数字电视视频压缩技术原理
视频数据压缩方法根据不同的依据可产生不同的分类。最常见的是根据质量有无损失可分为有失真压缩编码和无失真压缩编码。按照压缩冗余信息的机理不同,目前的图像压缩编码方法大致可以分为三类:一是,着眼于图像信源的统计特征的压缩方式,主要采用统计编码法、预测编码法、变换编码法、矢量量化编码法、神经网络编码法等;二是,着眼于人眼视觉特性的压缩方式,主要采用基于方向滤波的图像编码法,基于图像轮廓-纹理的编码法;三是,着眼于图像传递的景物(内容)特征的压缩方式,主要采用基于模型的(分形)编码法。
视频编解码器(编码器/解码器)是指两个协同运行的压缩-解压算法。使用不同标准的视频编解码器通常彼此之间互不兼容;也就是说,使用一种标准进行压缩的视频内容无法使用另外一种标准进行解压缩。例如,MPEG-4Part2解码器就不能与H.264编码器协同运行。这是因为一种算法无法正确地对另外一个算法的输出信号进行解码,然而我们可以在同一软件或硬件中使用多种不同的算法,以支持对多种格式的文件进行压缩。
由于不同的视频压缩标准会使用不同的方法来减少数据量,因此压缩结果在比特率、质量和延时方面也各不相同。
此外,由于编码器的设计者可能会选择使用某个标准所定义的不同工具集,因此,即使是使用相同压缩标准的编码器之间,其压缩结果也可能会存在差异。不过,只要编码器的输出信号符合标准的格式以及解码器的要求,就可以采用不同的实施方式。这是非常有利的,因为不同的实施方式可实现不同的目标,满足不同的预算要求。对用于管理光介质存储的非实时专业软件编码器来说,应该能够比用于视频会议的集成在手持设备中的实时硬件编码器提供质量更高的编码视频。因此,即使是某个指定的标准也无法保证提供指定的比特率或质量。而且,如果不事先确定实施方式,一个标准就无法与其它标准进行正确的性能对比,甚至也无法与同一标准的其它实施方式进行正确的性能对比。
与编码器不同,解码器必须实施某个标准的所有必需部分,才能对符合标准的比特流进行解码。这是因为标准中明确规定了解压缩算法应如何对压缩视频的每个比特进行还原。
压缩技术与电视有很大的关系,交织技术是最简单的压缩形式,它使带宽以2:1的比例降低。人的视觉系统总要用一定时间才能识别图像元素,如果在一定的刷新频率下,每帧图像的停留时间长于人眼观察所需要的时间,那么在下一帧图像的显示过程中,第一幅图像仍然会残留在人的视觉印象中。这种视觉残留可以消除画面的闪烁现象,将连续的画面呈现在人们眼前。电影的帧速率为24 帧/秒,但在显示每一帧画面的中间有一次中断,所以实际的刷新率是48 帧/秒。因此对电影而言画面更新率是24 而刷新速率是48。电视则采用隔行扫描以获得同样的效果。电视没有采用电影的24帧而是采用了25帧与30帧是为了和电网频率同步降低对电源的要求。
用色差信号代替GBR信号是另一种压缩形式,利用了人眼对色彩细节不敏感的特性。YUV