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(shì).ppt

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(shì),15mins,音頻編碼算法技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì) 視頻編碼算法技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)據(jù)編碼算法技術(shù)及其其發(fā)展趨勢(shì),目 錄,二、視頻編碼算法技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì),2.1 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)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(shì) 2.4 三維視頻編碼技術(shù),2.1 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的編碼歷程,國(guó)際上視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)主要有兩大系列:國(guó)際電聯(lián)制定的H.26X系列標(biāo)準(zhǔn);國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和國(guó)際電工委員會(huì)第一聯(lián)合技術(shù)組(ISO/IEC JTC1)制定的MPEG-X系列標(biāo)準(zhǔn)。,視頻標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn),壓縮能力為50-75倍;MPEG-4、H.264屬于第二代編碼標(biāo)準(zhǔn),壓縮效率可達(dá)100-150倍。,圖1 視頻標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展過程,H.261是在19841989年制定的針對(duì)可視電話和視頻會(huì)議等的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn),目的是在窄帶ISDN上實(shí)現(xiàn)速率P64 kbps的雙向聲像業(yè)務(wù),其中P=1-30。H.261只支持兩種圖像格式:CIF(352288像素)和QCIF(176144像素)。H.261是在硬件和軟件處理器性能有限的時(shí)候被發(fā)展起來的,因此有低復(fù)雜度的特點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是低壓縮比性能和缺乏靈活性。 H.263是在1995年針對(duì)低比特率視頻應(yīng)用制定的,目標(biāo)是在許多方面上通過視頻編碼算法和處理性能的提高,從而比H.261較大地提高編碼性能。H.263支持圖像的格式有:SubQCIF(12896像素)、QCIF、CIF、4CIF(704576像素)和16CIF(14081152像素)。更多的幀大小和可選的編碼模式給應(yīng)用提供了更大的靈活性。,H.264是于2003年3月公布的。H.264的目標(biāo)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(qiáng)的編碼效率。H.264的主要技術(shù)特征有:44塊的整數(shù)變換、多參考幀預(yù)測(cè)、多模式高精度幀間預(yù)測(cè)、多種幀內(nèi)預(yù)測(cè)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(huì)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(jià)是計(jì)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(chǔ)而制定的。MPEG-1繼承了H.261標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)結(jié)構(gòu),也添加了新的技術(shù)特征:雙向預(yù)測(cè)、半像素運(yùn)動(dòng)、片結(jié)構(gòu)編碼和加權(quán)矩陣量化等。,MPEG-2是MPEG-1的擴(kuò)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(duì)不同分辨率和不同輸出比特率的圖像信號(hào)進(jìn)行編碼。其支持的圖像分辨率有低(352288)、中(720576)、次高(14401152)和高(19201152)4種級(jí)別。廣泛應(yīng)用于高清晰電視(HDTV)和DVD,是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DVD的核心標(biāo)準(zhǔn)。 MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的目的是從3個(gè)方面拓展早期標(biāo)準(zhǔn)的能力:支持低比特率的應(yīng)用、支持基于對(duì)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(duì)象(VO),主要采用形狀編碼、紋理編碼、運(yùn)動(dòng)信息編碼和Sprite編碼方法?；趦?nèi)容特點(diǎn)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(shì),在數(shù)字電視領(lǐng)域，雖然當(dāng)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(dòng)電視、IPTV、手機(jī)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(shì)，因此，這一領(lǐng)域也必然成為下一代音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)的焦點(diǎn)。,最新一代的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，H. 264 在追求更高編碼效率和簡(jiǎn)潔的表達(dá)方式的同時(shí)提供了非常好的視頻質(zhì)量，它是當(dāng)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(dāng)今網(wǎng)絡(luò)帶寬越來越寶貴、高清需求強(qiáng)烈的情況下，采用 H. 264 標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)格式，傳輸有限個(gè)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(qiáng)三維視頻形式多樣，如單路視頻及其深度序列、多視點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)灰度值范圍為0，255，灰度值越大表示該點(diǎn)離攝像機(jī)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(tái)( 或多臺(tái)) 相鄰攝像機(jī)從不同角度同時(shí)對(duì)同一場(chǎng)景進(jìn)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(diǎn)以左右/上下方式交錯(cuò)排列成一段視頻，然后通過場(chǎng)間預(yù)測(cè)來消除視點(diǎn)間的交叉冗余，在解碼端通過反交錯(cuò)將立體視頻還原成兩段獨(dú)立視點(diǎn)，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(diǎn)之間的交叉相關(guān)性和同一視點(diǎn)內(nèi)部的時(shí)空相關(guān)性來提高立體視頻編碼效率。,深度增強(qiáng)三維視頻的系統(tǒng)流程如下圖所示。 首先，采用多視點(diǎn)攝像機(jī)( 或雙目攝像機(jī)) 和深度攝像機(jī)從不同角度拍攝同一場(chǎng)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(diǎn)視頻編碼器 JMVC 直接進(jìn)行編碼壓縮。,圖2 深度增強(qiáng)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(duì)視頻進(jìn)行解碼及視點(diǎn)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(jì)和視點(diǎn)合成這兩項(xiàng)關(guān)鍵技