下一代数字电视广播系统之编码算法技术的发展趋势.ppt

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1、下一代数字电视广播系统之编码算法技术的发展趋势 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望音频编码算法技术及其发展趋势视频编码算法技术及其发展趋势数据编码算法技术及其其发展趋势目 录二、视频编码算法技术及其发展趋势2.1 视频编码标准的编码历程2.2 视频编码技术的比较2.3 视频编码技术的发展趋势2.4 三维视频编码技术2.1 视频编码标准的编码历程 国际上视频编码标准主要有两大系列:国际电联制定的H.26X系列标准;国际标准化组织和国际电工委员会第一联合技

2、术组(ISO/IEC JTC1)制定的MPEG-X系列标准。视频标准发展的过程如上图所示,其中,H.261,MPEG-1,MPEG-2,H.263属于第一代编码标准,压缩能力为50-75倍;MPEG-4、H.264属于第二代编码标准,压缩效率可达100-150倍。图1 视频标准的发展过程H.261是在19841989年制定的针对可视电话和视频会议等的视频编码标准,目的是在窄带ISDN上实现速率P64 kbps的双向声像业务,其中P=1-30。H.261只支持两种图像格式:CIF(352288像素)和QCIF(176144像素)。H.261是在硬件和软件处理器性能有限的时候被发展起来的,因此有低

3、复杂度的特点。它的缺点是低压缩比性能和缺乏灵活性。H.263是在1995年针对低比特率视频应用制定的,目标是在许多方面上通过视频编码算法和处理性能的提高,从而比H.261较大地提高编码性能。H.263支持图像的格式有:SubQCIF(12896像素)、QCIF、CIF、4CIF(704576像素)和16CIF(14081152像素)。更多的帧大小和可选的编码模式给应用提供了更大的灵活性。H.264是于2003年3月公布的。H.264的目标是为视频编码应用提供下一代的解决方案,提供显著增强的编码效率。H.264的主要技术特征有:44块的整数变换、多参考帧预测、多模式高精度帧间预测、多种帧内预测模

4、式和统一的熵编码等。H.264有更高的压缩比和更好的信道适应性,它将会在视频通信领域得到广泛的应用。但是H.264优越性能的代价是计算复杂度的大大增加。MPEG-1是为速率1.5Mbps的数字声像信息的存储而制定的。MPEG-1继承了H.261标准的技术结构,也添加了新的技术特征:双向预测、半像素运动、片结构编码和加权矩阵量化等。MPEG-2是MPEG-1的扩展,它解决了MPEG-1不能满足的多媒体技术、分辨率和传输率等方面的技术要求上的缺陷,能在很宽范围内对不同分辨率和不同输出比特率的图像信号进行编码。其支持的图像分辨率有低(352288)、中(720576)、次高(14401152)和高(

5、19201152)4种级别。广泛应用于高清晰电视(HDTV)和DVD,是工业标准DVD的核心标准。MPEG-4标准的目的是从3个方面拓展早期标准的能力:支持低比特率的应用、支持基于对象的编码和支持基于工具箱的编码。MPEG-4编码的基本单元是视频对象(VO),主要采用形状编码、纹理编码、运动信息编码和Sprite编码方法。基于内容特点的编码受到了限制。2.2 视频编码技术的比较 H.264 与 MPEG-4 的比较：在中低码率（32-128Kbps）的情况下，H.264 与 MPEG-4 相比具有性能倍增效应。其应用方面的比较如下表：表1 几种编码技术的应用比较2.3 视频编码技术的发展趋势

6、在数字电视领域，虽然当前多采用 MPEF-2 编解码技术，但随着数字高清电视、数字移动电视、IPTV、手机电视等新技术的发展，带宽限制的矛盾必将越来越突出，采用更高压缩率的编码技术是必然趋势，因此，这一领域也必然成为下一代音视频编解码标准的焦点。最新一代的视频编码标准，H.264 在追求更高编码效率和简洁的表达方式的同时提供了非常好的视频质量，它是当前最高效的视频压缩技术。与目前广泛应用的 MPEF-2、MPEF-4 相比，同样的图像质量情况下，它的编码效率提高了30%-40%，相应地节约了 30%的网络带宽。在当今网络带宽越来越宝贵、高清需求强烈的情况下，采用 H.264 标准已成为在有限带

7、宽下满足用户需求的理想方案。2.4 三维视频编码技术随着立体电影的推出，三维视频技术逐渐成为多媒体信息产业的热门话题。根据传输形式不同将三维视频分为两大类:1)纯视频格式，需要传输所有视角的数据;2)深度增强格式，传输有限个单目视频及其深度序列。这两类三维视频由于传输形式不同而采用不同的编码方式。深度增强三维视频形式多样，如单路视频及其深度序列、多视点视频及其深度序列视频等。深度序列是一组只包含深度信息的灰度图像序列，是用来合成虚拟视点的中间数据，而不是供终端用户观看的视频。深度图中像素点灰度值范围为0，255，灰度值越大表示该点离摄像机越近。纯视频格式三维视频由多路具有视角差异的视频组成，由

8、两台(或多台)相邻摄像机从不同角度同时对同一场景进行拍摄得到，这些视频可以直接在三维立体显示设备上播放。最直接的双通道立体视频编码方式。在编码前将左右视点以左右/上下方式交错排列成一段视频，然后通过场间预测来消除视点间的交叉冗余，在解码端通过反交错将立体视频还原成两段独立视点，如下图所示。图2 双通道立体视频编码方式结合了左右视点之间的交叉相关性和同一视点内部的时空相关性来提高立体视频编码效率。深度增强三维视频的系统流程如下图所示。首先，采用多视点摄像机(或双目摄像机)和深度摄像机从不同角度拍摄同一场景得到 N路视频数据及其深度序列；然后将 K(K N)路视频及其深度序列送入多视点视频编码器 JMVC 直接进行编码压缩。图2 深度增强三维视频技术系统流程压缩后的码流通过信道传输到接收端，解码器根据不同显示设备的参数和用户的观看需求对视频进行解码及视点合成等后处理。高保真度的三维画面质量必须依靠高效的深度估计和视点合成这两项关键技术来实现。参考文献：1 邓智玭，贾克斌.三维视频编码技术的发展与挑战J.2011.92 郑君君,刘连芳.视频编码标准的发展和研究J.2007.53 李娟,门爱东.现代视频编码关键技术及其发展J.2006.34 张彩甜.视频编码技术研究J.