分析視頻圖像的壓縮傳輸技術(shù)

王亞芳，安 陽

（河北科技大學(xué)研究生學(xué)院，河北 石家莊050000）

隨著我國信息技術(shù)和數(shù)字圖像技術(shù)的不斷發(fā)展，人們不僅對視頻圖像的壓縮比例和復(fù)雜簡化程度提出了新的要求，還對圖像的恢復(fù)質(zhì)量和可靠性提出了一定的要求，尤其是在恢復(fù)感興趣區(qū)域的細節(jié)方面。解決這些問題最有效的辦法是對視頻信息實現(xiàn)數(shù)字化，提高它的抗干擾能力，運用數(shù)字化壓縮算法對視頻信息的容量進行壓縮，從而進行視頻圖像的數(shù)字化壓縮傳輸。

1 視頻信息壓縮編碼技術(shù)

1.1 視頻圖像編碼解碼的技術(shù)內(nèi)容

對視頻圖像進行編碼的主要的技術(shù)方法如下。

（1）離散余弦變換（即DCT）。它主要是由一個時域到另一個頻域進行的正式交換，圖像信息數(shù)據(jù)經(jīng)過一定變換之后可以得到相應(yīng)的頻譜分布列表。目前離散余弦變換已經(jīng)在圖像數(shù)據(jù)壓縮中廣泛應(yīng)用并得到認可，它被認為是視頻圖像壓縮中非常有效的變換編碼。

（2）量化。要想實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的目標(biāo)，就要對DCT系統(tǒng)進行量化處理。量化是導(dǎo)致圖像編碼信息數(shù)據(jù)丟失的主要原因之一。在對量化器進行設(shè)計時，可以按照不同頻率分量的動態(tài)、靜態(tài)量化要求和視覺產(chǎn)生的感應(yīng)效果對視頻圖像的亮度、色感進行量化選擇。

（3）行程編碼和DPCM。DCT中的變化系數(shù)經(jīng)過量化之后，可以運用行程編碼和DPCM進行下一步的數(shù)據(jù)壓縮。鄰近模塊之間的直流分量系數(shù)具有比較強的相關(guān)性，可以使用DPCM編碼；然而量化之后的交流分量系數(shù)經(jīng)常會出現(xiàn)很多零值，這樣的情況適合采用行程編碼。

（4）霍夫曼編碼。要想進一步實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的目標(biāo)，還應(yīng)該對DCT系數(shù)中的行程編碼和DPCM的碼字再做統(tǒng)計特征基礎(chǔ)上的熵編碼。比較常見、常用的熵編碼辦法是霍夫曼編碼，它的原理是對出現(xiàn)頻率比較高的符號信息配置簡短的碼字，對出現(xiàn)頻率比較低的符號信息配置較長的碼字，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的目的。

（5）運動補償與幀間預(yù)測。在圖像視頻信號中，圖像的鄰近幀間具有很強的相關(guān)特征。幀間預(yù)測就是利用幀間的時間相關(guān)特性來解決視頻圖像信號中的冗余度，從而提高壓縮比例。運動補償辦法主要是追蹤畫面之外的運動狀況，對畫面進行補償之后再進行幀間預(yù)測。采用運動補償之后，視頻圖像信息所獲取的預(yù)測值和實際值之間的差異就會減小，進而提高圖像的壓縮效率。

1.2 比較常見的編碼標(biāo)準(zhǔn)

（1）JPEG編碼標(biāo)準(zhǔn)。JPEG標(biāo)準(zhǔn)的主要目標(biāo)是對靜止圖像進行壓縮，但是圖像的運動序列是由一幀一幀的圖像合成的，每一幀可以分辨編碼，然后以視頻的速率進行播放，所以JPEG標(biāo)準(zhǔn)中的方式方法和思想觀念可以用于視頻圖像的壓縮。

（2）JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)。JPEG2000是建立在離散小波變換基礎(chǔ)上的嵌入式編碼技術(shù)，這種圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)具備非常優(yōu)越的抗錯誤編碼能力和壓縮性能，是一種性能十分優(yōu)越的圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。

（3）H.261標(biāo)準(zhǔn)。這項標(biāo)準(zhǔn)可以用于視頻電話和電視、可視會議，該標(biāo)準(zhǔn)主要采用的是具備運動補償?shù)膸g預(yù)測，然后對幀間預(yù)測產(chǎn)生的誤差進行圖像像素的DCT，接著對DCT變換系統(tǒng)系數(shù)進行設(shè)置，設(shè)置其自身適應(yīng)的量化標(biāo)準(zhǔn)，再使用霍夫曼方式使編碼變長，從而實現(xiàn)熵編碼，最后使用輸出緩沖寄存器對數(shù)碼流進行平滑，進而保證輸出的數(shù)碼率為一定值。

（4）MPEG－1圖像視頻標(biāo)準(zhǔn)。MPEG－1圖像視頻標(biāo)準(zhǔn)編碼解碼使用的是運動補償、量化器、離散余弦變換與可變化編碼等多種壓縮編碼技術(shù)，其中宏觀規(guī)模上的運動補償技術(shù)和DCT系統(tǒng)基礎(chǔ)上的頻域壓縮技術(shù)是MPEG－1主要采用的兩種基本編碼技術(shù)。

（5）MPEG－2視頻標(biāo)準(zhǔn)。MPEG－2圖像視頻標(biāo)準(zhǔn)是動態(tài)圖像信息比較常見和通用的編碼標(biāo)準(zhǔn)，它的基本算 法 和 上 述 MPEG－1 相 同，但 是 MPEG－2在MPEG－1的基礎(chǔ)上增加了幀間預(yù)測，因此，更適用于動態(tài)視頻圖像編碼。將MPEG－2視頻圖像標(biāo)準(zhǔn)在視頻圖像編碼中運用，其編碼速率比較高，圖像質(zhì)量比較好。

2 MPEG－2編碼的視頻傳輸計劃

2.1 數(shù)字化的視頻圖像方案

通過上面的介紹可以看出，H.261和MPEG－1標(biāo)準(zhǔn)由于不具備較高的分辨率，因此，不能有效完成高質(zhì)量的視頻圖像傳輸。JPEG標(biāo)準(zhǔn)具有比較高的圖像質(zhì)量和圖像分辨率，但是它是一種靜態(tài)的圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)，這就使得JPEG標(biāo)準(zhǔn)不適合動態(tài)圖像編碼。MEPG－2有效解決了上面幾種編碼標(biāo)準(zhǔn)的不足和缺點，因為該標(biāo)準(zhǔn)既具備比較高的分辨率，也具有很高的視頻圖像質(zhì)量。因此，視頻圖像使用MEPG－2標(biāo)準(zhǔn)進行編碼可以取得非常好的圖像和視頻效果。

圖像視頻信號在到達壓縮編碼之前必須要經(jīng)過圖像視頻處理，對視頻中的雜波進行消除，并根據(jù)實際應(yīng)用的需要降低它的分解力，減少圖像視頻中的色分量或者進行隔行持續(xù)掃描和變換，然后對圖像視頻中的運動估值加以指導(dǎo)，不斷消除圖像視頻中的時間冗余量等成分，再進行運動補償；同時，還要消除圖像視頻中的空間冗余量成分，然后對其進行量化和可變長編碼，再利用緩沖器輸出壓縮編碼之后的比特流，進而保證信道編碼可以順利傳輸。

2.2 數(shù)字化的視頻圖像傳輸方案

一般情況下，視頻圖像在進行傳輸時，始端攝像機輸出高質(zhì)量的視頻信號，經(jīng)過預(yù)處理和編碼之后可以轉(zhuǎn)變成串行信息數(shù)據(jù)，然后再經(jīng)過發(fā)射機器進入信道，末端調(diào)整并經(jīng)過信道譯碼之后的信息數(shù)據(jù)傳送到圖像解碼器，而圖像解碼器傳送出的視頻圖像可以提供記錄與監(jiān)視。圖像視頻傳輸過程如圖1所示。

3 JPEG2000的壓縮編碼程序

離散小波變換基礎(chǔ)上的嵌入式編碼技術(shù)（即JPEG2000）具備支持有損和無損壓縮、遞進傳輸、感應(yīng)區(qū)域ROI等優(yōu)勢，這項圖像視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)具備較強的抗誤碼能力和優(yōu)越的壓縮性能，符合視頻圖像壓縮特殊運用行業(yè)的要求，是一種性能比較優(yōu)越的圖像視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。

JPEG2000壓縮編碼總體程序主要包括壓縮編碼和解碼壓縮。其中的離散小波變換包括正向小波變換和反向小波變換兩種形式，在熵編碼中采用的是最先進的EBCOT嵌入式的最佳截斷模塊編碼。JPEG2000壓縮編碼和解碼壓縮整體過程如圖2所示。

圖2 JPEG2000壓縮編碼和解碼壓縮整體過程

4 結(jié)束語

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化的數(shù)字圖像技術(shù)也隨之快速發(fā)展，視頻圖像的數(shù)據(jù)信息量和計算機處理的運算、計算量也不斷增加。圖像數(shù)據(jù)在傳輸和存儲的過程中一般會受到寬帶和存儲器的影響，圖像信息數(shù)據(jù)一定要經(jīng)過壓縮才符合存儲和傳輸?shù)囊?。而MPEG－2和JPEG2000是兩種性能比較高的數(shù)字化壓縮辦法，它們可以有效減少數(shù)據(jù)信息的傳輸速率，并保證視頻圖像數(shù)據(jù)在壓縮之后失真比較小，具有非常好的發(fā)展和應(yīng)用前景。

［1］陳欣琳，魏 東，金 亮.視頻圖像的壓縮傳輸技術(shù)研究［J］.硅谷，2009，（15）：29－30.

［2］崔麥會，周建軍，陳 超.無人機視頻情報的壓縮傳輸技術(shù)［J］.電訊技術(shù)，2007，（01）：131－133.

［3］胡漢南.雷達圖象壓縮傳輸技術(shù)研究［J］.上海船舶運輸科學(xué)研究所學(xué)報，1996，（2）：31－32.