数字视频图像处理与通信 第十章 视频编码课件.ppt

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1、第10章视频图像编码视频编码系统discussedthistime视频压缩（1）视频：一组相关图像的序列空间相关性同一视频帧中相邻像素的彩色值通常都是平滑变化的。时间相关性序列的相继帧通常表现相同的物理场景，这个场景可能被相同物体所占据，而物体可能是移动的。视频压缩：去除相关性视频压缩（2）在图像压缩基础上增加了时间冗余压缩。时间冗余压缩：用先前编码好的帧来预测当前帧帧的分类：I帧：帧内编码，独立编码P帧：预测编码，通过先前已编码的帧预测得到。B帧：双向预测编码，通过先前和将来的已编码帧预测得到。压缩算法分类变换编码把图像的各个像素转换成一

2、组不相关的系数，然后再量化编码。KLT变换离散余弦变换（DCT）小波变换预测编码预测相邻像素空间变化和序列帧间的时间变化，利用相关性降低视频序列的码率。时域处理：运动估计理想的解决方案——对象编码:将运动物体从视频中分割出来描述各个物体的运动®非常困难实际方案：基于块匹配的运动估计将帧分割成多个块描述每个块的运动®不需要标明每个物体时域处理：运动补偿预测BackwardmotionestimationTimet-td(x,t-t)xTargetframeTimet+tTimetd(x,t+t)xxAnchorframeTargetf

3、rameForwardmotionestimationBlockMatchingAlgorithm基于块的运动估计假设：运动表示：f(n1,n2,kcur)=f(n1-mv1,n2-mv2,kref)每个块内的像素运动一致运动估计算法：将当前帧分割成不重叠的尺寸为N1xN2块为每个块在参考帧中寻找最匹配的块运动补偿预测算法:将参考帧中最匹配的块作为当前帧的预测块对预测误差和运动矢量进行编码传输运动矢量和运动矢量范围运动矢量描述一个块从一帧到另一帧的水平和垂直的移位(mv1,mv2)或运动。每个块有自己的运动矢量运动矢量场帧中所有块的运动矢量

4、的集合9.1基于块的变换编码思路：一个图像分解为非重叠的块，每个块变换成一组系数。这些系数用标量量化器量化（可以看作是受限的矢量量化）用可变长编码把量化的系数索引转换成二进制比特流基于块变换编码的方框图把变换看作到所选择的基函数的投影把变换过程认为是把一个图像块表示为一组基本图形（成为变换基函数）的线性组合，每个基图形的贡献是对应于那个变换基函数的变换系数。变换设计准则一个好的变换应该：尽可能去除信号的相关性，以便可以对各个值有效地使用标量量化而不会损失太多的编码效率（与矢量量化相比）。把原始像素块的能量尽量压缩到少数的几个系数中。最佳变换

5、卡胡南-洛耶夫变换(KLT):取决于信号的二阶统计特性，难以计算。次优变换离散余弦变换(DCT):最近似KLT的固定变换，应用于实际信号。变换编码和矢量量化矢量量化把像素块一起量化，块越大就越能利用像素之间的相关性，可以更好地压缩。但搜索最佳匹配模式的复杂度随块的大小呈指数增长。变换编码可以用量化的系数和基矢量进行线性组合来表示。由于每个系数取决于整个块，因此这些变换系数的标量量化实际上完成了整个块的矢量量化。9.2预测编码思路：不是对一个像素直接编码，而是由同一帧或前一帧中的相邻像素值来预测。受相邻像素通常有类似的彩色值的启发，避免独立编

6、码的比特浪费。步骤：由存储在存储器中的几个先前重建的样点来预测输入样点量化预测误差用可变长编码器编码解码器的重建值是预测值加上量化的误差若预测误差<当前样本值平均码率最佳预测器：最小化预测误差编码器和解码器框图(闭合回路预测)预测编码器的失真闭环预测：重建误差＝预测误差，使编码器和解码器使用相同的预测值。若不经过量化，系统为无损预测编码；否则就是有损的。失真完全取决于预测误差的量化器。视频预测编码对视频编码：帧内像素间预测（帧内预测或空间预测）空间预测不仅可以用于原始像素值，还可以应用于变换系数。如相邻块的DC值相似。相邻帧间像素预测

7、（帧间预测或时间预测）时间预测由运动补偿来实现预测编码的主要问题：编码比特流的传输差错可能导致编码器和解码器的失配由于失配引起的后继错误，即误码扩散效应。典型视频的特征帧t-1帧t相邻帧具有相似性，由于物体或者摄像机的运动而产生差别。视频压缩的主要思想从先前帧预测新帧，只编码预测误差预测误差用DCT编码预测误差比原始的像素值能量小，可用较少比特编码不能很好预测的区域可以直接用DCT变换在每个宏块(16x16pixels)独立进行，减少计算复杂度在宏块级进行运动补偿在块级(8x8pixels)对预测误差进行DCT不同的编码模式时间预测没有运动

8、补偿：当场景静止时有效p(x,t)=(x,t-)单向运动补偿在物体运动引起的遮挡物重现的情况下不理想p(x,t)=(x+d(x),t-)双向运动补偿可以较好的处理遮挡物重