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MPEG-4视频压缩技术及其应用 □ 北京理工大学 王正宏 随着信息技术的飞速发展，人们对多媒体信息业务的需求与日俱增。尽管人们在努力增加 信道带宽和提高信道传输速率，但多媒体数据压缩技术仍受到人们广泛的关注，进行甚低码率 （低于64kbps）的视频信号传输的研究已成为当前数字信号处理领域的热点问题之一。 研究视频图像数据可以发现其中存在大量的冗余，减少图像的冗余度就可以极大地减少图 像的数据量，视频图像数据的冗余主要是以下几个方面： *空间冗余度：同一景物表面上各数字采样点的颜色间往往存在着空间连贯性，因此通过 改变物体表面颜色的象素存储方式来利用空间连贯性，达到减少数据量的目的。 *时间冗余度：序列图像为位于一时间轴区间内的一组连续画面，其中的相邻帧往往包含 相同的背景和移动物体，只不过移动物体所在的空间位置略有不同，所以前后帧的数据存在极 大的相关性。 除此以外，还存在着信息熵冗余、视觉冗余、结构冗余、知识冗余、纹理统计冗余等。 视频编码研究 踪获得对应于特定应用者的模型参数，接收端利用这些参 视频编码的研究主要有数据压缩比、压缩/解压速度 数调整模型，以恢复出该应用者的信息。但是，由于基于 及快速实现算法三方面内容。 模型的方法运算复杂，且易受到图像内容的影响，目前并 经典的图像编码理论是仙农 （Shannon）信息论，按有 不成熟。 无失真可分为无损压缩和有损压缩，并且找出了编码率与 基于图像内容的编码方法首先确定对象的大致形状和 失真度之间的关系。以仙农的编码理论为指导的经典的编 帧间运动，并以此对下一帧中对应的对象进行运动补偿。 码方法，充分利用图像空域时域的相关性进行压缩编码。 实验证明该方法具有很好的压缩性能，其最大的难点在于 统计编码则利用图像数据的分布特性，对于出现频率 对象的自动分割。 高的符号用较少的位数来表示，而出现频率低的符号用较 多的位数来表示，其效率取决于数据的概率分布，概率分 MPEG标准的演进 布越集中则压缩比越高，常见的有Huffman编码、算术编 MPEG的活动始于1988年，1990年提出和建立了MPEG 码、游程编码。 标准草案，1992年作为ISO/IEC11172号建议正式通过成为 以上方法相互结合的混合编码有更高的压缩效率，但 MPEG-1国际标准，1993年11月正式通过ISO/IEC13818号 还是不能满足现实应用的需要。Kunt提出的第二代图像编 建议，成为MPEG-2标准。由于MPEG标准的巨大成功，使 码在理论上没有突破信息理论原有的框架，但他使人们认 多媒体软件和硬件产品空前发展，并直接影响人们的生活。 识到充分利用视觉特性的重要性。 MPEG-1算法中，帧内图像数据压缩和帧间图像数据 结构编码也称为第二代编码，首先将图像中的边界、 压缩技术同时使用，帧内压缩算法与JPEG算法大致相同， 轮廓、纹理等结构特征求出来，然后保存这些参数，解码 帧间算法采用运动预测和运动补偿方法，预测误差通过 时根据结构和参数信息进行合成，从而恢复原图像。 DCT变换编码处理进一步压缩。在MPEG-1算法中，采用 基于模型的图像编码技术在发送和接收两端，分别对 了三种类型预测帧：帧内预测帧（Intra picture, I）、预测 人的面部等建立同样的模型。在发送端通过人脸检测和跟 帧（Predicted picture, P）、双向预测帧（