第4章视频数据的压缩编码.ppt

* * * 第4章 视频数据的压缩编码 第4章 视频数据的压缩编码 掌握典型的视频编码器和解码器 理解视频序列编码和视频播放中的随机接入 掌握压缩编码算法的性能评价 了解图像和视频压缩编码的国际标准 学习目标 第4章 视频数据的压缩编码 4.1 基于帧的视频编码 4.1.1 典型的编码器与解码器 4.1.2 视频序列的编码 4.1.7 码流结构 4.5 压缩编码算法的性能评价 4.6 图像和视频编码的国际标准 4.1 基于帧的视频编码 4.1.1 典型的编码器与解码器 一、视频图像的条（片）与宏块划分 对视频图像的压缩编码，是分块进行的，一帧图像首先分成若干条（片），每条又分成许多宏块； 宏块（MB）：是基本的处理单元，包含一个亮度块和两个色度块。 二、编码器的工作原理 1、图像信号的预处理 二、编码器的工作原理 2、运动估值/补偿 视频信号并不是逐帧单独压缩传送，只有其中一部分帧是这样传送，对于大多数帧，只发送实际图像和预测图像的差值（DFD） 运动估值：预测精度取决于对相邻帧间运动的估值 运动补偿：由于估值并不精确，需要发送额外的信息来指明运动部分的预测位置与实际位置的差别 2、运动估值/补偿 说明： DFD：帧间差 运动矢量的获取：当前帧在参考帧中，块匹配得到最佳匹配块，估计得到位移矢量D； 参考帧的获取：由重构的DFD加上当前块预测值bk-1得来，包含两者信息； 预测帧的获取：参考帧通过运动补偿，得到当前帧的预测值； 帧间编码块 帧内编码块 带有运动估值与补偿的帧间预测编码原理 3、DCT变换 图像经DCT变换后，DCT系数之间相关性已经很小，而且大部分能量集中在少数的系数上。可以对整幅图像进行DCT变换，但由于图像各部位的细节不同，常采用分块DCT的办法，即将宏块再分为8X8个子块，对每个子块进行DCT变换，不同细节的子块，DCT保留的系数可不同，从而降低运算量和存储空间。 4、量化 量化会带来误差(信息损失)。通过量化(Q)，可以保留重要的DCT系数，并将不重要的DCT系数量化到零，这是数据压缩的重要的一步。 5. 从二维矩阵到一维序列的转换（游程编码） DCT系数矩阵经量化后，已经变得很稀疏，相当多的系数已经量化到零，只剩下低频系数和少量高频系数。为了进行后面的熵编码，需要将二维矩阵系数转换为一维序列，这种转换叫：游程编码。 游程编码的方法： （1）对稀疏的DCT系数矩阵，进行“之”字形扫描，得到一个系数序列： 5. 从二维矩阵到一维序列的转换（游程编码） （2）当扫描到高频区域，遇到若干个零之后才有一个非零值时，为了记录该非零值的位置，该值前面的零的个数用游程编码来表示。 （3）当剩下的系数均为零时，用符号EOB（End of Block）来代表序列的截止。 格式为：(run , level) run：表示这个非零系数前面的零的数目 Level：表示这个非零系数的数值 游程编码的方法： 6、熵编码 格式：(last , run , level) 说明： last：表示是否为游程编码非零序列的最后符号， last=1：代表“是”； run：表示这个非零系数前面的零的数目； level：表示这个非零系数的绝对值； 码字后的s：0为正值，1为负值。 游程编码之后，还需要使用熵编码来进一步消除冗余，压缩数据。实际设计中，是将游程编码后的组合（run，level）看成一个符号，并给予一个码字，这样的码表称为二维霍夫曼表。 7、速率控制 由于编码的原因，例如，熵编码产生的是变长码、帧内编码与帧间编码产生的数据量不同、视频信号的统计特性不平稳，复杂度高的图像经压缩后产生的数据量大，等等，因此，编码输出的比特流速率是变化的。 为了能在恒定比特率的信道上传送，需要在进入信道之前加一个缓冲器，用以对输出的比特流速率进行平滑和控制； 4.1.2 视频序列的编码 帧内编码：采用类似于静止的图像压缩（JPEG算法)进行编码,通常第一帧(I 帧)采用帧内编码,后继帧采用帧间预测编码。 帧间编码：即 帧间预测压缩编码。 ●压缩编码的帧，一般有独立编码的帧（帧内编码），和预测编码的帧（帧间编码）两大类型。 ●随机接入：接收机在刚开机、改换频道、进行快进快退等操作时，需要从码流的某个中间点处开始解码，这称为随机接入。 4.1.2 视频序列的编码 I帧：即实行帧内编码的帧。 B帧：双向预测的帧间编码帧。 P帧：前向预测的帧间编码帧。 GOP：两个I帧之间的图像所构成的一个图像组，其中的P帧和B帧数目可以根据实际需要选择。 ●4.1.7码流结构 视频序列是以帧为单位进行编码，每一帧又被划分为条、宏块和块分别进行具有运动补偿的帧间预测和DCT编码，然后转换成一维的符号序