第四章 信源編碼及數(shù)據(jù)壓縮

1、第四章第四章 信源編碼信源編碼與數(shù)據(jù)壓縮與數(shù)據(jù)壓縮主講人主講人: 羅羅 聰kype:luocong1782 本章討論在物理層決定有效性的最主要因素：信源編碼和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。 信源編碼是主要利用信源的統(tǒng)計(jì)特性，解除信源相關(guān)性，去掉信源冗余信息，從而達(dá)到壓縮信源輸出的信息率，提高系統(tǒng)有效性的目的。 第二代移動(dòng)通信主要是語(yǔ)音業(yè)務(wù)，所以信源編碼主要指語(yǔ)音壓縮編碼。第三代移動(dòng)通信中的信源編碼將不僅包含語(yǔ)音壓縮編碼，還包含各類圖像壓縮編碼和多媒體數(shù)據(jù)壓縮等方面內(nèi)容。 34.1語(yǔ)音壓縮編碼語(yǔ)音壓縮編碼 在本節(jié)中，我們將討論語(yǔ)音壓縮編碼的基本原理與方法，以及在移動(dòng)通信中的語(yǔ)音編碼。

2、44.1.1引言引言語(yǔ)音壓縮編碼大致可以分為以下三類：波形編碼參量編碼混合編碼 以上三類編碼，波形編碼質(zhì)量最高，其質(zhì)量幾乎與壓縮處理之前相同，可以適用于公用骨干(固定)通信網(wǎng)。參量編碼質(zhì)量最差，不能用于骨干通信網(wǎng)，而僅適合于特殊通信系統(tǒng)，比如軍事與保密通信系統(tǒng)?；旌暇幋a質(zhì)量介于兩者之間，目前主要用于移動(dòng)通信網(wǎng)。 51. 波形編碼的性能估計(jì) 利用信息論中連續(xù)(模擬)有記憶信源的信息率失真R(D)函數(shù)理論可以分析波形編碼的性能。 信息率失真R(D)為：2221(1)( )log2R DD上式的計(jì)算結(jié)果如下表所示 :信噪比(dB)35322825232017R(D)(bit/樣點(diǎn)) 43.52.52

3、.34 21.51壓縮倍數(shù)K22.28 3.23.42 45.386 由上述分析結(jié)果可以得到如下結(jié)論：當(dāng)語(yǔ)音質(zhì)量達(dá)到進(jìn)入公網(wǎng)要求標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，即 ,其 倍，若進(jìn)一步考慮實(shí)際語(yǔ)音分布與主觀因素的影響(因?yàn)檎龖B(tài)分布R(D)其壓縮倍數(shù)可以進(jìn)一步增大，取 (保守值)這時(shí)語(yǔ)音速率可以從未壓縮的PCM 64Kbps降至1/4速率的16Kbps。目前已實(shí)用化的DPCM為32Kbps。 226dBD3.4K 4K 72. 參量編碼的性能估計(jì) 782128 2256 語(yǔ)音可以采用各種不同形式的參量來(lái)表達(dá)。為了分析方便，采用最基本的參量“音素”。以英語(yǔ)音素為例進(jìn)行分析。英語(yǔ)中共有音素 。按照通常講話速率，每秒大約平均發(fā)

4、送10個(gè)音素。由信息量計(jì)算公式，對(duì)于等概率事件有： ，N為總組合數(shù)，則： 最后可計(jì)算出壓縮比K為：2logIN10122loglog (256)80INbps(上限)10222loglog (128)70INbps(下限)64914 80070 80KbpsKbps倍83. 混合編碼的性能估計(jì) 顯然混合編碼的理論壓縮比是介于上述兩類編碼之間，且與語(yǔ)音質(zhì)量需求有關(guān)。若要求混合編碼偏重于個(gè)性特征，則其壓縮比靠近波形編碼的壓縮比值，若要求混和編碼偏重于共性，則其壓縮比靠近于參量編碼。94.1.2數(shù)字通信中的語(yǔ)音編碼數(shù)字通信中的語(yǔ)音編碼 高質(zhì)量的混合編碼是移動(dòng)通信中的優(yōu)選方案。 在低數(shù)據(jù)比特率、高壓縮

5、比的混合編碼中，數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)比特率、語(yǔ)音質(zhì)量、算法復(fù)雜度與處理時(shí)延是四個(gè)主要參量。101. 數(shù)據(jù)比特率(bps) 數(shù)據(jù)比特率越低壓縮倍數(shù)就越大，可通信的話路數(shù) 也就越多，移動(dòng)通信系統(tǒng)也就越有效。 數(shù)據(jù)比特率降低，語(yǔ)音質(zhì)量也隨之相應(yīng)降低，為了補(bǔ)償質(zhì)量的下降，可采用提高設(shè)備硬件復(fù)雜度和算法軟件復(fù)雜度的辦法。 降低比特速率另一種有效方法是采用可變速率的自適應(yīng)傳輸，它可以大大降低語(yǔ)音的平均傳送率。 還可以進(jìn)一步采用語(yǔ)音激活技術(shù)，充分利用至少3/8的有效空隙，可獲得大致約2.67dB的有效增益。 112. 語(yǔ)音質(zhì)量 度量方法不外乎客觀與主觀兩個(gè)角度： 客觀度量可以采用信噪比、誤碼率、誤幀率，相對(duì)而言簡(jiǎn)單、可

6、行。 主觀度量是由人耳主觀特性來(lái)判斷，比客觀度量復(fù)雜。目前國(guó)際上常采用的主觀評(píng)判方法稱為MOS方法 。 123. 復(fù)雜度與處理時(shí)延 語(yǔ)音編碼硬件復(fù)雜度取決于DSP處理能力，而軟件復(fù)雜度則主要體現(xiàn)在算法復(fù)雜度上。算法復(fù)雜度增大，也會(huì)帶來(lái)更長(zhǎng)的運(yùn)算時(shí)間和更大的處理時(shí)延 。 參數(shù) 指標(biāo)編碼器類型數(shù)據(jù)比特率(Kbps)復(fù)雜度(MIPS)時(shí)延(ms)質(zhì)量(MOS)脈碼調(diào)制PCM640.0104.3自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制ADPCM320.104.1自適應(yīng)自帶編碼161254多脈沖線性預(yù)測(cè)編碼810353.5隨機(jī)激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼4100353.5線性預(yù)測(cè)聲碼器21353.1 如右所示，我們給出幾種已知低數(shù)據(jù)比特

7、率語(yǔ)音編碼的上述四個(gè)參數(shù)與性能比較表格。134.1.3語(yǔ)音壓縮編碼原理語(yǔ)音壓縮編碼原理1. 波形編碼的基本原理 自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制(ADPCM)是建立在差分脈沖編碼調(diào)制(DPCM)的基礎(chǔ)上，而DPCM又是建立在脈沖編碼調(diào)制(PCM)的基礎(chǔ)上。 PCM可分為三個(gè)基本步驟：取樣、量化與編碼。 DPCM的不直接傳送PCM數(shù)字化信號(hào)，而改為傳送其取樣值與預(yù)測(cè)值(通過(guò)前面樣點(diǎn)值經(jīng)線性預(yù)測(cè)求得的)的差值，并將其量化、編碼后傳送。 ADPCM與DPCM原理一樣，主要差別在于ADPCM中的量化器和預(yù)測(cè)器引入了自適應(yīng)控制機(jī)制。同時(shí)在譯碼器中多加上一個(gè)同步編碼調(diào)整器，其作用是為了在同步級(jí)聯(lián)時(shí)不產(chǎn)生誤差積累。

8、14 32Kbps ADPCM編碼原理如下圖所示 ： 32Kbps ADPCM譯碼原理如下圖所示 ：152. 參量編碼的基本原理 參量編碼不直接傳送語(yǔ)音波形，而是傳送產(chǎn)生、激勵(lì)語(yǔ)音波形的基本參量。 根據(jù)語(yǔ)音產(chǎn)生機(jī)理，采用下列物理模型：16 典型參量編碼的線性預(yù)測(cè)LPC方案如下圖所示 ： 為了降低LPC的碼率，提高穩(wěn)定性，可采用以下兩種方法：采用一類反射系數(shù)格形算法 采用矢量量化技術(shù) 173. 混合編碼的基本原理 混合編碼是介于波形編碼與參量編碼之間的一種編碼方法，兼有參量編碼低速率與波形編碼的高質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。 實(shí)現(xiàn)混合編碼的基本思想是以參量編碼原理，特別是以LPC原理為基礎(chǔ)，保留參量編碼低速率的

9、優(yōu)點(diǎn)，并適當(dāng)?shù)奈詹ㄐ尉幋a中能部分反映波形個(gè)性特征的因素。重點(diǎn)改善自然度性能。 改進(jìn)LPC主要從三方面入手：改進(jìn)語(yǔ)音生成物理模型、激勵(lì)源結(jié)構(gòu)和合成濾波器結(jié)構(gòu)，提高語(yǔ)音質(zhì)量；改進(jìn)參量量化和傳輸方法，進(jìn)一步壓縮傳輸速率；采用自適應(yīng)技術(shù)，進(jìn)一步解決系統(tǒng)與信源和信道之間的統(tǒng)計(jì)匹配。184.2移動(dòng)通信中的語(yǔ)音編碼移動(dòng)通信中的語(yǔ)音編碼 本節(jié)將結(jié)合第二代(2G)的GSM與IS-95系統(tǒng)以及第三代(3G)的WCDMA和CDMA2000等不同系統(tǒng)所采用的語(yǔ)音編碼具體方案，著重從原理上來(lái)闡述移動(dòng)通信中的語(yǔ)音編碼。194.2.1 GSM系統(tǒng)的系統(tǒng)的RPE-LTP聲碼器原理聲碼器原理 RPE-LTP聲碼器采用等間隔，

10、相位與幅度優(yōu)化的規(guī)則脈沖作為激勵(lì)源，以便使合成后的波形更接近原始信號(hào)。該方案結(jié)合長(zhǎng)期預(yù)測(cè)以消除信號(hào)的冗余度，降低編碼速率，同時(shí)其算法較簡(jiǎn)單，計(jì)算量適中且易于硬件實(shí)現(xiàn)。 REP-LTP編碼器包括下 列五個(gè)部分：預(yù)處理，線性預(yù)測(cè)分析，短時(shí)分析濾波，長(zhǎng)時(shí)預(yù)測(cè)以及規(guī)則脈沖激勵(lì)編碼，其編碼器原理如左圖所示。 20 RPE-LTP編碼器的核心任務(wù)是給接收端傳送一組六個(gè)基本參量M、 、 、 、 、LAR(i)。六個(gè)基本參量的信息比特分配如下。 ( )MXimaxXjNjb參 數(shù) 數(shù) 量 比特/參數(shù) 比特?cái)?shù) LPC系數(shù)LAR(i) 83,4,5,6 36 LTP增益 428LTP滯后 4728RPE網(wǎng)絡(luò)位置M

11、428最大值4624RPE樣點(diǎn)值523156合 計(jì) 260jbjNmaxX( )MXi21 RPE-LTP的譯碼器原理如下圖所示 ： 由圖可見(jiàn)RPE-LTP譯碼主要包含四個(gè)部分：RPE譯碼、長(zhǎng)時(shí)預(yù)測(cè)、短時(shí)合成濾波以及后處理。224.2.2 IS-96系統(tǒng)的系統(tǒng)的QCELP聲碼器聲碼器 QCELP聲碼器是Qualcomm公司提出的用于IS-96系統(tǒng)的語(yǔ)音編碼標(biāo)準(zhǔn)。 QCELP方案的編碼原理如下圖所示。23 TIA/EIA IS-96的QCELP語(yǔ)音編譯碼系統(tǒng)如下圖所示：244.2.3 CDMA2000系統(tǒng)的系統(tǒng)的EVRC聲碼器聲碼器 EVRC(Enhanced Variable Rate Cod

12、ec)即增強(qiáng)型可變速率語(yǔ)音編碼器，是由美國(guó)電信工業(yè)協(xié)會(huì)TIA/EIA于1996年提出的CDMA2000系統(tǒng)的語(yǔ)音編碼方案。 EVRC編碼器基于碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)，與傳統(tǒng)CELP算法主要區(qū)別為：它能基于語(yǔ)音能量、背景噪聲和其它語(yǔ)音特性動(dòng)態(tài)調(diào)整編碼速率。 25 EVRC編碼器結(jié)構(gòu)如右所示，具體由以下幾部分組成：高通濾波器 線性預(yù)測(cè)器的參數(shù)提取模塊 速率確定模塊 參數(shù)量化模塊 參數(shù)編碼模塊 26 EVRC譯碼器的結(jié)構(gòu)如左圖所示： 274.2.4 WCDMA系統(tǒng)中的系統(tǒng)中的AMR聲碼器聲碼器 AMR是第三代移動(dòng)通信中WCDMA優(yōu)選的語(yǔ)音編碼方案，其基本思路是聯(lián)合自適應(yīng)調(diào)整信源和信道編碼模式來(lái)適應(yīng)當(dāng)前信道條

13、件與業(yè)務(wù)量大小。 AMR編碼器結(jié)構(gòu)如下圖所示：28 AMR譯碼器的結(jié)構(gòu)如下圖所示： 294.3圖像壓縮編碼圖像壓縮編碼 在第一、二代移動(dòng)通信中主要是語(yǔ)音業(yè)務(wù)，從2.5G開(kāi)始就逐步引入數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，第三代業(yè)務(wù)推廣為含語(yǔ)音、數(shù)據(jù)與圖像的多媒體業(yè)務(wù)。為了適應(yīng)第三代業(yè)務(wù)的需求，本節(jié)介紹圖像壓縮編碼。 304.3.1圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 圖像的信息量遠(yuǎn)大于語(yǔ)音、文字、傳真和一般數(shù)據(jù)，它所占用頻帶也比其它類型業(yè)務(wù)寬。經(jīng)過(guò)四十余年的努力，圖像編碼已形成了如右所示的系列化標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)壓縮比與數(shù)據(jù)比特率應(yīng)用范圍JPEG230倍有灰度級(jí)的多值靜止圖片JPEG-2000250倍移動(dòng)通信中靜止圖片、數(shù)字照相與打

14、印、電子商務(wù)H.261p64Kbps，其中p=1,2,30ISDN視頻會(huì)議H.2638Kbps1.5MbpsPOTS視頻電話、桌面視頻電話、移動(dòng)視頻電話MPEG-1不超過(guò)1.5MbpsVCD、光盤存貯、視頻監(jiān)控、消費(fèi)視頻MPEG-21.5Mbps35Mbps數(shù)字電視、有線電視、衛(wèi)星電視、視頻存貯、HDTVMPEG-48Kbps35Mbps交互式視頻、因特網(wǎng)、移動(dòng)視頻、2D/3D計(jì)算機(jī)圖形31 目前制定視頻壓縮編譯碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的有兩大國(guó)際組織：一個(gè)是ITU-T(以前稱CCITT)，即國(guó)際電聯(lián)的電信標(biāo)準(zhǔn)部，它制定的標(biāo)準(zhǔn)通常稱為建議標(biāo)準(zhǔn)，一般用H.26X表示。另一個(gè)是ISO/IEC，即國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和

15、國(guó)際電工委員會(huì)，它所制定的一般就稱為標(biāo)準(zhǔn)。通常采用JPEG和MPEGX表示。 目前，視頻壓縮編碼大致可以分為兩代，第一代視頻壓縮編碼包括JPEG、MPEG-1、MPEG-2、H.261、H.263等等；第二代視頻壓縮編碼包括JPEG-2000、MPEG-4、MPEG-7、H.264等等。 324.3.2靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG 對(duì)于靜止圖像，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO和原來(lái)的國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)CCITT(現(xiàn)改名為ITU-T)以及國(guó)際電工委員會(huì)IEC共同組織了一個(gè)圖片專家聯(lián)合小組(Joint Photographic Experts Group)研究制定標(biāo)準(zhǔn)，稱它為JPEG標(biāo)準(zhǔn)。

16、JPEG標(biāo)準(zhǔn)分為兩類：基于DPCM與熵編碼的無(wú)失真編碼系統(tǒng)；基于離散余弦變換DCT的限失真編碼系統(tǒng)。 331.基于DPCM的無(wú)失真編碼 無(wú)失真編碼又稱為無(wú)損信源編碼，它是一種不產(chǎn)生信息損失的編碼，一般其壓縮倍數(shù)比較低，為4倍左右。 JPEG無(wú)失真編碼的發(fā)送與接收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理如右圖所示。 無(wú)失真JPEG編碼從原理上看，主要是以DPCM為基礎(chǔ)，再加上哈夫曼編碼或者算術(shù)編碼的熵編碼方式。 342.基于離散余弦變換DCT的限失真編碼 限失真編碼屬于有損信源編碼，以離散余弦變換DCT為基礎(chǔ)，再加上限失真量化編碼和熵編碼，它能夠以較少的比特?cái)?shù)獲得較好的圖像質(zhì)量。限失真JPEG編碼器原理如下所示： 35 限

17、失真JPEG譯碼器原理如下所示：364.3.3 準(zhǔn)活動(dòng)圖像視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)活動(dòng)圖像視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)H.26X 編碼標(biāo)準(zhǔn)H.26X是由ITU-T制定的建議標(biāo)準(zhǔn)，自上世紀(jì)八十年代中期開(kāi)始現(xiàn)已制定了H.261、H262、H.263，最近剛完成了H.264建議標(biāo)準(zhǔn)。其中H.262和MPEG-2視頻編、譯碼標(biāo)準(zhǔn)是同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這是兩大國(guó)際組織的共同成果。而H.264也是兩大組織聯(lián)手制定的，被稱為“MPEG-4 Visual Part 10”，也就是“MPEG-4 AVC(Advanced Video Coding)”，2003年3月被正式確定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 371. H.261編碼標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 H.261主要用于傳輸

18、會(huì)議電話及可視電話信號(hào)，它將碼率確定為：p64Kbps，其中p=1,2,30。其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)比特率為64Kbps1.92Mbps。 H.261編碼器原理圖如左所示。38 H.261的譯碼器原理如下圖所示： H.261編譯碼中采用的關(guān)鍵技術(shù)有：通過(guò)幀間預(yù)測(cè)消除圖像在時(shí)間域內(nèi)的相關(guān)性；通過(guò)DCT消除圖像在空間域內(nèi)的相關(guān)性；利用人眼視覺(jué)特性進(jìn)行可變步長(zhǎng)及自適應(yīng)量化；利用變長(zhǎng)碼(VLC)實(shí)現(xiàn)與信源統(tǒng)計(jì)特性匹配；利用輸出(入)的緩存實(shí)現(xiàn)平滑數(shù)據(jù)流傳輸。 392. H.263編碼標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 H.263系列適合于PSTN、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)。H.263信源編碼算法的核心仍然是H.261標(biāo)準(zhǔn)中所采用的編碼算法，其原

19、理框圖也與H.261基本上一樣。 H.263與H.261的區(qū)別如下：H.261只能工作于CIF與QCIF兩類格式，而H.263則可工作于5種格式：CIF、QCIF、SubQCIF、4CIF、16CIFH.263吸收了MPEG等標(biāo)準(zhǔn)中有效、合理的部分H.263在H.261基本編碼算法基礎(chǔ)上又提供了四種可選模式，以進(jìn)一步提高編碼效率404.3.4 活動(dòng)圖像視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)圖像視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)MPEG 這類標(biāo)準(zhǔn)是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO和國(guó)際電工委員會(huì)于1998年成立的一個(gè)研究活動(dòng)圖像的專家組MPEG(Moving Picture Experts Group)負(fù)責(zé)制定的?，F(xiàn)已制定了MPEG-1、MPEG-

20、2、MPEG-4以及補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)MPEG-7與MPEG-21等，其中MPEG-2與MPEG-4是與ITU-T聯(lián)合研制的。 在MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)中，MPEG-1、MPEG-2屬于第一代視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，而MPEG-4則屬于第二代視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。 411. MPEG-1編碼標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 MPEG-1主要是針對(duì)1.5Mbps速率的數(shù)字存貯媒體運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，用于CD-ROM的數(shù)字視頻以及MP3等。MPEG-1視頻編譯碼系統(tǒng)的原理性框圖如右所示。 42 上述框圖中，核心部件是視頻編譯碼器，視頻編碼器的結(jié)構(gòu)如下圖所示。43分層名稱功能塊層進(jìn)行離散余弦變換DCT的基本單元宏塊層預(yù)測(cè)單元分片層同步恢復(fù)單元幀

21、(圖片)層基本編碼單元幀組(圖片組)層視頻隨機(jī)存取單元視頻序列層節(jié)目?jī)?nèi)容隨機(jī)存取單元 MPEG-1視頻流采用分層式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其分層方法及其功能如上表所示。 MPEG-1視頻流分層結(jié)構(gòu)圖如上所示。 44 MPEG-1中視頻圖像分成四種幀類型：I、P、B與D幀。 I幀為幀內(nèi)編碼幀(Intracoded frame)，編碼時(shí)采用類似H.261的DCT編碼 P幀為預(yù)測(cè)編碼幀(Predictively coded frame)，采用前向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)和誤差的DCT編碼，由其前面的I幀或P幀進(jìn)行預(yù)測(cè) B幀，為雙向預(yù)測(cè)編碼幀(bidirectionally predictively coded frame)，

22、采用雙向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)和誤差DCT編碼 D幀為直流編碼器(DC Coded frame)，它只包含每個(gè)塊的直流分量 452. MPEG-2編碼標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 ISO/IEC的MPEG組織于1995年推出MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，它是主要針對(duì)數(shù)字視頻廣播、高清晰度電視HDTV和數(shù)字視盤等制定的49Mbps運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音的編碼標(biāo)準(zhǔn)。 MPEG-2與MPEG-1的差異如下： MPEG-2專門設(shè)置了“按幀編碼”和“按場(chǎng)編碼”兩類模式，并相應(yīng)地對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和DCT方法進(jìn)行了擴(kuò)展 MPEG-2壓縮編碼在一些方面進(jìn)行了擴(kuò)展 空間分辨率、時(shí)間分辨率、信噪比可分為不同等級(jí)以適合不同等級(jí)用途需求，并可給予不同等級(jí)優(yōu)先級(jí) 視頻流結(jié)

23、構(gòu)具有可分級(jí)性 輸出碼率可以是恒定也可以是變化的以適應(yīng)同步與異步傳輸 46 MPEG-2視頻是一個(gè)多格式系統(tǒng)，允許對(duì)4種源格式進(jìn)行5種類型11種單獨(dú)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行編碼 11種單獨(dú)技術(shù)規(guī)范如右表格所示 等級(jí) 簡(jiǎn) 單 規(guī)范(無(wú)B幀，不可縮放) 主規(guī)范(B幀，不可縮放) SNR縮放(B幀，SNR縮放) 空間可縮放的規(guī)范(B幀，空間或SNR可縮放) 高級(jí)規(guī)范(B幀，空間或SNR可縮放) 高層11920115260 80Mbps 100Mbps 高層21440115260 60Mbps 60Mbps 80Mbps 高層372057630 15Mbps 15Mbps 15Mbps 20Mbps 低層3522

24、8830 4Mbps 4Mbps 474.3.5第二代視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)第二代視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 本小節(jié)介紹三類代表性標(biāo)準(zhǔn)，即已應(yīng)用于移動(dòng)通信的JPEG-2000、MPEG-4編碼標(biāo)準(zhǔn)和H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)。 481. JPEG-2000編碼標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介JPEG-2000主要特點(diǎn)如下： 用以小波變換為主的多分辨率編碼方式代替JPEG中采用的傳統(tǒng)DCT變換采用了漸進(jìn)傳輸技術(shù)(progressive transmission) 用戶在處理圖像時(shí)可以指定感興趣區(qū)域(ROI，region of interest)，對(duì)這些區(qū)域可以選取特定的壓縮質(zhì)量和解壓縮質(zhì)量 利用預(yù)測(cè)法可以實(shí)現(xiàn)無(wú)損壓縮(lossless com

25、pression) 具有誤碼魯棒性(Robustness to bit error)，抗干擾性好 考慮了人眼的主觀視覺(jué)特性，增加了視覺(jué)權(quán)重和掩膜 492. MPEG-4編碼標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 視頻編碼大體上可以分為兩代：第一代基于像素的方法；第二代基于內(nèi)容的方法。MPEG-4是基于對(duì)象方法。 左圖給出了對(duì)于一個(gè)任意形狀的視頻對(duì)象進(jìn)行通用編碼的原理框架。主要包含三部分：紋理、形狀和運(yùn)動(dòng)三個(gè)編碼模塊。 50 MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)中定義的中心概念是AV對(duì)象，其編碼機(jī)制是基于1616的像素宏塊來(lái)設(shè)計(jì)的。 MPEG-4視頻碼流提供了對(duì)視頻場(chǎng)景的分層描述，如右圖所示。51 下面給出一個(gè)用VOP形成模塊在MPEG-4視頻驗(yàn)證模型VM中的框架構(gòu)成原理： 52 MPEG-4視頻編譯碼的主要特點(diǎn)包括：圖像信息處理的基本單元，由第一代像素塊像素幀轉(zhuǎn)變到以紋理、形狀和運(yùn)動(dòng)三類主要數(shù)據(jù)的取樣值構(gòu)成視頻對(duì)象平面VOPi 視頻編碼基礎(chǔ)轉(zhuǎn)變成既取決于原有的客觀統(tǒng)計(jì)特性，而更重要的則是取決于視頻對(duì)象、內(nèi)容的各種主、客觀以及圖像瞬時(shí)特性 基于對(duì)象、基于內(nèi)容 對(duì)于不同的信源與信道，以及各個(gè)VO以及VOPi在總體圖像中的重要性和地位，可以分別采用不同等級(jí)的保護(hù)與容錯(cuò)措施 圖像處理中具有時(shí)間、空間可伸縮性(尺度變換) 533. 新一代的視頻編、譯碼標(biāo)準(zhǔn)H.264 ITU-T與ISO/IEC聯(lián)手成