)特性可分為預(yù)測(cè)編碼、變換編碼、矢量量化編碼、子帶 -小波編碼、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編碼方法等。 數(shù)眼的視覺特性可能基于方向?yàn)V波的圖像編碼、基于圖像輪廓一紋理 的編碼方法等。 按圖像傳遞的景物特性可分為分形編碼、基于內(nèi)容的編碼方法等。 視頻壓縮技術(shù)是計(jì)算機(jī)處理視頻的前提。視頻信號(hào)數(shù)字化后數(shù)據(jù)帶寬 很高，通常在20MB/秒以上，因此計(jì)算機(jī)很難對(duì)之進(jìn)行保存和處理。采用壓 縮技術(shù)以后通常數(shù)據(jù)帶寬右以降到 1-10MB/秒，這樣就可以將視頻信號(hào)保存 在計(jì)算機(jī)中并作相應(yīng)的處理。常用的算法是由 ISO制訂的，即JPEG和MPEG 算法。JPEG是靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，適用于連續(xù)

17、色調(diào)彩色或灰度圖像，它包 括兩部分：一是基于 DPCM值間線性預(yù)測(cè)）技術(shù)的無失真編碼，一是基于 DCT僭散余弓g變換）和哈夫曼編碼的有失真算法，前者壓縮比很小，主要應(yīng) 用的是后一種算法。在非線性編輯中最常用的是 MJPEGT法，即Motion JPEG它是將視頻信號(hào) 50幀/秒（PAL制式）變?yōu)?5幀/秒，然后按照25幀/ 秒的速度使用JPEG算法對(duì)每一幀壓縮。通常壓縮倍數(shù)在 3.5-5倍時(shí)可以達(dá) 到Betacam的圖像質(zhì)量。MPEGIT法是適用于動(dòng)態(tài)視頻的壓縮算法，它除了 對(duì)單幅圖像進(jìn)行編碼外還利用圖像序列中的相關(guān)原則，將冗余去掉，這樣 可以大大提高視頻的壓縮比。 前MPEG-I用于VC

18、D節(jié)目中，MPEG-II用于VOD DVD節(jié)目中。 數(shù)據(jù)壓縮的理論基礎(chǔ)是信息論，從信息論的角度來看，壓縮就是去掉數(shù)據(jù)中 的冗余，即保留不確定的信息，去掉確定的信息（可推知的），也就是用一種更 接近信息本質(zhì)的描述來代替原有冗余的描述。 數(shù)字圖像和視頻數(shù)據(jù)中存在著大量 的數(shù)據(jù)冗余和主觀視覺冗余，因此，圖像和視頻數(shù)據(jù)壓縮不僅是必要的， 而且也 是可能的。 視頻數(shù)據(jù)壓縮方法根據(jù)不同的依據(jù)可產(chǎn)生不同的分類。 最常見的是根據(jù)質(zhì)量 有無損失可分為有失真壓縮編碼和無失真壓縮編碼。按照壓縮冗余信息的機(jī)理不 同，目前的圖像壓縮編碼方法大致可以分為三類：一是，著眼于圖像信源的統(tǒng)計(jì) 特征的壓縮方式，主要采用統(tǒng)計(jì)

19、編碼法、預(yù)測(cè)編碼法、變換編碼法、矢量量化編 碼法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編碼法等；二是，著眼于人眼視覺特性的壓縮方式，主要采用基 于方向?yàn)V波的圖像編碼法，基于圖像輪廓-紋理的編碼法；三是，著眼于圖像傳 遞的景物（內(nèi)容）特征的壓縮方式，主要采用基于模型的（分形）編碼法。 視頻編解碼器（編碼器/解碼器）是指兩個(gè)協(xié)同運(yùn)行的壓縮-解壓算法。使用 不同標(biāo)準(zhǔn)的視頻編解碼器通常彼此之間互不兼容； 也就是說，使用一種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 壓縮的視頻內(nèi)容無法使用另外一種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行解壓縮。例如， MPEG-4Part2解碼器 就不能與 H.264 編碼器協(xié)同運(yùn)行。 這是因?yàn)橐环N算法無法正確地對(duì)另外一個(gè)算法 的輸出信號(hào)進(jìn)行解碼，然而我

20、們可以在同一軟件或硬件中使用多種不同的算法， 以支持對(duì)多種格式的文件進(jìn)行壓縮。 由于不同的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)會(huì)使用不同的方法來減少數(shù)據(jù)量， 因此壓縮結(jié)果在 比特率、質(zhì)量和延時(shí)方面也各不相同。 此外，由于編碼器的設(shè)計(jì)者可能會(huì)選擇使用某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所定義的不同工具集， 因此，即使是使用相同壓縮標(biāo)準(zhǔn)的編碼器之間，其壓縮結(jié)果也可能會(huì)存在差異。 不過， 只要編碼器的輸出信號(hào)符合標(biāo)準(zhǔn)的格式以及解碼器的要求， 就可以采用不 同的實(shí)施方式。 這是非常有利的， 因?yàn)椴煌膶?shí)施方式可實(shí)現(xiàn)不同的目標(biāo)， 滿足 不同的預(yù)算要求。 對(duì)用于管理光介質(zhì)存儲(chǔ)的非實(shí)時(shí)專業(yè)軟件編碼器來說， 應(yīng)該能 夠比用于視頻會(huì)議的集成在手

21、持設(shè)備中的實(shí)時(shí)硬件編碼器提供質(zhì)量更高的編碼 視頻。 因此， 即使是某個(gè)指定的標(biāo)準(zhǔn)也無法保證提供指定的比特率或質(zhì)量。 而且， 如果不事先確定實(shí)施方式， 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就無法與其它標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行正確的性能對(duì)比， 甚 至也無法與同一標(biāo)準(zhǔn)的其它實(shí)施方式進(jìn)行正確的性能對(duì)比。 與編碼器不同， 解碼器必須實(shí)施某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的所有必需部分， 才能對(duì)符合標(biāo)準(zhǔn) 的比特流進(jìn)行解碼。 這是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了解壓縮算法應(yīng)如何對(duì)壓縮視頻的 每個(gè)比特進(jìn)行還原。 壓縮技術(shù)與電視有很大的關(guān)系， 交織技術(shù)是最簡(jiǎn)單的壓縮形式， 它使帶寬以 2:1 的比例降低。人的視覺系統(tǒng)總要用一定時(shí)間才能識(shí)別圖像元素，如果在一定 的刷新頻率下，

22、 每幀圖像的停留時(shí)間長(zhǎng)于人眼觀察所需要的時(shí)間， 那么在下一幀 圖像的顯示過程中， 第一幅圖像仍然會(huì)殘留在人的視覺印象中。 這種視覺殘留可 以消除畫面的閃爍現(xiàn)象，將連續(xù)的畫面呈現(xiàn)在人們眼前。電影的幀速率為 24 幀 / 秒，但在顯示每一幀畫面的中間有一次中斷，所以實(shí)際的刷新率是 48 幀 / 秒。 因此對(duì)電影而言畫面更新率是 24 而刷新速率是 48。 電視則采用隔行掃描以獲得 同樣的效果。電視沒有采用電影的 24 幀而是采用了 25 幀與 30 幀是為了和電網(wǎng) 頻率同步降低對(duì)電源的要求。 用色差信號(hào)代替GBRJ號(hào)是另一種壓縮形式，利用了人眼對(duì)色彩細(xì)節(jié)不敏感 的特性。YUV亦稱YC

23、rCb是被歐洲電視系統(tǒng)所采用的一種顏色編碼方法 （PAD。 YUVfc要用于優(yōu)化彩色視頻信號(hào)的傳輸，使其向后兼容老式黑白電視。與 RGB 頻信號(hào)傳輸相比，它最大的優(yōu)點(diǎn)在于只需占用極少的帶寬（ RGBS求三個(gè)獨(dú)立的 視頻信號(hào)同時(shí)傳輸）。其中 7 表示明亮度（Luminance或Luma ,也就是灰階 值；而" U’和"V表示的則是色度（Chrominance或Chromy,作用是描述影 像色彩及飽和度，用于指定像素的顏色?！傲炼取笔峭ㄟ^RGB俞入信號(hào)來創(chuàng)建的， 方法是將RGB1號(hào)的特定部分疊加到一起。 “色度”則定義了顏色的兩個(gè)方面一 色調(diào)與飽和度，分別用Cr和CB來表示。其中

24、，Cr反映了 GB俞入信號(hào)紅色部分 與RGB言號(hào)亮度值之間的差異。而 CB反映的是RGB俞入信號(hào)藍(lán)色部分與RGB言 號(hào)亮度值之同的差異。 PAL NTSC SECA哪是壓縮的形式，稱為復(fù)合視頻系統(tǒng)（CVBS?）,他們?cè)诒? 留了黑白電視的頻道結(jié)構(gòu)的同時(shí)增加了色彩信號(hào)。 信號(hào)的細(xì)節(jié)取決于應(yīng)用的視頻 標(biāo)準(zhǔn)或者“制式” --NTSC （美國(guó)全國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)， National Television Standards Committee ）、PAL （逐行倒相，Phase Alternate Line ）以及 SECAM （順序傳送與存儲(chǔ)彩色電視系統(tǒng)，法國(guó)采用的一種電視制式， SEquen

25、tial Couleur Avec Memoire ）。NTS0口 PAL彩色視頻信號(hào)是這樣構(gòu)成的 —首先有一個(gè) 基本的黑白視頻信號(hào)， 然后在每個(gè)水平同步脈沖之后， 加入一個(gè)顏色脈沖和一個(gè) 亮度信號(hào)。 因?yàn)椴噬盘?hào)是由多種數(shù)據(jù)“疊加”起來的， 故稱之為“復(fù)合視頻”。 S-Video 則是一種信號(hào)質(zhì)量更高的視頻接口，它取消了信號(hào)疊加的方法，可有效 避免一些無謂的質(zhì)量損失。它的功能是將 RGBE原色和亮度進(jìn)行分離處理。 一般說來， 在幀內(nèi)以及幀與幀之間， 眾多的視頻序列均包含很大的統(tǒng)計(jì)冗余 度和主觀冗余度。視頻源碼的最終目標(biāo)是：通過挖掘統(tǒng)計(jì)冗余度和主觀冗余度， 來降低存儲(chǔ)和傳送視頻

26、信息所需的比特率； 并采用嫡編碼技術(shù)， 以便編制出 “最 小信息組” 一個(gè)實(shí)用的編碼方案， 是在編碼特性 （ 具有足夠質(zhì)量的高壓縮 ） 與實(shí)施 復(fù)雜性之間的一種折衷。對(duì)于 MPEGE縮算法的開發(fā)來講，涉及到這些標(biāo)準(zhǔn)的壽 命周期應(yīng)考慮到現(xiàn)代超大規(guī)模集成電路技術(shù)的能力， 這一點(diǎn)是最重要的。 根據(jù)應(yīng) 用的要求，我們也許會(huì)想到視頻數(shù)據(jù)的“無損失”編碼和“有損失”編碼“無損 失”編碼的目的在于：在保持原圖像質(zhì)量 （ 即解碼后的圖像質(zhì)量等同于編碼前的 圖像質(zhì)量 ） 情況下， 來減少需要存儲(chǔ)和傳送的圖像或視頻數(shù)據(jù)。 與此相反， “有損 失”編碼技術(shù)（該技術(shù)跟MPEGl和MPEG規(guī)頻標(biāo)準(zhǔn)未來的應(yīng)

27、用有關(guān)）的目的是， 去符合給定的存儲(chǔ)和傳送比特串。 重要的一些應(yīng)用包括； 利用限定的帶寬或很窄 的帶寬，通過通信頻道采傳送視頻信息；有效地存儲(chǔ)視頻信息。在這些應(yīng)用中， 高的視頻壓縮是以降低視頻質(zhì)量的辦法來實(shí)施的，即跟編碼以前的原始圖像相 比，解碼后的圖像“客觀”質(zhì)量有所降低 （ 也就是取原始圖像和再現(xiàn)圖像之間的 均方差，作為評(píng)定客觀圖像質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn) ） 頻道的目標(biāo)比特率越低；那么視頻所必 須進(jìn)行的壓縮率就越大， 通常可察覺的編碼人工產(chǎn)物也越多。 有損失編碼技術(shù)的 最終目的是： 在指定的目標(biāo)比特串條件下， 獲取最佳的圖像標(biāo)準(zhǔn)。 這里應(yīng)服從 “客 觀”或“主觀”上的最佳標(biāo)準(zhǔn)。這里應(yīng)該

28、指出，圖像的降級(jí)程度 （ 指客觀降低以 及可察覺到的人工產(chǎn)物的數(shù)量 ） 取決于壓縮技術(shù)的復(fù)雜性——對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的畫 面和視頻活動(dòng)少的圖像來講， 就是采用簡(jiǎn)單的壓縮技術(shù)， 也許能獲得根本不帶可 察覺人工產(chǎn)物的良好的再現(xiàn)圖像。 目前監(jiān)控中主要采用 MJPEG MPEG1/2 MPEG4(SP/ASP) H.264/AVC 等 幾種視頻編碼技術(shù)。對(duì)于最終用戶來言他最為關(guān)心的主要有：清晰度、查 儲(chǔ)量(帶寬)、穩(wěn)定性還有價(jià)格。采用不同的壓縮技術(shù)，將很大程度影響以 上幾大要素。 MJPEG MJPEG (Motion JPEG )壓縮技術(shù)， HE 要^是［二靜態(tài)視頻壓縮發(fā)展起來 的技術(shù)，

29、它的主要特點(diǎn)是基本不考慮視頻流中不同幀之間的變化,只單獨(dú) 對(duì)某一幀進(jìn)行壓縮。 MJPEGE縮技術(shù)可以獲取清晰度很高的視頻圖像，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整幀率、 分辨率。但由于沒有考慮到幀間變化，造成大量冗余信息被重復(fù)存儲(chǔ)，因 此單幀視頻的占用空間較大，目前流行的 MJPEGK術(shù)最好的也只能做到 3K 字節(jié)/幀，通常要 8~20K! MPEG-1/2 MPEG-1(1988- 1992),可以提供最高達(dá)1.5Mbps的數(shù)字視頻，只支持逐行 掃描。MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì) SIF標(biāo)準(zhǔn)分辨率(NTSC制為352X240; PAL制為 352X288)的圖像進(jìn)行壓縮.壓縮位率主要目標(biāo)為 1.5Mb/s.較M

30、JPEGK術(shù)， MPEG在實(shí)時(shí)壓縮、每幀數(shù)據(jù)量、處理速度上有顯著的提高。但 MPEG也有 較多不利地方：存儲(chǔ)容量還是過大、清晰度不夠高和網(wǎng)絡(luò)傳輸困難。 MPEG-2(1990- 1994),支持的帶寬范圍從 2Mbps至U超過 20Mbp MPEG-2f 向兼容MPEG-1但增加了對(duì)隔行掃描的支持，并有更大的伸縮性和靈活性； MPEG-2在MPEG-1基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)充和提升，和 MPEG-1向下兼容，主要針 對(duì)存儲(chǔ)媒體、數(shù)字電視、高清晰等應(yīng)用領(lǐng)域、分辨率為：低 (352x288),中 (720x480),次高(1440x1080),高(1920x1080) 。 MPEG-2 視頻相對(duì) MP

31、EG-1 提升了分辨率，滿足了用戶高清晰的要求，但由于壓縮性能沒有多少提高， 使得存儲(chǔ)容量還是太大，也不適和網(wǎng)絡(luò)傳輸。 MPEG-4 MPEG-4(1994- 1998),支持逐行掃描和隔行掃描，是基于視頻對(duì)象的編碼 標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)象識(shí)別提供了空間的可伸縮性； MPEG-4視頻壓縮算法相對(duì)于 MPEG-1/2在低比特率壓縮上有著顯著提高，在 CIF (352*288 )或者更高清 晰度(768*576 )情況下的視頻壓縮，無論從清晰度還是從存儲(chǔ)量上都比 MPEG1M有更大的優(yōu)勢(shì)，也更適合網(wǎng)絡(luò)傳輸。另外 MPEG-4可以方便地動(dòng)態(tài) 調(diào)整幀率、比特率，以降低存儲(chǔ)量。 MPEG-4由于系統(tǒng)設(shè)

32、計(jì)過于復(fù)雜，使得 MPEG-4難以完全實(shí)現(xiàn)并且兼容， 很難在視頻會(huì)議、可視電話等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)，這一點(diǎn)有點(diǎn)偏離原來地初衷。另 外對(duì)于電國(guó)企業(yè)來說還要面臨高昂的專利費(fèi)問題，目前規(guī)定： —每臺(tái)解碼設(shè)備需要交給 MPEG-LA 0.25美元。 —編碼/解碼設(shè)備還需要按時(shí)間交費(fèi)（ 4美分/天=1.2美元/月=14.4 美元/年）。 H.264/AVC 視頻壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)主要有由 ITU-T制定的H.261、H.262、H.263、H.264 和由 MPEG制定的 MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4,其中 H.262/MPEG-2 和 H.264/MPEG-4 AVC 由 ITU-T 與 MP

33、EGK合制定。 從簡(jiǎn)單來說H.264就是一種視頻編碼技術(shù)，與微軟的 WMV9WS于同一 種技術(shù)也就是壓縮動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)的“編解碼器”程序。 一般來說，如果動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)未經(jīng)壓縮就使用的話，數(shù)據(jù)量非常大， 容易造成通信線路故障及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量緊張。因此，在發(fā)送動(dòng)態(tài)圖像時(shí)、 或者把影像內(nèi)容保存在 DVD上時(shí)、以及使用存儲(chǔ)介質(zhì)容量較小的數(shù)碼相機(jī) 或相機(jī)手機(jī)拍攝映像時(shí),就必須使用編解碼器。雖然編解碼器有許多種類， 但DVD-Video與微波數(shù)字電視等使用的主要是 MPEG2數(shù)碼相機(jī)等攝像時(shí)主 要使用MPEG4 既然作為壓縮視頻編碼技術(shù)， H.264最大的作用對(duì)視頻的壓縮了。我們 熟悉的MPEG

34、2t就是最常用的 DVD視頻編碼技術(shù)已經(jīng)比較落后。 對(duì)于最希望看到的 HDTV的節(jié)目如果播放時(shí)間在 2小時(shí)左右的話，使用 MPEG2t小只能壓縮至 30GB而使用 H.264、WMV抵樣的高壓縮率編解碼 器,在畫質(zhì)絲毫不降的前提下可壓縮到 15GB以下。 上面的例子可以看出 H.264的技術(shù)優(yōu)勢(shì)了，一般來說 H.264的數(shù)據(jù)壓 縮率在MPEG2勺2倍以上、MPEG4勺1.5倍以上。從理論上來說，在相同畫 質(zhì)、相同容量的情況下，可比目前的 DV叱盤多保存2倍以上時(shí)間的影像。 有望作為電影與音樂會(huì)等映像內(nèi)容與便攜設(shè)備的編解碼器廣泛使用。預(yù)計(jì) 支持該技術(shù)的產(chǎn)品與服務(wù)將于 2004年內(nèi)問世。

35、 大家是否都能記得當(dāng)年的視頻解壓卡，也就是我們說的 DVD/VCD解壓 縮卡，這個(gè)東西的原理很簡(jiǎn)單，就是板卡上安裝了 DSP包，而這個(gè)芯片 唯一的功能就是用來針對(duì)特殊格式的編碼進(jìn)行解壓縮，當(dāng)后來顯卡的性能— 逐漸增強(qiáng)可以滿足視頻播放需要的時(shí)候，視頻解壓縮卡也就消失的不見了。 而ATI的做法就是最新的 R520 VPU內(nèi)就包含了 H.264解碼技術(shù)，這種 特殊的算法直接交給顯卡 VPU來運(yùn)算，而不是完全交給 CPU處理，這樣就 可以解放出CPU進(jìn)行更多其他復(fù)雜的運(yùn)算。 H.264集中了以往標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域都得到突破性進(jìn)展，使得它 獲得比以往標(biāo)準(zhǔn)好得多整體性能： — 和H.263+

36、和MPEG-4 SP相比最多可節(jié)省 50%的碼率，使存儲(chǔ)容量 大大降低； — H.264在不同分辨率、不同心率下都能提供較高的視頻質(zhì)量： — 采用“網(wǎng)絡(luò)友善”的結(jié)構(gòu)和語法，使其更有利于網(wǎng)絡(luò)傳輸。 H.264采用簡(jiǎn)潔設(shè)計(jì)，使它比MPEG4E容易推廣，更容易在視頻會(huì)議、 視頻電話中實(shí)現(xiàn),更容易實(shí)現(xiàn)互連互通，可以簡(jiǎn)便地和 G.729等低比特率 語音壓縮組成一個(gè)完整的系統(tǒng)。 MPEG LA吸收 MPEG-4使高昂專利費(fèi)而使它難以推廣的教訓(xùn)， MPEG LA 制定了以下低廉的 H.264收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)：H.264廣播時(shí)基本不收費(fèi)；產(chǎn)品中嵌入 H.264編/解碼器時(shí)，年產(chǎn)量 10萬臺(tái)以下不收取費(fèi)，超過 10萬臺(tái)每臺(tái)收取 0.2美元，超過500萬臺(tái)每臺(tái)收取0.1美元。低廉的專利費(fèi)使得中國(guó) H.264 監(jiān)控產(chǎn)品更容易走向世界。 參考文獻(xiàn) 1 .盧官明，宗昉.數(shù)字電視原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008. 2 .姜秀華，柴劍平，等.現(xiàn)代電視原理[M].北京：高等教育出版社，2008. 3 .劉毓敏，等.數(shù)字視音頻技術(shù)應(yīng)用[M] .北京：機(jī)械出版社，2003.