交通信息技术教材

每个像素只有 8比特，并不很适合于存储彩色照片， PNG可以无损地存储照片，但是文件太大的缺点让 它不太适合在万维网上传输。
3.1.2 MPEG标准
? MPEG图像编码是基于变换的有损压缩。光学信号线经过 采样形成视频信号，视频信号基本的单位叫做帧，一个 帧就是一个独立的图像，然后帧被分区成小块做变换编 码，然后量化，最后进行熵编码。
建立图像，以满足实时要求； ? 3.在压缩比大约是 2的情况下能够无失真地恢复原
图像； ? 4.支持顺序编解码和渐进编解码； ? 5.对各种图像成分及数据精度的自适应能力； ? 6.编解码设备简单易实现。
JPEG压缩是有损压缩，它利用了人的视觉系统的特性， 使用量化和无损压缩编码相结合来去掉视觉的冗余信息和数 据本身的冗余信息。
每一格图像做比较，由于一般视频内容都是背景变化
小、主体变化大， MPEG技术就应用这个特点，以一 幅图像为主图，其余图像格只记录参考资料及变化数
据，更有效记录动态图像。从 MPEG-1到MPEG-4，其 核心技术仍然离不开这个原理，之间的分别主要在于
比较的过程和分析的复杂性等。
? MPEG-4的主要应用场合：数字电视，交互式的图形应
? JPEG/JFIF是万维网（World Wide Web ）上最普遍
的被用来存储和传输照片的格式。它并不适合于线 条绘图（drawing）和其他文字或图标（ iconic）的 图形，因为它的压缩方法用在这些类型的图形上， 得到的结果并不好。
? PNG和GIF格式通常是用来存储这类的图形； GIF
目前国际上最新的标准是JPEG2000，由JPEG衍生而来，但是它的 算法采用小波变换、画布坐标系统、EBCOT编码。因而得到的图片更清 晰，噪点更少，而且还同时支持有损和无损压缩两种方式。
JPEG(静态图像压缩 )算法必须足：
? 1.算法独立于图像的分辨率； ? 2.具有低于1bit/像素的编码率，并且能够在 5s内
进，例如它的运动矢量的精度为半像素；在编码运算中（如运动估 计和DCT）区分“帧”和“场”；引入了编码的可分级性技术，如 空间可分级性、时间可分级性和信噪比可分级性等。近年推出的 MPEG-4标准引入了基于视听对象（AVO：Audio-Visual Object） 的编码，大大提高了视频通信的交互能力和编码效率。MPEG-4中 还采用了一些新的技术，如形状编码、自适应DCT、任意开头视频 对象编码等。但是MPEG-4的基本视频编码器还属于和3相似的一类 混合编码器。
在技术上：
H.264标准中有多个闪光之处，如统一的VLC符号编码，高精度、 多模式的位移估计，基于4块的整数变换、分层的编码语法等。这些措施 使得H.264得算法具有很高的编码效率，在相同的重建图像质量下，能 够比H.263节约50%左右的码率。H.264的码流结构网络适应性强，增 加了差错恢复能力，能够很好地适应IP和无线网络的应用。
在这我们主要讲运用于交通的压缩技术。下 面为大家介绍三种有损数据压缩标准：
1. JPEG标准 用于静态图像压缩——抓拍图像； 2. MPEG标准 用于动态图像压缩——视频监控； 3.音频压缩 简单的音频压缩技术——调度电话。
3.1.1 JPEG标准
? JPEG（joint photographic experts group）是国际标准化 组织ISO和国际电工委员会IEC两个组织机构联合组成的 一个专家组，负责制定静态的数字图像数据压缩编码标 准，这个专家组开发的算法称为JPEG算法，并且成为国 际上通用的标准。
无损压缩利用数据的统计冗余进行压缩，可以完全恢复原 始数据而不引入任何失真，但是压缩率受到数据统计冗余度的 理论限制，一般为2:1到5：1。这类方法广泛用于文本数据，程 序和特殊应用场合的图像数据的压缩。
有损压缩利用了人类视觉对图像中的某些频率成分不敏感 的特性，允许压缩过程中损失一定信息，虽然不能完全回复原 始数据，但是所损失的部分对理解原始图像的影响较小，却换 来了大得多的压缩比。这类方法广泛应用于语音，图像和视频 数据的压缩。
交通信息处理技术
交通信息一方面是采集到的信息繁杂多样，
要想利用这些不同类别的信息，需要采用不 同的处理方法；
另一方面，交通信息的一个显著特征是 他的空间性和随机性，因此对他的研究和分 析要建立在广泛统计的基础上，应用各类信 息处理技术和统计方法来探索他的规律性。
这里主要介绍的处理技术：
数据压缩技术 交通信息融合技术
10部分由 ISO/IEC 和ITU-T 联合发布，称为 H.264/MPEG-4 Part 10 。
MPEG-1 、MPEG-2 、MPEG-4 实际上采用了的动量 估计和动量补偿技术。在利用了动量补偿的帧（图像）
中，被编码的是经过动量补偿的参考帧与目前图像的
差。与传统图像编码技术不同， MPEG并不是每格图 像进行压缩，而是以一秒时段作为单位，将时段内的
总体上：
MPEG毓标准从针对存储媒体的应用发展到适应传输 媒体的应用，其核心视频编码的基本框架是和H.261一致 的，其中引人注目的MPEG-4的 “基于对象的编码”部 分由于尚有技术障碍，目前还难以普遍应用。因此，在此 基础上发展起来的新的视频编码建议H.264克服了前者的 弱点，在混合编码的框架下引入了新的编码方式，提高了 编码效率，在低码流下可达到优质图像质量。
压缩编码大致可以分为三个步骤 ：
1.使用正向离散余弦变换把空间域表示的图变换成频率域表示 的图。
2.使用加权函数对DCT系数进行量化，这个加权函数对于人的 视觉系统是最佳的。
3.使用霍夫曼可变字长编码器对量化系数进行编码。
JPEG压缩编码算法的主要计算步骤 如下：
1.正向离散余弦变换（FDCT） 2.量化（quantization） 3.Z字形编码（zigzag scan） 4.使用差分脉冲编码调制对直流系数进行编码 5.使用行程长度编码对交流系数进行编码 6.熵编码（entropy eoding）。
在编码上：
H.264和以前的标准一样，也是DPCM加变换编码的混合编码模式。 但它采用“回归基本”的简洁设计，不用众多的选项，获得比MPEG-4 好得多的压缩性能；H.264加强了对各种信道的适应能力，采用“网络 友好”的结构和语法，有利于对误友和丢包的处理；H.264应用目标范 围较宽，可以满足不同速率、不同解析度以及不同传输（存储）场合的 需求。
作为目前最广泛使用的高清晰度视频格式， H.264主要应用于HDDVD（已被淘汰）和蓝光DVD
（blue-ray Disc）中。
在画质上：
H.264概述随着市场的需求，在尽可能低的存储情况下获得好的图
像质量和低带宽图像快速传输已成为视频压缩的两大难题。为此 IEO/IEC/和ITU-T两大国际标准化组织联手制定了新一代视频压缩标准 H.264。
? JPEG是一个适用范围很广的静态图像数据压缩标准，既 可以用于灰度图像，又可以用于彩色图像。
P
JPEG算法
JPEG专家组开发了两种基本的压缩算法： 一种以离散余弦变换（DCT）为基础的有损压缩算法；另一种是采用以 预测技术为基础的无损压缩算法。
使用有损压缩时，压缩比在25:1时，还原图像与原始图像的差别图 像专家几乎都看不出来，因此得到了广泛使用，几乎所有相机图片格式 都是JPEG（JPG）的。
后在Video CD中被采用，其中的音频压缩的第三 级（MPEG-1 Layer 3 ）简称MP3，成为比较流行 的音频压缩格式。
? MPEG-2：广播质量的视讯、音频和传输协议。
被用于无线数字电视 -ATSC、DVB以及ISDB、数字 卫星电视（例如 DirecTV）、数字有线电视信号， 以及DVD视频光盘技术中。
? MPEG-3：原本目标是为高分辨率电视（ HDTV）
设计，随后发现 MPEG-2已足够HDTV应用，故 MPEG-3 的研发便中止。
? MPEG-4：2003年发布的视讯压缩标准，主要是
扩展 MPEG-1 、MPEG-2 等标准以支持视频／音频 对象（video/audio objects ）的编码、 3D内容、 低比特率编码（ low bitrate encoding ）和数字版 权管理（Digital Rights Management ），其中第
? 4.正如MPEG-2将数字电视最终完全取代现有的模拟电 视那样，随着 MPEG-4新标准的不断推出，数据压缩和 传输技术必将趋向更加规范化。
H.264是目前基于MPEG-4的最 新的视频标准，下面我们来认识下 H.264：
H.264/AVC项目意图创建一种视频标准。与旧标准相
比，它能够在更低带宽下提供优质视频 （换言之，只
用，交互式多媒体领域（如监控系统）。
? MPEG-4的特点及优势：
? 1.具有很好的兼容性及开放性。 ? 2.提供高压缩比的同时，对数据的损失很小，达到以很
小的数据获得最佳的图像质量的目的。 ? 3.他是个开放标准，其高质量的数字影像，以及允许内
容创建者从MPEG-2质量一直到极低宽带的 INTERT流式 内容全程进行品质和宽带的均衡，而被全世界的无线， 电脑及娱乐公司广泛采用。
有MPEG-2，H.263或MPEG-4第2部分的一半带宽或更 少），也不增加太多设计复杂度使得无法实现或实现成本过
高。另一目的是提供足够的灵活性以在各种应用、网 络及系统中使用 ，包括高、低带宽，高、低视频分辨率，
广播，DVD存储，RTP/IP网络，以及ITU-T多媒体电话系 统。
H.264 是MPEG-4 标准所定义的最新格式，同
总体说来： H.264品质和效率都要高于 MPEG。
音频压缩编码
对于不同类型的音频信号而言，其信号带宽 是不同的，如电话音频信号 (200Hz~3.4kHz) ，调幅 广播音频信号 (50Hz~ 7kHz)，调频广播音频信号 (20Hz~ 15kHz)，激光唱盘音频信号 (10Hz~20kHz) 。 随着对音频信号音质要求的增加，信号频率范围 逐渐增加，要求描述信号的数据量也就随之增加， 从而带来处理这些数据的时间和传输、存储这些 数据的容量增加，因此多媒体音频压缩技术是多 媒体技术实用化的关键之一。