通信業(yè)務(wù)-模擬與數(shù)字視音頻業(yè)務(wù)

1、1知識(shí)回顧 第一章第一章 現(xiàn)代通信網(wǎng)與支撐技術(shù)概述現(xiàn)代通信網(wǎng)與支撐技術(shù)概述 1.1 現(xiàn)代通信網(wǎng)的構(gòu)成要素現(xiàn)代通信網(wǎng)的構(gòu)成要素 通信的基本概念；通信的基本概念； 通信系統(tǒng)的組成；通信系統(tǒng)的組成； 通信網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、質(zhì)量要求通信網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、質(zhì)量要求 1.2 現(xiàn)代通信網(wǎng)的支撐技術(shù)現(xiàn)代通信網(wǎng)的支撐技術(shù) 業(yè)務(wù)與終端技術(shù)；業(yè)務(wù)與終端技術(shù)； 交換與路由技術(shù)；交換與路由技術(shù)； 接入與傳送技術(shù)；接入與傳送技術(shù)； 1.3 現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展趨勢現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展趨勢2第第2 2章章 通信業(yè)務(wù)通信業(yè)務(wù)第第3 3章章 通信終端通信終端本節(jié)內(nèi)容3主要內(nèi)容主要內(nèi)容 2.1 模擬與數(shù)字視音頻業(yè)務(wù)模擬與

2、數(shù)字視音頻業(yè)務(wù) 2.2 數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù) 2.3 多媒體通信業(yè)務(wù)多媒體通信業(yè)務(wù)第第2章章 通信業(yè)務(wù)通信業(yè)務(wù)42.1 模擬與數(shù)字視音頻業(yè)務(wù)模擬與數(shù)字視音頻業(yè)務(wù) 在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中盡管數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與多媒體在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中盡管數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與多媒體通信業(yè)務(wù)發(fā)展非常迅速通信業(yè)務(wù)發(fā)展非常迅速 但但模擬與數(shù)字視、音頻業(yè)務(wù)模擬與數(shù)字視、音頻業(yè)務(wù)在所有通信業(yè)在所有通信業(yè)務(wù)中仍然務(wù)中仍然占有主要地位占有主要地位。 在此類業(yè)務(wù)中包括普通電話、在此類業(yè)務(wù)中包括普通電話、IP電話、移電話、移動(dòng)電話、數(shù)字電話、可視電話、會(huì)議電視、動(dòng)電話、數(shù)字電話、可視電話、會(huì)議電視、廣播電視、數(shù)字視頻廣播、點(diǎn)播電視等各廣播電視、數(shù)字視頻廣

3、播、點(diǎn)播電視等各種視音頻業(yè)務(wù)。種視音頻業(yè)務(wù)。 51:音頻信息基本概念音頻信息基本概念 在現(xiàn)代通信技術(shù)中音頻信息主要是指由自然界中在現(xiàn)代通信技術(shù)中音頻信息主要是指由自然界中各種音源發(fā)出的可聞聲和由計(jì)算機(jī)通過專門設(shè)備各種音源發(fā)出的可聞聲和由計(jì)算機(jī)通過專門設(shè)備合成的語音或音樂。合成的語音或音樂。 按表示媒體的不同，此類聲音主要有按表示媒體的不同，此類聲音主要有3類，即語類，即語音、音樂聲和效果聲等。音、音樂聲和效果聲等。 音頻信號(hào)是隨時(shí)間變化的連續(xù)媒體。音頻信號(hào)是隨時(shí)間變化的連續(xù)媒體。 對(duì)音頻信號(hào)的處理要求有比較強(qiáng)的時(shí)序性，即對(duì)音頻信號(hào)的處理要求有比較強(qiáng)的時(shí)序性，即較小的延時(shí)和時(shí)延抖動(dòng)。較小的延時(shí)和

4、時(shí)延抖動(dòng)。 對(duì)音頻信號(hào)的處理涉及音頻信號(hào)的獲取、編解對(duì)音頻信號(hào)的處理涉及音頻信號(hào)的獲取、編解碼、傳輸、語音的識(shí)別與理解、語音與音樂的碼、傳輸、語音的識(shí)別與理解、語音與音樂的合成等內(nèi)容。合成等內(nèi)容。6聽覺特性與音頻信號(hào)聽覺特性與音頻信號(hào) 人的聽覺特性人的聽覺特性 人對(duì)聲音強(qiáng)弱的感覺：人對(duì)聲音強(qiáng)弱的感覺： 通過對(duì)人群測試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)聲音信號(hào)的強(qiáng)度通過對(duì)人群測試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)聲音信號(hào)的強(qiáng)度按指數(shù)規(guī)律增長時(shí)，人會(huì)大體上感到聲音在均勻地增強(qiáng)，即將聲按指數(shù)規(guī)律增長時(shí)，人會(huì)大體上感到聲音在均勻地增強(qiáng)，即將聲音聲強(qiáng)取對(duì)數(shù)后，才與人對(duì)聲音的強(qiáng)弱感相對(duì)應(yīng)。根據(jù)人類聽覺音聲強(qiáng)取對(duì)數(shù)后，才與人對(duì)聲音的強(qiáng)弱感相對(duì)應(yīng)。根據(jù)人類聽覺

5、的這一特點(diǎn)，通常用聲強(qiáng)值或聲壓有效值的對(duì)數(shù)來表示聲音的強(qiáng)的這一特點(diǎn)，通常用聲強(qiáng)值或聲壓有效值的對(duì)數(shù)來表示聲音的強(qiáng)弱，稱為聲強(qiáng)級(jí)弱，稱為聲強(qiáng)級(jí)LI或聲壓級(jí)或聲壓級(jí)LP，單位為分貝。，單位為分貝。 人對(duì)聲音頻率的感覺：人對(duì)聲音頻率的感覺： 人對(duì)聲音頻率的感覺表現(xiàn)為音調(diào)的高低，人對(duì)聲音頻率的感覺表現(xiàn)為音調(diào)的高低，當(dāng)聲音的頻率按指數(shù)規(guī)律上升時(shí)，音調(diào)的感覺線性升高。這意味當(dāng)聲音的頻率按指數(shù)規(guī)律上升時(shí)，音調(diào)的感覺線性升高。這意味著只有對(duì)聲音信號(hào)的頻率取對(duì)數(shù)，才會(huì)與人的音高感覺成線性關(guān)著只有對(duì)聲音信號(hào)的頻率取對(duì)數(shù)，才會(huì)與人的音高感覺成線性關(guān)系。為了適應(yīng)人類聽覺的音高感規(guī)律，在聲學(xué)和音樂當(dāng)中表示頻系。為了適應(yīng)

6、人類聽覺的音高感規(guī)律，在聲學(xué)和音樂當(dāng)中表示頻率的坐標(biāo)經(jīng)常采用對(duì)數(shù)刻度。率的坐標(biāo)經(jīng)常采用對(duì)數(shù)刻度。7聽覺特性與音頻信號(hào)聽覺特性與音頻信號(hào) 人類聽覺的頻響特性：人類聽覺的頻響特性： 人的聽覺頻帶為人的聽覺頻帶為20 Hz20 kHz，在此頻率范圍內(nèi)的聲，在此頻率范圍內(nèi)的聲音稱為音稱為“可聞聲可聞聲”。 高于高于 20 kHz的聲音稱為的聲音稱為“超聲超聲”，低于，低于 20 Hz的聲音稱的聲音稱為為“次聲次聲”。 不論聲壓級(jí)高低，人對(duì)不論聲壓級(jí)高低，人對(duì) 35 kHz頻率的聲音最敏感。頻率的聲音最敏感。 人類聽覺的掩蔽效應(yīng)：在人類聽覺系統(tǒng)中的另一個(gè)現(xiàn)人類聽覺的掩蔽效應(yīng)：在人類聽覺系統(tǒng)中的另一個(gè)現(xiàn)象

7、是一個(gè)聲音的存在會(huì)影響人們對(duì)其他聲音的聽覺能象是一個(gè)聲音的存在會(huì)影響人們對(duì)其他聲音的聽覺能力，使一個(gè)聲音在聽覺上掩蔽了另一個(gè)聲音，即所謂力，使一個(gè)聲音在聽覺上掩蔽了另一個(gè)聲音，即所謂的的“掩蔽效應(yīng)掩蔽效應(yīng)”。通信、電聲系統(tǒng)常利用該特性。通信、電聲系統(tǒng)常利用該特性。8聽覺特性與音頻信號(hào)聽覺特性與音頻信號(hào) 音頻信號(hào)特性音頻信號(hào)特性 電話通信中每一話路的頻帶一般限制在電話通信中每一話路的頻帶一般限制在 300 Hz 3.4 kHz即可將語聲信號(hào)中的大部分能量發(fā)送出去，即可將語聲信號(hào)中的大部分能量發(fā)送出去，同時(shí)保持一定的可懂度和聲色的平衡。同時(shí)保持一定的可懂度和聲色的平衡。 與人的發(fā)聲器官相比，各種樂

8、器發(fā)聲的頻譜范圍則與人的發(fā)聲器官相比，各種樂器發(fā)聲的頻譜范圍則要寬得多，從完美傳送和記錄音樂的角度，電聲設(shè)要寬得多，從完美傳送和記錄音樂的角度，電聲設(shè)備的頻帶下限一般要到備的頻帶下限一般要到 1620 Hz以上。以上。 實(shí)際聲音信號(hào)的強(qiáng)度在一個(gè)范圍內(nèi)隨時(shí)發(fā)生著改變，實(shí)際聲音信號(hào)的強(qiáng)度在一個(gè)范圍內(nèi)隨時(shí)發(fā)生著改變，其最大聲強(qiáng)與最小聲之差稱為聲音信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，其最大聲強(qiáng)與最小聲之差稱為聲音信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，用分貝表示。用分貝表示。 一般語音信號(hào)約有一般語音信號(hào)約有2040dB, 交響樂、戲劇等聲音交響樂、戲劇等聲音信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍60-80dB,甚至超過甚至超過100dB。92:視頻信息

9、視頻信息 視頻信息即活動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的圖像信息，它由視頻信息即活動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的圖像信息，它由一系列周期呈現(xiàn)的畫面所組成，每幅畫面一系列周期呈現(xiàn)的畫面所組成，每幅畫面稱為一幀，幀是構(gòu)成視頻信息的最基本單稱為一幀，幀是構(gòu)成視頻信息的最基本單元。視頻信息在現(xiàn)代通信系統(tǒng)所傳輸?shù)男旁?。視頻信息在現(xiàn)代通信系統(tǒng)所傳輸?shù)男畔⒅姓加兄匾牡匚唬驗(yàn)槿祟惤邮艿男畔⒅姓加兄匾牡匚?，因?yàn)槿祟惤邮艿男畔⒓s有息約有70來自視覺，所以視頻信息具有來自視覺，所以視頻信息具有準(zhǔn)確、直觀、具體生動(dòng)、高效、應(yīng)用廣泛、準(zhǔn)確、直觀、具體生動(dòng)、高效、應(yīng)用廣泛、信息容量大等特點(diǎn)。信息容量大等特點(diǎn)。10視頻技術(shù)基礎(chǔ)視頻技術(shù)基礎(chǔ) 視頻技術(shù)是利用光電和

10、電光轉(zhuǎn)換原理，將視頻技術(shù)是利用光電和電光轉(zhuǎn)換原理，將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行記錄或遠(yuǎn)距離光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行記錄或遠(yuǎn)距離傳輸，然后還原為光圖像的一門技術(shù)。傳輸，然后還原為光圖像的一門技術(shù)。 視頻信號(hào)與圖像掃描：視頻技術(shù)中實(shí)現(xiàn)光學(xué)圖視頻信號(hào)與圖像掃描：視頻技術(shù)中實(shí)現(xiàn)光學(xué)圖像到視頻圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換的過程通常是在攝像機(jī)像到視頻圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換的過程通常是在攝像機(jī)中完成的。中完成的。 彩色電視系統(tǒng)：按照三基色的原理設(shè)計(jì)和工作彩色電視系統(tǒng)：按照三基色的原理設(shè)計(jì)和工作的。的。 在彩色電視中由三種基色在彩色電視中由三種基色R,G,B構(gòu)成亮度信號(hào)構(gòu)成亮度信號(hào)Y的比例關(guān)系：的比例關(guān)系： Y=0.299R+0587G

11、+0.114B 電視系統(tǒng)的亮度方程電視系統(tǒng)的亮度方程11視頻技術(shù)基礎(chǔ).至于二個(gè)色差信號(hào)，則是分別傳送至于二個(gè)色差信號(hào)，則是分別傳送紅基色分量紅基色分量和和藍(lán)基色分藍(lán)基色分量量與與亮度分量亮度分量的差值信號(hào)，即的差值信號(hào)，即U和和V12()()UK BYVKRY12視頻信號(hào)頻譜特點(diǎn)視頻信號(hào)頻譜特點(diǎn) 電視系統(tǒng)是通過行、場掃描來完成圖像的分解與合成的盡管圖像電視系統(tǒng)是通過行、場掃描來完成圖像的分解與合成的盡管圖像內(nèi)容是隨機(jī)的，但視頻信號(hào)仍具有行、場或幀的準(zhǔn)周期特性。通過內(nèi)容是隨機(jī)的，但視頻信號(hào)仍具有行、場或幀的準(zhǔn)周期特性。通過對(duì)靜止圖像電視信號(hào)進(jìn)行頻譜分析?？伤怯尚蓄l、場頻的基波及對(duì)靜止圖像電視信

12、號(hào)進(jìn)行頻譜分析。可它是由行頻、場頻的基波及其各次諧波組成的，其能量以幀頻為間隔對(duì)稱地分布在行頻各次諧其各次諧波組成的，其能量以幀頻為間隔對(duì)稱地分布在行頻各次諧波的兩側(cè)。而對(duì)活動(dòng)圖像的電視信號(hào)，其頻譜分布為以行頻及其個(gè)波的兩側(cè)。而對(duì)活動(dòng)圖像的電視信號(hào)，其頻譜分布為以行頻及其個(gè)次諧波為中心的一簇簇連續(xù)的梳狀譜。次諧波為中心的一簇簇連續(xù)的梳狀譜。對(duì)于實(shí)際的視頻信號(hào)，諧波的次數(shù)越高，其相對(duì)于的基波振幅的衰對(duì)于實(shí)際的視頻信號(hào)，諧波的次數(shù)越高，其相對(duì)于的基波振幅的衰減越大。減越大。在整個(gè)視頻信號(hào)的頻帶中，沒有能量的區(qū)域遠(yuǎn)大于有能量的區(qū)域。在整個(gè)視頻信號(hào)的頻帶中，沒有能量的區(qū)域遠(yuǎn)大于有能量的區(qū)域。根據(jù)這一性

13、質(zhì)，模擬彩色電視系統(tǒng)利用頻譜交錯(cuò)原理將亮度信號(hào)和根據(jù)這一性質(zhì)，模擬彩色電視系統(tǒng)利用頻譜交錯(cuò)原理將亮度信號(hào)和色差信號(hào)進(jìn)行半行頻或色差信號(hào)進(jìn)行半行頻或1/4行頻間置，完成彩色電視中亮度信號(hào)和色行頻間置，完成彩色電視中亮度信號(hào)和色度信號(hào)的同頻帶傳輸。度信號(hào)的同頻帶傳輸。13視音頻信息數(shù)字化視音頻信息數(shù)字化 視音頻信息數(shù)字化視音頻信息數(shù)字化 音頻信息時(shí)間上的離散化和圖像信息空間位音頻信息時(shí)間上的離散化和圖像信息空間位置的離散化；置的離散化； 音頻信息電平值和圖像灰度電平值的離散化。音頻信息電平值和圖像灰度電平值的離散化。14視音頻壓縮編碼視音頻壓縮編碼未壓縮信源的大致比特率 15數(shù)據(jù)的冗余性數(shù)據(jù)的冗余

14、性 數(shù)據(jù)之所以能夠壓縮是基本原始信源的數(shù)據(jù)存在著很大的冗余度。數(shù)據(jù)中存數(shù)據(jù)之所以能夠壓縮是基本原始信源的數(shù)據(jù)存在著很大的冗余度。數(shù)據(jù)中存在以下種類的數(shù)據(jù)冗余。在以下種類的數(shù)據(jù)冗余。 空間冗余空間冗余 這是圖像數(shù)據(jù)中經(jīng)常存在的一種冗余。在同一幅圖像中，規(guī)則物體和規(guī)則背景這是圖像數(shù)據(jù)中經(jīng)常存在的一種冗余。在同一幅圖像中，規(guī)則物體和規(guī)則背景（所謂規(guī)則是指表面顏色分布是有序的而不是完全雜亂無章的）的表面物理特征（所謂規(guī)則是指表面顏色分布是有序的而不是完全雜亂無章的）的表面物理特征具有相關(guān)性，這些相關(guān)性的光成像結(jié)構(gòu)在數(shù)字化圖像中就表現(xiàn)為數(shù)據(jù)冗余。具有相關(guān)性，這些相關(guān)性的光成像結(jié)構(gòu)在數(shù)字化圖像中就表現(xiàn)為數(shù)

15、據(jù)冗余。 時(shí)間冗余時(shí)間冗余 這是序列圖像（電視圖像、動(dòng)畫）和言語數(shù)據(jù)中所經(jīng)常包含的冗余。圖像序列中這是序列圖像（電視圖像、動(dòng)畫）和言語數(shù)據(jù)中所經(jīng)常包含的冗余。圖像序列中的兩幅相鄰的圖像，后一幅圖像與前一幅圖像之間有較大的相關(guān)性，這反映為時(shí)的兩幅相鄰的圖像，后一幅圖像與前一幅圖像之間有較大的相關(guān)性，這反映為時(shí)間冗余。同理，在言語中，由于人在說話時(shí)發(fā)音的音頻是一連續(xù)的漸變過程，而間冗余。同理，在言語中，由于人在說話時(shí)發(fā)音的音頻是一連續(xù)的漸變過程，而不是一個(gè)完全在時(shí)間上獨(dú)立的過程，因而存在時(shí)間冗余。不是一個(gè)完全在時(shí)間上獨(dú)立的過程，因而存在時(shí)間冗余。 信息熵冗余信息熵冗余 16數(shù)據(jù)的冗余性數(shù)據(jù)的冗余性

16、知識(shí)冗余知識(shí)冗余 有許多圖像的理解與某些基礎(chǔ)知識(shí)有相當(dāng)大的相關(guān)性。例如，人臉的圖有許多圖像的理解與某些基礎(chǔ)知識(shí)有相當(dāng)大的相關(guān)性。例如，人臉的圖像有固定的結(jié)構(gòu)，嘴的上方有鼻子，鼻子的上方有眼睛，鼻子位于正面像有固定的結(jié)構(gòu)，嘴的上方有鼻子，鼻子的上方有眼睛，鼻子位于正面圖像的中線上等等。這類規(guī)律性的結(jié)構(gòu)可由先驗(yàn)知識(shí)和背景知識(shí)得到，圖像的中線上等等。這類規(guī)律性的結(jié)構(gòu)可由先驗(yàn)知識(shí)和背景知識(shí)得到，我們稱此類冗余為知識(shí)冗余。我們稱此類冗余為知識(shí)冗余。 認(rèn)知（視覺聽覺）冗余認(rèn)知（視覺聽覺）冗余 人類視覺系統(tǒng)對(duì)于圖像場的任何變化，并不是都能感知的。例如，對(duì)于人類視覺系統(tǒng)對(duì)于圖像場的任何變化，并不是都能感知的。

17、例如，對(duì)于圖像的編碼和解碼處理時(shí)，由于壓縮或量化截?cái)嘁肓嗽肼暥箞D像發(fā)圖像的編碼和解碼處理時(shí)，由于壓縮或量化截?cái)嘁肓嗽肼暥箞D像發(fā)生了一些變化，如果這些變化不能為視覺所感知，則仍認(rèn)為圖像足夠好。生了一些變化，如果這些變化不能為視覺所感知，則仍認(rèn)為圖像足夠好。事實(shí)上人類視覺系統(tǒng)一般的分辨能力約為事實(shí)上人類視覺系統(tǒng)一般的分辨能力約為2626灰度等級(jí)，而一般圖像量化灰度等級(jí)，而一般圖像量化采用采用2828灰度等級(jí)，這類冗余我們稱為視覺冗余。對(duì)于聽覺，也存在類似灰度等級(jí)，這類冗余我們稱為視覺冗余。對(duì)于聽覺，也存在類似的冗余。的冗余。17數(shù)據(jù)的冗余性數(shù)據(jù)的冗余性結(jié)構(gòu)冗余結(jié)構(gòu)冗余 有些圖像從大的區(qū)域上

18、看存在著非常強(qiáng)的紋理結(jié)構(gòu)，例如布紋圖像和有些圖像從大的區(qū)域上看存在著非常強(qiáng)的紋理結(jié)構(gòu)，例如布紋圖像和草席圖像，我們說它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上存在冗余。草席圖像，我們說它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上存在冗余。 其他冗余其他冗余 例如由圖像的空間非定常特性所帶來的冗余。例如由圖像的空間非定常特性所帶來的冗余。 數(shù)據(jù)壓縮就是去掉信號(hào)數(shù)據(jù)的冗余性。數(shù)據(jù)壓縮常常又稱為數(shù)據(jù)信源數(shù)據(jù)壓縮就是去掉信號(hào)數(shù)據(jù)的冗余性。數(shù)據(jù)壓縮常常又稱為數(shù)據(jù)信源編碼，或簡稱為數(shù)據(jù)編碼。與此對(duì)應(yīng)，數(shù)據(jù)壓縮的逆過程稱為數(shù)據(jù)解編碼，或簡稱為數(shù)據(jù)編碼。與此對(duì)應(yīng)，數(shù)據(jù)壓縮的逆過程稱為數(shù)據(jù)解壓縮，也稱為數(shù)據(jù)信源解碼，或簡稱為數(shù)據(jù)解碼。壓縮，也稱為數(shù)據(jù)信源解碼，或簡稱為數(shù)據(jù)

19、解碼。18常用壓縮編碼方法分類19視頻壓縮編碼視頻壓縮編碼 長期以來，為了更好地傳輸圖像信號(hào)，圖像長期以來，為了更好地傳輸圖像信號(hào)，圖像壓縮編碼技術(shù)一直在不斷地發(fā)展。到目前為止，壓縮編碼技術(shù)一直在不斷地發(fā)展。到目前為止，已經(jīng)發(fā)展了第一代基于像素的圖像編碼技術(shù)、第已經(jīng)發(fā)展了第一代基于像素的圖像編碼技術(shù)、第二代基于圖像內(nèi)容及人類視覺系統(tǒng)特征的圖像編二代基于圖像內(nèi)容及人類視覺系統(tǒng)特征的圖像編碼技術(shù)。碼技術(shù)。20視頻壓縮編碼第一代圖象編碼技術(shù)的實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡單，其編碼實(shí)體是像素或像素塊第一代圖象編碼技術(shù)的實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡單，其編碼實(shí)體是像素或像素塊（8*8或或16*16），它們具有以下的共同特點(diǎn)：），它們具有以

20、下的共同特點(diǎn)： 把圖像分解成一些事先確定的固定大小的像素塊，其塊的劃分方法與圖像把圖像分解成一些事先確定的固定大小的像素塊，其塊的劃分方法與圖像內(nèi)容無關(guān)；內(nèi)容無關(guān)； 接收端獲得的圖像中每一像素，與原始圖像中相對(duì)應(yīng)的像素是相似的；接收端獲得的圖像中每一像素，與原始圖像中相對(duì)應(yīng)的像素是相似的； 利用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)減小時(shí)間冗余度，但不考慮圖像內(nèi)容的結(jié)構(gòu)，幾乎不考利用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)減小時(shí)間冗余度，但不考慮圖像內(nèi)容的結(jié)構(gòu)，幾乎不考慮人眼的視覺特性。慮人眼的視覺特性。 目前，采用這類編碼方法的主要技術(shù)有：目前，采用這類編碼方法的主要技術(shù)有： 無失真壓縮編碼：哈夫曼編碼、算術(shù)編碼、游程編碼等。無失真壓縮編碼：哈

21、夫曼編碼、算術(shù)編碼、游程編碼等。 有失真壓縮編碼：預(yù)測編碼：有失真壓縮編碼：預(yù)測編碼：DPCM、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償；頻率域方法：正交變換、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償；頻率域方法：正交變換編碼（編碼（DCT），子帶編碼；空間域方法：統(tǒng)計(jì)分塊法；基于重要性：濾波、），子帶編碼；空間域方法：統(tǒng)計(jì)分塊法；基于重要性：濾波、子抽樣、比特分配、矢量量化。子抽樣、比特分配、矢量量化。 21視頻壓縮編碼視頻壓縮編碼隨著編碼技術(shù)研究的逐步深入，人們發(fā)現(xiàn)第一代方法用于極低比特隨著編碼技術(shù)研究的逐步深入，人們發(fā)現(xiàn)第一代方法用于極低比特率的視頻編碼時(shí)有著較嚴(yán)重的局限性，幾乎已達(dá)到壓縮的飽和狀態(tài)。率的視頻編碼時(shí)有著較嚴(yán)重的局限性，幾乎已達(dá)到壓縮的

22、飽和狀態(tài)。1985年，正式提出第二代圖像編碼技術(shù)。年，正式提出第二代圖像編碼技術(shù)。第一代編碼方法的著重點(diǎn)在于第一代編碼方法的著重點(diǎn)在于“如何給一個(gè)基于一定分割方式得到的如何給一個(gè)基于一定分割方式得到的圖像消息序列分配合適的碼字圖像消息序列分配合適的碼字”。第二代圖像方法的著重點(diǎn)則在于第二代圖像方法的著重點(diǎn)則在于“按照怎樣的方式獲得圖像消息序按照怎樣的方式獲得圖像消息序列列”，也就是說在第二代圖像編碼方法中，按圖像的內(nèi)容分割圖像生，也就是說在第二代圖像編碼方法中，按圖像的內(nèi)容分割圖像生成消息序列，同時(shí)還結(jié)合了人眼的視覺特性。成消息序列，同時(shí)還結(jié)合了人眼的視覺特性。第二代編碼方法主要有：模型基圖像

23、序列編碼；分析圖像序列編碼第二代編碼方法主要有：模型基圖像序列編碼；分析圖像序列編碼基；小波變換編碼。基；小波變換編碼。 22無失真壓縮編碼無失真壓縮編碼 Huffman編碼編碼 將符號(hào)按出現(xiàn)的概率排序，概率大的在后，概將符號(hào)按出現(xiàn)的概率排序，概率大的在后，概率小的在前。給最后的兩個(gè)符號(hào)各賦予一個(gè)二率小的在前。給最后的兩個(gè)符號(hào)各賦予一個(gè)二進(jìn)碼，概率大的賦進(jìn)碼，概率大的賦1，概率小的賦，概率小的賦0（反之也（反之也可）。可）。 把最后兩個(gè)符號(hào)的概率加起來合成一個(gè)概率，把最后兩個(gè)符號(hào)的概率加起來合成一個(gè)概率，再按大小重新排序。重新排序后重復(fù)步驟一的再按大小重新排序。重新排序后重復(fù)步驟一的編碼過程。

24、編碼過程。 重復(fù)第二步，直到最后只剩下兩個(gè)概率為止。重復(fù)第二步，直到最后只剩下兩個(gè)概率為止。 將每個(gè)符號(hào)所對(duì)應(yīng)的各分支賦予的將每個(gè)符號(hào)所對(duì)應(yīng)的各分支賦予的0，1值反向值反向逆序排出，即得到各符號(hào)的編碼。逆序排出，即得到各符號(hào)的編碼。23無失真壓縮編碼無失真壓縮編碼Huffman示意圖碼長2233344碼字1 11 00 1 10 1 00 0 10 0 0 10 0 0 0符號(hào)a1a2a3a4a5a6a7概率0.2 0.190.180.170.150.100.0101000101101124無失真壓縮編碼無失真壓縮編碼 算術(shù)編碼算術(shù)編碼 算術(shù)編碼是另一種利用信源概率分布特性、算術(shù)編碼是另一種利

25、用信源概率分布特性、能夠趨近熵極限的編碼方法。能夠趨近熵極限的編碼方法。 它也是對(duì)出現(xiàn)概率大的符號(hào)采用短碼，對(duì)出它也是對(duì)出現(xiàn)概率大的符號(hào)采用短碼，對(duì)出現(xiàn)概率小的符號(hào)采用長碼?，F(xiàn)概率小的符號(hào)采用長碼。 算術(shù)碼與算術(shù)碼與Huffman碼不同，對(duì)各符號(hào)的編碼碼不同，對(duì)各符號(hào)的編碼輸出并不是固定的整數(shù)碼。輸出并不是固定的整數(shù)碼。 在信源概率分布比較均勻的情況下，其編碼在信源概率分布比較均勻的情況下，其編碼效率高于效率高于Huffman編碼編碼25無失真壓縮編碼無失真壓縮編碼 算術(shù)編碼算術(shù)編碼 算術(shù)編碼的基本原理是將編碼的消息表示成算術(shù)編碼的基本原理是將編碼的消息表示成實(shí)數(shù)實(shí)數(shù)0和和1之間的一個(gè)間隔（之

26、間的一個(gè)間隔（Interval），消息），消息越長，編碼表示它的間隔就越小，表示這一越長，編碼表示它的間隔就越小，表示這一間隔所需的二進(jìn)制位就越多。間隔所需的二進(jìn)制位就越多。 算術(shù)編碼用到兩個(gè)基本的參數(shù)：算術(shù)編碼用到兩個(gè)基本的參數(shù)：符號(hào)的概率符號(hào)的概率和它的和它的編碼間隔編碼間隔。信源符號(hào)的概率決定壓縮。信源符號(hào)的概率決定壓縮編碼的效率，也決定編碼過程中信源符號(hào)的編碼的效率，也決定編碼過程中信源符號(hào)的間隔，而這些間隔包含在間隔，而這些間隔包含在0到到1之間。編碼過之間。編碼過程中的間隔決定了符號(hào)壓縮后的輸出。程中的間隔決定了符號(hào)壓縮后的輸出。 26無失真壓縮編碼無失真壓縮編碼 給定事件序列的算

27、術(shù)編碼步驟如下：給定事件序列的算術(shù)編碼步驟如下： 編碼器在開始時(shí)將編碼器在開始時(shí)將“當(dāng)前間隔當(dāng)前間隔” L， H) 設(shè)置為設(shè)置為0，1)。 對(duì)每一事件，編碼器按步驟（對(duì)每一事件，編碼器按步驟（a）和（）和（b）進(jìn)行處理）進(jìn)行處理 （a）編碼器將）編碼器將“當(dāng)前間隔當(dāng)前間隔”分為子間隔，每一個(gè)事件一個(gè)。分為子間隔，每一個(gè)事件一個(gè)。 （b）一個(gè)子間隔的大小與下一個(gè)將出現(xiàn)的事件的概率成）一個(gè)子間隔的大小與下一個(gè)將出現(xiàn)的事件的概率成比例，編碼器選擇子間隔對(duì)應(yīng)于下一個(gè)確切發(fā)生的事比例，編碼器選擇子間隔對(duì)應(yīng)于下一個(gè)確切發(fā)生的事件相對(duì)應(yīng)，并使它成為新的件相對(duì)應(yīng)，并使它成為新的“當(dāng)前間隔當(dāng)前間隔”。 最后輸出

28、的最后輸出的“當(dāng)前間隔當(dāng)前間隔”的的下邊界下邊界就是該給定事件序列就是該給定事件序列的算術(shù)編碼的算術(shù)編碼27無失真壓縮編碼無失真壓縮編碼 假設(shè)信源符號(hào)為假設(shè)信源符號(hào)為A， B， C， D，這些符號(hào)的，這些符號(hào)的概率分別為概率分別為 0.1， 0.4， 0.2，0.3 根據(jù)這些概率可把間隔根據(jù)這些概率可把間隔0， 1分成分成4個(gè)子間隔：個(gè)子間隔：0， 0.1， 0.1， 0.5， 0.5， 0.7， 0.7， 1，其中，其中x，y表示半開放間隔，即包表示半開放間隔，即包含含x不包含不包含y。 上面的信息可綜合在下表中上面的信息可綜合在下表中 28無失真壓縮編碼無失真壓縮編碼如果二進(jìn)制消息序列的輸

29、入為：如果二進(jìn)制消息序列的輸入為：C A D A C D B。 編碼時(shí)首先輸入的符號(hào)是編碼時(shí)首先輸入的符號(hào)是C，找到它的編碼范圍，找到它的編碼范圍是是0.5，0.7。 由于消息中第二個(gè)符號(hào)由于消息中第二個(gè)符號(hào)A的編碼范圍是的編碼范圍是0， 0.1，因此它的間隔就取因此它的間隔就取0.5， 0.7的第一個(gè)十分之一作的第一個(gè)十分之一作為新間隔為新間隔0.5，0.52。 依此類推，編碼第依此類推，編碼第3個(gè)符號(hào)個(gè)符號(hào)D時(shí)取新間隔為時(shí)取新間隔為0.514， 0.52， 編碼第編碼第4個(gè)符號(hào)個(gè)符號(hào)A時(shí)，取新間隔為時(shí)，取新間隔為0.514， 0.5146 消息的編碼輸出可以是最后一個(gè)間隔中的任意數(shù)消息的編

30、碼輸出可以是最后一個(gè)間隔中的任意數(shù)29無失真壓縮編碼無失真壓縮編碼整個(gè)編碼過程整個(gè)編碼過程30無失真壓縮編碼無失真壓縮編碼31無失真壓縮編碼無失真壓縮編碼 游程編碼游程編碼 一般地，典型二值圖像在每一掃描行上，總是由一般地，典型二值圖像在每一掃描行上，總是由若干段連著的白象若干段連著的白象素素和和連著的黑象素組成連著的黑象素組成。我們分別稱其為。我們分別稱其為白長白長和和黑長黑長。 白長和黑長總是交替出現(xiàn)。白長和黑長總是交替出現(xiàn)。 對(duì)不同長度的白長和黑長按對(duì)不同長度的白長和黑長按其不同的出現(xiàn)概率分配以不同長度的碼其不同的出現(xiàn)概率分配以不同長度的碼字字，就是，就是游程長度編碼游程長度編碼。 游程

31、長度編碼有兩種方式。游程長度編碼有兩種方式。 一種是不區(qū)分黑長和白長，只根據(jù)長度進(jìn)行編碼。由于實(shí)際圖像中，一種是不區(qū)分黑長和白長，只根據(jù)長度進(jìn)行編碼。由于實(shí)際圖像中，白長和黑長的概率分布是很不相同的，因此這種編碼方法不是很有效。白長和黑長的概率分布是很不相同的，因此這種編碼方法不是很有效。 在考慮概率分布的情形下討論在對(duì)黑長和白長分別進(jìn)行編碼在考慮概率分布的情形下討論在對(duì)黑長和白長分別進(jìn)行編碼32有失真編碼有失真編碼-正交變換編碼正交變換編碼正交變換也是線性變換，由線性代數(shù)知識(shí)可知，它是保持歐幾里得空間正交變換也是線性變換，由線性代數(shù)知識(shí)可知，它是保持歐幾里得空間長度不變得一個(gè)空間旋轉(zhuǎn)變換。下

32、面我們看信號(hào)經(jīng)過正交變換后為何可長度不變得一個(gè)空間旋轉(zhuǎn)變換。下面我們看信號(hào)經(jīng)過正交變換后為何可以得到數(shù)據(jù)壓縮的效果。以得到數(shù)據(jù)壓縮的效果。一個(gè)信號(hào)若是由一個(gè)信號(hào)若是由n個(gè)樣點(diǎn)組成，即在一維空間內(nèi)由個(gè)樣點(diǎn)組成，即在一維空間內(nèi)由n個(gè)值，但也可以看作個(gè)值，但也可以看作是是n維空間的一個(gè)點(diǎn)（或一個(gè)維空間的一個(gè)點(diǎn)（或一個(gè)n維矢量）。維矢量）。圖像可以利用空間矢量表示，即矩陣表示。圖像可以利用空間矢量表示，即矩陣表示。對(duì)矩陣對(duì)變換，可以降低相關(guān)性。對(duì)矩陣對(duì)變換，可以降低相關(guān)性。統(tǒng)計(jì)相關(guān)與統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的概念是統(tǒng)計(jì)相關(guān)與統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的概念是:如果一個(gè)隨機(jī)變量值增加（或減?。┝砣绻粋€(gè)隨機(jī)變量值增加（或減?。┝硪粋€(gè)也統(tǒng)

33、計(jì)地增加（或減小），則稱這兩個(gè)變量統(tǒng)計(jì)相關(guān)，否則，稱為一個(gè)也統(tǒng)計(jì)地增加（或減?。瑒t稱這兩個(gè)變量統(tǒng)計(jì)相關(guān)，否則，稱為統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。幾種典型的正交變換：幾種典型的正交變換： 卡南卡南-洛伊夫（洛伊夫（K-L變換）；變換）； 離散余弦變換（離散余弦變換（DCT變換）。變換）。33有失真編碼有失真編碼-正交變換編碼正交變換編碼x1x2x1x2y2y134音頻壓縮編碼技術(shù)音頻壓縮編碼技術(shù) 波形編碼波形編碼 波形編碼是在信號(hào)采樣和量化過程中考慮到人的波形編碼是在信號(hào)采樣和量化過程中考慮到人的聽覺特性，使編碼信號(hào)盡可能與原輸入信號(hào)匹配，聽覺特性，使編碼信號(hào)盡可能與原輸入信號(hào)匹配，又能適應(yīng)人的應(yīng)用要求

34、，又能適應(yīng)人的應(yīng)用要求， 常用編碼算法：常用編碼算法：PCM、差值脈沖編碼調(diào)制、差值脈沖編碼調(diào)制(DPCM)、自適應(yīng)差值脈沖編碼調(diào)制（、自適應(yīng)差值脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）等等預(yù)測編碼算法預(yù)測編碼算法，以及自適應(yīng)變換編碼（，以及自適應(yīng)變換編碼（ATC）、）、子帶編碼子帶編碼(SBC)等。等。 波形編碼的特點(diǎn)是在高碼率條件下可獲得高質(zhì)量波形編碼的特點(diǎn)是在高碼率條件下可獲得高質(zhì)量的音頻信號(hào)，適于高保真度語音和音樂信號(hào)的壓的音頻信號(hào)，適于高保真度語音和音樂信號(hào)的壓縮技術(shù)?？s技術(shù)。 35波形編碼波形編碼 均勻量化均勻量化 量化信噪比隨信號(hào)電平的減小而下降。量化信噪比隨信號(hào)電平的減小而下降。 產(chǎn)生這一現(xiàn)

35、象的原因是均勻量化的量化間隔產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是均勻量化的量化間隔為固定值量為固定值量化電平分布均勻，因而無論信號(hào)大小如何，量化噪聲功率化電平分布均勻，因而無論信號(hào)大小如何，量化噪聲功率固定不變，這樣，小信號(hào)時(shí)的量化信噪比就難以達(dá)到給定固定不變，這樣，小信號(hào)時(shí)的量化信噪比就難以達(dá)到給定的要求。均勻量化時(shí)輸入信號(hào)的要求。均勻量化時(shí)輸入信號(hào) 的動(dòng)態(tài)范圍將受到較大的限制。的動(dòng)態(tài)范圍將受到較大的限制。 非均勻量化非均勻量化 對(duì)數(shù)量化器對(duì)數(shù)量化器 在出現(xiàn)頻率高的低幅度語音信號(hào)處，運(yùn)用小的量化間隔，在出現(xiàn)頻率高的低幅度語音信號(hào)處，運(yùn)用小的量化間隔，而在不經(jīng)常出現(xiàn)的高幅度語音信號(hào)處，而在不經(jīng)常出現(xiàn)的高幅度語

36、音信號(hào)處， 運(yùn)用大的量化間運(yùn)用大的量化間隔。隔。 36脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制PCM1/21/41/81/161/321/641/1288/87/86/85/84/83/82/81/816等份16等份1/128的16等份=1/20480,1/128區(qū)間內(nèi)的最小間隔為1/2048第8段第7段第6段A律律13折線折線2048102451237脈沖編碼調(diào)制PCM段落均勻量化級(jí)數(shù)段落起點(diǎn)電平38脈沖編碼調(diào)制PCM3bit8段段落碼4bit16等份段內(nèi)碼1bit極性碼39脈沖編碼調(diào)制PCM +628= 512 + 323 + 20 -1260= 1024 + 643 + 44 -1026= 1024 + 640 + 21100011編碼誤差0011編碼誤差111100153000040音頻壓縮編碼技術(shù)音頻壓縮編碼技術(shù)參數(shù)編碼參數(shù)編碼 參數(shù)編碼是將音頻信號(hào)以某種模型表示，再抽出合適的模型參數(shù)和參參數(shù)編碼是將音頻信號(hào)以某種模型表示，再抽出合適的模型參數(shù)和參考激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行編碼；聲音重放時(shí)，再根據(jù)這些參數(shù)重建即可，這就考激勵(lì)信