视频压缩原理

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1、第1章介绍1.为什么要进行视频压缩？·未经压缩的数字视频的数据量巨大·存储困难··一张DVD只能存储几秒钟的未压缩数字视频。·传输困难··1兆的带宽传输一秒的数字电视视频需要大约4分钟。2. 为什么可以压缩·去除冗余信息··空间冗余：图像相邻像素之间有较强的相关性·时间冗余：视频序列的相邻图像之间内容相似·编码冗余：不同像素值出现的概率不同·视觉冗余：人的视觉系统对某些细节不敏感·知识冗余：规律性的结构可由先验知识和背景知识得到3. 数据压缩分类·无损压缩（Lossless）··压缩前解压缩后图像完全一致X=X'·压缩比低(2:1~3:1)·例如：Winzip，JPEG-LS·有损压缩（

2、Lossy）··压缩前解压缩后图像不一致X≠X'·压缩比高(10:1~20:1)·利用人的视觉系统的特性·例如：MPEG-2，H.264/AVC，AVS4. 编解码器·编码器（Encoder）··压缩信号的设备或程序·解码器（Decoder）··解压缩信号的设备或程序·编解码器(Codec)··编解码器对5.压缩系统的组成(1)编码器中的关键技术(2)编解码中的关键技术6. 编解码器实现·编解码器的实现平台：··超大规模集成电路VLSI··ASIC，FPGA·数字信号处理器DSP·软件·编解码器产品：··机顶盒·数字电视·摄像机·监控器7.视频编码标准编码标准作用：·兼容：··不同厂家生

3、产的编码器压缩的码流能够被不同厂家的解码器解码·高效：··标准编解码器可以进行批量生产，节约成本。主流的视频编码标准：·MPEG-2·MPEG-4SimpleProfile·H.264/AVC·AVS·VC-1标准化组织：·ITU：InternationalTelecommunicationsUnion··VECG：VideoCodingExpertsGroup·ISO：InternationalStandardsOrganization··MPEG：MotionPictureExpertsGroup8.视频传输·视频传输：通过传输系统将压缩的视频码流从编码端传输到解码端·传输系统：互联

4、网，地面无线广播，卫星9.视频传输面临的问题·传输系统不可靠··带宽限制·信号衰减·噪声干扰·传输延迟·视频传输出现的问题··不能解码出正确的视频·视频播放延迟10.视频传输差错控制·差错控制（ErrorControl）解决视频传输过程中由于数据丢失或延迟导致的问题·差错控制技术：··信道编码差错控制技术·编码器差错恢复·解码器差错隐藏11. 视频传输的QoS参数·数据包的端到端的延迟·带宽：比特/秒·数据包的流失率·数据包的延迟时间的波动第2章数字视频1.图像与视频·图像：是人对视觉感知的物质再现。·三维自然场景的对象包括：深度，纹理和亮度信息·二维图像：纹理和亮度信息·视频：连续的图

5、像。·视频由多幅图像构成，包含对象的运动信息，又称为运动图像。2.数字视频·数字视频：自然场景空间和时间的数字采样表示。··空间采样··解析度（Resolution）·时间采样··帧率：帧/秒3.空间采样·二维数字视频图像空间采样4.数字视频系统·采集··照相机，摄像机·处理··编解码器，传输设备·显示··显示器5.人类视觉系统HVS·HVS··眼睛·神经·大脑·HVS特点：··对高频信息不敏感·对高对比度更敏感·对亮度信息比色度信息更敏感·对运动的信息更敏感6.数字视频系统的设计应该考虑HVS的特点：·丢弃高频信息，只编码低频信息·提高边缘信息的主观质量·降低色度的解析度·对感兴趣区域

6、（RegionofInteresting，ROI）进行特殊处理7.RGB色彩空间·三原色：红（R），绿（G），蓝（B）。·任何颜色都可以通过按一定比例混合三原色产生。·RGB色度空间··由RGB三原色组成·广泛用于BMP，TIFF，PPM等·每个色度成分通常用8bit表示[0,255]8.YUV色彩空间·YUV色彩空间：··Y：亮度分量·UV：两个色度分量·YUV更好的反映HVS特点9.RGB转化到YUV空间亮度分量Y与三原色有如下关系：经过大量实验后ITU-R给出了， ，  ，主流的编解码标准的压缩对象都是YUV图像10. YUV图像分量采样·YUV图像可以根据HVS的特点，对色度分量

7、下采样，可以降低视频数据量。·根据亮度和色度分量的采样比率，YUV图像通常有以下几种格式：11.通用的YUV图像格式·根据YUV图像的亮度分辨率定义图像格式12.帧和场图像·一帧图像包括两场——顶场，底场13.逐行与隔行图像·逐行图像：一帧图像的两场在同一时间得到，ttop=tbot。·隔行图像：一帧图像的两场在不同时间得到， ttop≠tbot。14.视频质量评价·有损视频压缩使编解码图像不同，需要一种手段来评价解码图像的质量。·