数字视频处理技术的发展

随着计算机技术和网络技术的发展,信息高速公路的建设,以及多媒体的推广应用,各种视频资料源源不断地产生,随之建立起了越来越多的视频数据库,出现了数字图书馆数字博物馆、数字电视、视频点播、远程教育、远程医疗等许多新的服务形式和信息交流手段。

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视频技术是多媒体应用的核心技术,数字视频由于数据量可压缩的信息量最多,压缩处理后的视频质量决定了多媒体服务质量的好坏。视频压缩编码技术已制定了一些国际标准,如ITU-T H.261,H,263,及ISO/IEC的MPEG-1和MPEG-2,覆盖了很大的视频速率范围和应用领域,支持不同速率、不同的图像质量要求等条件的视频业务,能够满足包括电视会议、视频电子邮件、可视电话、广播级视频应用等不同要求的服务。随着视频应用需求的不断发展,视频压缩技术也有了很大的提高,新出现的压缩标准有了更高的压缩效率(在相同的图像质量下需要更低的传送码率或在相同的传输速率下提供质量更好的图像),同时支持不同的传输速率以适应不同的传送网络。

在目前已经大量应用的压缩标准中,MPEG-1和MPEG-2是面向广播级或准广播级应用的。MPEG-1标准主要是为了视频存储媒体如VCD而制定,该标准能够适应变码流的处理,其主要目的是在1 ~1.5 Mbit/s的情况下,提供30帧CIF(352x288) VHS质量的图像。MPEG-1的实时编码通常需要硬件才能完成,解码可以用软件来完成。MPEG-1不能提供分级图像编码,也不能在丢包率高的情况下应用。

MPEG-2标准扩展了MPEG-1标准,能够支持高分辨率图像和声音。目标码率是在3~15Mbit/s传输速率条件下提供广播级的图像,而且能够提供SNR、时间、空间三种分级 编码。该标准应用于卫星广播时,在当前的一个模拟信道中,不牺牲质量的情况下能提供五路数字的编码节目。

H.261与H.263标准主要面向于低码率的视频应用,如可视电话和会议电视。H.261是最早出现的视频编码标准,它的输出码率是64 kbi/s的倍数。H.261 主要是为了ISDN的会议电视和可视电话的应用,它所需要的计算量能够显著下降。这种算法通过均衡图像质量和运动来优化带宽,所以图像快速运动时质量会下降。H.261的输出速率是恒定的,而图像质量非恒定。

H.263是为了支持低速率的通信而制定的标准,但希望能够适应较大的动态范围,而不仅限于低码率,而且能取代H.261。H.263能适应误码率高的信道,具备容错的能力。

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由于公用电话网和无线网络上的传输速率仍然很有限,而且误码率高,上述标准不能满足高压缩率和强信道容错能力的应用要求。新的压缩标准应运而生,,如H263+和MPEG-4标准。

H263 +以及后来的H263++,H26L能很好地解决低码率视频应用问题,在提高编码压缩效率的同时,提高码流对高误码率信道的容错能力,方便灵活,且能够兼容本标准的以前版本,由于实现成本较低,H263 +标准已经越来越多地被采用。

MPEG-4标准是目前压缩标准的主流,既能够支持码率低于64kbit/s的视频应用,也能够支持广播级的视频应用。与其他压缩标准相比,MPEG-4标准在DCT的基础上引入子图像模型的概念,从而具有更高的压缩效率。

发展中的视频处理技术领域在不断扩大,未来的研究主要集中在以下几个方面:

①对视频流中预期目标的实时检测。
②对数字视频中特定感兴趣特征的检索。
③将场景视频流中的自然人与人工制作的物体合成。
④视频数据库管理中的摘要生成。
⑤将视频流分割成有代表性的镜头。