第4章 信源编码原理.pptVIP

数字电视原理 第4章 信源编码原理 4.1数字音频编码的基本原理 4.2数字视频编码概述 4.3熵编码 4.4预测编码 4.5变换编码 第4章 信源编码原理 4.1数字音频编码的基本原理 4.2数字视频编码概述 4.3熵编码 4.4预测编码 4.5变换编码 4.2数字视频编码概述 4.2.1数字视频压缩的必要性和可能性 4.2.2数字视频编码技术的进展 4.2.3数据压缩分类 4.2.1数字视频压缩的必要性和可能性 数据压缩的理论基础是信息论。从信息论的角度来看，压缩就是去掉数据中的冗余，即保留不确定的信息，去掉确定的信息（可推知的），也就是用一种更接近信息本质的描述来代替原有冗余的描述。 4.2.1数字视频压缩的必要性和可能性 空间冗余 空间冗余也称为空域冗余，是一种与像素间相关性直接联系的数据冗余。 如果先去除冗余数据再进行编码，则使表示每个像素的平均比特数下降，这就是通常所说的图像的帧内编码，即以减少空间冗余进行数据压缩。 4.2.1数字视频压缩的必要性和可能性 时间冗余 时间冗余也称为时域冗余，它是针对视频序列图像而言的。视频序列每秒有25 ~ 30帧图像，相邻帧之间的时间间隔很小(例如，帧频为25Hz的电视信号，其帧间时间间隔只有0.04s)；同时实际生活中的运动物体具有运动一致性，使得视频序列图像之间有很强的相关性。 4.2.1数字视频压缩的必要性和可能性 时间冗余 对于视频压缩而言，通常采用运动估值和运动补偿预测技术来消除时间冗余，也称为帧间编码。 4.2.1数字视频压缩的必要性和可能性 4.2.1数字视频压缩的必要性和可能性 统计冗余 统计冗余也称编码表示冗余或符号冗余。 采用可变长编码技术，对出现概率大的符号用短码字表示，对出现概率小的符号用长码字表示，则可去除符号冗余，从而节约码字，这就是熵编码的思想。 4.2.1数字视频压缩的必要性和可能性 结构冗余 在有些图像的部分区域内有着很相似的纹理结构，或是图像的各个部分之间存在着某种关系，例如自相似性等，这些都是结构冗余的表现。 分形图像编码的基本思想就是利用了结构冗余。 4.2.1数字视频压缩的必要性和可能性 知识冗余 在某些特定的应用场合，编码对象中包含的信息与某些先验的基本知识有关。可以利用这些先验知识为编码对象建立模型。通过提取模型参数，对参数进行编码而不是对图像像素值直接进行编码，可以达到非常高的压缩比。这是模型基编码（或称知识基编码、语义基编码）的基本思想。 4.2.1数字视频压缩的必要性和可能性 人眼的视觉冗余 视觉冗余度是相对于人眼的视觉特性而言的。压缩视觉冗余的核心思想是去掉那些相对人眼而言是看不到的或可有可无的图像数据。对视觉冗余的压缩通常反映在各种具体的压缩编码过程中。 4.2数字视频编码概述 4.2.1数字视频压缩的必要性和可能性 4.2.2数字视频编码技术的进展 4.2.3数据压缩分类 4.2.2数字视频编码技术的进展 1948年电视信号数字化的提出，人们开始了对图像压缩编码的研究工作 1952年哈夫曼给出最优变长码的构造方法 4.2.2数字视频编码技术的进展 预测编码 1952贝尔实验室的奥利弗等人开始研究线性预测编码理论 1958年格雷哈姆用计算机模拟法研究图像的DPCM方法 1966年奥尼尔通过理论分析和计算模拟比较了PCM和DPCM对电视信号进行编码传输的性能 20世纪70年代开始进行了帧间预测编码的研究 20世纪80年代初开始对作运动补偿预测所用的运动估值进行研究 4.2.2数字视频编码技术的进展 变换编码 首先讨论了包括K-L（Karhunen-Loeve） 变换、傅立叶变换等正交变换 1968年安德鲁斯等人采用二维离散傅立叶变换（2D-DFT）提出了变换编码 此后相继出现了沃尔什-哈达玛（Walsh-Hadamard）变换、斜（Slant）变换、K-L变换、离散余弦变换（DCT）等 4.2.2数字视频编码技术的进展 子带编码 1976年美国贝尔系统的克劳切等人提出了话音的子带编码 1985年奥尼尔将子带编码引入到图像编码 4.2.2数字视频编码技术的进展 算术编码 1960年，P.Elias提出了算术编码的概念 1976年，R.Pasco和J.Rissanen分别用定长的寄存器实现了有限精度的算术编码 1979年Rissanen和G.G.Langdon一起将算术编码系统化，并于1981年实现了二进制编码 1987年Witten等人发表了一个实用的算术编码程序，即CACM87（后被ITU-T的H.263视频压缩标准