现今主流的图像视频压缩标准及技术

现今主流的图像视频压缩标准及技术
1)MJPEG
  MJPEG 是指 Motion JPEG,即动态JPEG,按照25帧/秒速度使⽤JPEG 算法压缩视频信号,完成动态视频的压缩。是由JPEG专家组制订的,其图像格式是对每⼀帧进⾏压缩,通常可达到6:1的压缩率,但这个⽐率相对来说仍然不⾜。就像每⼀帧都是独⽴的图像⼀样。MJPEG图象流的单元就是⼀帧⼀帧的JPEG画⽚。因为每帧都可任意存取,所以MJPEG常被⽤于视频编辑系统。动态JPEG能产⽣⾼质量、全屏、全运动的视频,但是,它需要依赖附加的硬件。⽽且,由于MJPEG不是⼀个标准化的格式,各⼚家都有⾃⼰版本的MJPEG,双⽅的⽂件⽆法互相识别。
  MJPEG的优点是画质还⽐较清晰,缺点是压缩率低,占⽤带宽很⼤。⼀般单路占⽤带宽2M左右。
  2)H.263
  H.263 视频编码标准是专为中⾼质量运动图像压缩所设计的低码率图像压缩标准。H.263 采⽤运动视频编码中常见的编码⽅法,将编码过程分为帧内编码和帧间编码两个部分。埃帧内⽤改进的DCT 变换并量化,在帧间采⽤1/2 象素运动⽮量预测补偿技术,使运动补偿更加精确,量化后适⽤改进的变长编码表(VLC)地量化数据进⾏熵编码,得到最终的编码系数。
  H.263标准压缩率较⾼,CIF格式全实时模式下单路占⽤带宽⼀般在⼏百左右,具体占⽤带宽视画⾯运动量多少⽽不同。缺点是画质相对差⼀些,占⽤带宽随画⾯运动的复杂度⽽⼤幅变化。
  3)MPEG-1
  VCD标准。
  制定于1992年,为⼯业级标准⽽设计,可适⽤于不同带宽的设备,如CD-ROM,Video-CD、CD-i。它⽤于传输1.5Mbps数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴⾳的编码,经过MPEG-1标准压缩后,视频数据压缩率为1/100~1/200,影视图像的分辩率为
360×240×30(NTSC制)或360×288×25(PAL制),它的质量要⽐家⽤录像系统(VHS-Video Home System)的质量略⾼。⾳频压缩率为1/6.5,声⾳接近于CD-DA的质量。MPEG-1允许超过70分钟的⾼质量的视频和⾳频存储在⼀张CD-ROM盘上。VCD采⽤的就是MPEG-1的标准,该标准是⼀个⾯向家庭电视质量级的视频、⾳频压缩标准。MPEG-1的编码速率最⾼可达4-5Mbits/sec,但随着速率的提⾼,其解码后的图象质量有所降低。MPEG-1也被⽤于数字电话⽹络上的视频传输,如⾮对称数字⽤户线路(ADSL),视频点播(VOD),以及教育⽹络等。同时,MPEG-1也可被⽤做记录媒体或是在INTERNET上传输⾳频。MPEG1标准占⽤的⽹络带宽在1.5M左右。
  4)MPEG-2
  DVD标准。
  制定于1994年,设计⽬标是⾼级⼯业标准的图象质量以及更⾼的传输率,主要针对⾼清晰度电视(HDTV)的需要,传输速率在3-
10Mbits/sec间,与MPEG-1兼容,适⽤于1.5~60Mbps甚⾄更⾼的编码范围。分辩率为720×480×30(NTSC制)或720×576×25(PAL 制)。影视图像的质量是⼴播级的质量,声⾳也是接近于CD-DA的质量。MPEG-2是家⽤视频制式(VHS)录像带分辩率的两倍。MPEG-2的⾳频编码可提供左右中及两个环绕声道,以及⼀个加重低⾳声道,和多达7个伴⾳声道(DVD可有8种语⾔配⾳的原因)。由于MPEG-2在设计时的巧妙处理,使得⼤多数MPEG-2解码器也可播放MPEG-1格式的数据,如VCD。除了做为DVD的指定标准外,MPEG-2还可⽤于为⼴播,有线电视⽹,电缆⽹络以及多级多点的直播 (Direct Broadcast Satellite) 提供⼴播级的数字视频。MPEG-2的另⼀特点是,其可提供⼀个较⼴的范围改变压缩⽐,以适应不同画⾯质量,存储容量,以及带宽的要求。对于最终⽤户来说,由于现存电视机分辨率限制,MPEG-2所带来的⾼清晰度画⾯质量(如DVD画⾯)在电视上效果并不明显,到是其⾳频特性(如加重低⾳,多伴⾳声道等)更引⼈注⽬。
  MPEG-2的画质质量最好,但同时占⽤带宽也⾮常⼤,在4M~15M之间,不太适于远程传输。
  5)MPEG-4
  如果说,MPEG-1“⽂件⼩,但质量差”;⽽MPEG-2则“质量好,但更占空间”的话,那么MPEG-4则很好的结合了前两者的优点。它于1998年10⽉定案,在1999年1⽉成为⼀个国际性标准,随后为扩展⽤途⼜进⾏了第⼆版的开发,于1999年底结束。MPEG-4是超低码率运动图像和语⾔的压缩标准,它不仅是针对⼀定⽐特率下的视频、⾳频编码,更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。MPEG-4标准主要应⽤于视像电话(Video Phone),视像电⼦邮件(Video Email)和电⼦新闻(Electronic News)等,其传输速率要求较低,在4800-64Kbits/sec之间,分辨率为176X144。MPEG-4利⽤很窄的带宽,通过帧重建技术,压缩和传输数据,以求以最少的数据获得最佳的图象质量。与MPEG-1和MPEG-2相⽐,MPEG-4为多媒体数据压缩提供了⼀个更为⼴阔的平台。它更多定义的是⼀种格式、⼀种架构,⽽不是具体的算法。它可以将各种各样的多媒体技术充分⽤进来,包括压缩本⾝的⼀些⼯具、算法,也包括图像合成、语⾳合成等技术。 MPEG-4的特点是其更适于交互AV服务以及远程监控。MPEG-4是第⼀个使你由被动变为主动(不再只是观看,允许你加⼊其中,即有交互性)的动态图象标准;它的另⼀个特点是其综合性;从根源上说,MPEG-4试图将⾃然物体与⼈造物体相溶合(视觉效果意义上的)。MPEG-4的设计⽬标还有更⼴的适应性和可扩展性。隧道式搪瓷烧结炉
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  MPEG4标准的占⽤带宽可调,占⽤带宽与图像的清晰度成正⽐。以⽬前的技术,⼀般占⽤带宽⼤致在⼏百K左右。
6)WMV-HD
  WMV-HD是由软件业的巨头微软公司所创⽴的⼀种视频压缩格式。其压缩率甚⾄⾼于MPEG-2标准,同样是2⼩时的HDTV节⽬,如果使⽤MPEG-2最多只能压缩⾄30GB,⽽使⽤WMV-HD这样的⾼压缩率编码器,在画质丝毫不降的前提下都可压缩到15GB以下。
  WMV-HD,基于WMV9标准,是微软开发的视频压缩技术系列中的最新版本,尽管WMV-HD是微软的独有标准,但因其在操作系统中⼤⼒⽀持WMV系列版本,从⽽在桌⾯系统得以迅速普及。在性能上,WMV-HD的数据压缩率与H.264⼀样,两者的应⽤领域也极其相似,因此在新⼀代主流视频编码标准霸主地位的争夺之中,双⽅展开了针锋相对的⽃争,⽽⽃争的焦点集中在下⼀代光盘规格“HD DVD”和数字
微波⼴播电视等领域。
  WMA-HD格式对系统有很⾼的要求,要想实现对WMA-HD格式的HDTV⽂件的播放,⾄少需要 P4 2.4G,建议使⽤ P4 3.0G以上处理器。⽽且根据微软的说法建议搭配384 MB 内存,并建议配备 512 MB 内存进⾏播放。同时具备128 MB 显存的显⽰卡也是必须的。同时播放还只适⽤于 Windows XP以上操作系统,软件⽅⾯则要求⽤户安装DirectX 9 和 Windows Media Player 9 系列。不过以上只是搭配Windows Media Player 9或者WINDVD之类占⽤系统资源较多的播放软件的建议系统配置要求。如果我们采⽤Media Player Classic之类节省系统资源的软件时,对系统要求可降低到P4 2.0G/AMD 200
0+ 、256M的建议系统配置。如果你的电脑满⾜不了这样的配置,就可能会在播放过程中产⽣画⾯与语⾳不同步、画⾯经常停顿、爆⾳等现象,严重的话甚⾄⽆法顺利观看。
  ⼀般采⽤.wmv为后缀的HDTV⽂件就是采⽤的WMV-HD压缩的。
  ⽬前DVD论坛已经初步批准将微软的MPEG-2、H.264和WMA-HD作为下⼀代DVD即HD-DVD技术的强制执⾏标准。
 7)  H.264
  H.264是由国际电信联盟(ITU-T)所制定的新⼀代的视频压缩格式。H.264最具价值的部分⽆疑是更⾼的数据压缩⽐。在同等的图像质量条件下,H.264的数据压缩⽐能⽐当前DVD系统中使⽤的 MPEG-2⾼2-3倍,⽐MPEG-4⾼1.5-2倍。正因为如此,经过H.264压缩的视频数据,在⽹络传输过程中所需要的带宽更少,也更加经济。在 MPEG-2需要6Mbps的传输速率匹配时,H.264只需要1Mbps-2Mbps的传输速率,应⽤范围从3G⼿机、iChat AV视频会议、HD⼴播、HD DVD等等,⽬前H.264已经获得DVD Forum与Blu-ray Disc Association采纳,成为新⼀代HD DVD的标准,不过H.264解码算法更复杂,计算要求⽐WMA-HD还要⾼,我们知道WMA-HD已经让我们叹为观⽌了,同时我们知道ATi下⼀代显卡R520会加⼊对H.264硬解码的⽀持,不过H.264是相当有前景的视频技术。
  与MPEG-4⼀样,经过H.264压缩的视频⽂件⼀般也是采⽤.avi 作为其后缀名,同样不容易辨认,只能通过解码器来⾃⼰识别。
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图像编码⽅法可分为两代:第⼀代是基于数据统计,去掉的是数据冗余,称为低层压缩编码⽅法;第⼆代是基于内容,去掉的是内容冗余,其中基于对象(Object-Based)⽅法称为中层压缩编码⽅法,其中基于语义(Syntax-Based)⽅法称为⾼层压缩编码⽅法。
  基于内容压缩编码⽅法代表新⼀代的压缩⽅法,也是⽬前最活跃的领域,最早是由瑞典的Forchheimer提出的,随后⽇本的Harashima 等⼈也展⽰了不少研究成果。
3.2运动估计和补偿
  MPEG-4中提供了基于块的运动估计和补偿技术来有效地利⽤各个VOP中视频内容上的时间冗余。⼀般,运动估计和补偿可以看作针对任意形状图像序列的块匹配技术的延伸。块匹配过程对于标准宏块使⽤;预测误差和⽤于预测的宏块运动向量⼀起被编码;⾼级运动补偿模式⽀持重叠块运动补偿,可对8×8块运动向量进⾏编码。为了使运动估计得到⾼编码效率,预测图像和被预测图像越相似越好,所以在运动估计之前要先进⾏补偿。在⽬标边界上的MB先⽤⽔平填补⽽后⽤垂直填补,其余完全在VOP之外的MB⽤扩张填补。
3.3纹理编码
  纹理指的是I-VOP图像和P/B-VOP经运动补偿后残留的图像信息。纹理⼀般在变换域进⾏压缩编码和熵编码。
  静态图像压缩编码标准(JPEG);数字声像储存压缩编码标准(MPEG-1);通⽤视频图像压缩编码标准(MPEG-2)。
3.1形状编码
  形状信息的获得⾸先要对图形进⾏分析和分割,把各个代表不同内容的⽬标分割后再⽤形状表⽰。形状信息通常⽤⼆值Alpha平⾯和灰度Alpha平⾯来表⽰。⼆值Alpha平⾯可⽤临近信息进⾏算术编码(CAE);灰度Alpha平⾯可⽤运动补偿加DCT变换⽅式类似纹理编码⼀样进⾏编码。
  其中⽤于图像压缩的变换有离散Forier变换(DFT)、离散⼩波变换(DWT)、奇异值分解(SVD)、K-L变换、Walsh变换、Hadamard变换、Harr变换、Slant变换、离散余弦变换(DCT)。其中K-L变换的去相关性最好,⽽DCT是接近K-L变换效果的最便于实现的变换。和MPEG-1/2⼀样,MPEG-4也选择了DCT。通常,⽤于数据压缩的熵编码⽅法有霍夫曼(Huffman)编码、⽮量量化、算术编码、游程编码、LZW编码等。对于纹理编码,MPEG-4选择了
把游程编码、⽮量量化和Huffman编码进⾏混合编程编码(VLC)。纹理编码要经过DCT变换、量化、DC/AC预测、扫描、基于Hufman的VLC编码。
塑料槽板3.4伸屈性
电机定子测试台  视频的伸屈性,包括空间伸屈性和时间伸屈性。空间伸屈性可以得到不同的空间分辨率,时间伸屈性可得到不同的时间分辨率。每种伸屈都有多层,在只有⾼低2层的情况下,底层指的是基本层,⽽⾼层指的是增强层。
3.5差错回避
  VLC码中的⼀个⽐特错误会引起同步丢失,⽽运动补偿则会引起错误传递。
海绵真空吸盘  MPEG-4的差错回避有三个⽅⾯:重同步、数据恢复和错误隐藏。
  重同步,是指差错被检测后,解码器和码流之间重新同步的技术。⼀般来说,这种⽅法会将错误之前的同步点到重建的同步点之间的数据丢弃。不过这些丢弃的数据可以⽤其他的技术进⾏恢复和实施错误隐藏。
指纹识别模块  数据恢复⼯具在解码器和码流重新建⽴起同步后⽤来恢复丢弃的数据。这些⼯具不是简单的⽤容错码恢复,⽽是⽤⼀种差错回避⼿段,即⽤可逆VLC码字进⾏VLC编码。
  错误隐藏,在重同步有效地将错误定位后可以很容易处理。为了进⼀步提⾼错误隐匿的能⼒,有必要增加错误定位能⼒,特别是数据分割可以⽤来提⾼错误定位能⼒。

本文发布于:2024-09-24 05:23:39,感谢您对本站的认可!

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