分析视频图像的压缩传输技术

王亚芳，安 阳

（河北科技大学研究生学院，河北 石家庄050000）

随着我国信息技术和数字图像技术的不断发展，人们不仅对视频图像的压缩比例和复杂简化程度提出了新的要求，还对图像的恢复质量和可靠性提出了一定的要求，尤其是在恢复感兴趣区域的细节方面。解决这些问题最有效的办法是对视频信息实现数字化，提高它的抗干扰能力，运用数字化压缩算法对视频信息的容量进行压缩，从而进行视频图像的数字化压缩传输。

1 视频信息压缩编码技术

1.1 视频图像编码解码的技术内容

对视频图像进行编码的主要的技术方法如下。

（1）离散余弦变换（即DCT）。它主要是由一个时域到另一个频域进行的正式交换，图像信息数据经过一定变换之后可以得到相应的频谱分布列表。目前离散余弦变换已经在图像数据压缩中广泛应用并得到认可，它被认为是视频图像压缩中非常有效的变换编码。

（2）量化。要想实现数据压缩的目标，就要对DCT系统进行量化处理。量化是导致图像编码信息数据丢失的主要原因之一。在对量化器进行设计时，可以按照不同频率分量的动态、静态量化要求和视觉产生的感应效果对视频图像的亮度、色感进行量化选择。

（3）行程编码和DPCM。DCT中的变化系数经过量化之后，可以运用行程编码和DPCM进行下一步的数据压缩。邻近模块之间的直流分量系数具有比较强的相关性，可以使用DPCM编码；然而量化之后的交流分量系数经常会出现很多零值，这样的情况适合采用行程编码。

（4）霍夫曼编码。要想进一步实现数据压缩的目标，还应该对DCT系数中的行程编码和DPCM的码字再做统计特征基础上的熵编码。比较常见、常用的熵编码办法是霍夫曼编码，它的原理是对出现频率比较高的符号信息配置简短的码字，对出现频率比较低的符号信息配置较长的码字，进而实现数据压缩的目的。

（5）运动补偿与帧间预测。在图像视频信号中，图像的邻近帧间具有很强的相关特征。帧间预测就是利用帧间的时间相关特性来解决视频图像信号中的冗余度，从而提高压缩比例。运动补偿办法主要是追踪画面之外的运动状况，对画面进行补偿之后再进行帧间预测。采用运动补偿之后，视频图像信息所获取的预测值和实际值之间的差异就会减小，进而提高图像的压缩效率。

1.2 比较常见的编码标准

（1）JPEG编码标准。JPEG标准的主要目标是对静止图像进行压缩，但是图像的运动序列是由一帧一帧的图像合成的，每一帧可以分辨编码，然后以视频的速率进行播放，所以JPEG标准中的方式方法和思想观念可以用于视频图像的压缩。

（2）JPEG2000标准。JPEG2000是建立在离散小波变换基础上的嵌入式编码技术，这种图像编码标准具备非常优越的抗错误编码能力和压缩性能，是一种性能十分优越的图像压缩编码标准系统。

（3）H.261标准。这项标准可以用于视频电话和电视、可视会议，该标准主要采用的是具备运动补偿的帧间预测，然后对帧间预测产生的误差进行图像像素的DCT，接着对DCT变换系统系数进行设置，设置其自身适应的量化标准，再使用霍夫曼方式使编码变长，从而实现熵编码，最后使用输出缓冲寄存器对数码流进行平滑，进而保证输出的数码率为一定值。

（4）MPEG－1图像视频标准。MPEG－1图像视频标准编码解码使用的是运动补偿、量化器、离散余弦变换与可变化编码等多种压缩编码技术，其中宏观规模上的运动补偿技术和DCT系统基础上的频域压缩技术是MPEG－1主要采用的两种基本编码技术。

（5）MPEG－2视频标准。MPEG－2图像视频标准是动态图像信息比较常见和通用的编码标准，它的基本算 法 和 上 述 MPEG－1 相 同，但 是 MPEG－2在MPEG－1的基础上增加了帧间预测，因此，更适用于动态视频图像编码。将MPEG－2视频图像标准在视频图像编码中运用，其编码速率比较高，图像质量比较好。

2 MPEG－2编码的视频传输计划

2.1 数字化的视频图像方案

通过上面的介绍可以看出，H.261和MPEG－1标准由于不具备较高的分辨率，因此，不能有效完成高质量的视频图像传输。JPEG标准具有比较高的图像质量和图像分辨率，但是它是一种静态的图像编码标准，这就使得JPEG标准不适合动态图像编码。MEPG－2有效解决了上面几种编码标准的不足和缺点，因为该标准既具备比较高的分辨率，也具有很高的视频图像质量。因此，视频图像使用MEPG－2标准进行编码可以取得非常好的图像和视频效果。

图像视频信号在到达压缩编码之前必须要经过图像视频处理，对视频中的杂波进行消除，并根据实际应用的需要降低它的分解力，减少图像视频中的色分量或者进行隔行持续扫描和变换，然后对图像视频中的运动估值加以指导，不断消除图像视频中的时间冗余量等成分，再进行运动补偿；同时，还要消除图像视频中的空间冗余量成分，然后对其进行量化和可变长编码，再利用缓冲器输出压缩编码之后的比特流，进而保证信道编码可以顺利传输。

2.2 数字化的视频图像传输方案

一般情况下，视频图像在进行传输时，始端摄像机输出高质量的视频信号，经过预处理和编码之后可以转变成串行信息数据，然后再经过发射机器进入信道，末端调整并经过信道译码之后的信息数据传送到图像解码器，而图像解码器传送出的视频图像可以提供记录与监视。图像视频传输过程如图1所示。

3 JPEG2000的压缩编码程序

离散小波变换基础上的嵌入式编码技术（即JPEG2000）具备支持有损和无损压缩、递进传输、感应区域ROI等优势，这项图像视频编码标准具备较强的抗误码能力和优越的压缩性能，符合视频图像压缩特殊运用行业的要求，是一种性能比较优越的图像视频压缩编码标准。

JPEG2000压缩编码总体程序主要包括压缩编码和解码压缩。其中的离散小波变换包括正向小波变换和反向小波变换两种形式，在熵编码中采用的是最先进的EBCOT嵌入式的最佳截断模块编码。JPEG2000压缩编码和解码压缩整体过程如图2所示。

图2 JPEG2000压缩编码和解码压缩整体过程

4 结束语

随着信息技术的不断发展，现代化的数字图像技术也随之快速发展，视频图像的数据信息量和计算机处理的运算、计算量也不断增加。图像数据在传输和存储的过程中一般会受到宽带和存储器的影响，图像信息数据一定要经过压缩才符合存储和传输的要求。而MPEG－2和JPEG2000是两种性能比较高的数字化压缩办法，它们可以有效减少数据信息的传输速率，并保证视频图像数据在压缩之后失真比较小，具有非常好的发展和应用前景。

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