变换编码：DCT + 量化 预测编码：MC 帧间预测 熵编码：VLC
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第二代视频编码技术： 突破了香农信息论的框架 采用基于内容的方法来表征视频信息 充分考虑人眼视觉特性及信源特性 通过去除内容冗余来实现数据压缩 基于对象的视频压缩－中层压缩 基于语义的视频压缩－高层压缩
分形编码 分级编码 模型基编码
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3、预测编码
3.1 预测编码的基本原理 预测编码传送的不是实际像素值，而是实际值与其 预测值之间的差值，即预测误差。 像素的预测值由其在时间和空间上相邻的若干个像 素的线性组合产生，它反映了在预测区域内各像素 的共性部分，因此用像素的实际值减去其预测值就 可基本去除像素间的相关性。
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Xn ＋ en 量化器 en’ 编码器
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3、压缩的可能性（以视频信号为例）
视频压缩过程：去除图像中与信息无关或对图像质 量影响不大的部分，即冗余部分。电视信号中存在 很多这样的冗余部分，这就为压缩提供了可能性。
视频信号的冗余性表现在以下几个方面： 空间相关冗余 时间相关冗余 视觉冗余 熵冗余
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空间相关冗余
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时间相关冗余（帧间相关冗余）
熵冗余＝L – H ＝ 2－1.81＝0.19 bit / 符号
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若采用变长编码方式，对概率大的符号赋予短码， 对概率小的符号赋予长码，则可降低平均码长L
例如，灰度级1 3/8 1 灰度级2 3/8 01 灰度级3 1/8 001 灰度级4 1/8 000
L 3 1 3 2 1 3 1 3 1 .8b 7/i 5 符 t 88 88
熵冗余＝1.875－1.81＝0.065 bit / 符号
所以，采用变长编码可降低信源熵冗余
. return
视频压缩编码技术
1、视频压缩编码技术的研究进展
第一代视频编码技术（经典的视频编码技术）： 以香农信息论为基础 采用基于象素或象素块的方法来表征视频信息 利用图像信号的统计特性来设计编码器 未考虑事件本身的具体含义、重要程度及引起后果 未充分考虑人眼视觉特性对编码图像的影响 只能去除数据冗余－低层压缩
任意随机事件的自信息量为该事件发生概率的倒 数的对数。
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信源熵（信源每个符号的平均信息量）：
n
H P(xi)lo21 g/P(xi) bi/符 t 号 i1
P(xi)是符号xi出现的概率
平均码长（每个符号的平均编码长度）：
n
L P(xi)li bi/t符号 i1
li 是符号xi 的编码码长
熵冗余＝平均码长－信息熵
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2、压缩的必要性
电视信号数字化后：数码率高，数据量大。 例如：4：2：2编码、8比特量化的SDTV信号，其 数码率为216 Mbps。若按每2bit构成一个周期，则 传输这样一路数字电视信号需要有108MHz的通道 带宽。 4：2：2编码、8比特量化时，一帧SDTV图像的数 据量约为8.6Mb，要记录10分钟的电视节目就需要 130Gb的存储器容量。 综上所述，要实现数字电视信号的有效存储和传输， 就需要采取措施降低其数据量和数码率
t＝t1
t＝t2
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人眼视觉冗余
人眼视觉特性： 对静止或缓慢运动图像的灰度等级及图像细
节的分辨力高 对快速运动图像的灰度等级及图像细节的分
辨力低 观察大面积图像时，对灰度等级分辨力高，
对细节分辨力低 观察细节时，对灰度等级分辨力低，对细节
分辨力高
人眼接收综合信息的能力有限
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利用人眼的视觉特性
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例如：
某一图像总共可出现4个灰度级，对每个灰度级进行二进 制定长编码时，码长为2比特，即 L ＝ 2bit / 符号。
当每个灰度级出现的概率不相等时： 设灰度级1～4的概率分别为1/8、3/8、3/8、1/8，
H = 2 × 8 1 lo 2 8 ＋ g 2 × 8 3 lo 23 8 g ＝ 1 .8b 1 /i符 t 号
数字电视信源编码技术
概述 视频压缩编码技术 视频压缩编码标准介绍 MPEG2 视频编码技术 H.264 视频编码技术 AVS 视频编码技术 视频压缩损伤分析
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概述
1、数字电视信源编码的目的 通过压缩编码技术来去除视频、音频、数
据等原始信号的冗余信息，以实现码率压缩与 带宽减小，使信号在各种传输信道中能够有效 传输。
输入
－
＋
＋
xn
预测器
传输通道
Xn’
输出
en’
解码器
＋＋
预测器 xn
若不考虑量化器的影响，则有 Xn’＝ Xn （无损压缩）
Δx：量化误差
en’ ＝ en＋Δx ＝ Xn－ xn ＋ Δx
Xn’ ＝ en’ ＋xn
＝ Xn ＋ Δx
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预测编码的压缩效果取决于预测器的预测精度，精 度越高，预测误差越小，量化时所需的量化比特数 就越少，压缩率也就越高。 一般来说，参与预测的像素数越多，预测值就越精 确，但同时预测器电路组成也就越复杂。 利用相关像素值x1、 x2 …… xn-1来预测当前像素值
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视频压缩编码用到的主要算法
统计编码
变换 预测 编码 编码
分析、综合编码
霍 游 算字
DCT
夫 程 术典
变
曼 编 编编
换
编 码 码码
编
码
码
运
子 分 分模
动
带 级 形型
补
编 编 编基
偿
码 码 码编
预
码
测
编
码
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2、 视频压缩编码分类 按无损压缩和有损压缩进行分类： 无损压缩编码、有损压缩编码 按压缩编码原理进行分类： 统计编码、预测编码、变换编码、矢量量化编码 按信源模型进行分类： 基于波形编码、基于内容编码
对静止或缓慢运动图像： 减小帧率 在图像细节部分选择较高的取样频率和较低的
量化比特数 在大面积像块区域选择较低的取样频率和较高
的量化比特数 对快速运动图像： 提高帧率 降低取样频率和量化比特数
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熵冗余
自信息量
定义：指某个随机事件（或消息）发生后所提供的信息 数量的多少
I(xi)loag p(1 xi)loag p(xi)
n1
xna1x1a2x2 an-1xn-1 aixi i1
n1
a1、a2······an-1称为相关系数，且满足： a i 1 i1
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3.2 帧内预测编码
上一行
X1
X2
X3
X4
相隔行
当前行
X5
X6
X7
由距X7最近的四个像素
当前像素
X6、X4 、X3、X2参与对X7的预测。
相关系数为：a6＝1/2、 a4＝ a2＝1/8、 a3＝1/4，则：