视频图像编码的现状与发展

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1、视频图像编码的现状与发展　　【摘要】本文介绍了静态和运动图像压缩编码国际标准的发展过程中出现的一系列标准，特别是JPEG2000、MPEG-4以及H.264，总结了这些国际标准的压缩效果、应用场合及相应的压缩编码算法，分析讨论了这些新标准的特点和优越性。　　【关键词】图像编码；JPEG2000；MPEG-4；H.264　　0前言　　数字图像的信息量大，而且采用数字式通信制时占用的频带宽，所以作为多媒体关键技术的图像压缩编码技术一直深为人们重视。为了促进多媒体技术的发展，通过标准化实现多媒体技术在各国间的统一、合作、交流和应用，20世纪90年代，制定了一些重要的国际标准

2、，取得了辉煌的业绩，特别是MPEG4视频编码标准和JPEG～2000静态图像编码标准引进了基于对象（内容）等编码模式，明显具有新的时代特征。它们的制定既凝结了图像、视频编码在过去几十年研究成果的结晶。又不断吸收新的研究成果和提出新的研究内容，对图像和多媒体事业的高速发展起到了巨大推动作用。　　1图像编码标准化的发展与现状　　1.1静态图像压缩技术标准　　静态图像压缩的国际标准已涵盖了从二值、灰度到彩色的图像，如表1所示。8　　对二值图像的压缩标准有G3，G4和JBIG。JBIG由于采用了自适应技术，其编码效率要比G3和G4高的多。对于灰度和彩色图像有JPEG和新出台的

3、JPEG2000。JPEG是为单帧彩色图像的压缩标准而制定的。采用这一标准可以将每像素24bit的彩色图像压缩至每像素2bit而仍然具有较好的图像质量。其核心算法为离散余弦变换。JPEG针对不同的应用，定义了44种操作模式，但不具有通用性。针对JPEG标准的不足，如：低比特率压缩性能差、不能在单一编码流中提供较好的无损和有损压缩、压缩算法不支持大于64k×64k的图像以及在噪声环境中传送能力差等，提出了JPEG2000。　　JPEG2000用以离散小波变换算法为主的多解析编码方式，其优势主要集中在四个方面：　　1）高压缩率　　JPEG2000格式的图片可在现在JPEG

4、的基础上再提高l0%～30%，而且压缩后的图像显得更细腻平滑；　　2）无损压缩　　预测法作为对图像进行无损压缩编码的成熟方法被集成到JPEG2000中。此外，其误差稳定性也较好，能更好地保证图像的质量；　　3）实现渐进传输　　这是JPEG2000的一个重要特征。即在传输过程中，先传输图像的轮廓数据，然后再逐步传输其他数据来不断提高图像质量，实现图像由朦胧到清晰。即不断地向图像中插人像素以不断提高图像的分辨率；　　4）支持“感兴趣区域”8　　可以对图片上感兴趣的区域在压缩时指定这些区域的压缩质量，或在解压时指定某些区域的解压要求，这样，就结合了接收方对压缩的主观需求，实

5、现了交互式压缩，另外，JPEG2000还具有对比特错误具有鲁棒性（即能保证在噪声环境中传输发生比特错误时，解码器依然能解码，而且具有较好的图像质量）、将彩色图像和二值图像的编码方式统一起来等特点。同时还对图像安全保护、图像交换等方面做了考虑。　　1.2运动图像压缩技术标准　　运动图像标准包括MPEG-1，2，4、H.261，3，4以及正在制定当中的MPEG-7和MPEG-21，如表2所示。但MPEG7和MPEG2l并不是压缩标准。　　MPEG-7全称为“多媒体内容描述接口”，要解决的是如何在多如繁星的资料中找到用户需要的资料。MPEG21可以描述成一些关键技术的集成，

6、这些技术可以通过访问全球网络和设备实现对多媒体资源透明和增强地使用，标准将讨论是否需要和如何将协议、标准、技术等不同的组件有机地结合起来，是否需要新的规范，及在具备上述两个条件的前提下如何将不同的标准集成在一起。　　1.2.1MPEG系列标准　　MPEG，这是ISO组织运动图像专家组的简称，多年来一直致力于制定与有关研制视频压缩、音频压缩及多种压缩数据流复合及同步方面的国际标准。8　　MPEG-1是为11.5Mb/s数字声像信息的存储而制定，没有指定具体的编码程序，只确定了一个标准的编码码流和对应的一个标准的解码器。MPEG-2是为数字视频广播（DVB）、高清晰度电视

7、（HDTV）、数字视盘（DVD）等制定的运动图像及其伴音编码标准，综合采用了利用运动补偿的帧间预测、空间域DCT、自适应量化和可变字长编码的混合算法。为了适应不同码率和不同场合，该标准仅对比特流语法和相应的解码方法作了规定，而在编码器的设计上留有很大自由度，如运动估计的搜索算法和匹配函数的选择，利用人视觉特性的自适应量化等。　　MPEG-2技术综合采用了3大基本编码技术，即预测编码、变换编码和统计编码。压缩技术采用多种编码手段消除系统的冗余信息，归纳起来将有以下四个方面：　　1）利用二维DCT减少图像的空间冗余度；　　2）利用运动补偿预测减少图像的时