数字电视信源编码技术课件.ppt

1、.概述视频压缩编码技术视频压缩编码标准介绍MPEG2 视频编码技术H.264 视频编码技术AVS 视频编码技术视频压缩损伤分析.通过压缩编码技术来去除视频、音频、数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，以实现码率压缩与据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带宽减小，使信号在各种传输信道中能够有效传输。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.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、编码、8比特量化的比特量化的SDTV信号，

2、其信号，其数码率为数码率为216 Mbps。若按每。若按每2bit构成一个周期，则构成一个周期，则传输这样一路数字电视信号需要有传输这样一路数字电视信号需要有108MHz的通道的通道带宽。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图像的数图像的数据量约为据量约为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的存储器容量。的存储器容量。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.3、压缩的可能性（以视频信号为例）、压缩

3、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。电视信号中存在量影响不大的部分，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。很多这样的冗余部分，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.空间相关冗余空间相关冗余.时间相关冗余（帧间相关冗余）时间相关冗余（帧间相关冗余）tt1tt2.人眼视觉冗余人眼视觉冗余人眼视觉特性：人眼视觉特

4、性：l对静止或缓慢运动图像的灰度等级及图像细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节的分辨力高l对快速运动图像的灰度等级及图像细节的分对快速运动图像的灰度等级及图像细节的分辨力低辨力低l观察大面积图像时，对灰度等级分辨力高，观察大面积图像时，对灰度等级分辨力高，对细节分辨力低对细节分辨力低l观察细节时，对灰度等级分辨力低，对细节观察细节时，对灰度等级分辨力低，对细节分辨力高分辨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.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

5、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样频率和较高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的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.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数量的多少)(log)(1log)(iaiaixpxpxI 任意随机事件的自信息量为该事件发生概率的倒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。数的对数。熵冗余熵冗余.信源熵（信源每个符号的平均信息量）：信

6、源熵（信源每个符号的平均信息量）：符符号号/)(/1log)(12bitxPxPHniii 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符符号号/)(1bitlxPLnii i li 是符号是符号xi 的编码码长的编码码长.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个灰度级，对每个灰度级进行二进制定长编码时，码长为制定长编码时，码长为2比特，即比特，即 L 2bit/符号符号。当每个灰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

7、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，符符号号/bit.loglog=H81138832881222熵冗余熵冗余L H 21.810.19 bit/符号符号.若采用变长编码方式，对概率大的符号赋予短码，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，则可降低平均码长对概率小的符号赋予长码，则可降低平均码长L符符号号/875.1381381283183bitL 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 1/8 001 灰度级灰度级4 1/8

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return.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

9、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：VLC.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.视频压缩编码用到的主要

10、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变变换换编编码码运运动动补补偿偿预预测测编编码码子子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.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

11、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.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。预测值之间的差值，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分，因此用像素的实际值减去其预测值就的共性部分，因此用像素的实际值减去其预测值就可基本去除像素间的相关性。可基本去除像素间的相关性

12、。.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nxnxen en x Xn xnxXn en Xn xnx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.预测编码的压缩效果取决于预测器的预测精度，精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度越高，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。就越少，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。确，

13、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 11112211niiinnnxaxaxaxax-a1、a2an-1称为相关系数，且满足：称为相关系数，且满足：111 niia.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7X由距由距X7最近的四个像素最近的四个像素X6、X4、X3、X2参与对参与对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 X27XD

14、6TS（TS为取样周期）为取样周期）D4THTS（TH为行周期）为行周期）D3THD2THTS.3.3 帧间预测编码帧间预测编码nX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；就是前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（运动补偿帧间预测）

15、。测值（运动补偿帧间预测）。.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源的概率分布模型，即可实现数据压性以及改变信源的概率分布模型，即可实现数据压缩。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.3.5 运动估计与运动补偿运

16、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，即求出运动矢量运动补偿：按照运动矢量，对上一帧做位移，然后求出对运动补偿：按照运动矢量，对上一帧做位移，然后求出对当前帧的预测值。当前帧的预测值。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.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.运动估计运动

17、估计块匹配法：块匹配法：将图像分成若干个大小为将图像分成若干个大小为MN的子像块，假定同的子像块，假定同一子像块内所有像素具有相同的位移。一子像块内所有像素具有相同的位移。假定帧间最大水平位移和最大垂直位移分别为假定帧间最大水平位移和最大垂直位移分别为Wx和和Wy个像素；个像素；对于当前帧的每一个块在前一帧相应位置开辟大对于当前帧的每一个块在前一帧相应位置开辟大小为小为(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。.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+2Wx

18、N+2WyWxWxWyWyNM.jij：垂直位移量垂直位移量i：水平位移量：水平位移量.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 MxNyttjyixfyxfMNjiMSE1121)()(1)(，l 绝对误差均值（绝对误差均值（MAD）最小准则）最小准则 MxNyttjyixfyxfMNjiMAD111)()(1)(，.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2/111212/111111)()()()(2 MxNytMxNytMxNyttjyixfyxfjyixfyxfNCCF，.搜索方法：搜索方法：l 穷尽搜索法：对搜索区域穷尽

19、搜索法：对搜索区域内的每一点都用匹配准则进内的每一点都用匹配准则进行计算。行计算。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：.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过一种线性运算关系将空间域的图像信号变换到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。变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.变换编码的根本目的是去除图像的相关性！变

20、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，变换：最佳正交变换，变换后系数互不相关，而且能量主要集中在少数系数上。但而且能量主要集中在少数系数上。但K-L变换矩阵变换矩阵不是固定的，而是与图像统计特性有关，因此没不是固定的，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。有快速算法，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变换，具有良好的去相关性及能量压缩特性，同变换，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，有快速算时变换矩阵是

21、固定的，与图像内容无关，有快速算法。法。DCT变换在图像压缩领域得到广泛应用。变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化是造成图像损伤的主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。要原因。图像损伤的表现形式主要是块效应。.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据量码可有效地压缩

22、其数据量l可充分利用人眼的视觉特性可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图像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.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N N，其样值方阵用，其样值方阵用f(x,y)表表示，则二维离散余弦变换的公式为：示，则二维离散余弦变换的公式为：1010),(1)0,0(NxNyyxfNF1,2,1,),(2),(1010NvuyxfNvuFNxNy 1)v(2y2N1)cosu(2

23、x2Ncos .F(u,v)=77675747372717077666564636261606756555453525150574645444342414047363534333231303726252423222120271615141312111017060504030201000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF图像分块及变换：图像分块及变换：通常将图像分解成通常将图像分解成8 8的像素块，然后进行的像素块，然后进行DCT变变换。变换后得到由换。变换后得到由8 8频域系数组成的矩阵。频域系数组成

24、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.一般电视图像的构一般电视图像的构成都是以大、中面成都是以大、中面积内容为主，精细积内容为主，精细内容较少，因而可内容较少，因而可估计到，系数矩阵估计到，系数矩阵中左上方的系数值中左上方的系数值会大些，而越接近会大些，而越接近右下角，系数值会右下角，系数值会越小越小f(x,y)=15815815916316116116216215715715716216316116216215715715716016116116116115515515516216216116015915

25、9159159160160162161159156156156158163160155150156156156159156153151144155155155155153149144139F(u,v)=01122423112010011111020211102111000110270110229111003361723112251211260.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

26、,v)Q(u,v)=8369564638352927695646383429272658484035322927264840353229272622403734292726222238343429272622193734292724221616342927262219168F(u,v)=000000000000000000000000000000000000000000000001000000110000010158 4.3、DCT系数量化系数量化.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根据图像的统计特性来去除图像象素值的概率分布

27、不均匀性，使编码后的图像数据接近于其信源熵，不均匀性，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。同时不产生任何失真。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.5.2 可变长编码（可变长编码（VLC）按信源符号出现概率的不同分配给不同长度的码字按信源符号出现概率的不同分配给不同长度的码字比特数。即出现概率大的符号编码码字短，出现概比特数。即出现概率大的符号编码码字短，出现概率小的符号编码码字长。也称可变长编码（率小的符号编码码字长。也称可变长编码（VLC）前提条件：必须知道每个符号的出现概

28、率前提条件：必须知道每个符号的出现概率特点：具有单义可译性。即：任何一个长码都不会特点：具有单义可译性。即：任何一个长码都不会是另两个短码复合而成，任何一个短码不会是另一是另两个短码复合而成，任何一个短码不会是另一个长码的前缀。个长码的前缀。因此，收信端可从接收到的码字串中分断开每个码因此，收信端可从接收到的码字串中分断开每个码字，不会发生码字混淆。字，不会发生码字混淆。.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对两个概率最小的符号分别赋以对两个概率最小的符号分别赋以“0”、“1”，并将

29、这两个概率相加之后作为一个新符号的概并将这两个概率相加之后作为一个新符号的概率率l对符号概率重新排队后再取两个概率最小的符对符号概率重新排队后再取两个概率最小的符号分别赋以号分别赋以“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由后向前沿各支路逐一写出由后向前沿各支路逐一写出“0”、“1”，此码，此码字即为霍夫曼编码码字字即为霍夫曼编码码字5.3 霍夫曼编码霍夫曼编码.xix1x2x3 x4 x5 x6x7 x8 Pi0.200.190.180.170.150.100.005 0.005符号符号(xi)概率概率(

30、Pi)x1x2x3x4x5x6x7x80.200.190.180.170.150.100.0050.005010.01010.11100.26010.35010.39010.61011.00码字码字(wi)010011111010110011000110000码长码长(ni)22333455.信源熵：信源熵：符符号号/62.2/1log812bitPPHiii 采用等长编码方式时，每个符号需要采用等长编码方式时，每个符号需要3bit，即平均，即平均码长为码长为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：符符号号

31、/73.281bitlPLiii 熵冗余为熵冗余为0.11 bit/符号符号.5.4 DCT系数的熵编码系数的熵编码MPEG2中，像素块矩阵经中，像素块矩阵经DCT变换、量化后，要变换、量化后，要进行进行Z形扫描、游程编码和霍夫曼编码形扫描、游程编码和霍夫曼编码Z 形扫描形扫描:F(u,v)=000000000000000000000000000000000000000000000001000000110000010158 .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

32、值表示连零之后出现的第一个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），），EOB.DC系数：差值编码（系数：差值编码（DPCM），霍夫曼编码；），霍夫曼编码；即：即：DIFFDCi DCi-1

33、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），），EOB.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.-4，47100000011，100111-15-8，81510100000111，10001111-3116，1631110-63-32，32631110-127-64，6412711110-2

34、55-128，128255111110-511-256，2565111111110-1023-512，512102311111110-2047-1024，10242047111111110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 01110.ACAC系数熵编码（表系数熵编码（表1 1）AC系数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-

35、128，1282558-511-256，2565119-1023-512，512102310.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)10100/1000/2010/31000/410110/5110100/611110000/7111110000/811111101100/911111111100000100/101111111110000011游程游程/位长位长码字码字11/111001/2110111/311110011/41111101101/5111111101101/611111111100001001/711111111100001

36、011/811111111100001101/911111111100001111/101111111110001000.对于（对于（1，-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，-

37、1），），EOB该图像块编码后为：该图像块编码后为：01110 11000 000 000 000 1010.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；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；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。.发展历程发展历程：.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CCIT

38、T 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用：视频电话、视频会议，传输网络为应用：视频电话、视频会议，传输网络为ISDN（综合业（综合业务数据网，务数据网，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：p 64kb/s（p130）。）。p1、2时，只支持时，只支持QCIF格式，用于视频电话。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.261.低码率图像压缩编码标准低码率图

39、像压缩编码标准ITU-T 1995推出草案推出草案应用：视频电话、多媒体通信、移动通信、远程监控系应用：视频电话、多媒体通信、移动通信、远程监控系统等，传输网络为统等，传输网络为PSTN（公用电话交换网）（公用电话交换网）图像格式：图像格式：CIF、QCIF、sub-QCIF（Y：128 96，CR/CB：64 48），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.263.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月起月起草完成草完成应用：数字电视

40、广播、可视电话、视频会议、实时监控、应用：数字电视广播、可视电话、视频会议、实时监控、流式多媒体业务、低比特率下的移动多媒体通信等流式多媒体业务、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).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（

41、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-1.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等等图像格式：图像格式：CCIR 601等多种格式（等多种格式（4:2:2，4:4:4，4:2:0），逐行扫描，隔行扫描），逐行扫描，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

42、种档次：有多种档次：5个型，个型，4个级个级与与MPEG-1兼容兼容l MPEG-2(H.262).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-4.信息技术先进音视频编码信息技术先进音视频编码由中国数字音视频编解码技术标准（由

43、中国数字音视频编解码技术标准（Audio Video Standard）工作组于）工作组于2003年提出年提出应用：高清数字电视、卫星广播电视、移动音视频通信、应用：高清数字电视、卫星广播电视、移动音视频通信、宽带网络流媒体、视频会议、视频监控等宽带网络流媒体、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包括系统、视频、音频、数字版权管理与保护等四个主要标准标准技术方案简洁，芯片实现复杂度低技术方案简洁，芯片实现复杂度低l AVSreturn.1、MPEG

44、 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/IEC 13818）MPEG-3（1992，撤销），撤销）.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.2、MPEG-2 的型和级的型和级 型型 级级简单型简单型SP4:2:0

45、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高级型高级型HP4:2:04:2:2高级高级HL1920 1080 301920 1152 25MPHLI,P,B 80Mb/sHPHLI,P,B 100Mb/sH-1440L1440 1080 301440 1152 25MPH1440LI,P,B 60Mb/sSSPH1440LI,P,B 60Mb/sHPH1440LI,P,B 80Mb/s主级主级ML720 480 30720 576 25SPMLI,P 15Mb/sMPMLI,P,B 15Mb/sSNPMLI,P,B 15Mb/sHPML

46、I,P,B 20Mb/s低级低级LL352 240 30352 288 25MPLLI,P,B 4Mb/sSNPLLI,P,B 4Mb/s.3、图像编码帧类型、图像编码帧类型lI帧（帧内编码帧）帧（帧内编码帧）仅利用该帧图像本身的信息进行编码仅利用该帧图像本身的信息进行编码DCT、量化、熵编码等、量化、熵编码等I帧提供了进入压缩图像数据序列的随机访问点，帧提供了进入压缩图像数据序列的随机访问点，便于对图像进行编辑。便于对图像进行编辑。一般应用中，一秒钟出现两个一般应用中，一秒钟出现两个I帧帧压缩比：（压缩比：（25）：）：1.lP帧（前向预测帧）帧（前向预测帧）利用前面最靠近的利用前面最靠近的

47、I帧或帧或P帧图像作参考帧，经运帧图像作参考帧，经运动预测编码得到的图像。动预测编码得到的图像。压缩比：（压缩比：（510）：）：1P帧可以作为帧可以作为B帧和后面的帧和后面的P帧的参考帧帧的参考帧P帧会使误码传递下去帧会使误码传递下去.lB帧（双向预测帧）帧（双向预测帧）利用过去及将来的利用过去及将来的I帧或帧或P帧作参考帧，经运动预帧作参考帧，经运动预测编码得到的图像。测编码得到的图像。压缩比：（压缩比：（2030）：）：1B帧不用作参考帧帧不用作参考帧B帧不会使误码传递下去帧不会使误码传递下去通常在两个参考帧之间安排两个通常在两个参考帧之间安排两个B帧帧.编码图像的显示顺序和传送顺序编码

48、图像的显示顺序和传送顺序IBBPBBPBBPBBI12345678910 111213IBPBBPBBPBBIB1423756108913 1112图像的显示顺序图像的显示顺序图像的传送顺序图像的传送顺序.帧重排帧重排运动补偿运动补偿运动估计运动估计帧内帧内/帧间帧间模式判别模式判别DCT量化量化VLC帧间帧间帧内帧内反量化反量化反反DCTK1K2运动矢量运动矢量去去VLCI帧存帧存P帧存帧存K4K3I、BPI、PB信源数据信源数据A2A1缓冲器缓冲器量化控制量化控制编码器编码器4 MPEG2 视频编、解码器框图视频编、解码器框图.解码器解码器反量化反量化反反DCT帧重排帧重排I(P)帧存帧存

49、P帧存帧存MV2MV1BI、PMC值值输入输入码流码流图像图像数据数据VLD量化步长量化步长量化表量化表选择选择.5 视频基本码流（视频基本码流（ES流）的组成流）的组成像块像块宏块宏块宏块条宏块条像块像块像块像块宏块宏块宏块宏块宏块条宏块条宏块条宏块条图像图像图像图像图像图像图像组图像组图像组图像组图像组图像组图像序列图像序列.8 8像素阵列，像素阵列，DCT变换单元变换单元可以是可以是Y像块或像块或CB、CR像块像块l像块像块.l宏块宏块由由16 16像素的像素的 Y 阵列和相应画面区域内的阵列和相应画面区域内的CB、CR 色差信号像素阵列共同组成。色差信号像素阵列共同组成。是运动预测的基

50、本单元，但运动预测只对亮度阵列是运动预测的基本单元，但运动预测只对亮度阵列进行，色差信号的帧间预测编码直接使用亮度阵列进行，色差信号的帧间预测编码直接使用亮度阵列中得到的运动矢量。中得到的运动矢量。4:2:0 宏块结构宏块结构1234Y6CR5CB4:2:2 宏块结构宏块结构1234Y5CB76CR84:4:4 宏块结构宏块结构1234YCBCR59711610812.l宏块条宏块条由处于同一水平宏块排内的若干个宏块组成由处于同一水平宏块排内的若干个宏块组成是发生误码又不可纠正时数据获得重新同步的单位是发生误码又不可纠正时数据获得重新同步的单位720（704）576宏块排（宏块排（44个宏块）