1、 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理第四章第四章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理數(shù)字視音頻壓縮編碼原理 本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：數(shù)字視頻壓縮的基本原理數(shù)字視頻壓縮的基本原理數(shù)字音頻壓縮的基本原理數(shù)字音頻壓縮的基本原理數(shù)字電視中常用的壓縮編碼方法數(shù)字電視中常用的壓縮編碼方法 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理4.1 數(shù)字視頻壓縮編碼概述數(shù)字視頻壓縮編碼概述一、壓縮的必要性一、壓縮的必要性4：2：2格式，格式，10bit編碼的編碼的SDI信號數(shù)據(jù)量：信號數(shù)據(jù)量：SDSDI： 270Mbit/s 135MHzHDSDI：1.485Gbit/s 742.5MHz

2、二、圖像數(shù)據(jù)壓縮機理二、圖像數(shù)據(jù)壓縮機理利用圖象數(shù)據(jù)中的大量冗余實現(xiàn)壓縮利用圖象數(shù)據(jù)中的大量冗余實現(xiàn)壓縮 電視信號在相鄰行、相鄰幀存在很強的相關(guān)性。電視信號在相鄰行、相鄰幀存在很強的相關(guān)性。利用人眼的視覺特性實現(xiàn)壓縮利用人眼的視覺特性實現(xiàn)壓縮l空間冗余空間冗余l(xiāng)時間冗余時間冗余l(xiāng)視覺空間分辨力視覺空間分辨力l亮度辨別閾值亮度辨別閾值l視覺閾值視覺閾值 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理三、數(shù)據(jù)壓縮編碼方法的分類三、數(shù)據(jù)壓縮編碼方法的分類分類分類舉例舉例無損編碼無損編碼熵編碼熵編碼游程編碼、游程編碼、HuffmanHuffman編碼、編碼、LZWLZW編碼編碼有損編碼有損編

3、碼內(nèi)插法內(nèi)插法低抽樣率法，行、場亞抽樣法，幀亞抽樣法低抽樣率法，行、場亞抽樣法，幀亞抽樣法預(yù)測編碼預(yù)測編碼一維預(yù)測，二維預(yù)測，三維預(yù)測一維預(yù)測，二維預(yù)測，三維預(yù)測變換編碼變換編碼DCTDCT變換，整數(shù)變換等變換，整數(shù)變換等其他其他矢量量化，子帶編碼等矢量量化，子帶編碼等 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理4.2 預(yù)測編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼預(yù)測編碼：基于圖像數(shù)據(jù)的空間和時間冗余特性，：基于圖像數(shù)據(jù)的空間和時間冗余特性，用相鄰已知像素（圖像塊）來預(yù)測當前像素（圖像塊）用相鄰已知像素（圖像塊）來預(yù)測當前像素（圖像塊）的取值，然后再對誤差進行量化、編碼和傳輸。的取值，然后再對誤差進

4、行量化、編碼和傳輸。意義意義：如果預(yù)測模型足夠好，則預(yù)測誤差信號比原：如果預(yù)測模型足夠好，則預(yù)測誤差信號比原始信號小的多，從而用較小的電平等級對預(yù)測誤差信始信號小的多，從而用較小的電平等級對預(yù)測誤差信號進行量化，可以大大的號進行量化，可以大大的 減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。數(shù)字電視中常用數(shù)字電視中常用的編碼方法的編碼方法預(yù)測編碼的分類：預(yù)測編碼的分類：幀內(nèi)編碼幀內(nèi)編碼、幀間編碼幀間編碼利用空利用空間冗余間冗余利用時利用時間冗余間冗余 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理一、預(yù)測編碼的基本原理（一、預(yù)測編碼的基本原理（DPCM）輸入信輸入信號樣值號樣值預(yù)測值預(yù)測值預(yù)測

5、預(yù)測誤差誤差樣值的樣值的重建值重建值預(yù)測編碼的誤差分析：預(yù)測編碼的誤差分析：()nnnnnnnnnnxxxxexxeee量化量化誤差誤差11122111.nnnniiixa xa xaxa xl 預(yù)測系數(shù)預(yù)測系數(shù)l xi n時刻之前時刻之前的樣值的樣值ia 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理二、預(yù)測方法二、預(yù)測方法前值預(yù)測前值預(yù)測1 1nxa x1、幀內(nèi)預(yù)測、幀內(nèi)預(yù)測1 155nxa xa x一維預(yù)測一維預(yù)測二維預(yù)測二維預(yù)測1 12233.nxa xa xa x 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理2、幀間預(yù)測（三維預(yù)測）、幀間預(yù)測（三維預(yù)測） 利用圖

6、像序列在時間上的相關(guān)性來壓縮圖像序利用圖像序列在時間上的相關(guān)性來壓縮圖像序列的時間冗余。用前一幀圖像的像素預(yù)測當前幀列的時間冗余。用前一幀圖像的像素預(yù)測當前幀圖像的像素。圖像的像素。 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理3、 預(yù)測系數(shù)的選擇預(yù)測系數(shù)的選擇nenx1anx2a1na.DPCM 預(yù)測器預(yù)測器 為預(yù)測系數(shù)。為預(yù)測系數(shù)。121,.na aa 為延遲元件，用來存儲樣值。為延遲元件，用來存儲樣值。121,.nD DD 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理最優(yōu)線性預(yù)測法：最優(yōu)線性預(yù)測法：按照某種按照某種準則準則選擇預(yù)測系數(shù)，使選擇預(yù)測系數(shù)，使 最小。最

7、小。nnnexx準則：準則：均方誤差（均方誤差（MSE)準則，使準則，使 為最小。為最小。22 enE e對對 內(nèi)的信號內(nèi)的信號求統(tǒng)計平均值求統(tǒng)計平均值22() 0enniiExxaa對其求解可得預(yù)測系數(shù)對其求解可得預(yù)測系數(shù)ia111niia 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理三、預(yù)測量化器三、預(yù)測量化器1、預(yù)測誤差的統(tǒng)計特性、預(yù)測誤差的統(tǒng)計特性 試驗表明，試驗表明，8bit量化時，量化時，預(yù)測誤差的絕對值在預(yù)測誤差的絕對值在16-18等級之內(nèi)的像素占等級之內(nèi)的像素占80%-90%。2、量化器設(shè)計、量化器設(shè)計 根據(jù)人眼的視覺特性，根據(jù)人眼的視覺特性，采用非均勻量化。采用非

8、均勻量化。 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理四、四、 圖像幀間編碼中的運動處理圖像幀間編碼中的運動處理1、運動處理原理、運動處理原理運動估計運動估計(ME)，通過匹配搜索產(chǎn)生，通過匹配搜索產(chǎn)生運動矢量運動矢量MV。運動補償運動補償(MC)，根據(jù)，根據(jù)MV產(chǎn)生當前幀的估計值。產(chǎn)生當前幀的估計值。接收端通過接收端通過MV和和en(x,y)由前一幀重建當前幀。由前一幀重建當前幀。 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理2、運動估計的方法、運動估計的方法幀間運動像素的位移：幀間運動像素的位移：1010 xxxyyy運動位移運動位移矢量矢量運動估計的方法：運動估

9、計的方法：塊匹配法塊匹配法、像素遞推法、相位、像素遞推法、相位相關(guān)法等。相關(guān)法等。數(shù)字視頻壓縮國數(shù)字視頻壓縮國際標準中常用際標準中常用 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理前一幀前一幀中的搜中的搜索范圍索范圍N+2MMMN+2M3、塊匹配法、塊匹配法宏塊（宏塊（MB）：）：每個宏塊由每個宏塊由N*N個像素組成；個像素組成；宏塊內(nèi)的像素作一致的平移運動；宏塊內(nèi)的像素作一致的平移運動；當前幀的像塊：當前幀的像塊：和前一幀內(nèi)的像塊作最佳匹配；和前一幀內(nèi)的像塊作最佳匹配；搜索范圍（窗口）搜索范圍（窗口）(N+2M)*(N+2M)；NN 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓

10、縮編碼原理估值塊的大小（估值塊的大小（N*N）考慮的因素：圖像細節(jié)構(gòu)成和計算量的大小。考慮的因素：圖像細節(jié)構(gòu)成和計算量的大小。視頻壓縮編碼中宏塊的大小通常取視頻壓縮編碼中宏塊的大小通常取16*16像素。像素。SDTV信號：分解力為信號：分解力為720*576/幀幀 Y：45*36=1620宏塊宏塊/幀幀 Cr，Cb直接用直接用Y信號的位移矢量信號的位移矢量最佳匹配準則：判斷兩個宏塊的最佳匹配最佳匹配準則：判斷兩個宏塊的最佳匹配l最小均方差（最小均方差（MSE）準則）準則2i，j為水平、垂直為水平、垂直方向的位移量方向的位移量當前幀當前幀像素值像素值 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻

11、壓縮編碼原理l最小平均絕對幀差（最小平均絕對幀差（MAD）準則）準則MSE準則運算量大，準則運算量大，MAD運算量小，實現(xiàn)簡單常用。運算量小，實現(xiàn)簡單常用。搜索窗口大小（搜索窗口大小（M）考慮的因素：幀間運動位移的大小和計算量。考慮的因素：幀間運動位移的大小和計算量。全搜索法全搜索法:當當M=16時，時，SDTV信號的計算速度：信號的計算速度： 1089162025/6（次）（塊）幀/秒=44 10 次 秒2max(21)nM最大搜索次數(shù)：最大搜索次數(shù)： 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理4、快速搜索法、快速搜索法二維對數(shù)搜索法：二維對數(shù)搜索法：最大搜索次數(shù)：最大搜索次數(shù)

12、：max227log ()nm 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理搜索方法比較搜索方法比較搜索法搜索法最大搜索次數(shù)最大搜索次數(shù)m m4 48 81616全搜索全搜索818128928910891089二維對數(shù)法二維對數(shù)法161623233030三步法三步法171725253333共軛方向法共軛方向法111119193535正交搜索法正交搜索法9 9131317172(21)m227log ()m21 8log ()m32 m 214log ()m 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理5、分級搜索、分級搜索 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓

13、縮編碼原理離散傅里葉變換（離散傅里葉變換（DFT） 最佳變換（最佳變換（KL）離散余弦變換（離散余弦變換（DCT） 沃爾什變換（沃爾什變換（WH）4.3 正交變換編碼正交變換編碼一、正交變換的物理意義一、正交變換的物理意義空間域描空間域描述的圖像述的圖像信號信號變換域描變換域描述的圖像述的圖像信號信號N*N像塊像塊N*N變換變換系數(shù)塊系數(shù)塊很強的相關(guān)很強的相關(guān)性，能量分性，能量分布均勻布均勻相關(guān)性基本相關(guān)性基本解除，能量解除，能量分布集中分布集中 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理變換編碼系統(tǒng)框圖：變換編碼系統(tǒng)框圖：8*8或或4*4像塊像塊 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4

14、章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理二、一維離散余弦變換（二、一維離散余弦變換（DCT）1、離散余弦變換定義、離散余弦變換定義0,1,.,1uN( )0,1,.,1f xxN，輸入序列輸入序列102(21)( )( )( )cos2NxxuF uC uf xNN正變換：正變換：102(21)( )( )( )cos2Nuxuf xC uF uNN反變換：反變換：0,1,.,1xN系數(shù)：系數(shù)：核函數(shù)：核函數(shù)：(21)( , )( )cos2xua u xC uN,0,1,.,1u xN 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理102( )( ) ( , )NXF uf x a u xN0,

15、1,.,1uN102( )( ) ( , )Nuf xF u a u xN0,1,.,1xNDCT變換可以寫成：變換可以寫成：序列序列 可以看成是核函數(shù)可以看成是核函數(shù) 和系數(shù)和系數(shù) 加權(quán)加權(quán)和組成。和組成。( )f x( , )a u x( )F u核函數(shù)核函數(shù) 展開是一組余弦函數(shù)，展開是一組余弦函數(shù)，又稱為又稱為基波向量基波向量。(21)( , )( )cos2xua u xC uN 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理2、DCT基波向量基波向量例：例：N=8(21)( , )( )cos16xua u xC u,0,1,.,7u x 1( ) (0) (0, )(1)

16、 (1, ).(7) (7, )2f xFaxFaxFax 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理三、二維三、二維DCT變換變換1、二維、二維DCT變換的定義變換的定義 為為N*N像塊，像塊，( , )f x y,0,1,2,.,1x yN正變換：正變換：反變換：反變換：,0,1, 2,.,1u vN系數(shù)：系數(shù)： 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理定義核函數(shù)：定義核函數(shù)：二維二維DCT變換公式：變換公式：像塊像塊 可以看成是核函數(shù)可以看成是核函數(shù) 和系數(shù)和系數(shù) 加權(quán)和組成。加權(quán)和組成。( , )f x y( , , , )a x y u v( , )F

17、u v 展開是展開是N*N個個N*N點的像塊組（基像圖）。點的像塊組（基像圖）。( , , , )a x y u v 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理2、DCT基圖像基圖像垂直方向垂直方向空間頻率空間頻率N=8時，時， 展開展開為為8*8DCT基像圖。基像圖。( , , , )a x y u v8*8點的像塊（空間幾何分布）變換成由點的像塊（空間幾何分布）變換成由8*8基圖基圖像（空間頻率分布）和系數(shù)像（空間頻率分布）和系數(shù) 加權(quán)和構(gòu)成。加權(quán)和構(gòu)成。( , )F u v( , )(0,0) ( , ,0,0)(0,1) ( , ,0,1) .(1,1) ( , ,7,7

18、),0,1,.,7f x yFa x yFa x yFa x yx y水平方向水平方向空間頻率空間頻率 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理AC系數(shù)系數(shù)3、計算舉例、計算舉例uv8*8點原始圖像數(shù)據(jù)塊點原始圖像數(shù)據(jù)塊( , )f x yDCT變換后系數(shù)塊變換后系數(shù)塊( , )F u vF(0,0)DC系數(shù)系數(shù)7700( , )( , ) ( , , , ),xyF u vf x y a x y u vu v；=0,1,.7可以分解成級聯(lián)的兩次一維可以分解成級聯(lián)的兩次一維DCT變換計算。變換計算。 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理四、量化器四、量化器方

19、法：方法：根據(jù)圖像信號在變換域中的統(tǒng)計特性，在根據(jù)圖像信號在變換域中的統(tǒng)計特性，在不降低預(yù)定的圖像主觀評價條件下，通過降低變換不降低預(yù)定的圖像主觀評價條件下，通過降低變換系數(shù)的精度或消除不必要的變換系數(shù)，實現(xiàn)壓縮碼系數(shù)的精度或消除不必要的變換系數(shù)，實現(xiàn)壓縮碼率。率。舉例：舉例：JPEG壓縮方法壓縮方法量化：量化：( , ) ( , )( , )QF u vF u vQ u v取整根據(jù)人眼的視覺特性給定一個亮度信號根據(jù)人眼的視覺特性給定一個亮度信號量化矩陣量化矩陣：( , )Q u v量化矩陣量化矩陣根據(jù)人眼的視覺根據(jù)人眼的視覺閾值確定其中的閾值確定其中的量化因子；量化因子；低頻區(qū)細量化，低頻區(qū)

20、細量化，高頻區(qū)粗量化。高頻區(qū)粗量化。 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理量化量化因子因子uv8*8點原始圖像數(shù)據(jù)塊點原始圖像數(shù)據(jù)塊( ,)fx yDCT變換后系數(shù)塊變換后系數(shù)塊( , )F u v 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理DCT編碼中，圖像失真的原因：編碼中，圖像失真的原因：由于量化舍去了許多高頻系數(shù)使圖像產(chǎn)生模糊；由于量化舍去了許多高頻系數(shù)使圖像產(chǎn)生模糊；對某些系數(shù)采用粗量化而產(chǎn)生顆粒狀結(jié)構(gòu)；對某些系數(shù)采用粗量化而產(chǎn)生顆粒狀結(jié)構(gòu)；像塊的劃分使相鄰塊的亮度不連續(xù)，即塊效應(yīng)。像塊的劃分使相鄰塊的亮度不連續(xù)，即塊效應(yīng)。 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)

21、第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理4.4 統(tǒng)計編碼統(tǒng)計編碼一、信息量和信息熵一、信息量和信息熵1、信息量、信息量2( )log (1( )iiI xp x 是離散無記憶信源是離散無記憶信源X的符號集，的符號集，i=1,2,Nix符號出現(xiàn)符號出現(xiàn)的概率的概率 2、信息熵：信源中每個符號的平均信息量。、信息熵：信源中每個符號的平均信息量。bit/符號符號 是編碼是編碼 所需要的位數(shù)所需要的位數(shù)(bit) 對一個信源進行編碼時最小平均碼長的理論值。對一個信源進行編碼時最小平均碼長的理論值。信息熵是測試無失真編碼性能的標準。信息熵是測試無失真編碼性能的標準。( )iI xixH 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)

22、第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理熵編碼的基本原理：熵編碼的基本原理： 對于一個信源對于一個信源X，給出現(xiàn)概率較大的符號一個短，給出現(xiàn)概率較大的符號一個短碼字，出現(xiàn)概率小的符號給一個長碼字，使平均碼碼字，出現(xiàn)概率小的符號給一個長碼字，使平均碼長最小。它是基于信號統(tǒng)計特性的編碼技術(shù)，屬于長最小。它是基于信號統(tǒng)計特性的編碼技術(shù)，屬于無損編碼。無損編碼。熵編碼的方法：熵編碼的方法： 哈夫曼編碼（哈夫曼編碼（Huffman) 算術(shù)編碼（算術(shù)編碼（Arithmetic Coding) 游程編碼游程編碼 用于預(yù)測編碼、變換編碼之后的圖像系數(shù)作進一用于預(yù)測編碼、變換編碼之后的圖像系數(shù)作進一步編碼。步編碼。 數(shù)

23、字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理二、哈夫曼編碼二、哈夫曼編碼例：信源例：信源X，N=812345678 ,0.18,0.2,0.19,0.005,0.17,0.15,0.10,0.005x x x x x x xx出現(xiàn)出現(xiàn)概率概率信源信源符號符號新符號新符號的概率的概率 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理討論：討論：信源信源X的信息熵：的信息熵：821()( ) log( )2.61/iiiH Xp xp xbit 碼字信源信源X的平均碼長：的平均碼長：81( )2.73/iiiNp xnbit碼字()0.12/NH Xbit碼字編碼效編碼效率高率高

24、Huffman方法構(gòu)造出的碼不是唯一的。方法構(gòu)造出的碼不是唯一的。Huffman編碼對不同信源的編碼效率不一樣。編碼對不同信源的編碼效率不一樣。沒有一個碼字是另一個碼字的前綴。沒有一個碼字是另一個碼字的前綴。應(yīng)用到各種靜止和活動圖像壓縮編碼標準中。應(yīng)用到各種靜止和活動圖像壓縮編碼標準中。 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理三、算術(shù)編碼三、算術(shù)編碼符號概率符號概率 符號符號 概率概率信源原始區(qū)間信源原始區(qū)間初始初始0 0 ， 1 1）0.10.10 0 ，0.10.1）0.40.40.10.1，0.50.5）0.20.20.50.5，0.70.7）0.30.30.70.7，

25、 1 1）( )ip x例：信源例：信源X，N=4，每個符號的概率為，每個符號的概率為41()1iip x1x2x3x4xix( )ip x1,)iipp根據(jù)根據(jù)概率概率分配分配區(qū)間區(qū)間 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理1、編碼方法：、編碼方法：輸入信息為：輸入信息為：3141342x x x x x x x區(qū)間定義：區(qū)間定義：)nnnnnlrdrl，；被編碼的第被編碼的第n個符號的區(qū)間：個符號的區(qū)間：11111 ,),)nnninninl rlp dlp d被編碼的第一個符號被編碼的第一個符號 的區(qū)間：的區(qū)間：3x111 ,)0.5,0.7);0.2l rd信息序列信

26、息序列 區(qū)間區(qū)間初始初始0,1)x305,0.7)x10.5,0.52)x40.514,0.52)x10.514,0.5146)x30.5143,0.51442)x40.514384,0.51442)x20.5143876,0.514402) ,)nnl r 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理 二進二進制編碼制編碼并發(fā)送并發(fā)送7l 算術(shù)編碼器對整個消息只產(chǎn)生一個碼字，它是算術(shù)編碼器對整個消息只產(chǎn)生一個碼字，它是0，1)之間的一個實數(shù)。之間的一個實數(shù)。 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理2、解碼、解碼接收接收 0.51438767l第一字符第一字符為為

27、0.5,0.7)3x判斷判斷所有符號所有符號的的 ,)nnl r計算計算是否包含是否包含0.5143876確定確定1x3 141342x x x x x x x實際應(yīng)用中采用實際應(yīng)用中采用自適應(yīng)模式自適應(yīng)模式計算各符號的概率。計算各符號的概率。當信源符號概率接近時，算術(shù)編碼效率高。當信源符號概率接近時，算術(shù)編碼效率高。缺點：編碼方法復(fù)雜。缺點：編碼方法復(fù)雜。JPEG2000，MPEG-4，H.264壓縮標準中應(yīng)用。壓縮標準中應(yīng)用。11111 ,),)nnninninl rlp dlp d 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理4.5 子帶編碼子帶編碼基本思想：基本思想：利用帶

28、通濾波器組將信道頻帶分割成若利用帶通濾波器組將信道頻帶分割成若干個子頻帶干個子頻帶(Subband)，將子頻帶搬移至零頻處進，將子頻帶搬移至零頻處進行子帶取樣，再對每一個子帶用一個與其統(tǒng)計特性行子帶取樣，再對每一個子帶用一個與其統(tǒng)計特性相適配的編碼器進行圖像數(shù)據(jù)壓縮。相適配的編碼器進行圖像數(shù)據(jù)壓縮。隔點隔點采樣采樣隔點插入隔點插入零樣值零樣值 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理圖像的二維子帶分解：圖像的二維子帶分解：水平方水平方向濾波向濾波垂直方垂直方向濾波向濾波LL子圖像子圖像LH子圖像子圖像HL子圖像子圖像HH子圖像子圖像每個子圖像可以用最適合的概率和視覺特性來分每個

29、子圖像可以用最適合的概率和視覺特性來分配比特率。配比特率。LL頻段分配較多的比特，其它頻段分頻段分配較多的比特，其它頻段分配較少的比特。配較少的比特。適合于分辨率可分級的視頻編碼。適合于分辨率可分級的視頻編碼。 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理4.6 小波變換編碼小波變換編碼小波變換：小波變換：近十幾年發(fā)展起來并在圖像處理和語音分近十幾年發(fā)展起來并在圖像處理和語音分析等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的一種數(shù)學工具。析等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的一種數(shù)學工具。一、小波變換的數(shù)學基礎(chǔ)一、小波變換的數(shù)學基礎(chǔ)1、傅里葉變換、傅里葉變換()( )( )()jtjtFf t edtf tFed正

30、變換：正變換：反變換：反變換： 傅立葉變換是把信號分解成各種不同頻率的正弦傅立葉變換是把信號分解成各種不同頻率的正弦波，正弦波是傅立葉變換的基函數(shù)。波，正弦波是傅立葉變換的基函數(shù)。 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理2、小波變換、小波變換,20( , )( )( )1( )( , )( )fa bfa bWa bf xx dxdadbf xWa bxCa正變換：正變換：反變換：反變換：直流分直流分量為零量為零 的傅里的傅里葉變換葉變換( )x 基本小波函數(shù)（母小波），滿足：基本小波函數(shù)（母小波），滿足：2( )( )0 x dxCd ；( ) x,1( )()a bxbx

31、aa由基本小波函數(shù)通過由基本小波函數(shù)通過伸縮、平移后派生出伸縮、平移后派生出來的函數(shù)族來的函數(shù)族a:尺度因子，尺度因子，a0，實數(shù)。，實數(shù)。b:為位移因子，實數(shù)。為位移因子，實數(shù)。 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理小波變換把信號分解成由基本小波經(jīng)過移位和縮放小波變換把信號分解成由基本小波經(jīng)過移位和縮放后的一系列小波，小波函數(shù)是小波變換的基函數(shù)。后的一系列小波，小波函數(shù)是小波變換的基函數(shù)。小波變換結(jié)果得到的是信號不同部分、在不同伸縮小波變換結(jié)果得到的是信號不同部分、在不同伸縮尺度上的一族小波系數(shù)尺度上的一族小波系數(shù)Wf(a,b)。11( , )( )()( )*()fxb

32、bWa bf xdxf baaaa卷積卷積運算運算 小波變換可以看成是原始信號與一組線性帶通濾小波變換可以看成是原始信號與一組線性帶通濾波器進行卷積運算，從而把信號分解到一系列頻帶波器進行卷積運算，從而把信號分解到一系列頻帶上進行分析處理。上進行分析處理。 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理二、二維圖像信號的小波分解二、二維圖像信號的小波分解LHLL1HL1LH1HH1LL2HL2LH2 HH2HL1LH1HH1原圖像原圖像（水平分解）（水平分解）（垂直分解）（垂直分解）一級小波分解一級小波分解二級小波分解二級小波分解子帶子帶 對于不同子圖像根據(jù)統(tǒng)計特性和人眼的視覺特性對

33、于不同子圖像根據(jù)統(tǒng)計特性和人眼的視覺特性進行不同的編碼傳輸，以壓縮圖像。進行不同的編碼傳輸，以壓縮圖像。 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理4.7 數(shù)字聲頻壓縮編碼基礎(chǔ)數(shù)字聲頻壓縮編碼基礎(chǔ)一、概論一、概論1、壓縮的必要性、壓縮的必要性 對一套立體聲信號數(shù)字化，若采樣頻率為對一套立體聲信號數(shù)字化，若采樣頻率為48KHZ,量化比特數(shù)為量化比特數(shù)為20bit，則數(shù)據(jù)串行比特率為：，則數(shù)據(jù)串行比特率為：32 48 10201.920/Mbit s2、壓縮的途徑、壓縮的途徑除去聲音信號中的除去聲音信號中的“冗余冗余”根據(jù)人耳的聽覺特性，去根據(jù)人耳的聽覺特性，去除聲音信號中的除聲音信號中的“不相關(guān)不相關(guān)”時域冗余時域冗余頻域冗余頻域冗余不相關(guān)：不相關(guān)：人耳不能感知的部分人耳不能感知的部分 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理二、人耳的聽覺特性二、人耳的聽覺特性1、人耳的聽覺閾與頻率的關(guān)系、人耳的聽覺閾與頻率的關(guān)系聽覺閾聽覺閾 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理2、掩蔽效應(yīng)、掩蔽效應(yīng)掩蔽閾值和掩蔽閾值和掩蔽聲音的掩蔽聲音的頻率及強度頻率及強度有關(guān)系有關(guān)系 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)第 4章 數(shù)字視音頻壓縮編碼原理3、臨界頻帶、臨界頻帶人耳聽覺閾范圍內(nèi)臨界頻帶人耳聽覺閾范圍內(nèi)臨界頻