数字图像处理第5章课件

《数字图像处理第5章课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字图像处理第5章课件（45页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、12022-6-25数字图像处理第5章第第5章章 图像编码与压缩图像编码与压缩l5.1 引言（图像压缩的基本概念）引言（图像压缩的基本概念）l5.2 图像保真度准则（图像评价）图像保真度准则（图像评价）l5.3 无损压缩技术无损压缩技术l5.4 无损预测编码无损预测编码l5.5 有损预测编码有损预测编码l5.6 图像变换编码基本原理图像变换编码基本原理l5.7 视频图像编码简介视频图像编码简介22022-6-25数字图像处理第5章5.1 引言（图像压缩的基本概念）引言（图像压缩的基本概念）l数字图像数据量很大，因此为了快速传输，总是数字图像数据量很大，因此为了快速传输，总是希望进行合理的图像压

2、缩。希望进行合理的图像压缩。l压缩的理论基础是信息论，是一种通过删除冗余压缩的理论基础是信息论，是一种通过删除冗余的或者不需要的信息来达到压缩数据量目的的技的或者不需要的信息来达到压缩数据量目的的技术。术。l虽然表示图像需要大量数据，但是图像数据是高虽然表示图像需要大量数据，但是图像数据是高度相关的，或者说存在冗余信息，去掉这些冗余度相关的，或者说存在冗余信息，去掉这些冗余信息后可以有效压缩图像，同时又不会损害图像信息后可以有效压缩图像，同时又不会损害图像的有效信息。的有效信息。l数字图像的冗余主要表现为以下几种形式：数字图像的冗余主要表现为以下几种形式：空间空间冗余、时间冗余、视觉冗余、信息

3、熵冗余、结构冗余、时间冗余、视觉冗余、信息熵冗余、结构冗余和知识冗余。冗余和知识冗余。32022-6-25数字图像处理第5章l1.空间冗余空间冗余l图像内部相邻像素之间存在较强的相关性所造成的冗余。也图像内部相邻像素之间存在较强的相关性所造成的冗余。也称为像素相关冗余。称为像素相关冗余。l场景中总有一些物体，图像中就有一些目标，同一目标的像场景中总有一些物体，图像中就有一些目标，同一目标的像素之间一般具有相关性。素之间一般具有相关性。l根据相关性，由某一个像素的性质可以获得其邻域像素的性根据相关性，由某一个像素的性质可以获得其邻域像素的性质，各像素的值可以由其邻近像素的值预测出来，每个独立质，

4、各像素的值可以由其邻近像素的值预测出来，每个独立的像素所携带的信息相对较少。图像中存在与像素间相关性的像素所携带的信息相对较少。图像中存在与像素间相关性直接联系的数据冗余，即为像素相关冗余，也称为空间冗余直接联系的数据冗余，即为像素相关冗余，也称为空间冗余或几何冗余。或几何冗余。l例如例如:原始图像数据原始图像数据 234 235 236 237 238 237 225 压缩后图像数据压缩后图像数据 234 1 1 1 1 1 -2 5.1 引言（图像压缩的基本概念）引言（图像压缩的基本概念）42022-6-25数字图像处理第5章l2.时间冗余时间冗余 视频图像序列中的不同帧之间的相关性所造成

5、的冗余。视频图像序列中的不同帧之间的相关性所造成的冗余。l3.视觉冗余视觉冗余 是指人眼不能感知或不敏感的那部分图像信息。人的眼是指人眼不能感知或不敏感的那部分图像信息。人的眼睛对图像细节和颜色的辨认受到人的视觉特性的限制，人类睛对图像细节和颜色的辨认受到人的视觉特性的限制，人类最多能分辨最多能分辨 种颜色，而彩色图像用种颜色，而彩色图像用24表示，即表示，即 种颜色，种颜色，这种数据冗余称为视觉冗余。这种数据冗余称为视觉冗余。1622425.1 引言（图像压缩的基本概念）引言（图像压缩的基本概念）5数字图像处理第5章视觉冗余视觉冗余224 225 226 224 223 222224 223

6、 224 224 223 224224 225 226 224 223 222224 223 224 224 223 224224 225 226 224 223 222224 223 224 224 223 224224 224 224 224 224 224224 224 224 224 224 224224 224 224 224 224 224224 224 224 224 224 224224 224 224 224 224 224224 224 224 224 224 22462022-6-25数字图像处理第5章l4.信息熵冗余信息熵冗余 也称编码冗余，如果图像中平均每个像素使用的

7、比特数也称编码冗余，如果图像中平均每个像素使用的比特数大于该图像的信息熵，则图像中存在冗余，称为信息熵冗余。大于该图像的信息熵，则图像中存在冗余，称为信息熵冗余。 如如:一幅图像一幅图像,用香农公式计算出来的信息熵是用香农公式计算出来的信息熵是1000.35bit, 在消除空间冗余在消除空间冗余,视觉冗余后还有视觉冗余后还有2500bit,那么那么,该图像该图像 还存在信息熵冗余还存在信息熵冗余.5.1 引言（图像压缩的基本概念）引言（图像压缩的基本概念）72022-6-25数字图像处理第5章l5.结构冗余结构冗余 是指图像中存在很强的纹理结构或自相似性。是指图像中存在很强的纹理结构或自相似性

8、。l6.知识冗余知识冗余 是指在有些图像中还包含与某些先验知识有关的信息。是指在有些图像中还包含与某些先验知识有关的信息。l数字压缩技术利用了数据固有的冗余性和不相干性，将一数字压缩技术利用了数据固有的冗余性和不相干性，将一个大的图像数据文件转换成较小的文件。个大的图像数据文件转换成较小的文件。l经过压缩的文件可以在以后需要的时候以某种方式将原文经过压缩的文件可以在以后需要的时候以某种方式将原文件恢复出来。件恢复出来。l两个文件的大小之比即为压缩比。压缩比反映了图像文件两个文件的大小之比即为压缩比。压缩比反映了图像文件的压缩程度。的压缩程度。lN原图像原图像bit数，数，n压缩后图像压缩后图像

9、bit数，数，N/n为压缩比。为压缩比。 5.1 引言（图像压缩的基本概念）引言（图像压缩的基本概念）82022-6-25数字图像处理第5章l图像压缩的分类：图像压缩的分类： l无损压缩：删除的仅仅是冗余的信息，因此可以在解压缩时无损压缩：删除的仅仅是冗余的信息，因此可以在解压缩时精确地恢复图像。精确地恢复图像。l有损压缩：删除了不影响视觉的信息，因此只能对原有的图有损压缩：删除了不影响视觉的信息，因此只能对原有的图像进行近似地重构，而不能精确的复原。像进行近似地重构，而不能精确的复原。l有损压缩的算法可以达到较高的压缩比。对于多数图像来说，有损压缩的算法可以达到较高的压缩比。对于多数图像来说

10、，为了得到更高的压缩比，保真度的轻微损失是可以接受的。为了得到更高的压缩比，保真度的轻微损失是可以接受的。5.1 引言（图像压缩的基本概念）引言（图像压缩的基本概念）92022-6-25数字图像处理第5章l主观的保真度准则主观的保真度准则l客观的保真度准则客观的保真度准则5.2 图像的保真度准则图像的保真度准则102022-6-25数字图像处理第5章 5.2 图像保真度准则图像保真度准则l1. 客观保真度准则客观保真度准则 1)均方根误差均方根误差 常用的准则是输入图像和输出图像的均方根误差。令常用的准则是输入图像和输出图像的均方根误差。令f(x,y)表示输入图像，表示输入图像， 表示对输入图

11、像压缩编码和表示对输入图像压缩编码和解码后的近似图像，则原图像和解码后的图像之间的解码后的近似图像，则原图像和解码后的图像之间的误差可以表示为误差可以表示为 ),(yxf),(),(),(yxfyxfyxe112022-6-25数字图像处理第5章 5.2 图像保真度准则图像保真度准则l设图像的大小为设图像的大小为 ，则，则 和和 之间的之间的均方根误均方根误差为差为NM ),(yxf),(yxf2/110102),(),(1MxNyrmsyxfyxfMNe122022-6-25数字图像处理第5章5.2 图像保真度准则图像保真度准则l2. 主观保真度准则主观保真度准则等级等级 评价评价1优秀优秀

12、图像清晰质量好图像清晰质量好2良好良好图像较清晰，有轻微的马赛克但不影响观看图像较清晰，有轻微的马赛克但不影响观看3可用可用图像有干扰但不影响观看图像有干扰但不影响观看4差差大面积马赛克几乎无法观看大面积马赛克几乎无法观看5很差很差图像不能使用图像不能使用13数字图像处理第5章图像压缩模型图像压缩模型l图像压缩系统的一般构成图像压缩系统的一般构成信源信源编码编码信道信道编码编码信道信道信道信道解码解码信源信源解码解码l信源编码：消除数据冗余，完成原始信源编码：消除数据冗余，完成原始 数据的编码与压缩。数据的编码与压缩。l信道编码：加入容错、校验位等冗余信道编码：加入容错、校验位等冗余信息，防止

13、信道传输中的干扰。信息，防止信道传输中的干扰。l信道：传送数据的手段。如：信道：传送数据的手段。如：Internet、广播、可移动介质等、广播、可移动介质等.14数字图像处理第5章图像压缩模型图像压缩模型l信源编码模型信源编码模型l信源解码模型信源解码模型映射器映射器量化器量化器符号符号编码器编码器反向反向映射器映射器符号符号解码器解码器15数字图像处理第5章图像压缩模型图像压缩模型l映射器映射器:减少像素冗余减少像素冗余.如如:使用字典编码使用字典编码,图像图像变换变换.l量化器量化器:减少视觉心理冗余减少视觉心理冗余.仅适用于有损压缩仅适用于有损压缩.l符号编码器符号编码器:减少编码冗余减

14、少编码冗余.如如:哈夫曼编码哈夫曼编码.162022-6-25数字图像处理第5章 5.3 无损压缩技术无损压缩技术l无损压缩算法可以分为两大类：基于字典的技术和基无损压缩算法可以分为两大类：基于字典的技术和基于统计的方法。于统计的方法。l基于字典的技术生成的文件包含的是定长码，每个码基于字典的技术生成的文件包含的是定长码，每个码字代表原文件中数据的一个特定的序列。（页码，第字代表原文件中数据的一个特定的序列。（页码，第几个字）几个字）l基于统计的方法通过用较短代码代表频繁出现的字符，基于统计的方法通过用较短代码代表频繁出现的字符，用较长的代码代表不常出现的字符，从而实现图像数用较长的代码代表不

15、常出现的字符，从而实现图像数据文件的压缩。据文件的压缩。172022-6-25数字图像处理第5章 5.3.1 基于字典的技术基于字典的技术1.行程编码（行程编码（Run Length Encoding，RLE） 在一个逐行存储的图像中，具有相同灰度值的一些像素组在一个逐行存储的图像中，具有相同灰度值的一些像素组成序列，称为一个行程。可以只存一个代表那个灰度值的成序列，称为一个行程。可以只存一个代表那个灰度值的码，后面是行程的长度，而不需要将同样的灰度值存储很码，后面是行程的长度，而不需要将同样的灰度值存储很多次，这就是行程编码。多次，这就是行程编码。 例例1 某一图像的第某一图像的第i行为（行

16、为（180，180，180，）共）共10000个数据个数据,模仿模仿RLE编码可以简单写成编码可以简单写成 (180,10000)。 182022-6-25数字图像处理第5章l它对单一颜色背景下物体的图像可以达到很高的压缩比，但它对单一颜色背景下物体的图像可以达到很高的压缩比，但若图像中的像素中的数据非常分散，则行程编码不但不能压若图像中的像素中的数据非常分散，则行程编码不但不能压缩数据，反而会增加图像文件的大小。缩数据，反而会增加图像文件的大小。l 例例2 某一图像的第某一图像的第i行为（行为（ai1，ai2，ai3,aij）,其中其中j=10000，如果仍然采用，如果仍然采用RLE编码，则

17、写成（编码，则写成（ai1，ai2，1，ai3，1，aij，1）共有）共有20000个数据个数据,文件被加倍是显而文件被加倍是显而易见的。易见的。l行程编码比较适合于二值图像的编码，一般用于量化后出现行程编码比较适合于二值图像的编码，一般用于量化后出现大量零系数连续的场合，用行程来表示连零码。为了达到较大量零系数连续的场合，用行程来表示连零码。为了达到较好的压缩效果，在进行图像编码时不单独采用行程编码，而好的压缩效果，在进行图像编码时不单独采用行程编码，而是和其他编码方法综合使用。是和其他编码方法综合使用。 5.3.1 基于字典的技术基于字典的技术192022-6-25数字图像处理第5章l2.

18、 LZW编码编码 LZ编码是由编码是由Lemple和和Ziv最早提出的无损压缩技术。它由最早提出的无损压缩技术。它由Welch加以充实而形成了广泛应用的有专利保护的加以充实而形成了广泛应用的有专利保护的LZW算法。算法。l同同RLE类似，它也是对字符串编码从而实现数据压缩。然而，类似，它也是对字符串编码从而实现数据压缩。然而，与与RLE不同的是，它在对文件进行编码的同时，生成特定字不同的是，它在对文件进行编码的同时，生成特定字符序列的表以及它们对应的代码符序列的表以及它们对应的代码 。5.3.1 基于字典的技术基于字典的技术202022-6-25数字图像处理第5章l LZW编码的基本思想：在编

19、码过程中，将所遇到的字符串编码的基本思想：在编码过程中，将所遇到的字符串建立一个字符串表，表中的每个字符串都对应一个索引，建立一个字符串表，表中的每个字符串都对应一个索引，编码时用该字符串在字串表中的索引来代替原始的数据串。编码时用该字符串在字串表中的索引来代替原始的数据串。l例子：例子：ababcbababaaaaaaa a,b,c,ab,ba,abc,cb,bab,baba,aa,aaa,aaaa 5.3.1 基于字典的技术基于字典的技术212022-6-25数字图像处理第5章 5.3.2 统计编码技术统计编码技术l1.哈夫曼编码哈夫曼编码 哈夫曼编码（哈夫曼编码（Huffman Codi

20、ng）是图像压缩中最重）是图像压缩中最重要的编码方式之一，它是要的编码方式之一，它是1952年由哈夫曼提出的无损年由哈夫曼提出的无损的统计编码方法。的统计编码方法。l在编码输入中，对于那些出现概率大的信息符号编以在编码输入中，对于那些出现概率大的信息符号编以较短的字长的码，而对于那些出现概率小的信息符号较短的字长的码，而对于那些出现概率小的信息符号用较长的字长的编码。用较长的字长的编码。222022-6-25数字图像处理第5章 5.3.2 统计编码技术统计编码技术l2香农编码（香农编码（shannon coding）l 香农编码的过程与哈夫曼编码有些相似。其编码步骤香农编码的过程与哈夫曼编码有

21、些相似。其编码步骤简述如下。简述如下。l(1)图像灰度级按概率递减顺序排序；图像灰度级按概率递减顺序排序；l(2)将分成两组，每组的概率和相同或相似。对第一组分配将分成两组，每组的概率和相同或相似。对第一组分配代码代码“0”，第二组分配代码，第二组分配代码“1”；l(3)执行步骤（执行步骤（2）后，若每组还是由两个或两个以上的灰）后，若每组还是由两个或两个以上的灰度级组成，就重复上述步骤，直到每组只有一个灰度级。度级组成，就重复上述步骤，直到每组只有一个灰度级。232022-6-25数字图像处理第5章5.4 无损预测编码无损预测编码l 预测编码的基本思想是通过仅对每个像素中提取的新信预测编码的

22、基本思想是通过仅对每个像素中提取的新信息编码，来消除像素之间的冗余。这里一个像素的新信息编码，来消除像素之间的冗余。这里一个像素的新信息定义为该像素的当前或现实值与它预测值的差值。息定义为该像素的当前或现实值与它预测值的差值。l 一个无损预测编码系统主要由一个编码器和一个解码器一个无损预测编码系统主要由一个编码器和一个解码器组成，它们各有一个相同的预测器，如图组成，它们各有一个相同的预测器，如图5.2所示。所示。242022-6-25数字图像处理第5章5.4 无损预测编码无损预测编码图5.2 无损预测编码系统252022-6-25数字图像处理第5章 5.4 无损预测编码无损预测编码l当输入图像

23、的像素序列逐个进入编码器时，预测器根据当输入图像的像素序列逐个进入编码器时，预测器根据若干个过去的输入产生对当前输入像素的预测值，也称若干个过去的输入产生对当前输入像素的预测值，也称为估计值。将这个预测值进行整数舍入，得到预测器的为估计值。将这个预测值进行整数舍入，得到预测器的输出值，则由此产生的预测误差表示为输出值，则由此产生的预测误差表示为l例如：输入（例如：输入（224 225 223）则经预测器后需传输（）则经预测器后需传输（224 1 -2）kkkffe262022-6-25数字图像处理第5章 5.4 无损预测编码无损预测编码l 预测误差可以用符号编码器，借助变长码进行编码用预测误差

24、可以用符号编码器，借助变长码进行编码用以产生压缩图像数据流的下一个元素。利用解码器，根据以产生压缩图像数据流的下一个元素。利用解码器，根据接收的变长码字重建预测误差，则解压缩图像的像素序列接收的变长码字重建预测误差，则解压缩图像的像素序列表示为表示为l解压缩时（解压缩时（224 224+1 224+1-2）kkkfef272022-6-25数字图像处理第5章5.4 无损预测编码无损预测编码l 利用预测器，可以将对原始图像序列的编码转换成对预测利用预测器，可以将对原始图像序列的编码转换成对预测误差的编码。误差的编码。l由于在预测比较时，预测误差的动态范围会远小于原始图由于在预测比较时，预测误差的

25、动态范围会远小于原始图像序列的动态范围，所以对预测误差的编码所需的比特数像序列的动态范围，所以对预测误差的编码所需的比特数会大大减少，这是预测编码可以获得数据压缩结果的原因。会大大减少，这是预测编码可以获得数据压缩结果的原因。l在多数情况下，可以通过将个先前的像素进行线性组合得在多数情况下，可以通过将个先前的像素进行线性组合得到预测值。到预测值。282022-6-25数字图像处理第5章 5.4 无损预测编码无损预测编码l将将m个先前的像素进行线性组合得到预测值。个先前的像素进行线性组合得到预测值。l式中，式中，m称为线性预测器的阶，称为线性预测器的阶，R是舍入函数，是舍入函数，ai是预测系是预

26、测系数。数。inmiinfaRf1292022-6-25数字图像处理第5章 5.5 有损预测编码有损预测编码l 有损预测编码系统与无损预测编码系统相比，主要有损预测编码系统与无损预测编码系统相比，主要增加了量化器。量化器的作用是将预测误差映射到有增加了量化器。量化器的作用是将预测误差映射到有限个输出限个输出 中，中， 决定了有损预测编码中的压缩量和决定了有损预测编码中的压缩量和失真量。有损预测编码系统组成如图失真量。有损预测编码系统组成如图5.3所示。所示。ke ke 302022-6-25数字图像处理第5章 5.5 有损预测编码有损预测编码 图图 5.3 有损预测编码系统有损预测编码系统31

27、2022-6-25数字图像处理第5章5.6 图像变换编码基本原理图像变换编码基本原理l图像的变换编码是利用某种变换将空间域里描述的图像图像的变换编码是利用某种变换将空间域里描述的图像 ，变换为变换域中描述的变换为变换域中描述的 。对变换域中。对变换域中 编码压缩，比编码压缩，比对空间域压缩更为有效。对空间域压缩更为有效。l因为在频域中相关性明显下降，能量主要集中于少数低频分因为在频域中相关性明显下降，能量主要集中于少数低频分量系数上。量系数上。l通常采用正交变换。例如傅里叶变换、沃尔什变换、离散余通常采用正交变换。例如傅里叶变换、沃尔什变换、离散余弦变换等。以傅里叶变换为例，变换具有能量集中于

28、少数低弦变换等。以傅里叶变换为例，变换具有能量集中于少数低频系数、各系数不相关、高频分量衰减很快且能量较小等性频系数、各系数不相关、高频分量衰减很快且能量较小等性质。这些性质都可以用于图像数据压缩。质。这些性质都可以用于图像数据压缩。),(yxf),(vuF),(vuF322022-6-25数字图像处理第5章5.7 视频图像编码简介视频图像编码简介l国际标准化组织国际标准化组织(ISO)l国际电工委员会国际电工委员会(IEC)l国际电信联盟国际电信联盟(ITU)l国际电报电话咨询委员会国际电报电话咨询委员会(CCITT)等国际组织积极致力于等国际组织积极致力于图像处理的标准化工作。图像处理的标

29、准化工作。l特别是图像编码，涉及到多媒体、数字电视、可视电话、特别是图像编码，涉及到多媒体、数字电视、可视电话、会议电视等图像传输方面的广泛应用，为此制定的国际会议电视等图像传输方面的广泛应用，为此制定的国际标准极大地推动了图像编码技术的发展与应用。这些图标准极大地推动了图像编码技术的发展与应用。这些图像编码的国际标准有：像编码的国际标准有：JPEG、MPEG、H.26x等标准。等标准。332022-6-25数字图像处理第5章 5.7.1 JPEG标准标准l 1986年，年，ISO和和CCITT成立了成立了“联合图片专家组联合图片专家组”（Joint Photographic Expert G

30、roup），主要任务是），主要任务是研究静止图像压缩算法的国际标准。研究静止图像压缩算法的国际标准。lJPEG标准制定的以自适应离散余弦变换编码（标准制定的以自适应离散余弦变换编码（ADCT）为基础的为基础的“连续色调静止图像压缩编码连续色调静止图像压缩编码” 于于1991年年3月月正式提出。正式提出。342022-6-25数字图像处理第5章 5.7.2 MPEG标准标准l 1987年，年，ISO和和CCITT成立了成立了“活动图像专家组活动图像专家组”（Moving Picture Expert Group），任务是制定用于），任务是制定用于数字存储媒介中活动图像及伴音的标码标准。数字存储媒

31、介中活动图像及伴音的标码标准。l1991年年11月提出了月提出了1.5Mb/s的编码方案。的编码方案。1992年通过了年通过了ISO11172号建议，即号建议，即MPEG标准。标准。MPEG标准主要由视标准主要由视频、音频和系统三个部分组成，是一个完整的多媒体压频、音频和系统三个部分组成，是一个完整的多媒体压缩编码方案。缩编码方案。 lMPEG标准阐明了编解码过程，严格规定了编码后产生标准阐明了编解码过程，严格规定了编码后产生的数据流的句法结构，但是并没有规定编解码的算法。的数据流的句法结构，但是并没有规定编解码的算法。352022-6-25数字图像处理第5章5.7.2 MPEG标准标准l1M

32、PEG-1标准标准l MPEG-1标准为标准为1.5Mbit/s数字存储媒体上的活动数字存储媒体上的活动图像及其伴音的编码。标准主要包括：系统、视频、图像及其伴音的编码。标准主要包括：系统、视频、音频、一致性、参考软件等五部分，这五部分的简单音频、一致性、参考软件等五部分，这五部分的简单描述如下。描述如下。362022-6-25数字图像处理第5章 5.7.2 MPEG标准标准l1MPEG-1标准标准l第一部分：第一部分：MPEG-1系统，主要描述如何将符合该标准的系统，主要描述如何将符合该标准的视频和音频的一路或多路数据流与定时信息相结合，形视频和音频的一路或多路数据流与定时信息相结合，形成单

33、一的复合流。成单一的复合流。l第二部分：第二部分：MPEG-1视频，描述视频编码方法，以便存储视频，描述视频编码方法，以便存储压缩的数字视频。压缩的数字视频。l第三部分：第三部分：MPEG-1音频，描述高质量的音频的编码表示音频，描述高质量的音频的编码表示和高质量音频信号的解码方法。和高质量音频信号的解码方法。l第四部分：第四部分：一致性，描述测试一个编码码流是否符合一致性，描述测试一个编码码流是否符合MPEG-1码流的方法。码流的方法。l第五部分：第五部分：参考软件。参考软件。372022-6-25数字图像处理第5章 5.7.2 MPEG标准标准l2MPEG-2标准标准l MPEG-2标准是

34、标准是MPEG于于1995年推出的第二个国际标准，年推出的第二个国际标准，标准号是标准号是ISO/IEC 13818，题目是通用的活动图像及其伴，题目是通用的活动图像及其伴音的编码。音的编码。l它主要包括：系统、视频、音频、一致性、参考软件、数它主要包括：系统、视频、音频、一致性、参考软件、数字存储媒体的命令与控制（字存储媒体的命令与控制（DSM-CC）、高级音频编码、）、高级音频编码、10bit视频编码、实时接口等视频编码、实时接口等9个部分。个部分。382022-6-25数字图像处理第5章 5.7.2 MPEG标准标准l 视频部分和视频部分和ITU-T的的H.262标准等同，作为一个通用的

35、编码标准等同，作为一个通用的编码标准，它的应用范围更广，既包括标准数字电视、高清晰标准，它的应用范围更广，既包括标准数字电视、高清晰度电视，也包括度电视，也包括MPEG-1的工作范围。的工作范围。MPEG-1成为成为MPEG-2的一个子集，即的一个子集，即MPEG-2的解码器可以对的解码器可以对MPEG-1码流进行编码。码流进行编码。lMPEG-2的视频编码方案与的视频编码方案与MPEG-1相类似，在编码比特流相类似，在编码比特流的分层次组织上也有类似的地方。根据应用的不同，的分层次组织上也有类似的地方。根据应用的不同，MPEG-2的码率范围为的码率范围为1.5100Mbit/s，一般情况下，

36、只有，一般情况下，只有码率超过码率超过4Mbit/s的的MPEG-2视频质量才能明显优于视频质量才能明显优于MPEG-1。lMPEG-2在区别不同应用的编码参数上使用了所谓在区别不同应用的编码参数上使用了所谓Profile和和Level。国内的技术翻译上将其称为档次和级别，或称为。国内的技术翻译上将其称为档次和级别，或称为型和级。表型和级。表5.3列出了列出了MPEG-2的型和级。的型和级。392022-6-25数字图像处理第5章2MPEG-2标准标准编码的可分级性编码的可分级性 为了扩大应用范围和增强对各种信道的适应性，为了扩大应用范围和增强对各种信道的适应性，MPEG-2引引入了三种编码的

37、可分级性、即入了三种编码的可分级性、即空间可分级性、时间可分级性空间可分级性、时间可分级性以及信噪比（以及信噪比（SNR）可分级性）可分级性。 可分级编码的特点是整个码流被分为基本码流和增强码流两可分级编码的特点是整个码流被分为基本码流和增强码流两部分，基本码流可以提供一般质量的重建图像，但如果解码部分，基本码流可以提供一般质量的重建图像，但如果解码器器“叠加叠加”上增强部分的码流，就可以将图像质量提高很多。上增强部分的码流，就可以将图像质量提高很多。40数字图像处理第5章l可分可分级编码的优点是同时提供不同的编码可分可分级编码的优点是同时提供不同的编码服务水平例。服务水平例。l如可以在一个公

38、共的信道实现如可以在一个公共的信道实现HDTV（High Definition Television，高清晰度电视）和，高清晰度电视）和SDTV的同播，以供不同水平的接收机使用，的同播，以供不同水平的接收机使用，但代价是要增加一定的额外码字。此外，但代价是要增加一定的额外码字。此外，MPEG-2还允许空间分级、时间分级以及还允许空间分级、时间分级以及SNR分级等以各种方式结合，形成多层次的分级扩分级等以各种方式结合，形成多层次的分级扩展展。412022-6-25数字图像处理第5章3MPEG-4标准标准l MPEG-4是是1999年年12月通过的一个适应各种多媒体应用的月通过的一个适应各种多媒体

39、应用的“视听对象的编码视听对象的编码”标准，国际标号是标准，国际标号是ISO/IEC14496。它主。它主要包括：系统、视觉信息、音频、一致性、参考软件、多媒要包括：系统、视觉信息、音频、一致性、参考软件、多媒体传送集成框架、优化软件、体传送集成框架、优化软件、IP中的一致性、参考硬件描述中的一致性、参考硬件描述等等9个部分。个部分。l与与MPEG-1、MPEG-2不同，不同，MPEG-4不仅仅着眼于定义不同不仅仅着眼于定义不同码流下具体的压缩编码标准，而是更多地强调多媒体通信的码流下具体的压缩编码标准，而是更多地强调多媒体通信的灵活性和交互性。一方面灵活性和交互性。一方面MPEG-4要求有高

40、效的压缩编码方要求有高效的压缩编码方法，另一方面法，另一方面MPEG-4要求有独立于网络的基于视频、音频要求有独立于网络的基于视频、音频对象的交互性。对象的交互性。422022-6-25数字图像处理第5章 5.7.3 H.261标准标准 l1. 编码方案的提出编码方案的提出l1990年通过年通过H.261建议建议“ 视听业务的视频编解码视听业务的视频编解码器器”，其中，其中p=130，覆盖了整个窄带，覆盖了整个窄带ISDN的基群信道速率。的基群信道速率。当当H.261用于可视电话时，用于可视电话时，p=2速率只有速率只有128kb/s，当，当H.261标准用于会议电视时，建议标准用于会议电视时

41、，建议p6，速率，速率384kbit/s，最高可达，最高可达2048kbit/s。skbitP/64432022-6-25数字图像处理第5章 5.7.3 H.261标准标准l H.261 的编码方案，其中的编码方案，其中p=130，对应的比特，对应的比特率为率为 。l首次采用了首次采用了 块的块的DCT变换去除空间相关性。变换去除空间相关性。l采用帧间运动补偿预测方法去除时间相关性的混合编码模采用帧间运动补偿预测方法去除时间相关性的混合编码模式。这个编码标准初步解决了静止图像、可视电话、会议式。这个编码标准初步解决了静止图像、可视电话、会议电视、多媒体视频的压缩编码的需要。电视、多媒体视频的压

42、缩编码的需要。l从采用的技术来看，采用了最基本的编码技术，通过组合从采用的技术来看，采用了最基本的编码技术，通过组合应用，达到了预期的编码效果。这些编码方法都属于混合应用，达到了预期的编码效果。这些编码方法都属于混合编码的范畴。编码的范畴。lH.261标准规定了视频输入信号的数据格式、编码输出码标准规定了视频输入信号的数据格式、编码输出码流的层次结构以及开放的编码控制与实现策略等技术。流的层次结构以及开放的编码控制与实现策略等技术。skbitP/64skbit /19206488442022-6-25数字图像处理第5章 5.7.4 H.263标准标准l H.263标准制定于标准制定于1995年

43、，是国际电信联盟针对年，是国际电信联盟针对64kbit/s以下的低比特率视频应用而制定的标准。以下的低比特率视频应用而制定的标准。l基本算法在基本算法在H.261的基础上进行了改进。因此具有更好的基础上进行了改进。因此具有更好的编码性能。在比特率低于的编码性能。在比特率低于64kbit/s时，时，H.263可以获得可以获得34db的质量改善。的质量改善。lH.263支持更多的图像格式、更有效的图像预测、效率支持更多的图像格式、更有效的图像预测、效率更高的三维可变长编码代替二维可变长编码，增加了四更高的三维可变长编码代替二维可变长编码，增加了四个可选模式。个可选模式。452022-6-25数字图

44、像处理第5章 5.7.5 H.264标准标准l H.264视频压缩算法与视频压缩算法与MPEG-4相比，压缩比可提高相比，压缩比可提高近近30%。lH.264是是DPCM和变换编码的混合编码模式。和变换编码的混合编码模式。l在相同的重建图像质量下，比在相同的重建图像质量下，比H.263节约节约50%左右的码左右的码率，更适合窄带传输。加强了对各种信道的适应能力，率，更适合窄带传输。加强了对各种信道的适应能力，采用了采用了“网络友好的网络友好的”的结构和语法，有利于对误码和的结构和语法，有利于对误码和丢包的处理；应用目标范围较宽，以满足不同速率及不丢包的处理；应用目标范围较宽，以满足不同速率及不同传输和存储场合的需求；它的基本系统是开放的，使同传输和存储场合的需求；它的基本系统是开放的，使用无需版权。用无需版权。l为了对各种视频压缩标准进行比较，表为了对各种视频压缩标准进行比较，表5.7总结了视频总结了视频压缩标准发展历程。压缩标准发展历程。