1.視頻壓縮編碼
  (1)視頻信息的冗余
  雖然表示圖像需要大攝的數據，但圖像數據是髙度相關的。一幅圖像內部以及視頻序列中相鄰圖像之間有大量的冗余信息。對于一幅二維圖像.可以注意到圖像中的許多部分的灰度或顏色差別并不是太大，某些區域是均勻著色或高度相關的。例如，圖像的背眾可能是一堵墻，它是均勻上色或顯示出規則的模式，稱為空間相關或空間冗余。對干沒有場景切換或鏡頭快速推拉搖移的視頻序列，畫面中的背景一般并無變化，只有移動的物體產生畫面的差異.因而各幀圖像間的差別極小，即視頻序列中的圖像是高度相關的，稱為時間相關或時間冗余。靜止圖像壓縮的一個目標是在保持重建圖像的質量可以被接受的同時，盡量去除空間冗余信息。對于活動視頻壓縮，在去掉空間冗余的同時去除時間冗余，可以達到較高的壓縮比。
  除空間冗余和時間冗余外，在一般的圖像數據中，還存在著其他各種冗余信息，主要表現為以下幾種形式。
  ①信息熵冗余
  信息熵冗余也稱為編碼冗余。由信息論的有關原理可知，為表示圖像數據的一個像素點，只要按其信息熵的大小分配相應比特數即可。然而對于實際圖像數據的每個像素,很難得到它的信息熵，因此在數字化一幅圖像時，對每個像素用相同的比特數表不，這樣必然存在冗余。
  ②結構冗余
  在有些圖像的部分區域內存在著非常強的紋理結構，或是圖像的各個部分之間存在有某種關系，如自相似性等，這些都是結構冗余的表現。
  ③知識冗余
  在有些圖像中包含的信息與某些先驗的基礎知識有關，例如，在-般的人臉圖像中，頭、眼、鼻和嘴的相互位置等信息就是一般常識，這種冗余稱為知識冗余。
  ④視覺冗余
  在多數情況下，重建圖像的最終接收者是人的眼睛，為了達到較高的壓縮比，可以利用人類視覺系統的特點得到高壓縮比。人類的視覺系統對于圖像的注意是非均勻和非線性的.特別是人類的視覺系統并不是對于圖像中的任何變化都能感知。例如，圖像系數的量化誤差引起的圖像變化在一定范圍內是不能為人眼所察覺的。
  (2)壓縮編碼
  ①預測編碼
  預測編碼可以在一幅圖像內進行（幀內預測編碼），也可以在多幅圖像之間進行（幀間預測編碼）。預測編碼基于圖像數據的空間和時間冗余特性，用相鄰的已知像素（或圖像塊）來預測當前像素（或圖像塊）的取值，然后再對預測誤差進行量化和編碼。這些相鄰像素（或圖像塊）可以是同行掃描的，也可以是前幾行或前幾幀的，相應的預測編碼分別稱為一維、二維和三維預測。其中一維和二維預測是幀內預測，三維預測是幀間預測。
  幀內預測編碼一般采用像素預測形式的DPCM。其優點是算法簡單，易于硬件實現；缺點是對信道噪聲及誤碼很敏感，會產生誤碼擴散，使圖像質量大大下降。同時，幀內DPCM的編碼壓縮比很低，因此現在已很少獨立使用，一般要結合別的編碼方法。幀間預測編碼主要利用活動圖像序列相鄰幀間的相關性，即圖像數據的時間冗余來達到壓縮的目的，它可以獲得比幀內預測編碼高得多的壓縮比。幀間預測編碼作為消除圖像序列幀間相關性的主要手段之一，在視頻圖像編碼方法中占有很重要的地位。幀間預測編碼一般是針對圖像塊的預測編碼，它采用的技術有幀重復法、閾值法、幀內插法、運動補償法和自適應交替幀內/幀間編碼法等，其中運動補償預測編碼現已被各種視頻圖像編碼標準采用，得到了很好的結果。這類圖像編碼方法的主要缺點在于對圖像序列不同的區域，預測性能不一樣，特別是在快運動區，預測效率較差。
  預測編碼的關鍵在于預測算法的選取，這與圖像信號的概率分布很有關系，實際中常根據大傲的統計結果，采用簡化的概率分布形式來設計最佳的預測器，有時還使用自適應預測器以較好地刻畫圖像信號的局部特性，提高預測效率。
  ②變換編碼
  與預測編碼技術相比，消除圖像數據空間相關性的一種更有效的方法是進行信號變換。變換編碼通常是將空間域相關的像素點通過正交變換映射到另一個頻域上，使變換后的系數之間的相關性降低。在變換后的頻域上應滿足：所有的系數相互獨立；能量集中于少數幾個系數上；這些系數集中于一個最小的區域內。盡管圖像變換本身并不帶來數據壓縮，但由于變換后系數之間相關性明顯降低，圖像的大部分能量只集中到少數幾個變換系數上。采用適當的橫化和熵編碼可以有效地壓縮圖像的數據量。而且圖像經某些變換后.系數的空間分布和頻率特性有可能與人眼的視覺特性匹配，因此可以利用人類視覺系統的生理和心理特點來得到較好的編碼系統。
  K-L變換是在以上思路下構造出來的最佳線性變換方案。它是用數據本身的相關矩陣對角化后構成的。這種變換將產生完全不相關的變換系數。K-L變換雖然是均方誤差準則下的最佳變換，但在實際編碼工作中，人們更常采用離散余弦（DCT:Discrete Cosine Transform)變換。對大多數圖像信源來說，DCT變換是在現行變換編碼方法中，最接近K-L變換的方法。
  對變換后圖像系數的編碼一般采用門限編碼加區域編碼的形式。以DCT變換為例，根據變換系數的能雖分布，可以將圖像劃分為不同的區域，其中變換后幅值較大的圍像系數大多集中于圖像塊的左上角。與其他系數相比，這些低頻系數具有的能量最大，包括了圖像的大部分內容，在變換圖像中的地位最重要，應使它們的量化誤差最小。同樣，對于圖像塊的其他區域，也應采用與該K域相配的景化和編碼形式。這種按能量分布對不同區域采用不同量化編碼的技術就稱為區域編碼。另一方面，變換圖像中有許多系數的幅度很小，只具有原圖像中很小比例的能量,對圖像質量影響甚微，因此一般采用設定閾值的方法，置小于閾值的變換系數為零，從而大大提髙編碼效率。經門限和區域編碼后，變換圖像的大部分系數為零，如何采用有效的方法將非零系數和零系數組織起來，在帶來最少冗余的同時保證最大的連零系數出現概率，是變換圖像編碼中的又一關鍵問題。在DCT圖像編碼方法中，對變換系數進行Zig-Zag排序非常巧妙地解決了這一問題，但對有些圖像變換方法，這種技術并非最佳方案。
  在一般圖像中，對應邊緣輪廓的位置附近含有大量高頻信息，它們相對干原圖像是非常局部的，代表了圖像數據的精細結構。按人眼的視覺特性，這些邊緣輪廓信息對于圖像的主觀質量很重要，在編碼時應給予特別考慮。然而由于傳統的正交變換時頻局域性很差，變換后的系數失去了對原圖像精細結構的描述，從變換圖像得不到圖像邊緣輪廓等局部信息，W此在量化編碼時無法采用特殊的方法。而且在傳統的變換圖像編碼方法中，大多是靠丟棄高頻系數來提髙壓縮比的，從而導致圖像的邊緣輪廓模糊，嚴重影響復原圖像的主觀質量，這是傳統變換編碼方法的缺點之一。傳統變換編碼方法的另.缺點是提高編碼壓縮比時會出現塊效應。這是因為為降低變換算法的運算復雜度和提髙編碼效率，傳統圖像變換均采用了分塊變換技術。圖像塊大，相關性就高，壓縮比也就大。但是塊的尺寸太大又會丟失數據的平穩性，從而引人誤差，包括失去高頻細節、引人沿物體邊界的噪聲和可見的DCT圖塊邊界。實驗證明，塊大小為16X16或8X8是較好的選擇。
  要實現一個實用的變換編碼系統，需要四個步驟第一步是選擇變換類型，CT變換是得到最廣泛應用的一種類型；第二步是選擇方塊的大小，較好的方塊尺寸是8X8或16X16；第三步是選擇變換系數，并對其進行高效的量化，以便傳輸或存儲；第四步是對量化系數進行比特分配，通常使用Huffman編碼或游程編碼。
  ③具有運動補償的幀間預測編碼
  在圖像傳輸技術中，活動圖像（特別是電視圖像）是被關注的主要對象?；顒訄D像是由時間上以幀周期為間隔的連續圖像幀組成的時間圖像序列，它在時間上比在空間上具有更大的相關性。消除活動序列圖像在時間上的冗余度是圖像壓縮編碼的一個重要途徑。與消除圖像中相鄰像素間的空間冗余度一樣，消除序列圖像在時間上的相關性也可采用預測編碼的方法，即不直接傳送當前幀的像素值，而是傳送當前幀的像素值和其前一幀或后一幀的對應像素X之間的差值，這稱為幀間預測。當圖像中存在著運動物體時，簡單的預測不能收到好的效果。例如，在圖2.3中，當前幀與前一幀的背景完全一樣，只是小球平移了一個位S,如果簡單地以A-1幀像素值作為A幀的預測值，則在實線和虛線所示的圓內的預測誤差都不為零。如果巳經知道了小球運動的方向和速度，可以從小球在A-1幀的位置推算出它在A幀中的位置，而背景圖像（不考慮被遮擋的部分)仍以前一幀的背景代替，將這種考慮了小球位移的A-1幀圖像作為A幀的預測值，就比簡單的預測準確得多，從而可以達到更高的數據壓縮比。這種預測方法稱為具有運動補償的幀間預測。

  具有運動補償的幀間預測編碼是視頻壓縮的關鍵技術之一，它包括以下兒個步驟：首先，將圖像分解成相對靜止的背景和若干運動的物體，各個物體可能有不同的位移，但構成每個物體的所有像素的位移相同，通過運動估值得到每個物體的位移矢量；然后，利用位移矢量計算經運動補償后的預測值；最后對預測誤差進行量化、編碼、傳輸，同時將位移矢量和圖像分解方式等信息送到接收端。
  ④具有運動補償的幀間內插編碼
  在具有運動補償的預測編碼系統中，利用了活動圖像幀間信息的相關性，通過對相鄰頓圖像的預測誤差進行編碼而達到壓縮數據的0的。運動補償技術的引人，大大提高了預測楮度，使傳輸每一幀圖像的平均數據。量進一步降低。在此系統中，圖像的傳輸幀率并沒有變化，仍與編碼前的幀率一樣。然而在某些應用場合，如可視電話、會議電視等，對圖像傳輸幀率的要求可適.當降低，這就為另外一種活動圖像壓縮編碼方法一一幀間內插——提供了可能?；顒訄D像的幀間內插編碼是在系統發送端每隔一段時間丟棄一幀或幾幀圖像，而在接收端再利用圖像的幀間相關性將丟棄的幀通過內插恢復出來，以防止幀率下降引起閃爍和動作的不連續。
  在幀間預測中引人運動補償的目的是為了減少預測誤差，從而提高編碼效率。運動估值的不準確會使預測誤差加大，從而使傳輸的數據率上升，但接收端據此位移矢最和預測誤差解碼不會引起圖像質量下降；而在幀間內插中引人運動補償的目的，是使恢復的內插幀中的運動物體不致因為內插而引起太大的圖像質量F降。這是由于在丟棄幀內沒有傳送任何信息，要確定運動物體在丟棄幀中的位置必須知道該物體的運動速度。運動估值的不準確，將導致內插出來的丟棄幀圖像失真。另外，在幀間內插中的位移估值一般要對運動區的每一個像素進行，而不是對一個子塊；否則，內插同樣會引起運動物體邊界的模糊。因此.在幀間內插中較多使用能夠給出單個像素位移矢懂的像素遞歸法。
  除了上述介紹的幾種目前應用最為廣泛的壓縮編碼方法外，矢貴暈化編碼、子帶編碼、小波變換、分層編碼、分形編碼、模型編碼等均是近年來研究十分活躍的編碼方法。

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