数字电视信源编码技术幻灯片.ppt

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1、数字电视信源编码技术第1页，共135页，编辑于2022年，星期六概述概述通过压缩编码技术来去除视频、音频、数据通过压缩编码技术来去除视频、音频、数据等原始信号的冗余信息，以实现码率压缩与带宽等原始信号的冗余信息，以实现码率压缩与带宽减小，使信号在各种传输信道中能够有效传输。减小，使信号在各种传输信道中能够有效传输。1、数字电视信源编码的目的、数字电视信源编码的目的Copyright 2013.Shi Ping CUC第2页，共135页，编辑于2022年，星期六2、压缩的必要性、压缩的必要性电视信号数字化后：数码率高，数据量大。电视信号数字化后：数码率高，数据量大。例如：例如：4：2：2编码、编

2、码、8比特量化的比特量化的SDTV信号，其数码率信号，其数码率为为216 Mbps。若按每。若按每2bit构成一个周期，则传输这样构成一个周期，则传输这样一路数字电视信号需要有一路数字电视信号需要有108MHz的通道带宽。的通道带宽。4：2：2编码、编码、8比特量化时，一帧比特量化时，一帧SDTV图像的数据量图像的数据量约为约为8.6Mb，要记录，要记录10分钟的电视节目就需要分钟的电视节目就需要130Gb的的存储器容量。存储器容量。综上所述，要实现数字电视信号的有效存储和传输，综上所述，要实现数字电视信号的有效存储和传输，就需要采取措施降低其数据量和数码率就需要采取措施降低其数据量和数码率C

3、opyright 2013.Shi Ping CUC第3页，共135页，编辑于2022年，星期六3、压缩的可能性（以视频信号为例）、压缩的可能性（以视频信号为例）视频压缩过程：去除图像中与信息无关或对图像质量影视频压缩过程：去除图像中与信息无关或对图像质量影响不大的部分，即冗余部分。电视信号中存在很多这样响不大的部分，即冗余部分。电视信号中存在很多这样的冗余部分，这就为压缩提供了可能性。的冗余部分，这就为压缩提供了可能性。视频信号的冗余性表现在以下几个方面：视频信号的冗余性表现在以下几个方面：l 空间相关冗余空间相关冗余l 时间相关冗余时间相关冗余l 视觉冗余视觉冗余l 熵冗余熵冗余Copyr

4、ight 2013.Shi Ping CUC第4页，共135页，编辑于2022年，星期六空间相关冗余空间相关冗余Copyright 2013.Shi Ping CUC第5页，共135页，编辑于2022年，星期六时间相关冗余（帧间相关冗余）时间相关冗余（帧间相关冗余）tt1tt2Copyright 2013.Shi Ping CUC第6页，共135页，编辑于2022年，星期六人眼视觉冗余人眼视觉冗余人眼视觉特性：人眼视觉特性：l对静止或缓慢运动图像的灰度等级及图像细节对静止或缓慢运动图像的灰度等级及图像细节的分辨力高的分辨力高l对快速运动图像的灰度等级及图像细节的分辨对快速运动图像的灰度等级及图

5、像细节的分辨力低力低l观察大面积图像时，对灰度等级分辨力高，对细节观察大面积图像时，对灰度等级分辨力高，对细节分辨力低分辨力低l观察细节时，对灰度等级分辨力低，对细节分辨观察细节时，对灰度等级分辨力低，对细节分辨力高力高人眼接收综合信息的能力有限人眼接收综合信息的能力有限Copyright 2013.Shi Ping CUC第7页，共135页，编辑于2022年，星期六利用人眼的视觉特性利用人眼的视觉特性对静止或缓慢运动图像：对静止或缓慢运动图像：l减小帧率减小帧率l在图像细节部分选择较高的取样频率和较低的在图像细节部分选择较高的取样频率和较低的量化比特数量化比特数l在大面积像块区域选择较低的取

6、样频率和较高的在大面积像块区域选择较低的取样频率和较高的量化比特数量化比特数对快速运动图像：对快速运动图像：l 提高帧率提高帧率l 降低取样频率和量化比特数降低取样频率和量化比特数Copyright 2013.Shi Ping CUC第8页，共135页，编辑于2022年，星期六自信息量自信息量定义：指某个随机事件（或消息）发生后所提供的信息数量的多定义：指某个随机事件（或消息）发生后所提供的信息数量的多少少任意随机事件的自信息量为该事件发生概率的倒数的对数。任意随机事件的自信息量为该事件发生概率的倒数的对数。熵冗余熵冗余Copyright 2013.Shi Ping CUC第9页，共135页，

7、编辑于2022年，星期六信源熵（信源每个符号的平均信息量）：信源熵（信源每个符号的平均信息量）：P(xi)是符号是符号xi出现的概率出现的概率平均码长（每个符号的平均编码长度）：平均码长（每个符号的平均编码长度）：熵冗余平均码长信息熵熵冗余平均码长信息熵li 是符号是符号xi 的编码码长的编码码长Copyright 2013.Shi Ping CUC第10页，共135页，编辑于2022年，星期六例如：例如：某一图像总共可出现某一图像总共可出现4个灰度级，对每个灰度级进行二进制定个灰度级，对每个灰度级进行二进制定长编码时，码长为长编码时，码长为2比特，即比特，即 L 2bit/符号符号。当每个灰

8、度级出现的概率不相等时：当每个灰度级出现的概率不相等时：设灰度级设灰度级14的概率分别为的概率分别为1/8、3/8、3/8、1/8，熵冗余熵冗余L H 21.810.19 bit/符号符号Copyright 2013.Shi Ping CUC第11页，共135页，编辑于2022年，星期六若采用变长编码方式，对概率大的符号赋予短码，对概若采用变长编码方式，对概率大的符号赋予短码，对概率小的符号赋予长码，则可降低平均码长率小的符号赋予长码，则可降低平均码长L熵冗余熵冗余1.8751.810.065 bit/符号符号例如，灰度级例如，灰度级1 3/8 1 灰度级灰度级2 3/8 01 灰度级灰度级3

9、 1/8 001 灰度级灰度级4 1/8 000所以，采用变长编码可降低信源熵冗余所以，采用变长编码可降低信源熵冗余Copyright 2013.Shi Ping CUCreturn第12页，共135页，编辑于2022年，星期六视频压缩编码技术视频压缩编码技术第一代视频编码技术（经典的视频编码技术）：第一代视频编码技术（经典的视频编码技术）：l以香农信息论为基础以香农信息论为基础l采用基于象素或象素块的方法来表征视频信息采用基于象素或象素块的方法来表征视频信息l利用图像信号的统计特性来设计编码器利用图像信号的统计特性来设计编码器l未考虑事件本身的具体含义、重要程度及引起后果未考虑事件本身的具体

10、含义、重要程度及引起后果l未充分考虑人眼视觉特性对编码图像的影响未充分考虑人眼视觉特性对编码图像的影响l只能去除数据冗余低层压缩只能去除数据冗余低层压缩1、视频压缩编码技术的研究进展、视频压缩编码技术的研究进展变换编码：变换编码：DCT+量化量化预测编码：预测编码：MC 帧间预测帧间预测熵编码：熵编码：VLCCopyright 2013.Shi Ping CUC第13页，共135页，编辑于2022年，星期六第二代视频编码技术：第二代视频编码技术：l突破了香农信息论的框架突破了香农信息论的框架l采用基于内容的方法来表征视频信息采用基于内容的方法来表征视频信息l充分考虑人眼视觉特性及信源特性充分考

11、虑人眼视觉特性及信源特性l通过去除内容冗余来实现数据压缩通过去除内容冗余来实现数据压缩l基于对象的视频压缩中层压缩基于对象的视频压缩中层压缩l基于语义的视频压缩高层压缩基于语义的视频压缩高层压缩分形编码分形编码分级编码分级编码模型基编码模型基编码Copyright 2013.Shi Ping CUC第14页，共135页，编辑于2022年，星期六视频压缩编码用到的主要算法视频压缩编码用到的主要算法统计编码统计编码变换变换编码编码预测预测编码编码分析、综合编码分析、综合编码霍霍夫夫曼曼编编码码游游程程编编码码算算术术编编码码字字典典编编码码DCT变换变换编码编码运运动动补补偿偿预预测测编编码码子子

12、带带编编码码分分级级编编码码分分形形编编码码模模型型基基编编码码Copyright 2013.Shi Ping CUC第15页，共135页，编辑于2022年，星期六2、视频压缩编码分类视频压缩编码分类按无损压缩和有损压缩进行分类：按无损压缩和有损压缩进行分类：无损压缩编码、有损压缩编码无损压缩编码、有损压缩编码按信源模型进行分类：按信源模型进行分类：基于波形编码、基于内容编码基于波形编码、基于内容编码按压缩编码原理进行分类：按压缩编码原理进行分类：统计编码、预测编码、变换编码、矢量量化编码统计编码、预测编码、变换编码、矢量量化编码Copyright 2013.Shi Ping CUC第16页，

13、共135页，编辑于2022年，星期六3、预测编码、预测编码3.1 预测编码的基本原理预测编码的基本原理预测编码传送的不是实际像素值，而是实际值与其预测预测编码传送的不是实际像素值，而是实际值与其预测值之间的差值，即预测误差。值之间的差值，即预测误差。像素的预测值由其在时间和空间上相邻的若干个像素的像素的预测值由其在时间和空间上相邻的若干个像素的线性组合产生，它反映了在预测区域内各像素的共性部线性组合产生，它反映了在预测区域内各像素的共性部分，因此用像素的实际值减去其预测值就可基本去除像分，因此用像素的实际值减去其预测值就可基本去除像素间的相关性。素间的相关性。Copyright 2013.Sh

14、i Ping CUC第17页，共135页，编辑于2022年，星期六预测器预测器enXn预测器预测器Xnenen量化器量化器编码器编码器传输通道传输通道解码器解码器输入输入输出输出en en x Xn xXn en Xn x若不考虑量化器的影响，则有Xn Xn（无损压缩）x：量化误差：量化误差Copyright 2013.Shi Ping CUC第18页，共135页，编辑于2022年，星期六预测编码的压缩效果取决于预测器的预测精度，精度越预测编码的压缩效果取决于预测器的预测精度，精度越高，预测误差越小，量化时所需的量化比特数就越少，高，预测误差越小，量化时所需的量化比特数就越少，压缩率也就越高。

15、压缩率也就越高。一般来说，参与预测的像素数越多，预测值就越精确，一般来说，参与预测的像素数越多，预测值就越精确，但同时预测器电路组成也就越复杂。但同时预测器电路组成也就越复杂。利用相关像素值利用相关像素值x1、x2 xn-1来预测当前像素值来预测当前像素值a1、a2an-1称为相关系数，且满足：称为相关系数，且满足：Copyright 2013.Shi Ping CUC第19页，共135页，编辑于2022年，星期六3.2 帧内预测编码帧内预测编码X1X2X3X4X5X6X7上一行相隔行当前行当前像素a6a4a3a2D6D4D3D2输入由距由距X7最近的四个像素最近的四个像素X6、X4、X3、X

16、2参与对参与对X7的预测。的预测。相关系数为：相关系数为：a61/2、a4 a21/8、a31/4，则：，则：1/2 X6 1/8 X4 1/4 X3 1/8 X2D6TS（TS为取样周期为取样周期）D4THTS（TH为行周期为行周期）D3THD2THTSCopyright 2013.Shi Ping CUC第20页，共135页，编辑于2022年，星期六3.3 帧间预测编码帧间预测编码帧存储器帧存储器Xnenen量化器量化器编码器编码器输入输入输出输出当图像场景或摄像机静止不动时，当前帧象素块的预测值就是前当图像场景或摄像机静止不动时，当前帧象素块的预测值就是前一时刻参考帧同一位置上的象素块；

17、一时刻参考帧同一位置上的象素块；如果图像场景或摄像机是运动的，则需要在参考帧中找到与当前如果图像场景或摄像机是运动的，则需要在参考帧中找到与当前帧象素块最匹配的象素块，作为当前帧象素块的预测值（运动补帧象素块最匹配的象素块，作为当前帧象素块的预测值（运动补偿帧间预测）。偿帧间预测）。Copyright 2013.Shi Ping CUC第21页，共135页，编辑于2022年，星期六3.4 预测编码的实质预测编码的实质由信息论可知，信源冗余来自信源本身的相关性以及信源由信息论可知，信源冗余来自信源本身的相关性以及信源概率分布的不均匀性。因此，去除信源相关性以及改变信概率分布的不均匀性。因此，去除

18、信源相关性以及改变信源的概率分布模型，即可实现数据压缩。源的概率分布模型，即可实现数据压缩。预测编码的实质是降低了图像在时间或空间上的相预测编码的实质是降低了图像在时间或空间上的相关性。关性。预测编码中：预测编码中：l量化环节可造成图像质量下降量化环节可造成图像质量下降l误码传递可造成局部图像损伤误码传递可造成局部图像损伤Copyright 2013.Shi Ping CUC第22页，共135页，编辑于2022年，星期六3.5 运动估计与运动补偿运动估计与运动补偿运动估计：对运动物体的位移作出估计，即求出运动矢量运动估计：对运动物体的位移作出估计，即求出运动矢量运运动动补补偿偿：按按照照运运动

19、动矢矢量量，对对上上一一帧帧做做位位移移，然然后后求求出出对对当当前前帧的预测值。帧的预测值。运动矢量运动矢量运动估计运动估计运动补偿运动补偿前一帧前一帧当前帧当前帧预测的当前帧预测的当前帧编码编码差值图像差值图像Copyright 2013.Shi Ping CUC第23页，共135页，编辑于2022年，星期六运动补偿帧间预测编码方框图：运动补偿帧间预测编码方框图：输入输入量化器量化器反量反量化器化器帧存帧存储器储器运动补偿运动补偿运动估计运动估计编码器编码器输出输出当前帧当前帧预测帧预测帧运动矢量运动矢量帧差信号帧差信号Copyright 2013.Shi Ping CUC第24页，共13

20、5页，编辑于2022年，星期六运动估计运动估计块匹配法：块匹配法：将将图图像像分分成成若若干干个个大大小小为为MN的的子子像像块块，假假定定同同一一子子像块内所有像素具有相同的位移。像块内所有像素具有相同的位移。假假定定帧帧间间最最大大水水平平位位移移和和最最大大垂垂直直位位移移分分别别为为Wx和和Wy个像素；个像素；对对于于当当前前帧帧的的每每一一个个块块在在前前一一帧帧相相应应位位置置开开辟辟大大小小为为(M+2 Wx)(N+2 Wy)的一块搜索区；的一块搜索区；在搜索区内求出当前帧对应块的最佳匹配块；在搜索区内求出当前帧对应块的最佳匹配块；求出运动矢量。求出运动矢量。Copyright

21、2013.Shi Ping CUC第25页，共135页，编辑于2022年，星期六前一帧搜索区前一帧搜索区当前帧当前帧像素块像素块M+2WxN+2WyWxWxWyWyNMCopyright 2013.Shi Ping CUC第26页，共135页，编辑于2022年，星期六jij：垂直位移量垂直位移量i：水平位移量：水平位移量Copyright 2013.Shi Ping CUC第27页，共135页，编辑于2022年，星期六块匹配准则：块匹配准则：l 均方误差（均方误差（MSE）最小准则）最小准则l 绝对误差均值（绝对误差均值（MAD）最小准则）最小准则Copyright 2013.Shi Ping

22、 CUC第28页，共135页，编辑于2022年，星期六l 最大归一化互相关函数（最大归一化互相关函数（NCCF）准则）准则Copyright 2013.Shi Ping CUC第29页，共135页，编辑于2022年，星期六搜索方法：搜索方法：l 穷穷尽尽搜搜索索法法：对对搜搜索索区区域域内内的的每每一一点点都都用用匹匹配配准准则则进进行行计计算。算。l 二维对数法二维对数法l 三步搜索法三步搜索法l 分块全搜索法：分块全搜索法：Copyright 2013.Shi Ping CUC第30页，共135页，编辑于2022年，星期六4、变换编码、变换编码4.1 变换编码的基本原理变换编码的基本原理通

23、过一种线性运算关系将空间域的图像信号变换到变通过一种线性运算关系将空间域的图像信号变换到变换域或频率域的正交矢量空间，然后进行编码。换域或频率域的正交矢量空间，然后进行编码。像素块化像素块化传输传输通道通道熵解码熵解码输入输入输出输出发端发端收端收端熵编码熵编码量化器量化器反量化器反量化器正交变换正交变换正交反变换正交反变换Copyright 2013.Shi Ping CUC第31页，共135页，编辑于2022年，星期六变换编码的根本目的是去除图像的相关性！变换编码的根本目的是去除图像的相关性！K-L 变换：最佳正交变换，变换后系数互不相关，而且变换：最佳正交变换，变换后系数互不相关，而且能

24、量主要集中在少数系数上。但能量主要集中在少数系数上。但K-L变换矩阵不是固定变换矩阵不是固定的，而是与图像统计特性有关，因此没有快速算法，的，而是与图像统计特性有关，因此没有快速算法，只适合进行理论分析与实验。只适合进行理论分析与实验。DCT 变换：次最佳正交变换，变换压缩性能接近变换：次最佳正交变换，变换压缩性能接近K-L变变换，具有良好的去相关性及能量压缩特性，同时变换矩换，具有良好的去相关性及能量压缩特性，同时变换矩阵是固定的，与图像内容无关，有快速算法。阵是固定的，与图像内容无关，有快速算法。DCT变变换在图像压缩领域得到广泛应用。换在图像压缩领域得到广泛应用。变换编码中对变换系数的量

25、化是造成图像损伤的主要变换编码中对变换系数的量化是造成图像损伤的主要原因。图像损伤的表现形式主要是块效应。原因。图像损伤的表现形式主要是块效应。Copyright 2013.Shi Ping CUC第32页，共135页，编辑于2022年，星期六DCT 变换编码的特点：变换编码的特点：l在变换域中描述视频图像要比在空间域中简单在变换域中描述视频图像要比在空间域中简单l视频图像的相关性明显下降，信号的能量主要集中在少视频图像的相关性明显下降，信号的能量主要集中在少数几个变换系数上，采用量化和熵编码可有效地压缩其数几个变换系数上，采用量化和熵编码可有效地压缩其数据量数据量l可充分利用人眼的视觉特性可

26、充分利用人眼的视觉特性l具有较强的抗干扰能力，传输过程中的误码对图像具有较强的抗干扰能力，传输过程中的误码对图像质量的影响远小于预测编码质量的影响远小于预测编码lDCT有快速算法，能实现实时视频处理有快速算法，能实现实时视频处理Copyright 2013.Shi Ping CUC第33页，共135页，编辑于2022年，星期六4.2 离散余弦变换（离散余弦变换（DCT）设图像块的样点数为设图像块的样点数为NN，其样值方阵用，其样值方阵用f(x,y)表示，表示，则二维离散余弦变换的公式为：则二维离散余弦变换的公式为：Copyright 2013.Shi Ping CUC第34页，共135页，编辑

27、于2022年，星期六F(u,v)=图像分块及变换：图像分块及变换：通通常常将将图图像像分分解解成成88的的像像素素块块，然然后后进进行行DCT变变换换。变换后得到由变换后得到由88频域系数组成的矩阵。频域系数组成的矩阵。F00：DC系数，代表该像素块的直流分量或平均亮度值系数，代表该像素块的直流分量或平均亮度值其它为其它为AC系数系数Copyright 2013.Shi Ping CUC第35页，共135页，编辑于2022年，星期六一一般般电电视视图图像像的的构构成成都都是是以以大大、中中面面积积内内容容为为主主，精精细细内内容容较较少少，因因而而可可估估计计到到，系系数数矩矩阵阵中中左左上上

28、方方的的系系数数值值会会大大些些，而而越越接接近近右右下下角角，系数值会越小系数值会越小f(x,y)=F(u,v)=Copyright 2013.Shi Ping CUC第36页，共135页，编辑于2022年，星期六利用人眼的视觉冗余性利用人眼的视觉冗余性l左上角附近的系数细量化（量化间隔小）左上角附近的系数细量化（量化间隔小）l右下角附近的系数粗量化（量化间隔大）右下角附近的系数粗量化（量化间隔大）l量化后的系数取整量化后的系数取整F(u,v)F(u,v)/Q(u,v)Q(u,v)=F(u,v)=4.3、DCT系数量化系数量化Copyright 2013.Shi Ping CUC第37页，共

29、135页，编辑于2022年，星期六5、熵编码、熵编码5.1 熵编码的基本原理熵编码的基本原理根据图像的统计特性来去除图像象素值的概率分布不均根据图像的统计特性来去除图像象素值的概率分布不均匀性，使编码后的图像数据接近于其信源熵，同时不产匀性，使编码后的图像数据接近于其信源熵，同时不产生任何失真。生任何失真。l基于图像概率分布特性的基于图像概率分布特性的霍夫曼编码霍夫曼编码、算术编码、算术编码l基于图像相关性的基于图像相关性的游程编码游程编码Copyright 2013.Shi Ping CUC第38页，共135页，编辑于2022年，星期六5.2 可变长编码（可变长编码（VLC）按按信信源源符符

30、号号出出现现概概率率的的不不同同分分配配给给不不同同长长度度的的码码字字比比特特数数。即即出出现现概概率率大大的的符符号号编编码码码码字字短短，出出现现概概率率小小的的符符号编码码字长。也称可变长编码（号编码码字长。也称可变长编码（VLC）前提条件：必须知道每个符号的出现概率前提条件：必须知道每个符号的出现概率特特点点：具具有有单单义义可可译译性性。即即：任任何何一一个个长长码码都都不不会会是是另另两两个个短短码码复复合合而而成成，任任何何一一个个短短码码不不会会是是另另一一个个长长码码的的前缀。前缀。因因此此，收收信信端端可可从从接接收收到到的的码码字字串串中中分分断断开开每每个个码码字字，

31、不会发生码字混淆。不会发生码字混淆。Copyright 2013.Shi Ping CUC第39页，共135页，编辑于2022年，星期六是一种最优可变长码，基本原理为：是一种最优可变长码，基本原理为：l将信源发出的符号按出现概率的大小次序排列将信源发出的符号按出现概率的大小次序排列l对对两两个个概概率率最最小小的的符符号号分分别别赋赋以以“0”、“1”，并并将将这两个概率相加之后作为一个新符号的概率这两个概率相加之后作为一个新符号的概率l对对符符号号概概率率重重新新排排队队后后再再取取两两个个概概率率最最小小的的符符号号分分别赋以别赋以“0”、“1”，并将这两个概率相加，并将这两个概率相加l依

32、此类推，直到所有概率相加得到依此类推，直到所有概率相加得到1为止为止l由由后后向向前前沿沿各各支支路路逐逐一一写写出出“0”、“1”，此此码码字字即为霍夫曼编码码字即为霍夫曼编码码字5.3 霍夫曼编码霍夫曼编码Copyright 2013.Shi Ping CUC第40页，共135页，编辑于2022年，星期六例如：设信源各符号出现的概率为：例如：设信源各符号出现的概率为：xix1x2x3 x4 x5 x6x7 x8 Pi0.200.190.180.170.150.100.005 0.005符号符号(xi)概率概率(Pi)x1x2x3x4x5x6x7x80.200.190.180.170.150

33、.100.0050.005010.01010.11100.26010.35010.39010.61011.00码字码字(wi)010011111010110011000110000码长码长(ni)22333455Copyright 2013.Shi Ping CUC第41页，共135页，编辑于2022年，星期六信源熵：信源熵：采采用用等等长长编编码码方方式式时时，每每个个符符号号需需要要3bit，即即平平均均码码长为长为3bit/符号，熵冗余为符号，熵冗余为0.38 bit/符号。符号。采用可变长编码时，平均码长为：采用可变长编码时，平均码长为：熵冗余为熵冗余为0.11 bit/符号符号Cop

34、yright 2013.Shi Ping CUC第42页，共135页，编辑于2022年，星期六5.4 DCT系数的熵编码系数的熵编码MPEG2中中，像像素素块块矩矩阵阵经经DCT变变换换、量量化化后后，要要进进行行Z形形扫描、游程编码和霍夫曼编码扫描、游程编码和霍夫曼编码Z 形扫描形扫描:F(u,v)=Copyright 2013.Shi Ping CUC第43页，共135页，编辑于2022年，星期六游程编码游程编码:将一维序列用二维数组将一维序列用二维数组(run,level)表示。表示。run：表示连零的长度：表示连零的长度level:表示连零之后出现的第一个非零值表示连零之后出现的第一个

35、非零值当所有值都为零时用符号当所有值都为零时用符号EOB表示表示Z形读出形读出158，0，-1，-1，-1，-1，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0游程编码：游程编码：（0，158），（），（1，-1）（）（0，-1），（），（0，-1）（）（0，-1），），EOBCopyright 2013.Shi Ping CUC第44页，共135页，编辑于2022年，星期六DC系数：差值编码（系数：差值编码（D

36、PCM），霍夫曼编码；），霍夫曼编码；即：即：DIFFDCi DCi-1对对DIFF进行霍夫曼编码进行霍夫曼编码AC系数：游程编码，霍夫曼编码系数：游程编码，霍夫曼编码MPEG2中中AC系数游程编码：系数游程编码：（1，-1）（）（0，-1），（），（0，-1）（）（0，-1），），EOBCopyright 2013.Shi Ping CUC第45页，共135页，编辑于2022年，星期六DCDC系数的系数的DIFFDIFF熵编码（查表法）熵编码（查表法）DIFF码字码字1 1码字码字2 20000-1，10100，1-3，-2，2，301100，01，10，11-7.-4，4710000001

37、1，100111-15-8，81510100000111，10001111-3116，1631110-63-32，32631110-127-64，6412711110-255-128，128255111110-511-256，2565111111110-1023-512，512102311111110-2047-1024，10242047111111110编码码字码字编码码字码字1 1码字码字2 2 若若DIFF2，则码字为则码字为 01110Copyright 2013.Shi Ping CUC第46页，共135页，编辑于2022年，星期六ACAC系数熵编码（表系数熵编码（表1 1）AC系数

38、系数位长位长码字码字2000-1，110，1-3，-2，2，3200，01，10，11-7.-4，473000011，100111-15-8，815400000111，10001111-3116，16315-63-32，32636-127-64，641277-255-128，1282558-511-256，2565119-1023-512，512102310Copyright 2013.Shi Ping CUC第47页，共135页，编辑于2022年，星期六ACAC系数熵编码（表系数熵编码（表2 2）游程游程/位长位长码字码字10/0(EOB)10100/1000/2010/31000/4101

39、10/5110100/611110000/7111110000/811111101100/911111111100000100/101111111110000011游程游程/位长位长码字码字11/111001/2110111/311110011/41111101101/5111111101101/611111111100001001/711111111100001011/811111111100001101/911111111100001111/101111111110001000Copyright 2013.Shi Ping CUC第48页，共135页，编辑于2022年，星期六对于（对于（1

40、，-1）：）：AC系数为系数为-1，前面有，前面有1个零个零查表查表1 可知，码字可知，码字2为为0，“游程游程/位长位长”是是1/1查表查表2 可知，可知，1/1对应的码字对应的码字1为为1100对（对（1，-1）进行霍夫曼编码的码字为）进行霍夫曼编码的码字为11000同理可得，（同理可得，（0，-1）的编码码字为）的编码码字为 000EOB的码字为的码字为 1010AC系数游程编码：系数游程编码：（1，-1）（）（0，-1），（），（0，-1）（）（0，-1），），EOB该图像块编码后为：该图像块编码后为：01110 11000 000 000 000 1010Copyright 2013

41、.Shi Ping CUC第49页，共135页，编辑于2022年，星期六视频压缩编码标准介绍视频压缩编码标准介绍l 国际电信联盟（ITU）开发用于低比特率视频电话的 H.26x 标准，其中包括 H.261、H.262、H.263 与 H.264；l 国际标准化组织(ISO)主要针对消费类应用，已经针对运动图像压缩定义了 MPEG 标准。MPEG 标准包括 MPEG1、MPEG2 与 MPEG4；l MPEG与ISO开展合作，成立联合视频小组(JVT)，该小组定义了 H.264 编解码技术，该标准称为H.264/AVC。Copyright 2013.Shi Ping CUC第50页，共135页，

42、编辑于2022年，星期六发展历程发展历程：Copyright 2013.Shi Ping CUC第51页，共135页，编辑于2022年，星期六视频电话和视频会议压缩编码标准视频电话和视频会议压缩编码标准CCITT 1984年开始研究，年开始研究，1990年正式成为标准年正式成为标准应应用用：视视频频电电话话、视视频频会会议议，传传输输网网络络为为ISDN（综综合合业业务务数数据网，据网，64kb/s2.048Mb/s）图像格式：图像格式：CIF、QCIF，最大帧频为，最大帧频为30Hz，逐行扫描，逐行扫描码率：码率：p64kb/s（p130）。）。p1、2时，只支持时，只支持QCIF格式，用于

43、视频电话。格式，用于视频电话。p6时，支持时，支持CIF格式，可用于视频会议。格式，可用于视频会议。压缩方式：压缩方式：DCT、帧间预测编码、帧间预测编码l H.261Copyright 2013.Shi Ping CUC第52页，共135页，编辑于2022年，星期六低码率图像压缩编码标准低码率图像压缩编码标准ITU-T 1995推出草案推出草案应应用用：视视频频电电话话、多多媒媒体体通通信信、移移动动通通信信、远远程程监监控控系系统统等等，传输网络为传输网络为PSTN（公用电话交换网）（公用电话交换网）图图像像格格式式：CIF、QCIF、sub-QCIF（Y：12896，CR/CB：6448

44、），最大帧频为），最大帧频为30Hz，逐行扫描，逐行扫描压缩方式：压缩方式：DCT、帧间预测编码、帧间预测编码l H.263Copyright 2013.Shi Ping CUC第53页，共135页，编辑于2022年，星期六先进的视频编码先进的视频编码AVC由由ITU-T和和ISO/IEC的联合专家组（的联合专家组（JVT）于）于2003年年3月起草完成月起草完成应应用用：数数字字电电视视广广播播、可可视视电电话话、视视频频会会议议、实实时时监监控控、流流式式多多媒媒体体业务、低比特率下的移动多媒体通信等业务、低比特率下的移动多媒体通信等特点：特点：在同等图像质量条件下，压缩比是在同等图像质量

45、条件下，压缩比是H.263和和MPEG4的的2倍倍对对IP和无线网络环境有良好的适应性和无线网络环境有良好的适应性l H.264(MPEG4 AVC)Copyright 2013.Shi Ping CUC第54页，共135页，编辑于2022年，星期六Moving Picture Expert Group（活动图像专家组）（活动图像专家组）视频及其伴音的压缩标准视频及其伴音的压缩标准1988年开始研究，年开始研究，1992成为正式标准成为正式标准应用：数字存储媒体（如应用：数字存储媒体（如VCD等），交互式多媒体系统等），交互式多媒体系统图像格式：图像格式：SIF（4:2:0），逐行扫描），逐行

46、扫描码率：码率：1.5Mb/s压缩方式：压缩方式：DCT，帧间预测编码，帧间预测编码l MPEG-1Copyright 2013.Shi Ping CUC第55页，共135页，编辑于2022年，星期六活动图像及其伴音信息的通用编码活动图像及其伴音信息的通用编码1990年开始制定，年开始制定，1994年成为正式标准年成为正式标准应用：应用：SDTV，HDTV，DVD等等图图像像格格式式：CCIR 601等等多多种种格格式式（4:2:2，4:4:4，4:2:0），逐逐行扫描，隔行扫描行扫描，隔行扫描压缩方式：压缩方式：DCT，帧间预测编码，帧间预测编码有多种档次：有多种档次：5个型，个型，4个级个

47、级与与MPEG-1兼容兼容l MPEG-2(H.262)Copyright 2013.Shi Ping CUC第56页，共135页，编辑于2022年，星期六基于内容的压缩编码标准基于内容的压缩编码标准1993年开始制定，年开始制定，1999年成为正式标准年成为正式标准应用：交互式多媒体应用、移动通信、个人通信等应用：交互式多媒体应用、移动通信、个人通信等图像格式：多种格式，逐行扫描，隔行扫描图像格式：多种格式，逐行扫描，隔行扫描特点：特点：编码对象是图像中的音频和视频对象（编码对象是图像中的音频和视频对象（AV对象）对象）形状编码形状编码分级编码分级编码l MPEG-4Copyright 20

48、13.Shi Ping CUC第57页，共135页，编辑于2022年，星期六Copyright 2013.Shi Ping CUC信息技术先进音视频编码信息技术先进音视频编码由由 中中 国国 数数 字字 音音 视视 频频 编编 解解 码码 技技 术术 标标 准准（Audio Video Standard）工作组于）工作组于2003年提出年提出应应用用：高高清清数数字字电电视视、卫卫星星广广播播电电视视、移移动动音音视视频频通通信信、宽宽带网络流媒体、视频会议、视频监控等带网络流媒体、视频会议、视频监控等特点：特点：编码效率基本达到了编码效率基本达到了H.264的水平；的水平；回避了国外的专利技

49、术回避了国外的专利技术包括系统、视频、音频、数字版权管理与保护等四个主要标准包括系统、视频、音频、数字版权管理与保护等四个主要标准技术方案简洁，芯片实现复杂度低技术方案简洁，芯片实现复杂度低l AVSreturn第58页，共135页，编辑于2022年，星期六MPEG2视频编码技术视频编码技术1、MPEG 概况概况MPEG：属于：属于ISO/IEC下属的联合技术委员会下属的联合技术委员会任务：制定活动图像的压缩编码标准，压缩码率为任务：制定活动图像的压缩编码标准，压缩码率为1.5Mb/s10Mb/s40Mb/sMPEG-1（1992，ISO/IEC 11172）MPEG-2（1994，ISO/I

50、EC 13818）MPEG-3（1992，撤销），撤销）Copyright 2013.Shi Ping CUC第59页，共135页，编辑于2022年，星期六MPEG 视频部分框图视频部分框图IDCT反量反量化化VLC解码解码缓冲器缓冲器(b)解码过程解码过程DCT量化量化VLC缓冲器缓冲器(a)编码过程编码过程码率控码率控制制Copyright 2013.Shi Ping CUC第60页，共135页，编辑于2022年，星期六2、MPEG-2 的型和级的型和级 型型 级级简单型简单型SP4:2:0主型主型MP4:2:0SNR可分可分级型级型SNP4:2:0空间可分级空间可分级型型SSP4:2:0