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1、病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程多媒体技术及应用多媒体技术及应用病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程第三章 多媒体数据压缩编码技术n 本章主要内容n 数据压缩基本原理n 常用数据压缩编码方法n 量化n 统计编码n 预测编码n 变换编码n 其他重要编码n 多媒体数据压缩编码国际标准1病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程n小波变换编码n分形编码n子带编码3.6 其他重要编码2
2、病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程n小波变换（Wavelet Transform）编码n小波变换基本概念 小波变换是一个线性变换，能够将一个信号分解成对空间、时间和频率的独立贡献，同时又不失原信号所包含的信息。经过小波变换后的图像能量很集中，便于对不同的分量作不同的处理，达到较高的压缩比。n小波变换特点 压缩比高 压缩速度快 压缩后能保持信号与图像的特征基本不变 传输过程中可以抗干扰3.6 其他重要编码3病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程n小波
3、变换（Wavelet Transform）编码n小波变换压缩图像原理 小波分解，得到一系列不同分辨率的子图像。不同子图像对应的频率不同。高分辨率（高频）的子图像上大部分点的数值都接近于0，分辨率越高越明显。而对于图像来说，表现图像最主要的部分是低频部分，小波变换压缩图像的基本思想就是：利用小波分解去掉图像的高频部分而只保留低频部分。3.6 其他重要编码4病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.6 其他重要编码n小波变换编码DEMO（wavlet.m）function wavletclear;load wbarb;%装载图
4、像，wbarb是matlab提供的一个专门用于图像处理测试的图像subplot(2,2,1);image(X);%显示图像colormap(map);%sets the current figures colormap to MAPtitle(原始图像);axis square;disp(压缩前图像X的大小);whos(X);“whos”returns a structure with the fields:name-variable namesize-variable sizebytes-number of bytes allocated for the arrayclass-class o
5、f variable5病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.6 其他重要编码n小波变换编码DEMO（wavlet.m）c,s=wavedec2(X,2,bior3.7);%对图像用小波进行层分解cal=appcoef2(c,s,bior3.7,1);%提取小波分解结构中第一层的低频和高频系数，即：小波分解近似分量ch1=detcoef2(h,c,s,1);%水平（horizontal）方向cv1=detcoef2(v,c,s,1);%垂直（vertical）方向cd1=detcoef2(d,c,s,1);%斜线（dia
6、gonal）方向%h,v,d构成小波分解细节分量wavedec2 is a two-dimensional wavelet analysis function.C,S=wavedec2(X,N,wname)returns the wavelet decomposition of the matrix X at level N,using the wavelet named in string wname.Outputs are the decomposition vector C and the corresponding bookkeeping matrix SAPPCOEF2(C,S,wn
7、ame,N)computes the approximationcoefficients at level N using the wavelet decomposition structure C,S6病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.6 其他重要编码n小波变换编码DEMO（cont.）a1=wrcoef2(a,c,s,bior3.7,1);%approximation coefficienth1=wrcoef2(h,c,s,bior3.7,1);%hori.detail coefficients,v1=wrco
8、ef2(v,c,s,bior3.7,1);%vert.detail coefficients,d1=wrcoef2(d,c,s,bior3.7,1);%diag.detail coefficients,%各频率成分重构c1=a1,h1;v1,d1;subplot(2,2,2);image(c1);axis square;title(分解后的低频和高频信息);%显示分频信息X=WRCOEF2(type,C,S,wname,N)computes the matrix of reconstructed coefficients of level N,based on the wavelet deco
9、mposition structure C,S7病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.6 其他重要编码n小波变换编码DEMO（cont.）%进行图像压缩%保留小波分解第一层低频信息,首先对第一层信息进行量化编码ca1=appcoef2(c,s,bior3.7,1);ca1=wcodemat(ca1,440,mat,0);ca1=0.5*ca1;subplot(2,2,3);image(ca1);axis square;title(第一次压缩图像);disp(第一次压缩图像大小为：);whos(ca1);wcodemat
10、():extended pseudocolor matrix scaling.8病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.6 其他重要编码n小波变换编码DEMO（cont.）%保留小波分解第一层低频信息进行压缩ca2=appcoef2(c,s,bior3.7,2);ca2=wcodemat(ca2,440,mat,0);ca2=0.25*ca2;subplot(2,2,4);image(ca2);axis square;title(第二次压缩图像);disp(第二次压缩图像大小为：);whos(ca2);9病原体侵入机体，
11、消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.6 其他重要编码n小波变换编码DEMO(cont.)可以看出，第一次压缩时，提取原始图像中小波分解第一层的低频信息，此时压缩效果较好，但压缩比较小(约为1/3)。第二次压缩时，提取第一次分解低频部分的低频部分（即第二层的低频部分），其压缩比较大（约为1/12），但压缩效果在视觉上欠佳。理论上可以获得任意压缩比的压缩图像，当对压缩比和图像质量都有较高要求时，效果不如其他编码方法。10病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.6
12、其他重要编码n小波变换编码DEMO（wavlet.m）高频基本为“0”11病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程n分形编码（Fractal Encoding）n 分形编码是一种模型编码，它利用模型的方法，对需要传输的图像进行参数估测。n 分形的方法是把一幅数字图像，通过一些图像处理技术，如颜色分割、边缘检测、频谱分析、纹理变化分析等等，将原始图像分成一些子图像。n 子图像可以是简单的物体，也可以是一些复杂的景物。然后在分形集中查找这样的子图像。n 分形集实际上并不是存储所有可能的子图像，而是存储许多迭代函数，通过迭代函数的
13、反复迭代，恢复出原来的子图像。n 表示这样的迭代函数一般只需几个数据即可，这就达到了很高的压缩比。3.6 其他重要编码12病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程n分形编码n 分形一种有许多个与整体有某种相似性的局部所构成n 相似性依赖仿射变换来确定。n 仿射变换n维空间中函数图像的旋转、伸缩、平移、偏斜等操作。n 压缩比甚至能达到10000：13.6 其他重要编码13病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程n分形几何的几个例子n 一棵参天大树与它自身上的
14、树枝及树枝上的枝杈，在形状上没什么大的区别，大树与树枝这种关系在几何形状上称之为自相似关系；n 动物也不例外，一头牛身体中的一个细胞中的基因记录着这头牛的全部生长信息；n 还有高山的表面，您无论怎样放大其局部，它都如此粗糙不平等等。分形几何揭示了世界的本质，分形几何是真正描述大自然的几何学。3.6 其他重要编码14病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.6 其他重要编码n奇妙的分形世界15病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.6 其他重要编码n奇
15、妙的分形世界16病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.6 其他重要编码n奇妙的分形世界17病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.6 其他重要编码n奇妙的分形世界18病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.6 其他重要编码n奇妙的分形世界19病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.6 其他重要编码n奇
16、妙的分形世界20病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.6 其他重要编码n奇妙的分形世界21病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.6 其他重要编码n分形软件Ultra Fractal(Demo)22病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程n子带编码（Sub-band Coding,SBC）n 1976年由R.E.Crochiere等人引入。n 子带编码是高压缩下，信噪比最优的高
17、质量编码方法。3.6 其他重要编码语音信号图像信号频带低频区域能量集中高频区域细节、边缘23病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程n子带编码（Subband Coding,SBC）n 利用带通滤波器(Band-pass Filter,BPF)组把信号频带分割成若干子频带，然后分别处理。n 通过等效于单边带调幅的调制过程，将各子带搬移到零频率附近以得到低通表示后，再以奈奎斯特速率对各子带输出取样，并对取样值进行编码。n 恢复时，将各子带信号解码并重新调制回其原始位置，再将所有子带输出相加就可得到接近于原始信号的恢复波形。n
18、它的复杂度与变换编码差不多，但客观质量高、主观效果好。3.6 其他重要编码24病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.6 其他重要编码n子带编码（Sub-band Coding,SBC）n 子带编码方块图25病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.6 其他重要编码n子带编码（Sub-band Coding,SBC）n 子带编码优点（1）对每个子带信号分别进行自适应控制，量化阶的大小可以按照每个子带的能量电平加以调节。具有较高能量电平的子带用大的量化
19、阶去量化，以减少量化噪声。（2）可根据每个子带信号在感觉上的重要性，对每个子带分配不同的位数，用来表示每个样本值。比如：低频子带较小量化阶、较多量化级数 高频子带通常为摩擦音和噪声，分配 较少的位数26病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.6 其他重要编码n小结n 小波变换编码基本概念、特点、原理、Demon 分行编码基本概念、特点、原理、实例、Ultra Fractal软件n 子带编码基本概念、原理、特点27病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程
20、n静态图像压缩编码的国际标准（JPEG）3.7 压缩编码国际标准n 联合图像专家小组（Joint Photographic Experts Group,简称JPEG）开发的连续色调、多级灰度、静止图像的数字图像压缩编码方法，称为JPEG算法。Joint是指CCITT（国际电报电话咨询委员会）和ISO（国际标准化组织）联合组成的一个图像专家小组。n JPEG算法被确定为JPEG国际标准，它也是国际上第一个彩色、灰度和静止图像的国际标准。28病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程n静态图像压缩编码的国际标准（JPEG）3.7
21、压缩编码国际标准n JPEG的目标n 给出适用于连续色调图像的压缩方法n 要求该算法满足以下要求n 达到或接近当前压缩比与图像保真度的技术水平，可覆盖较宽的图像质量等级范围，与原始图像想比，人的视觉难以区分n 能使用于任何种类的连续色调的图像，且长宽比不受限制，也不受限于景物内容、图像的复杂程度和统计特性。n 计算复杂性可控。29病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程n静态图像压缩编码的国际标准（JPEG）3.7 压缩编码国际标准n JPEG算法的四种编码操作方式n 顺序编码：对每一个图像分量按从左至右，从上之下扫描，一次
22、扫描完成编码。n 累进编码：图像编码在多次扫描中完成。累进编码传输时间长，接收到的图像是多次扫描由粗糙到清晰的累进过程。n 无失真编码：保证解码后，完全精确恢复源图像采样值，但压缩比低。n 分层编码：图像在多个空间分辨率进行编码。若信道传送速度慢，接收端显示器分辨率不高，可只做低分辨率解码。30病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n静态图像压缩编码的国际标准（JPEG）n 基于DCT的有失真JPEG编解码n 基于DCT的JPEG编码过程n 基于IDCT的JPEG解码过程31病原体侵入机体，消弱机体
23、防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n静态图像压缩编码的国际标准（JPEG）n 离散余弦变换（DCT）n 基于DCT的JPEG编码过程n JPEG采用88子块的二维离散余弦变换。n 在编码器的输入端将原始图像按顺序分割成一系列88子块。n 设原始图像采样精度为P位，则每个采样点可用 范围的整数表示。输入时将其变为 范围的有符号整数，并以此作为DCT正变换（FDCT）的输入。n 在解码器输出端经DCT逆变换（IDCT）后，得到一系列88的图像数据块，需将其数值范围由 变回，以此获得重构图像。32病原体侵入机体，消弱机体防御
24、机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n静态图像压缩编码的国际标准（JPEG）n 离散余弦变换（DCT）n 基于DCT的JPEG编码过程n 正变换公式（Revise）n 逆变换公式（Revise）式中：33病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n静态图像压缩编码的国际标准（JPEG）n 量化n 目的：压缩数据n 量化对象：DCT系数C(u,v)n 量化处理的本质：多对一的映射DCT编码信息损失n JPEG采用线性均匀量化器n 定义：
25、对64个DCT系数除以量化步长，四舍五入取整，即：其中：Q(u,v)是量化器步长。它是量化表的元素，随DCT系数的位置和彩色分量的不同，取不同值。且尺寸也为88，与64个变换系数一一对应。量化表作为编码器的输入，由用户规定，每个元素取值1,255，其值为所对应DCT系数的量化器步长。34病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n静态图像压缩编码的国际标准（JPEG）n 量化n 反量化表达式：n 作用：在一定的主观保真度图像质量前提下，丢掉那些对效果影响不大的信息。n 由于不同频率的余弦函数对视觉影响不
26、同，可根据不同频率的视觉阈值来选择量化表中的元素值大小。n 量化特性图35病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n静态图像压缩编码的国际标准（JPEG）n 量化n 根据心理视觉加权函数得到的亮度量化表和色度量化表（JPEG参考值）色度量化表亮度量化表36病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n静态图像压缩编码的国际标准（JPEG）n DC系数的编码和AC系数的行程编码n 64个变换系数经量化后，坐标u=v
27、=0的DC系数，是直流(direct current)分量，即空域图像采样值的平均值。n JPEG对DC系数采用DPCM编码，即对相邻块之间的DC系数的差值进行编码。37病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n静态图像压缩编码的国际标准（JPEG）n DC系数的编码和AC系数的行程编码n 其余63个交流（Alternating Current）系数采用行程编码。从左上方AC01开始，沿对角线方向，以“Z”字形路径进行行程扫描，直至AC77扫描结束。量化后的AC 系数通常会有很多零，以“Z”字形路径进
28、行行程编码，可增加行程中连续零的个数。63 个AC 系数行程编码的码字可用两个字节表示（如下图）。38病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n静态图像压缩编码的国际标准（JPEG）n 熵编码n 为了进一步达到数据压缩的目的，需要对DC码和AC行程编码再作基于统计特性的熵编码。n JPEG建议使用两种熵编码方法：Huffman编码和自适应二进制算术编码(Adaptive Binary Arithmetic Coding)。n 熵编码由下面两步组成：（1）DC码和行程码字转换成中间符号序列；其中：符号1
29、（行程/尺寸）：“行程”表示连续“0”的个数；“尺寸”表示后一个非零AC系数幅值编码所需的比特数。符号2（幅值）;这样63个AC系数可以转换为符号1和符号2的序列（2）将这些符号赋以变长码字 具体编码过程可根据一系列规则，经查表得到。39病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n静态图像压缩编码的国际标准（JPEG）n 图像质量n 基于DCT的JPEG压缩算法，对于中等复杂程度的彩色图像的压缩比与恢复图像的质量关系如下表所示。压缩效果(bit/pel)恢复图像质量0.250.50中好，满足某些应用0.
30、500.75好很好，满足多数应用0.751.5极好，满足大多数应用1.52.0与原始图像分不出40病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n 概述n MPEG从1988年开始工作，1990年提出和建立了一个MPEG草案n 1991年提出了用于数字存储媒介的位率约1.5Mb/s的运动图像及其伴音的压缩编码方案，92年通过，并定名为MPEG-1n 1993年，在汉城会议通过MPEG-II标准n 1998年，正式推出MPEG-IV标准n 2000年，推出MPEG-VI
31、I标准41病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-1视频压缩n MPEG视频压缩技术是针对运动图像的数据压缩技术。n 同时运用帧内图像数据压缩技术和帧间图像数据压缩技术。n 帧内压缩算法采用DCT变换编码，目的是减少空域冗余信息。n 帧间压缩算法采用预测法和插补法。目的是减少时域冗余信息。n 预测误差可再通过DCT变换编码处理，进一步压缩。42病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理
32、过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-1减少时域冗余量的方法帧间编码n 为满足对视频信号作随机存取和数据压缩的要求，MPEG采用了三种图像类型：（1）帧内图(Intrapictures,I)：可提供随机存取的存取位置，但压缩比小。（2）预测图(Predicted Pictures,P)：用于帧间预测（3）双向预测图(Bidirectional Prediction,B),也称为插补图，可减少时域的冗余信息，压缩效果好。但不能作为其他图的预测参考图。每8 帧图像中：1帧帧内图(I)，1 帧预测图(P),6 帧插补图(B)43病原体侵入机体，消弱机体防御
33、机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-1减少时域冗余量的方法帧间编码n 运动补偿 是一种减少帧序列冗余信息的有效方法 基于1616子块的算法，该块称为宏块。每个子块作为一个二维运动矢量处理 用过去的局部图像，来预测当前的局部图像 运动补偿插补法：在帧序列中，插补图由参 考图进行插补得到，参考图可以是帧内图（I）或预测图（P）。两个参考图之间出现双向预测图(B)的频度是可选择的。增大B图数目，意味着减少其与参考图之间的相关性。参考图间隔一般约1/10秒。44病原体侵入机体，消
34、弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-1减少时域冗余量的方法帧间编码n 运动补偿插补法举例 包含2幅 I 图，8幅 P 图，20幅插补图 编码器输入帧图序号 由于I、P、B 图之间存在因果关系，如第四帧P 图是由第一帧(I)图预测；第1 帧(I)图和第4 帧(P)图共同预测出它们之间的B 图。因此，在发送端编码器输出（亦为接收端解码器的输入）不同于编码器输入帧图顺序。而解码器输出端与编码器输入端相同。发送端编码器输出45病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内
35、环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-1减少时域冗余量的方法帧间编码n 运动表示 运动补偿估算中(B)图的宏块（1616）的预测方式 宏块类型 预测器 预测误差帧内前向预测后向预测前后平均式中：宏块中像素点的坐标宏块相对于参考图I0的块位移宏块相对于参考图I2的块位移46病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-1减少时域冗余量的方法帧间编码n
36、运动估算（块位移的求取方法）核心思想：最小化匹配误差 匹配误差：由一个表示某宏块与每个预测的候选块之间的不匹配程度的代价函数来测量。设：Mi 是当前帧图像 IC 中的一个宏块，v是相对于参考图 Ir 的位移量，则由下式求取最佳匹配块位移。式中：D 为匹配误差函数。47病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-1减少空域冗余量的方法DCTn MPEG标准用DCT技术进行帧内图像(I图)的数据压缩编码n 编码方法同于JPEG标准中对 静止图像的压缩编码方
37、法n DCT变换编码步骤：（1）DCT正变换（2）对变换系数量化（3）熵编码48病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG分层结构、语法和位流n 目的：把逻辑上独立的实体分开，防止语意模糊，并减轻解码过程的负担。n MPEG位流语法分层（共六层）MPEG视频位流语法层功 能图像序列层 随机存取单元：上下文图像组层 随机存取单元：视频编码图像层 基本编码单元宏块片层 重同步单元宏块层 运动补偿单元块层DCT单元49病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机
38、体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG分层结构、语法和位流n MPEG位流语法分层 在图像序列头中，装有视频序列参数，如：图像宽度、图像高度、像素长宽比、帧率、位率、缓冲区尺寸等等。知识窗 位率指在一定时间内(通常以每秒计)在某个给定点上视频信号转换的数字位数(比特数)。因此，位率通常以每秒多少位为测量单位，如bps，或以每秒多少百万位为测量单位(Mbps)。CR：红色差CB：蓝色差50病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理
39、生理过程帧改组视频输入原画面块比较运算DCTQ 量化器VLC缓冲器动作预测编码模式动态向量帧存储器多路混合编码输出IDCT估计画面块调整器3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-I视频编码器结构VLC：变长编码51病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程VLD 缓冲器视频输出动态向量帧存储器去 除 混 合编码输入IDCT量化步长编码模式n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-I视频解码器结构3.7 压缩编码国际标准52病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳
40、定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG分层结构、语法和位流n MPEG位流：符合MPEG语法的二进制数字序列。MPEG压缩数据位率为1.2Mb/sn 重建图像质量与VHS(Video Home System,家用录像系统)的质量相当。n MPEG标准只定义解码过程，而不定义解码器，解码器的实现可以有多种方法。53病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-II国
41、际标准n MPEG-II推出了运动图像及其伴音的通用压缩技术标准。n MPEG-II包括四个部分:（1）MPEG系统（2）MPEG视频（3）MPEG音频（4）测试和验证54病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-II系统n 支持五项功能：（1）解码时多压缩流的同步；（2）将多个压缩流交织成单个的数据流；（3）解码时缓冲器初始化；（4）缓冲区管理；（5）时间识别。55病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，
42、引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG系统n MPEGII系统框图程序流：用来传送和保存一道程序的编码数据或数据的数据流。56病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG系统n 传送多路解调与解码框图57病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-I
43、I视频n MPEG-II主要应用于数字存储媒体、会议电视/可视电话、数字电视、高清晰度电视（HDTV，High Definition TV）、广播、通信、网络等领域。n MPEG-II视频的特点（1）框架和级别（2）MPEG-II视频压缩编码的数据结构 58病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-II视频的特点n（1）框架和级别 框架：MPEG-II标准中定义的语法的子集；级别：一个特定框架中的参数所取值的集合。一个框架可以包含一个或多个级别 MP
44、EG通过框架和级别来约定有限数目的语法子集。举例：约束分辨率（帧宽、帧高和帧率之积）分为：低级、基本级、次高级和高级四个等级。59病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-II视频的特点（2）MPEG-II视频压缩编码的数据结构 MPEG视频压缩编码采用分层的比特流结构。包括：视频序列层、图像组块层、宏块层和块层。MPEGII 中宏块结构有三种：4:2:0 宏块结构4:2:2 宏块结构4:4:4 宏块结构60病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体
45、内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-II视频的特点（2）MPEG-II视频压缩编码的数据结构 亮度和色差采集样本的位置分布 61病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-IVn 面向网络、交互式计算机、交互式电视，以及视频、音频综合利用的编码标准n 是一种基于内容的压缩编码方法。n 按内容切分块，将感兴趣的物体从场景中截取出来，进行编码处理。
46、n 基于内容或物体截取的子块内信息相关性强，可以产生高压缩比效果。n 通过引入视频物体（video object,VO）和视频物体平面（VO plane，VOP）来实现基于内容的表示。n 每个VO用三类信息描述:运动信息、形状信息和纹理信息。62病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-IVn 基于内容的视频编码过程：（1）VO的形成。从原始视频流中分割出VO；（2）编码。对不同的三类信息（运动、形状、纹理）分别信息编码。（3）复合。将各个VO的码流
47、复合成一个符合MPEG标准的位流。63病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-IVn 基于VOP的编码（1）形状编码：VOP可以用二值图或灰度图表示。标准规定 二值图：“0”表示非VOP区域，“1”表示VOP区域 灰度图：“0”表示非VOP区域，“1255”表示VOP区域 MPEG-IV 标准形状编码方法采用位图法。VOP 被一个边框框住，并保证边框最小。边框长宽均为16 的整数倍。边框由若干1616 形状块组成。边界信息包含在块中。64病原体侵入
48、机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-IVn 基于VOP的编码（2）运动估计与运动补偿：与MPEG-I相同。（3）纹理编码。n 对于VOP 外、边框内的块，不编码；n 对于VOP 内的块，采用传统DCT 编码；n 对于部分在VOP 内，部分在VOP 外的块，先填充，再编码；65病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MP
49、EG-IVn MPEG-IV数据结构 每个VOL 代表一个层次，每个层表示每一种分辨率。每个层中，都有时间上连续的一系列VOP。66病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3.7 压缩编码国际标准n运动图像压缩编码的国际标准（MPEG）n MPEG-VII简介n MPEG-VII是专门支持多媒体信息基于内容检索的编码方案。n 目标：支持对各种多媒体信息（包括：静止图像、图形、音频、动态视频、以及合成信息等等）的快速、有效检索。n MPEG-VII的应用领域n 数字图书馆（图像分类目录）n 多媒体目录服务（如“黄页”）n 广播
50、式媒体选择（收音机频道、电视频道)n 多媒体编辑n 教育、娱乐（查找游戏、卡拉OK节目）n 旅游、购物.67病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程本章小结n 数据压缩基本原理n 数据压缩的必要性n 数据压缩的可行性（时间、空间、结构、知识、视觉、图像相同性）n 常用数据压缩编码方法n 量化（标量量化、矢量量化）n 统计编码（最佳编码定理、哈夫曼编码、算术编码、游程编码）n 预测编码（原理、DPCM、ADPCM、最佳线性预测、帧间预测）n 变换编码（原理、K-L 变换、DCT 变换、小波变换）n 其他重要编码（分形编码、子带