数字电视原理与应用第03章精品PPT课件

图3-6
3.2.4 图像帧间编码中的运动处理
1．
在图像的运动处理中主要有两个过程。
第 一 个 过 程 为 运 动 估 计 ( Motion Estimation，ME)。运动估计是对运动物体 的位移作出估计，即估计出运动物体从上 一帧到当前帧的位移方向和位移量，也就 是估计出运动矢量。
第 二 个 过 程 为 运 动 补 偿 ( Motion Compensation，MC)。运动补偿是按照运动矢 量将上一帧作位移，求出当前帧的运动结果。
1,全搜索法,2.二维对数法.3三步法等
(5)
分级搜索则把搜索过程分为粗搜索和 细搜索两步来进行，首先对图像进行亚取 样得到一个低分辨率的图像，然后再对所 得到的低分辨率图像进行全搜索。
分级搜索法
搜索步骤分为两级：
第一级：粗搜索
先对低分辨率图像进行全搜索
第二级：细搜索
以低分辨率图像搜索的结果作为起点，在高分辨率
(3)基于图像景物特征的压缩方法，有 分形编码法和基于模型的编码方法等。
3.2 预 测 编 码
3.2.1
预测编码是根据某一模型利用过去的 样值对当前样值进行预测，然后将当前样 值的实际值与预测值相减得到一个误差值， 只对这一预测误差值进行编码。
3.2.2
1．
帧内预测利用图像信号的空间相关性 来压缩图像的空间冗余，根据前面已经传 送的同一帧内的像素来预测当前像素。
图像数据的压缩机理来自两个方面： 一是利用图像中存在大量冗余度可供压缩； 二是利用人眼的视觉特性。
1．
(1)
在一幅图像中规则的物体和规则的背景具
有很强的相关性。
(2)
电视图像序列中相邻两幅图像之间有 较大的相关性。
(3)
图像从大面积上看常存在有纹理结构， 称之为结构冗余。
(4)
人眼的视觉系统对于图像的感知是非 均匀和非线性的，对图像的变化并不都能 察觉出来。
2．
电视图像在相邻帧之间存在很强的相 关性。
1前值预测
XN
2一维预测
X ˆN
预 测 像 素
X 4
X 3
X 2
3二维预测
X 1
X ˆ N
预 测 像 素
n-2行
X4
n-1行
n行
X5
X2
X3
X1
XˆN
预测像素
第一场 第二场
三维预测
前一帧4×4
Xˆ N
Xˆ N
Xˆ N Xˆ N
Xˆ N
Xˆ N
Xˆ N
Xˆ N
图像压缩方法在广义上可以 一类是无损压
缩，又称为可逆编码(Reversible Coding)。
另一类是有损压缩，又称不 可逆压缩(Non-Reversible Coding)。
3.1 压缩编码基础 3.2 预 测 编 码 3.3 正交变换编码 3.4 统 计 编 码 3.5 子 带 编 码
3.1 压缩编码基础
Xˆ N
Xˆ N
Xˆ N
Xˆ N
Xˆ N Xˆ N
Xˆ N
Xˆ N
预测帧4×4
3．
预测系数的选择通常采用最优线性预 测法，选择预测系数a1，a2，…，an-1使误 差信号en的均方值最小。
4．
自适应预测又称为非线性预测。
可以利用预测误差作为控制信息，因 为预测误差的大小反映了图像信号的相关 性。
3.2.3
第3章 图像压缩编码原理
为什么要进行图像压缩？（图像压缩的 目的） 一路彩色电视未经压缩时的数据量为：
Y 13.5MHz×8bit=108Mb/s U 6.75MHz×8bit=54Mb/s V 6.75MHz×8bit=54Mb/s 合计=216Mb/s 此速率已经超过四次群的传输速率，相当 于3000多个话路 图像信号是有必要也有可能被压缩
图像中进行 细搜索
i-1,j-1
i-1,j
i-1,j+1
MPEG-2标准中的分级搜索
S1 S2 S3
i,j-1 S4 i,j S6 S7
S5 i,j+1 S8
i+1,j-1 i+1,j
i+1,j+1
3.3 正交变换编码
变换编码(Transform Coding)的基本 思想是将在通常的欧几里德几何空间(空间 域)描写的图像信号变换到另外的向量空间 (变换域)进行描写，然后再根据图像在变 换域中系数的特点和人眼的视觉特性进行 编码。
(1)一般来说图像变换不是对整幅图像 一次进行，而是在存储器中把一幅图像分 成许多N×N的像块，然后依次将每个方块 内的N×N个样点同时送入变换器进行变换 运算。
2．
第 K-1帧
x1, y 1
运动物体
静止背景
第 K帧
x1, y 1
x 1+ d x, y 1+ d y
dy dx
D位 移 矢 量
运动物体的帧间位移
3．块匹配法
把图像分成若干子块，设子块图像是由 N×N个像素组成的像块，并假设一个像块内 的所有像素作一致的平移运动。
N+2dm
M+2dm
dm N
M
x=i y=j
百度文库
2．
(1)
当景物的亮度在背景亮度基础上增加 很少时，人眼是辨别不出的，只有当亮度 增加到某一数值时，人眼才能感觉其亮度 有变化。人眼刚刚能察觉的亮度变化值称 为亮度辨别阈值。
(2)
视觉阈值是指干扰或失真刚好可以被 察觉的门限值，低于它就察觉不出来，高 于它才看得出来，这是一个统计值。
(3)
空间分辨力是指对一幅图像相邻像素 的灰度和细节的分辨力，视觉对于不同图 像内容的分辨力不同。
1．
由于图像信号在帧内和帧间存在着一 定的相关性，预测误差统计特性的一个特 点就是它的概率分布集中在0附近的一个较 窄的范围内，0值出现的概率最大。随着预 测误差绝对值的增大其出现的概率迅速下 降，近似的数学模型是Laplace分布，即
p(en)
1
2e
exp(2e en)
2．
在预测编码中可以采用非均匀量 化，非均匀量化特性曲线如图3-6所示。
(4)
“掩盖效应”是指人眼对图像中量化 误差的敏感程度，与图像信号变化的剧烈 程度有关。
3．
根据压缩机理的不同，数据压缩编码 方法大致可以分成三类。
(1)基于图像信源统计特性的压缩方法， 有预测编码、变换编码、矢量量化编码、
(2)基于人眼视觉特性的压缩方法，有 基于方向滤波的图像编码法和基于图像轮
dm
dm
dm
第k帧中的 M×N像块
第k-1帧中 的搜索区
(1)估值块大小(N×N)
估值块大小的选择应该综合考虑图像细节构成和计算量等因素。
1616
×8倍
(2)
判断两个宏块间最佳匹配准则有很多种。
(3)
搜索窗口的选择应综合考虑帧间运动 位移的可能大小和计算量等因素。
(4)
快速搜索法可以减少搜索次数。