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1、目录摘 要引 言1 视频压缩技术基本原理1.1视频压缩概述1.2视频压缩原理1.3视频压缩的技术参量1.4视频压缩编码的基本方法2 常用的视频压缩标准2.1 MPEG系列标准2.2 H.26x系列标准2.3其他视频压缩标准3 视频压缩技术中常见的问题3.1视频格式和编码方式的区别3.2关于“高清”的常见问题3.3推荐常用的几款视频解码器（播放器）结 论参考文献数字电视中视频压缩技术的探讨摘要：20世纪80年代以后，电子信息技术领域的数字化革命极大地改变了人类的生活方式和工作方式，获取和处理信息越来越容易快捷，方式越来越多样，信息也已经从简单的文字图片向更为复杂的音视频多媒体信息转变。但信息量的
2、爆炸性增长也使得现有的信道资源出现瓶颈，所以数据压缩技术，特别是广播电视系统的压缩编码技术成为了解决信息有效传输的关键。为了实现各种网络和多媒体系统的互通互联，国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）、国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）、国际电信联盟（International Telecommunications Union，ITU）等国际组织，于20世纪90年代制定了许多重要的多媒体数据压缩标准，如JPEG，H.261，H.263，H.26
3、4，MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4和MPEG-7等。这些标准已在数字电视、多媒体通信领域得到广泛应用，极大的推动了数字电视技术及多媒体技术的发展。关键字：数字电视 数据压缩 编码 标准Digital televisions video compression technologyAbstract: After 80s of the 20th century，the digital revolution of electronic and information technology has greatly changed the way people live and work, i
4、ts more easier and faster to obtain and process information, and there are more and more variety, the information has changed from the simple texts and pictures to the complexer audio and video multimedia information。But the explosive growth of information also makes the existing information channel
5、 resources into the bottleneck, so the data compression technology, especially radio and television system compression technology，has become the key to solve the effective transmission of information. In order to achieve the interconnection of a variety of network and multimedia systems, the Interna
6、tional Organization for Standardization (International Organization for Standardization, ISO), International Electrotechnical Commission (International Electrotechnical Commission, IEC), International Telecommunications Union (International Telecommunications Union, ITU) and other international orga
7、nizations had developed numerous important standards of multimedia data compression in 90s of the 20th century，such as JPEG, H.261, H.263, H.264, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 and MPEG-7 etc. These standards had been widely used in digital television, multimedia communications, and greatly promoted the evo
8、lution of the digital television technology and multimedia technology.Keywords: digital televisions data compression coding standard1引 言本文将讨论目前数字电视，特别是高清数字电视中比较常用的视频编码标准，以及实现这些标准所使用的技术，通过对各种标准的分析、对比，深入了解数据压缩技术的演变，从而更好地理解数据压缩技术在数字电视发展中所起到的作用。1 视频压缩技术基本原理1.1视频压缩概述传统的压缩编码是建立在香农（Shannon）信息论基础上的，它以经典的集合论
9、为基础，用统计概率模型来描述信源，但它未考虑信息接受者的主观特性及事件本身的具体含义、重要程度和引起的后果。因此，压缩编码的发展历程实际上是以香农信息论为出发点，一个不断完善的过程。随着产业化活动的进一步开展，国际标准化组织于1986年、1998年先后成立了联合图片专家组JPEG和运动图像压缩编码组织MPEG。JPEG专家组主要致力于静态图像的帧内压缩编码标准(ISO/IEC10918)的制定；MPEG专家组主要致力于运动图像压缩编码标准的制定。经过专家组不懈的努力，基于第一代压缩编码方法（如预测编码、变换编码、熵编码及运动补偿等）的三种压缩编码国际标准：JPEG、MPEG系列、H.26x系列
10、逐步成型并得到广泛应用。1.2视频压缩原理视频图像数据有极强的相关性，也就是说有大量的冗余信息。其中冗余信息可分为空域冗余信息和时域冗余信息。压缩技术就是将数据中的冗余信息去掉（去除数据之间的相关性），压缩技术包含帧内图像数据压缩技术、帧间图像数据压缩技术和熵编码压缩技术。 1.2.1去时域冗余信息使用帧间编码技术可去除时域冗余信息，它包括以下三部分： （1）运动补偿 运动补偿是通过先前的局部图像来预测、补偿当前的局部图像，它是减少帧序列冗余信息的有效方法。 （2）运动表示 不同区域的图像需要使用不同的运动矢量来描述运动信息，运动矢量通过熵编码进行压缩。 （3）运动估计 运动估计是从视频序列中
11、抽取运动信息的一整套技术。 注：通用的压缩标准都使用基于块的运动估计和运动补偿。 1.2.2去空域冗余信息主要使用帧内编码技术和熵编码技术： （1）变换编码 帧内图像和预测差分信号都有很高的空域冗余信息。变换编码将空域信号变换到另一正交矢量空间，使其相关性下降，数据冗余度减小。 （2）量化编码 经过变换编码后，产生一批变换系数，对这些系数进行量化，使编码器的输出达到一定的位率。这一过程导致精度的降低。 （3）熵编码 熵编码是无损编码。它对变换、量化后得到的系数和运动信息，进行进一步的压缩。1.3视频压缩的技术参量（1）压缩比为了表明某种压缩编码的效率，通常引入压缩比这一参数，它的定义为：其中表
12、示压缩前图像每像素的平均比特数，表示压缩后每像素所需的平均比特数，一般的情况下压缩比c总是大于等于1的，c越大则压缩程度越高。（2）平均码字长度平均码字长度：设l()为数字图像第k个码字的长度（编码成二进制的位数）。其相应出现的概率为p(),则该数字图像所赋予的平均码字长度为：（3）编码效率在一般情况下，编码效率往往可用下列简单公式表示：（4）冗余度冗余度越小，说明可压缩的余地越小。1.4视频压缩编码的基本方法1.4.1预测编码预测编码的基本原理是利用某种数学模式对以前已知的相关数据进行运算，得出一个与当前传送样值相接近的预测值，进而把当前要传送的值减去预测值，得到一个误差值(预测误差)，将这
13、个误差值编码后传送出去。他们的关系如下：当前样值预测值预测误差预测编码旨在去除相邻像素之间的冗余度，给出了良好的概率分布，为后面的压缩编码创造了条件，差分脉码调制（简称DPCM）是它的一种基本方法。DPCM（Differential Pulse Code Modulation）图像编码技术中研究得最早，且应用最广的一种方法，它的一个重要的特点是算法简单，易于硬件实现。其工作原理示意图如下：（a）DPCM编码器 量化器 反量化器量化器 （b）DPCM解码器反量化器 预测器1.4.2变换编码变换编码也是一种降低信源空间冗余度的压缩方法。我们熟悉的富氏变换就是一种正交变换。如果把取样后的图像看作一个
14、二维的矩阵，对此矩阵作二维离散富氏变换（DFT），所得到的变换域中的各元素（变换系数），对应着图像中不同频率成份的复振幅值。由于画面在内容上的连续性，图像矩阵中相邻元素之间的相关性很强，而经变换后，变换系数（不同频率的复振幅）值之间，显然相关性要小得多。研究证明，各种正交变换（例如，K-L变换，余弦变换，沃什变换等）都能在不同程度上减少随机向量的相关性。由于变换所产生的变换系数之间的相关性很小，可以分别独立地对其进行处理；而且信号经大多数正交变换后，能量都集中在少数系数上，通过量化删去对图像信号贡献小的系数，只用保留下的系数来恢复原图像，并不引起明显的失真。这就是利用正交变换进行数据压缩的基本
15、原理。1.4.3统计编码（熵编码）统计编码是基于信号统计特性的编码技术，其基本原理：按信源符号出现概率的不同分配以不同长度的码字（bit数），概率大的分配以短的码字，概率小的分配以长的码字。这样使最终的平均码长很小，总的数码率大大降低。霍夫曼编码是最常见的熵编码方法，它的基本思想是，对出现概率较大的符号（电平）取较短的码，而对概率较小的符号则取较长的码，因此它是一种变长码。假设信源输出的序列如式所示，用上述两种编码得到的码流分别如和式所示：原信源输出序列 S1 S2 S1 S3 S2 S1 S1 S4 等长编码序列 00 01 00 10 01 00 00 11 霍夫曼编码序列 0 10 0 110 10 0 0 111 可以看出，表示这一段符号等长码需要16bit，而霍夫曼码只需要14bit。霍夫曼编码能够进行数据压缩的原因在于，总将原信源符号转换成新的符号（0，1），而新符号出现的概率相等，不存在统计冗余，这可以从式中0和1出现的频率相同
