H.263编码标准在DSP上的实现与优化

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第一1一页1．1引言第一章绪论随着计算机技术飞速发展和通讯手段的日益完善，加上网络的普及使得多媒体数字业务得到进一步发展。人们对数字视频业务如可视电话、会议电视、安全监视、远程医疗、远程教育、高清晰度电视(HDTV)、视频点播(VoD)和网上购物等产生了越来越浓厚的兴趣。而这些业务的关键技术就是视音频信号的实时编解码和传输。众所周知，在‘丌发多媒体应用系统时，遇到的最大的障碍就是对包含巨大数据量的多媒体信息的采集、存储、处理和传输，其中，数据量最大的是数字视频图像数据。因此，视频压缩处理技术是多媒体技术的关键，

2、可以在保证一定图像质量的前提下，减少数据量，节省图像存储空间和便于实现远程可视通信系统。表卜1列出了5种大小格式的原始视频的数据量，可以看到，若不经压缩进行传输，需要很大的带宽。表卜l五种视频格式的数据量Sub—QCIF-QCIFCIF4CIF16CIF像素数／行1281763527041408行数961442885761152非压缩数据量4．2Mb／s8．7Mb／s34．8Mb／s139．2Mb／s556．9Mb／s(30fps)1．2视频压缩技术的原理与发展压缩机制通常可以分为两种一一有损压缩和无损压缩。无损压缩关心的是精确地重建没有信

3、息丢失的数据，无损压缩多用于文本文件的压缩。对于有损压缩，可以获得比无损压缩高得多得压缩比，可以看做是对原始数据的一种近似代替。任何有损压缩机制的根本思想都是除去数据中存在的相关性。所谓相关性，就是能够根据给出的一部分数据来判断出其相邻的数据。实际中存在着很多种数据相关型，分类如下：空间相关性：可以根据图像中某一点的像素值推测出其相邻点的像素值。频率相关性：一个信号的傅立叶变换通常是光滑的，这意味着可以根据某一部分的频率来推断其相邻部分的频率。时间相关性：在数字视频中，时间上相邻的两帧图像的大部分像素的值变西南交通大学硕士研究生学位论文第一

4、2一页化很小。根据视频压缩的原理，可以将几十年来出现的压缩技术分为两大类。一类是基于速率——失真理论的第一代压缩编码技术。其主要的编码方法包括：预测编码、变换编码和统计编码，(合称三大经典编码方法)。预测编码的基本原理是：根据图像的时间冗余特性得到当前图像象素的预测值，然后传输图像与其预测值的差值信号，使传输的信息量减少，达到压缩目的。变换编码不是对像素进行编码，而是将其由空域变换到频域，得到一组变化系数，并且使得能量相对集中，再经过量化消除那些人眼并不敏感的高频信息，达到压缩目的。统计编码的基本原理：根据信息码字出现的概率大小，设计码字的

5、长度，使得表征信息的编码长度达到最短。这类编码技术主要还是面向像素的一种技术，旨在消除图像数据中的线性相关性，而没有充分考虑信息最终的接受者人的主观视觉特性。针对第一代编码技术的不足，人们又提出了第二代编码技术。这类技术充分利用人眼的视觉特性和图像信息源的各种特征来进行编码。1。根据人眼对物体轮廓比对物体内部细节敏感的特点，利用内容(对象)来表示图像，而不再是单纯的像素。并且对象是按轮廓信息将某一特定图像分割成的若干区域，每一区域可以看成一个整体，其内部细节具有相同的特性(灰度信息、纹理信息、运动速度、运动矢量等)。然后对这些分割的小区域再

6、分别进行编码。这类编码技术整体比第一代编码技术要有效的多，目前正处于研究、发展中。目前流行的视频编码标准主要由ITU—T和ISO／IEe开发。由ITu组织制定的标准主要是针对实时视频通讯的应用，如视频会议和可视电话等，它们以H．26x来命名。ITU—T发布的视频标准有H．261、}L262、H．．263、H．263十、H．263++、H．264‘2⋯。ISO和IEC的共同委员会中的MPEG(MovingPictureExpertGroup，运动图像专家组)制定的标准主要针对视频数据的存储(VcD、DVD)、广播电视、和视频流的网络传输等应用

7、，它们以MPEG—x来命名。Is0／IEc公布的MPEG系列标准有MPEG一1、MPEG一2、MPEG一4和MPEG一7，并且计划公布MPEG一21。H．261是最早出现的视频编码建议，目的是规范ISDN网上电视会议和可视电话应用中的视频编码技术。它采用的算法结合了可减少时间冗余的帧问运动补偿预测和可减少空间冗余的DcT变换的混合编码方法。以后的视频编码标准都以此为基础。H．262标准等同于MPEG一2的视频编码标准。H．263是低码率图像压缩标准“3，在技术上是H．261的改进和扩充，支持码率小于64kbit／s的应用。但实质上H．263

8、以及后来的H．263十和H．263++己发展成支持全码率应用的建议，从它支持众多的图像格式这一点就可看出，如Sub—QCIF，QCIF，CIF，4CIF甚至16CIF等格式。MP