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    數字視頻處理技術的發展

    隨著計算機技術和網絡技術的發展,信息高速公路的建設,以及多媒體的推廣應用,各種視頻資料源源不斷地產生,隨之建立起了越來越多的視頻數據庫,出現了數字圖書館數字博物館、數字電視、視頻點播、遠程教育、遠程醫療等許多新的服務形式和信息交流手段。

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    視頻技術是多媒體應用的核心技術,數字視頻由于數據量可壓縮的信息量最多,壓縮處理后的視頻質量決定了多媒體服務質量的好壞。視頻壓縮編碼技術已制定了一些國際標準,如ITU-T H.261,H,263,及ISO/IEC的MPEG-1和MPEG-2,覆蓋了很大的視頻速率范圍和應用領域,支持不同速率、不同的圖像質量要求等條件的視頻業務,能夠滿足包括電視會議、視頻電子郵件、可視電話、廣播級視頻應用等不同要求的服務。隨著視頻應用需求的不斷發展,視頻壓縮技術也有了很大的提高,新出現的壓縮標準有了更高的壓縮效率(在相同的圖像質量下需要更低的傳送碼率或在相同的傳輸速率下提供質量更好的圖像),同時支持不同的傳輸速率以適應不同的傳送網絡。

    在目前已經大量應用的壓縮標準中,MPEG-1和MPEG-2是面向廣播級或準廣播級應用的。MPEG-1標準主要是為了視頻存儲媒體如VCD而制定,該標準能夠適應變碼流的處理,其主要目的是在1 ~1.5 Mbit/s的情況下,提供30幀CIF(352x288) VHS質量的圖像。MPEG-1的實時編碼通常需要硬件才能完成,解碼可以用軟件來完成。MPEG-1不能提供分級圖像編碼,也不能在丟包率高的情況下應用。

    MPEG-2標準擴展了MPEG-1標準,能夠支持高分辨率圖像和聲音。目標碼率是在3~15Mbit/s傳輸速率條件下提供廣播級的圖像,而且能夠提供SNR、時間、空間三種分級 編碼。該標準應用于衛星廣播時,在當前的一個模擬信道中,不犧牲質量的情況下能提供五路數字的編碼節目。

    H.261與H.263標準主要面向于低碼率的視頻應用,如可視電話和會議電視。H.261是最早出現的視頻編碼標準,它的輸出碼率是64 kbi/s的倍數。H.261 主要是為了ISDN的會議電視和可視電話的應用,它所需要的計算量能夠顯著下降。這種算法通過均衡圖像質量和運動來優化帶寬,所以圖像快速運動時質量會下降。H.261的輸出速率是恒定的,而圖像質量非恒定。

    H.263是為了支持低速率的通信而制定的標準,但希望能夠適應較大的動態范圍,而不僅限于低碼率,而且能取代H.261。H.263能適應誤碼率高的信道,具備容錯的能力。

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    由于公用電話網和無線網絡上的傳輸速率仍然很有限,而且誤碼率高,上述標準不能滿足高壓縮率和強信道容錯能力的應用要求。新的壓縮標準應運而生,,如H263+和MPEG-4標準。

    H263 +以及后來的H263++,H26L能很好地解決低碼率視頻應用問題,在提高編碼壓縮效率的同時,提高碼流對高誤碼率信道的容錯能力,方便靈活,且能夠兼容本標準的以前版本,由于實現成本較低,H263 +標準已經越來越多地被采用。

    MPEG-4標準是目前壓縮標準的主流,既能夠支持碼率低于64kbit/s的視頻應用,也能夠支持廣播級的視頻應用。與其他壓縮標準相比,MPEG-4標準在DCT的基礎上引入子圖像模型的概念,從而具有更高的壓縮效率。

    發展中的視頻處理技術領域在不斷擴大,未來的研究主要集中在以下幾個方面:

    ①對視頻流中預期目標的實時檢測。
    ②對數字視頻中特定感興趣特征的檢索。
    ③將場景視頻流中的自然人與人工制作的物體合成。
    ④視頻數據庫管理中的摘要生成。
    ⑤將視頻流分割成有代表性的鏡頭。

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