視頻編碼的基本原理一

    視頻圖像數據有極強的相關性，也就是說有大量的冗余信息。其中冗余信息可分為空域冗余信息和時域冗余信息。壓縮技術就是將數據中的冗余信息去掉（去除數據之間的相關性），壓縮技術包含幀內圖像數據壓縮技術、幀間圖像數據壓縮技術和熵編碼壓縮技術。

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一、去時域冗余信息

    使用幀間編碼技術可去除時域冗余信息，它包括以下三部分：

1、 運動補償

    運動補償是通過先前的局部圖像來預測、補償當前的局部圖像，它是減少幀序列冗余信息的有效方法。

2、 運動表示

    不同區域的圖像需要使用不同的運動矢量來描述運動信息。運動矢量通過熵編碼進行壓縮。

3、 運動估計

    運動估計是從視頻序列中抽取運動信息的一整套技術。

注：通用的壓縮標準都使用基于塊的運動估計和運動補償

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二、去空域冗余信息

   主要使用幀間編碼技術和熵編碼技術：

1、變換編碼

   幀內圖像和預測差分信號都有很高的空域冗余信息。變換編碼將空域信號變換到另一正交矢量空間，使其相關性下降，數據冗余度減小。

2、量化編碼

   經過變換編碼后，產生一批變換系數，對這些系數進行量化，使編碼器的輸出達到一定的位率。這一過程導致精度的降低。

3、 熵編碼

   熵編碼是無損編碼。它對變換、量化后得到的系數和運動信息，進行進一步的壓縮。

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三、視頻編碼的基本框架

H.261

    H.261標準是為ISDN設計，主要針對實時編碼和解碼設計，壓縮和解壓縮的信號延時不超過150ms，碼率px64kbps(p=1~30)。

    H.261標準主要采用運動補償的幀間預測、DCT變換、自適應量化、熵編碼等壓縮技術。 只有I幀和P幀，沒有B幀，運動估計精度只精確到像素級。支持兩種圖像掃描格式：QCIF和CIF。

H.263

    H.263標準是甚低碼率的圖像編碼國際標準，它一方面以H.261為基礎，以混合編碼為核心，其基本原理框圖和H.261十分相似，原始數據和碼流組織也相似；另一方面，H.263也吸收了MPEG等其它一些國際標準中有效、合理的部分， 如：半像素精度的運動估計、PB幀預測等，使它性能優于H.261。

H.263使用的位率可小于64Kb/s,且傳輸比特率可不固定（變碼率）。H.263支持多種分辨率： SQCIF(128x96)、 QCIF、CIF、4CIF、16CIF。

與H.261和H.263相關的國際標準

與H.261有關的國際標準

H.320：窄帶可視電話系統和終端設備；

H.221：視聽電信業務中64~1 920Kb/s信道的幀結構；

H.230：視聽系統的幀同步控制和指示信號；

H.242：使用直到2Mb/s數字信道的視聽終端的系統。

與H.263有關的國際標準

H.324：甚低碼率多媒體通信終端設備；

H.223：甚低碼率多媒體通信復合協議；

H.245：多媒體通信控制協議；

G.723.1.1：傳輸速率為5.3Kb/s和6.3Kb/s的語音編碼器。

JPEG

    國際標準化組織于1986年成立了JPEG(Joint Photographic Expert Group)聯合圖片專家小組，主要致力于制定連續色調、多級灰度、靜態圖像的數字圖像壓縮編碼標準。常用的基于離散余弦變換(DCT)的編碼方法，是JPEG算法的核心內容。

MPEG-1/2

    MPEG-1標準用于數字存儲體上活動圖像及其伴音的編碼，其數碼率為1.5Mb/s。 MPEG-1的視頻原理框圖和H.261的相似。

    MPEG-1視頻壓縮技術的特點：1. 隨機存取；2. 快速正向/逆向搜索；3 .逆向重播；4. 視聽同步；5. 容錯性；6. 編/解碼延遲。MPEG-1視頻壓縮策略：為了提高壓縮比，幀內/幀間圖像數據壓縮技術必須同時使用。幀內壓縮算法與JPEG壓縮算法大致相同，采用基于DCT的變換編碼技術，用以減少空域冗余信息。幀間壓縮算法，采用預測法和插補法。預測誤差可在通過DCT變換編碼處理，進一步壓縮。幀間編碼技術可減少時間軸方向的冗余信息。

    MPEG-2被稱為“21世紀的電視標準”，它在MPEG-1的基礎上作了許多重要的擴展和改進，但基本算法和MPEG-1相同。

MPEG-4

    MPEG-4標準并非是MPEG-2的替代品，它著眼于不同的應用領域。MPEG-4的制定初衷主要針對視頻會議、可視電話超低比特率壓縮（小于64Kb/s）的需求。在制定過程中，MPEG組織深深感受到人們對媒體信息，特別是對視頻信息的需求由播放型轉向基于內容的訪問、檢索和操作。

    MPEG-4與前面提到的JPEG、MPEG-1/2有很大的不同，它為多媒體數據壓縮編碼提供了更為廣闊的平臺，它定義的是一種格式、一種框架，而不是具體算法，它希望建立一種更自由的通信與開發環境。于是MPEG-4新的目標就是定義為：支持多種多媒體的應用，特別是多媒體信息基于內容的檢索和訪問，可根據不同的應用需求，現場配置解碼器。編碼系統也是開放的，可隨時加入新的有