多媒体通信技术信息压缩标准

1、第3章 多媒体信息紧缩编码规范宁晓燕2021年秋季学期目录3.2 视频紧缩编码规范3.1 静止图像紧缩编码规范23.3 音频紧缩编码规范3静止图像紧缩编码规范.3.1 静止图像紧缩编码规范3.1.1 JPEGJPEG是Joint Photographic Experts Group结合图像专家小组的缩写，这个专家组开发的算法称为JPEG算法，并且成为国际上的彩色、灰度、静止图像的第一个国际规范，因此又称为JPEG规范。JPEG定义了4种运转方式，其中一种是基于DPCM的无损紧缩算法，另外三种是基于DCT的有损紧缩算法运用有损紧缩算法时，在紧缩比为25:1的情况下，紧缩后复原得到的图像和原始图像

2、相比较，非图像专家难以找到它们之间的区别，因此得到了广泛的运用。例如在V-CD和DVD-Video电视图像紧缩技术中，就运用JPEG的有损紧缩算法来取消空间方向上的冗余数据。 43.1 静止图像紧缩编码规范无损方式，采用一维或者二维的空间域DPCM和熵编码。由于输入图像曾经是数字化的，经空间域的DPCM之后，预测误差值也是一个离散量，因此可以不再量化而实现无损编码；顺序(Sequential)方式，其根本算法是将图像分成88的块，然后进展DCT、量化和熵编码霍夫曼编码或者算术编码；渐进(Progressive)方式，所采用的算法与顺序方式类似，不同的是扫描过程，它经过多次扫描的方法来对一幅图像

3、进展数据紧缩。扫描过程采取由粗到细逐渐累加的方式进展。先传送部分DCT系数信息例如低频系数、或一切系数的近似值，使接纳端尽快获得一个“粗略的图像，然后再将剩余频带的系数或一切系数的低比特位数据渐次传送，最终构成明晰的图像；分层(Hierachical)方式，这种方式是以图像分辨率为基准进展图像编码的。在此方式中，首先将输入图像的分辨率逐层降低，构成一系列分辨率递减的图像。先对分辨率最低的底层图像进展编码，然后，将经过内插的低层图像作为上一层图像的预测值，在对预测误差进展编码，以此类推，直至顶层。53.1 静止图像紧缩编码规范无损紧缩编码方式在机、静止画面的电视会议运用中，根据其特点JPEG采用

4、DPCM差分脉冲编码调制无损紧缩编码方案，其编码过程如以下图所示。其中的无失真熵编码可以采用霍夫曼编码或者算术编码。63.1 静止图像紧缩编码规范基于DCT的有损紧缩编码方式基于DCT的JPEG紧缩算法是有损紧缩，它利用了人的视觉系统的特性，运用量化和无损紧缩编码相结合来去掉视角的冗余信息和数据本身的冗余信息。有损紧缩编码大致分成三个步骤：1运用正向离散余弦变换Forward Discrete Cosine Transform，FDCT把空间域表示的图变换成频率域表示的图。 2运用加权函数对DCT系数进展量化，这个加权函数对于人的视觉系统是最正确的。 3运用哈夫曼可变字长编码器对量化系数进展编

5、码。73.1 静止图像紧缩编码规范83.1 静止图像紧缩编码规范JPEG紧缩编码根本原理基于DCT编码的JPEG紧缩算法可由如下的几个步骤实现：1、颜色方式转换及采样；2、正向离散余弦变换FDCT；3、量化Quantization；4、编码：1Z字形编码Zigzag Scan；2运用差分脉冲编码调制DPCM对直流系数 DC进展编码；3运用行程长度编码RLE对交流系数AC进 行编码；4熵编码译码或者叫做解紧缩的过程与紧缩编码过程相反。 93.1 静止图像紧缩编码规范1、颜色方式转换及采样JPEG 的图片运用的是 YCrCb 颜色模型， 而不是计算机上最常用的 RGB。 YCrCb 模型更适宜图形

6、紧缩。由于人眼对图片上的亮度 Y 的变化远比色度 C 的变化敏感。 从RGB转换成YCrCb： Y0.299R+0.587G+0.114B Cr(0.500R-0.4187G-0.0813B)+128 Cb(-0.1687R-0.3313G+0.500B)+128常用的采样格式有4：1：1和1：1：1 1：1：1采样就是保管一切的YCrCb值，相当于每个像素点用1个Y样本、1个Cr样本、1个Cb样本表示。而4：1：1采样是指对于一个22像素的数据块，取4个亮度Y样本、1个红色差Cr样本、1个蓝色差Cb样本 。10RGBYCbCr3.1 静止图像紧缩编码规范3.1 静止图像紧缩编码规范2、正向离

7、散余弦变换FDCTDCT要求输入数据是一个88的矩阵，且每个矩阵元素具有8bit精度。12如上图所示，对每个图像块做离散余弦变换。经过DCT变换可以把能量集中在矩阵左上角少数几个系数上。 P(i,j)经DCT变换之后得到T(i,j)，其中T(0,0)是直流系数，称为DC系数，其他为交流系数，称为AC系数。 3.1 静止图像紧缩编码规范 3 、量化 为了到达紧缩数据的目的，DCT系数需做量化。 量化是对经过FDCT变换后的频率系数进展量化，这是一个多到一映射的过程。量化的目的是减小非0系数的幅度以及添加0值系数的数目，将信号幅值由延续量变成离散量,在一定的客观保真的前提下，丢掉那些对视觉效果影响

8、不大的信息。量化是图像质量下降的最主要缘由。对于有损紧缩算法，JPEG算法运用如图4所示的均匀量化器进展量化，量化步距是量化表的元素，它由系数所在的位置和每种颜色分量的颜色值来确定。3.1 静止图像紧缩编码规范 由于人眼对亮度信号比对色差信号更敏感，因此运用了两种量化表：如表1所示的色度量化值针对Cr，Cb和表2所示的亮度量化值针对Y。此外，由于人眼对低频分量的图像比对高频分量的图像更敏感，因此图中左上角的量化步距要比右下角的量化步距小。 表1 色度量化值 表2 亮度量化值留意：JPEG文件中量化表中的64个值是按z字形顺序陈列的3.1 静止图像紧缩编码规范量化的计算公式： 量化值(i,j)T

9、(i,j)量化矩阵(i,j)在解码过程中，逆量化公式为： T(i,j)量化值(i,j)量化矩阵(i,j)效果图 经量化后，源图像左与IDCT运算后得到的图像右会产生一定的失真，失真程度视量化等级而定。3.1 静止图像紧缩编码规范3.1 静止图像紧缩编码规范3.1.2 JPEG2000虽然JPEG 规范是一个非常胜利的规范，但在一些新的运用如高清图像、数字图书馆、高准确彩色图像、多媒体和因特网的运用、无线、医学图像等方面，JPEG 表现出缺乏，因此弥补JPEG对延续颜色静止图像的无损紧缩和近无损紧缩效率不高的缺陷，最终提出了JPEG2000规范。该规范采用了先进的紧缩技术并在可伸缩紧缩图像及灵敏

10、性方面有许多先进的特征，其系统功能比JPEG 规范优越，尤其JPEG2000 采用的是离散小波变换DWT替代了JPEG 中采用的离散余弦变换(DCT，并采用了最新的编码算法来支持灵敏性，这样许多运用只需用单一码流提供。JPEG2000 可广泛运用于通讯、图像处置、信号处置、信息实际和多媒体等领域中。 17 JPEG2000性能特点 1、高紧缩率 JPEG2000紧缩性能比JPEG提高了3050%，同时，运用JPEG2000的系统稳定性好，运转平稳，抗干扰性好，易于操作。 2、可伸缩性编码 JPEG2000支持类似于分层方式的空间分辨率可伸缩性和信噪比可伸缩性编码。后者意味着可以在已编码流的不同

11、点截断，以获得信噪比不同的重建图像。 这是JPEG2000一个极其重要的特征，它可以先传输图像的轮廓，然后逐渐传输数据，不断提高图像质量，让图像由朦胧到明晰显示，而不用像如今的 JPEG 那样，由上到下渐渐显示，这在网络传输中有艰苦意义。 3.1 静止图像紧缩编码规范3、支持ROI编码 在有些运用中，图像的某个区域比其他区域背景具有更高的重要性，这个重要区域称为感兴趣区ROI(Region of Interest)。JPEG2000支持对ROI进展比背景质量更高的编码。 3.1 静止图像紧缩编码规范用户可以恣意指定图像上感兴趣区域的紧缩质量，还可以选择指定的部分先解紧缩，从而使重点突出。这种方

12、法的优点在于它结合了接纳方对紧缩的客观需求，实现了交互式紧缩。 JPEG2000关键技术 JPEG2000与传统JPEG最大的不同在于它放弃了JPEG所采用的以离散余弦变换为主的区块编码方式，转而采用以小波变换为主的多解析编码方式。 余弦变换是经典的谱分析工具，它调查的是整个时域过程的频域特征或整个频域过程的时域特征，因此对于平稳过程，它有很好的效果，但对于非平稳过程，它却有诸多缺乏。图像的紧缩率越高，频率信息被丢弃的越多。小波变换是现代谱分析工具，它既能调查部分时域过程的频域特征，又能调查部分频域过程的时域特征，因此即使对于非平稳过程，处置起来也得心应手。它能将图像变换为一系列小波系数，这些

13、系数可以被高效紧缩和存储。此外，小波的粗略边缘可以更好地表现图像，由于它消除了DCT紧缩普遍具有的方块效应。3.1 静止图像紧缩编码规范小波变换紧缩编码例如小波变换是时间(空间)频率的部分化分析，它经过伸缩平移运算对信号(函数)逐渐进展多尺度细化，最终到达高频处时间细分，低频处频率细分，能自动顺应时频信号分析的要求，从而可聚焦到信号的恣意细节。小波紧缩效果例如紧缩比50:1 3.1 静止图像紧缩编码规范22小波变换多尺度分解表示图.23根据实践需求决议码流的组织构造.24多分辨率25多分辨率26多分辨率27多分辨率28多级量化29多级量化30多级量化31EZW嵌入式码流解码效果表示图.32JP

14、EG JPEG2000紧缩比为0.25bpp时两种紧缩规范图像恢复质量对比.33JPEG JPEG2000紧缩比为0.125bpp时两种紧缩规范图像恢复质量对比.Original (979 KB)JPEG (6.21 KB)JPEG 2000 (1.83 KB)3.1 静止图像紧缩编码规范35视频紧缩编码国际规范.36.37.38.39.3.2 视频紧缩编码国际规范3.2.1 MPEG系列规范MPEG是Moving Picture Experts Group的英文缩写，其含义是活动图像专家组。MPEG-1是1993年8月正式经过的技术规范，其全称为“适用于约1.5Mbit/s以下数字存储媒体的

15、运动图像及伴音的编码。MPEG-2的正式称号是“ISO/IEC 18:运动图像和相关声音信息的普通编码方法，其第一版草案制定于1992年，1994年正式公布成为国际规范。MPEG-2是针对规范数字电视和高清数字电视在各种运用下的紧缩方案和系统层的详细规定，也是国际主流的SDTV和HDTV的编码规范。MPEG-4是1999年1月公布了该规范的V1.0版本，同年12月公布了V2.0版本。该规范主要运用于超低速系统之中。403.2 视频紧缩编码国际规范 例如多媒体Internet、视频会议和视频电视等个人通讯、交互式视频游戏和多媒体邮件、基于网络的数据业务、光盘等交互式存储媒体、远程视频监视及无线多

16、媒体通讯。特别是它可以满足基于内容的访问和检索的多媒体运用，并且其编码系统是开放的，可随时参与新的有效算法模块MPEG-7是2000年11月公布的称为“多媒体内容描画接口的规范。定义该规范的目的是指定出一系列的规范描画符来描画各种媒体信息。这种描画与多媒体信息的内容有关，这样将便于用户进展基于内容和对象的视听信息的快速搜索。可见MPEG-7与其他MPEG规范的不同之处在于它只提供了与内容有关的描画符，并不包括详细的视音频紧缩算法，而且还未构成与内容提交有关的一切规范的总框架。MPEG-21的全称为“多媒体框架。该规范的目的在于为多媒体用户提供透明而有效的电子买卖和运用环境。413.2 视频紧缩

17、编码国际规范MPEG-1MPEG-1规范是由三个部分构成，第一部分是系统部分，编号为11172-1。它描画了几种伴音和图像紧缩数据的复用以及参与同步信号后的整个系统。第二部分为视频部分，主要规定了图像紧缩编码方法，编号为11172-2。42第三部分为音频部分，主要规定了数字伴音紧缩编码，编号为11172-3。可见MPEG-1规范的根本义务就是将视频与其伴音一致同来进展数据紧缩，使其码率可以紧缩到1.5Mbit/s左右，同时具有可接纳的视频效果和坚持视音频的同步关系。MPEG-1视频编/解码原理3.2 视频紧缩编码国际规范MPEG-2(1) MPEG-2规范的内容。MPEG-2全部规范公分为9个

18、部分，其中的中心部分如下。18-1系统：定义规范的系统编码，包括复合视频和音频数据的复用构造以及重放同步序列所需表示定时信息的方法；18-2 视频：定义视频数据的编码表示方法和重建图像所要求的解码过程；18-3 音频：定义音频数据的编码方法；18-4 兼容性：定义编码码流能否符合MPEG-2码流的兼容性测试方法；18-5 软件：描画MPEG-2规范的前3部分的软件实现方法；18-6 数字存储媒体-命令与控制：描画交互式多媒体网络中效力器与用户间的会话信令集433.2 视频紧缩编码国际规范MPEG-2(2) 档次与等级44档次(Profile)说明简单档次（Simple Profile）使用最少

19、的编码工具集主档次(Main Profile)增加了双向预测方法信噪比可伸缩档次(SNR Scalable Profile)增加了可伸缩性空间可伸缩档次(Spatially Scalable Profile)增加了可伸缩性高级档次（High Profile）应用于图像质量、比特率要求更高的场合MPEG-2 规范的档次及阐明3.2 视频紧缩编码国际规范MPEG-2(2) 档次与等级45MPEG-2 规范的等级及阐明级别（level）分辨率最大码率低级（Low level）35224030,352288254Mbit/s主级（Main level）72048030,7205762515Mbit/s

20、1440高级（High-1440 level）144010803060Mbit/s高级（High level）192010803080Mbit/s3.2 视频紧缩编码国际规范档次和等级的假设干组合构成MPEG-2视频编码规范在某种特定运用下的子集，对某一输入格式的视频，采用特定集合的紧缩编码工具，便可产生规定速率范围内的编码码流。共有20种能够的档次和等级的组合，在实现MPEG-2规范时，可以根据运用需求，选择适当的档次与等级。下面的四种技术规范是最常用的。MPML：主档/主级，可用于数字视频广播DVB、数字视盘DVD、数字有线电视和交互式电视等。SPML：简单档/主级，可用于数字有线电视和数

21、字录像机。MPHL：主档/高级，用于全数字HDTV。SSPHL1440：空间可伸缩档/1440高级，用于HDTV。463.2 视频紧缩编码国际规范视频部分MPEG-2的视频规范是在MPEG-1的根底上进展了艰苦的改良和扩展，主要表达在以下几方面：1. 设置了“按帧编码和“按场编码两种方式MPEG-1规范中支持逐行扫描，但在MPEG-2规范中思索到电视信号隔行扫描的特性，专门设置了“按场编码方式，同时对运动补偿算法和DCT方式进展了扩展，细分为“按帧运动补偿和“按场运动补偿，从而显著地提高了紧缩编码的效率。2. 引入“可分级型的概念在MPEG-2中视频图像编码是即分“档次，又分“等级的。“档次是

22、按编码难易程度来进展划分的。从图像格式的难易程度察看，每个档次又划分为四个“等级，不同等级的相关参数不同。3. 规定了三种色差取样格式4. 扩展DCT扫描方式5. 采用更精细的量化6. 可分级编码方式473.2 视频紧缩编码国际规范MPEG-4MPEG-4的正式称号是“ISO/IEC 14496 信息技术：音视频对象通用编码算法 MPEG-4 规范由相互联络的16个部分组成，其中心部分简述如下。14496-1 系统：定义规范的系统编码，主要是复合音/视频数据的复用构造和实时运用中重放同步序列所需表示定时信息的方法。编码器端的音/视频对象(Audio Video Object, AVO)被分别编

23、码，与场景描画信息和其他同步控制信息和成比特流；接纳端按场景描画信息合成场景。AVO数据解复用后交给相应解码器处置，解码器从AVO解码方式中恢复期数据，进展必要的操作以重建原始AVO，然后进展组合。14496-2 视频：定义视频数据的编码表示和重建图像所要求的解码过程。14496-3 音频：定义音频数据的编码要求14496-6 多媒体集成传输框架DMIF：对不同传输媒体提供共同的接口和效力。经过对编码比特流进展打包，使紧缩码流适宜于在不同的信道传输。483.2 视频紧缩编码国际规范MPEG-4MPEG-4规范的新功能与之前的视频编码规范相比，MPEG-4规范还提供了一些全新的功能。1. 基于内

24、容的交互性基于内容的操作与比特流编辑：支持无需编码就可进展基于内容的操作与比特流编辑。例如，运用者可在图像或者比特流中选择某一详细的对象，然后改动它的某些特性。自然与合成数据的混合编码：提供将自然视频图像与合成数据如文本，图形等进展有效合成，同时支持各类交互性操作。加强的时间域随机存取：MPEG-4提供有效的随机存取方式，在有限的时间间隔内，可按帧或任不测形的对象，对音/视频序列进展随机存取。493.2 视频紧缩编码国际规范MPEG-4是基于内容的紧缩编码方法引入视频对象VO(Viedo Object)和视频对象平面VOP(Video Object Plane)概念它首先根据内容将图像分割成不

25、同的视频对象VO，例如在会议电视系统中常见的视频图像是以讲话的人为前景，此外还有背景，因此在视频对象的划分中经常将人作为前景视频对象，而将其他部分视为背景视频对象。其中前景视频对象中包含了重要的边境和轮廓信息，因此在编码过程中应尽能够地保管这部分信息，而对人们不太关怀的背景视频对象，那么可以采用大比例的紧缩战略，甚至可以不传输，仅在接纳端用其他背景替代。503.2 视频紧缩编码国际规范在MPEG-4中是根据人眼感兴趣的一些特征，如纹理、运动、外形等，对视频图像进展分割，如图像的背景、画面上的对象对象1、对象2，然后将各对象从场景中截取出来，每个对象所截取的图像区域不同，它们各自的外形也不同。通

26、常将这些区域称为视频对象平面VOP。如下图。可见这幅图像包含了3个对象：VOP0(背景)、VOP1(树)和VOP2(人)。图中指出了这三个对象在场景中组成的逻辑关系。513.2 视频紧缩编码国际规范MPEG-4规范的新功能2. 高紧缩率提高了编码效率：在同等码率下，MPEG-4能提供更好的主、客观图像质量。对多个并发数据流的编码：MPEG-4提供对同一场景的有效多视角编码、多伴音声道编码及有效的视听同步。在足够的察看视点条件下，MPEG-4可以有效得描画三维自然景物3. 灵敏多样的存取抗误码特性：MPEG-4采用多种抗误码技术，如选择前向纠错，错误掩盖等，可以有效地抵抗传输信道所呵斥的各类丢包

27、或误码。基于内容的可伸缩性：可伸缩性表示图像中的各个对象具有不同的优先级，较为重要的对象运用较高的空间或时间分辨率表示。对于极低比特率的视频运用来说，尺度可伸缩性也提供了自顺应可用资源的才干。523.2 视频紧缩编码国际规范MPEG-4所针对的运用领域非常广泛，既可用于高码率下的高明晰数字电视广播，又可用于低码率的无线通讯或多媒体通讯系统。MPEG-4针对不同的媒体内容和场景描画定义了4个类：视频类、音频类、图形类和场景描画类，不同分类在选用时时相互独立的。为满足不同运用需求，MPEG-4也制定了不同的音/视频对象编码工具作为可选的工具集。在实现MPEG-4规范时，可以根据运用环境的需求，选择

28、适当的工具子集。与MPEG-2类似，MPEG-4也采用了档次和等级的方式。档次就是针对特定的运用确定要采用的编码工具，它是MPEG-4所提供的一切工具集的一个子集。不同类的码流句法构造不同，并且视频、音频和图形类中支持的对象类型也各不一样。533.2 视频紧缩编码国际规范每个档次包括一个或多个等级，用以限制计算复杂度。中心的视频框架下主要包含以下6个档次。Simple Visual Profile：提供针对矩形视频对象的编码功能，具有最低的复杂度，合顺运用于计算才干较差的挪动网络终端设备。Advanced Simple Visual Profile：提供矩形视频对象高效编码功能，并且支持交错视

29、频方式，合顺运用于对质量要求较高的挪动网络。Simple Scalable Visual Profile：在Simple Profile的根底上添加了对象的时域和空域可伸缩编码功能，运用于提供多级效力质量，如Internet 和软件解码。Core Visual Profile：在Simple Profile的根底上添加了任不测形对象编码和时域可扩展编码功能，适用于相对简单的内容交互运用，如Internet 多媒体运用。Mail Visual Profile：在Core Profile 根底上添加了Sprite对象编码功能，适于交互和文娱质量广播，DVD运用等。N-Bit Visual Prof

30、ile：在Core Profile 根底上添加了具有不同像素深度412bit视频对象编码功能，适用于监控运用。543.2 视频紧缩编码国际规范3.2.2 H.26x系列规范1. H.261规范为了满足会议电视和可视的需求，1988年CCITT经过了“p64bit/s (p=1,2,30) 视频编码规范H.261建议，被称为视频紧缩编码的一个里程碑。从此，ITU-T、ISO等公布的基于波形的一系列视频编码规范的编码方法都是基于H.261中的混合编码方法。(1) 图像格式 不同的国家采用不同的彩电制式，因此，视频传输是不能够直接互通的。H.261采用一种公共中间格式Common Intermedi

31、ate Format, CIF，不论何种彩色格式，发送方先把本人国家的彩电制式转换成CIF格式，经H.261编码后再有CIF格式转换到接纳方彩电制式。5556视频编码图像格式一览表3.2 视频紧缩编码国际规范3.2 视频紧缩编码国际规范采用CIF及QCIF格式时，视频信号的构造采用以下图所示的图像、块组Group of Block, GOB、宏块MacroBlock, MB和块(Block, B)4级构造。每帧CIF图像由12个GOB组成，每个GOB由33个MB组成，每个MB由4个Y亮度块、1个Cr块和1个Cb块组成，每个块由88像素构成。一帧QCIF图像由3个GOB构成。57H.261数据构

32、造3.2 视频紧缩编码国际规范每帧CIF图像由12个GOB组成，每个GOB由33个MB组成，每个MB那么是由6个块(B)构成，其中包含4个亮度块和2个色度块4个Y块、1个Cr块和1个Cb块，每个块由88像素构成。58亮度块与色块H.261数据构造3.2 视频紧缩编码国际规范图像层是由帧首和12个块组层构成。其中帧首包括一个20比特帧起始码和其他标志信息，如帧数、视频格式CIF/QCIF等。块组层是由GOB首和33个宏块构成，其中GOB首中包含16bit块组编号、块组量化步长等标志信号。宏块层是由宏块首和其后面的6个数据块构成，MB首包括宏块地址、类型信息、运动矢量数据和编码块图样等信息。块层是

33、由DCT系数TCOEFT和块终了符EOB组成。每块包含88个数据。一帧QCIF图像由3个GOB构成。593.2 视频紧缩编码国际规范60H.261的视频信源编码原理3.2 视频紧缩编码国际规范2. H.263规范H.263与H.261的区别H.263规范是一种甚低码率通讯的视频编码方案。所谓甚低码率视频编码技术是指紧缩编码后的码率低于64kbit/s的各种紧缩编码方案.它是以H.261为根底，其编码原理和数据构造都与H.261类似，但存在以下区别：1. H.263可以支持更多图像格式H.263不仅可以支持CIF和QCIF规范数据格式，而且还可以支持更多原始图像数据格式，如sub-QCIF、4C

34、IF和16CIF等。2. H.263建议了两种运动估值H.261规范要求对1616像素的宏块进展运动估值，而在H.263规范中，不仅可以1616像素宏块为单位进展运动估值，同时还可以根据需求采用88像素子块进展运动估值。3. 采用半精度像素的预测值和高效的编码4. 提高数据紧缩效率613.2 视频紧缩编码国际规范3. H.264规范2003年被ITU-T经过并在国际上正式公布，它优良的紧缩性能使它在数字电视广播、视频实时通讯、网络视频流媒体传送、多媒体短信等各个方面发扬着重要的作用。数字电视的优越性曾经是公认的，但它的广泛运用还有赖于高效的紧缩技术。例如，利用MPEG-2紧缩一路高清电视，约需

35、20Mbps的带宽。经过初步测试，如利用H.264进展紧缩，大约只需5Mbps的带宽。众所周知，我国已公布约在2021年年底停顿模拟电视的广播，全部采用数字电视广播。假设那时HDTV要获得迅猛开展，必需求降低本钱。以传输费用而言，采用H.264可使传输费用降为原来的1/4，运用前景非常诱人。如今很多省市曾经在有线电视信道上开通了数字电视，采用紧缩性能优良的H.264显得更为迫切。H.264不仅具有优良的紧缩性能，还具有良好的网络亲和性，这对实时的视频通讯也是非常重要的。623.2 视频紧缩编码国际规范H.264还有个重要运用，即网络中的流媒体运用。众所周知，运用流媒体技术的视频点播(VOD)近

36、年来有了迅速开展，韩国在宽带上网的运用中VOD占据了第一位。2021年我国固定宽带用户数超越1亿，估计2021年我国宽带用户总数将到达5.5亿；而Youtube、优酷等网络平台用户数的激增，更是为H.264在网络流媒体领域的运用翻开了宏大的空间。多媒体短信息也是H.264的重要运用之一。H.264和基于以前的规范H.261, H.263, MPEG-1, MPEG-4中的编解码器功能块的组成并没有什么区别，主要的不同在于各功能块的细节。由于视频内容时辰在变换，有时空间细节很多，有时大面积平坦。这种内容的多变性就必需采用相应的自顺应技术措施；由于信道在环境恶劣下也是多变的，如互联网有时通畅，有时

37、堵塞；又如无线网络有时发生严重衰落，有时损耗很小，这就要求采取相应的自顺应方法来对抗这种信道畸变带来的不良影响。这两方面的多变带来了自顺应紧缩技术的复杂性。H.264就是利用实现的复杂性获得紧缩性能的明显改善。由于大规模集成电路技术的开展和工艺程度的提高，今天已完全具备实现的能够性。63紧缩的极限是多少？目前情况： JPEG 25-30倍 DVD 50倍 高明晰电视 75倍 H.263电信规范 7080倍未来： H.264,MPEG4 目的250倍 日本数字电视 2030年到达300倍 643.2 视频紧缩编码国际规范比较条件MPEG-1MPEG-2MPEG-4成为标准年份1993199519

38、99最大分辨率35228819201152352288默认分辨率（PAL）352288720576352288默认分辨率（NTSC）352288640480352288最大音频值/kHz489648声频通道最大数目/个282最大数据率/(Mbit/s)3803一般使用的数据率1380Kbit/s(352288)6500Kbit/s(720576)1380Kbit/s(352288)3.2 视频紧缩编码国际规范MPEG1、MPEG2与MPEG4的比较 1比较条件MPEG-1MPEG-2MPEG-4帧率（PAL）252525帧率（NTSC）303030视频质量满意很好好至很好编码的硬件要求低高很高

39、解码的硬件要求很低中等高采用的主要编码技术JPEG所有编码技术；自适应量化；运动补偿预测；双向运动补偿；半像素运动估计MPEG-1所有技术；基于帧/场运动补偿；空间可扩展编码；时间可扩展编码；质量可扩展编码；容错编码MPEG-1所有技术；小波变换；高级运动估计；重叠运动补偿；位图形状编码；对象编码；脸部动画；动态网格编码应用场合光盘存储；VCD；消费视频；视频监控数字电视；数字高清电视；高品质视频;卫星电视；有线电视互联网；交互式视频；可视视频；内容操作；消费视频3.2 视频紧缩编码国际规范H.261p64kb/s视频编码标准 时间1990年12月输入176144(QCIF) 352288(C

40、IF)帧速率可变H.263MPEG2压缩算法运动补偿帧间预测（单双向预测）DCT 局部算法改进 可伸缩性应用通用电话交换网、局域网的视频通信H.263是ITU-T为低于64kb/s的窄带通讯信道制定的视频编码规范。该规范适用于以速率低至2024kbit/s传送视频流3.2 视频紧缩编码国际规范MPEG4(Part 2)MPEG4 Visual甚低码率活动图像及其伴音编码标准时间1999年输入176144的多种分辨率格式 输出4.6Kb/s64Kb/s压缩率 100压缩算法基于对象的新一代编码技术，注重交互性，即可包含自然对象，又可包含人工合成对象应用可应用范围很广、目前多用于因特网视频传输、流

41、媒体应用3.2 视频紧缩编码国际规范H.264MPEG4(Part10)MPEG4 AVC时间2003年5月输入多种分辨率格式 输出压缩率压缩率最高的视频压缩标准，比MPEG4 Visual节约50的码率压缩算法基于传统框架的混合编码系统，只是做了局部优化。更注重编码效率和可靠性应用视频广播、视频通信和存储媒体（CD DVD）等多种应用H.264是由ISO/IEC与ITU-T组成的结合视频组(JVT)制定的新一代视频紧缩编码规范,其开放式构造更适宜于IP网络和无线网络的运用。3.2 视频紧缩编码国际规范3.2 视频紧缩编码国际规范3.2.3 我国的视频紧缩编码规范AVSAVS(Audio Vi

42、deo coding Standard)是我国具备自主知识产权的第二代信源编码规范，是系列规范的简称。AVS规范包括系统、视频、音频、数字版权维护等四个主要技术规范和一致性测试等支撑规范。AVS-视频当中具有特征性的中心技术包括：8x8整数变换、量化、帧内预测、1/4精度像素插值、特殊的帧间预测运动补偿、二维熵编码、去块效应环内滤波等。733.2 视频紧缩编码国际规范74数字视音频产业群大而不强大陆DVD、机顶盒、MP3、电视机产量均居世界首位，年产量超越2亿台；数字视音频产业曾经成为我国电子信息产业的主体但是，相关产业的年平均利润率从2005年的3.4%向负利光滑坡视音频编码是一切视音频产业

43、的共性中心技术，最容易遭到攻击大陆企业视听终端产品企业需支付专利费约40亿/年，十年回溯将达400亿由于专利费事件，我国曾经没有自主品牌的DVD产业假设采用新的国际规范(H.264)，那么我国运营商每年还将支付约200亿中国为什么要制定规范？中国出口彩电的美国数字电视规范事件(2.5美圆/台)2021年2021年9000亿元15000亿元视音频产业预测年产值2007年2006年2002年5000亿元DVD专利事件(2.5美圆/台)MP3专利事件(0.75美圆/台)出口欧洲的机顶盒MPEG-2专利费事件(2.5美圆/台)3.2 视频紧缩编码国际规范3.2 视频紧缩编码国际规范AVS开展进程200

44、2年，在信息产业部支持下，我国成立了“数字音视频编解码技术规范任务组简称AVS任务组，在国内外上百家企业二虎科研单位共同参与下，AVS规范进展顺利，其中最重要的视频编码规范于2005年经过国家广电总局的测试，2006年3月1日，国家规范委员会正式公布实施了AVS视频编码国家规范，这使得我国数字音视频领域拥有了自主知识产权的技术体系。继视频部分后，音频、挪动视频、系统、数字版权等部分得到相继审批、发布。763.2 视频紧缩编码国际规范AVS技术特点1AVS视频规范采用了经典的混合编码框架，在技术上针对复杂性性能的衡量目的采取了与以往的视频规范不同的取舍。概括起来，AVS视频规范在帧内预测、多参考

45、帧预测、变块大小运动补偿、1/4像素插值、整数变换量化、高效B帧编码方式、熵编码、环路滤波等方面进展了创新。用AVS进展标清视频紧缩，可以将MPEG-2规范所需求的56Mbps带宽降低到1.53Mbps。在获得高效编码效率的同时，AVS视频规范尽能够坚持了低的计算实现复杂度。当编码高清视频信号时，AVS视频获得了与H.264主要档次相当的编码效率，但解码器的实现复杂度只需其60%70%。773.2 视频紧缩编码国际规范AVS技术特点2MPEG-2由于计算相对陈旧而即将退出历史舞台，MPEG-4的专利答应政策被以为过于苛刻，令人无法接受，因此推行缓慢；而AVS是我国创新技术和部分公开技术的自主规范，经过简约的一站