探究視頻編解碼技術(shù)

王小巖

（南京熊貓電子科技發(fā)展有限公司，南京 210000）

0 引言

如今，人們正處于網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)為人們帶來(lái)了前所未有的便利，其發(fā)展很大程度上決定了社會(huì)的發(fā)展。一直以來(lái)，人們由于工作、生活等原因，無(wú)法時(shí)刻陪伴在親人身邊，因此，對(duì)圖像、視頻技術(shù)發(fā)展的期望值極高。但是在研究過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到一些問(wèn)題，如視頻中卡頓、漏洞等。只有從根本上解決問(wèn)題，才能使視頻編解碼技術(shù)更上一層樓，為人們提供更加便利的條件。

1 視頻編解碼技術(shù)的原理

編碼與解碼均是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)譯過(guò)程，編碼是將一組字符轉(zhuǎn)變成一個(gè)字節(jié)序列，轉(zhuǎn)碼是由一個(gè)編碼字節(jié)序列轉(zhuǎn)換成一組字符，二者是相反的。視頻是由圖像構(gòu)成，要想對(duì)視頻進(jìn)行編解碼操作，就必須從圖像開(kāi)始，圖像之間有著關(guān)聯(lián)性的特點(diǎn)，但是信道資源是十分有限的，工作人員必須在保證圖像清晰的同時(shí)盡量占用較少的信道資源。解決此問(wèn)題的方式便是將其進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，壓縮作為視頻編解碼技術(shù)的一項(xiàng)，被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。

實(shí)現(xiàn)視頻編解碼的前提是將其數(shù)字化，而后再壓縮，壓縮主要由數(shù)據(jù)冗余和視覺(jué)冗余兩個(gè)基本內(nèi)容構(gòu)成，前者是將相同的數(shù)據(jù)放入不同的文件中，以防數(shù)據(jù)丟失。另外，它可以加快計(jì)算機(jī)處理速度；可以用于龐大數(shù)據(jù)內(nèi)容的搜索；還可以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)流程等，是日常生活、工作的必需品。視覺(jué)冗余屬于數(shù)據(jù)冗余的一種，主要是相對(duì)于人的視覺(jué)而言的。眼睛作為人們感受、接受信息的器官，對(duì)圖像變化的敏感度不同，對(duì)于那些不能有效增強(qiáng)視覺(jué)敏感度的部分，被稱(chēng)為視覺(jué)冗余。要想使視頻的質(zhì)量大幅度提高，必須將視覺(jué)冗余進(jìn)行壓縮處理，此過(guò)程便是壓縮編碼內(nèi)容之一。

2 圖像壓縮編碼的方法

圖像壓縮編碼是指在不改變?cè)瓐D像的清晰度的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行壓縮、編碼，將多余的數(shù)據(jù)字符去掉的過(guò)程，目的是保證圖像成功保存、順利運(yùn)輸。根據(jù)不同的算法，可以將圖片壓縮編碼的方法分為三種：

2.1 消除圖像時(shí)間冗余度的預(yù)測(cè)編碼方法

預(yù)測(cè)編碼是利用離散信號(hào)，即離散信號(hào)之間具有關(guān)聯(lián)性的特點(diǎn)，用前一個(gè)信號(hào)預(yù)測(cè)出下一個(gè)信號(hào)，再對(duì)實(shí)際值和預(yù)測(cè)值的差進(jìn)行編碼的過(guò)程。首先將完整的視頻傳輸出去，對(duì)其中的圖像進(jìn)行預(yù)測(cè)，得出預(yù)測(cè)誤差后經(jīng)過(guò)編碼處理來(lái)降低碼率。如此一來(lái)，數(shù)據(jù)得到壓縮但并不影響視覺(jué)效果，是一種十分有效的方式。

2.2 消除空間冗余度的變換編碼方式

離散余弦變換編碼，又稱(chēng)DCT。離散余弦變換是在傅里葉性質(zhì)的基礎(chǔ)上，將圖像變換為偶函數(shù)形式，再進(jìn)行二維傅里葉變換，最終得到的圖像僅包含余弦項(xiàng)。變換編碼是將圖像上的時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號(hào)的一種方式，目的是在頻域上降低量化比特?cái)?shù)，從而實(shí)現(xiàn)壓縮。DCT 技術(shù)是將數(shù)據(jù)集中在少量系數(shù)上，雖然不能無(wú)損壓縮，但是在壓縮中十分重要，是壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)JPEG的主要內(nèi)容。

長(zhǎng)度編碼，又稱(chēng)RLC。在DCT 中，圖像經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)變之后會(huì)出現(xiàn)許多重復(fù)的字符序列，而長(zhǎng)度編碼可以將重復(fù)的部分轉(zhuǎn)換成標(biāo)志字符，后面再次重復(fù)的字符和說(shuō)明的字符用數(shù)字表示。此方法極大地節(jié)省了時(shí)間，也減小了編碼中出現(xiàn)誤差的概率。

哈夫曼編碼，又稱(chēng)霍夫曼編碼，屬于非等長(zhǎng)編碼的一種。它是以各數(shù)據(jù)出現(xiàn)的概率為前提進(jìn)行操作，將出現(xiàn)的不同概率按照大小排序，把其中最小的兩個(gè)概率加在一起，最為一個(gè)新的概率進(jìn)入隊(duì)列排序，以此類(lèi)推，一直到最終的結(jié)果為1。將兩個(gè)最小的概率分別標(biāo)記為“0”和“1”，從起始符號(hào)一只讀取到最后一個(gè)“1”，再將讀取中全部遇到的“0”和“1”按照由低到高的順序進(jìn)行排列，便是哈夫曼編碼的過(guò)程。

運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償也是在圖像連續(xù)性基礎(chǔ)上進(jìn)行處理的過(guò)程，它在對(duì)比圖像前后幀之后能夠描述出物體運(yùn)動(dòng)的方式，能夠減少數(shù)據(jù)量，從而達(dá)到壓縮的目的。

2.3 混合編碼

信源編碼是采取壓縮圖像和空間冗余量的方法來(lái)提高存儲(chǔ)率，利用降低視頻圖像序列的比特率來(lái)提升傳輸效率，混合編碼是將此二者有效結(jié)合，用DCT 將圖像進(jìn)行壓縮，用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償進(jìn)行幀間壓縮，從而達(dá)到提高壓縮效率的目的。

3 視頻壓縮編解碼標(biāo)準(zhǔn)

科學(xué)技術(shù)在發(fā)展，視頻壓縮編解碼的標(biāo)準(zhǔn)也隨之變化，經(jīng)過(guò)不同時(shí)期的推陳出新之后，H.26X 系列作為實(shí)時(shí)視頻通話(huà)的主要技術(shù)。H.261是一種運(yùn)動(dòng)圖像的編碼算法，由于其編碼效率高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在視頻通話(huà)系統(tǒng)中。H.263是以H.261為基礎(chǔ)進(jìn)行部分改動(dòng)得出的一種編碼，與H.261不同的是，它利用低碼率傳送圖像，支持碼率較小的應(yīng)用，其應(yīng)用范圍同樣較為廣泛。H.264以簡(jiǎn)潔作為設(shè)計(jì)風(fēng)格，相比于前兩種編碼，獲得了更好的壓縮性能。另外，它能夠滿(mǎn)足不同速率、解析度的需求，適用于IP 和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中。

4 結(jié)束語(yǔ)

作為新時(shí)代的產(chǎn)物，視頻編解碼技術(shù)已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?，它以?jì)算機(jī)技術(shù)為前提，包括許多圖像編解碼的方法，無(wú)論是智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)還是計(jì)算機(jī)，都是由于視頻編解碼技術(shù)的發(fā)展而形成的，視頻編解碼技術(shù)影響著人們的生活，也是社會(huì)進(jìn)步的標(biāo)志。視頻通話(huà)也是編解碼的應(yīng)用領(lǐng)域之一，此技術(shù)不僅方便了人們的生活，更為互聯(lián)網(wǎng)事業(yè)增添了動(dòng)力。通過(guò)探究視頻編解碼的發(fā)展、原理以及相關(guān)技術(shù)人員不斷的創(chuàng)新，在未來(lái)的發(fā)展中，視頻編解碼技術(shù)一定會(huì)在其他領(lǐng)域?yàn)槿藗兲峁└玫姆?wù)。國(guó)家也應(yīng)該大力支持視頻編解碼技術(shù)，為科研人員提供所需的材料以及必備的社會(huì)保障。