万方数据
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视频压缩编码方法简介—AVI AVI（Audio Video Interleave）是一种音频视像交插记录的数字视频文件格式。1992年初Microsoft公司推出了AVI技术及其应用软件VFW（Video for Windows）。在AVI文件中，运动图像和伴音数据是以交织的方式存储，并独立于硬件设备。这种按交替方式组织音频和视像数据的方式可使得读取视频数据流时能更有效地从存储媒介得到连续的信息。构成一个AVI文件的主要参数包括视像参数、伴音参数和压缩参数等： 1、视像参数 （1）、视窗尺寸（Video size）：根据不同的应用要求，AVI的视窗大小或分辨率可按4：3的比例或随意调整：大到全屏640×480，小到160×120甚至更低。窗口越大，视频文件的数据量越大。 （2）、帧率（Frames per second）：帧率也可以调整，而且与数据量成正比。不同的帧率会产生不同的画面连续效果。 2、伴音参数：在AVI文件中，视像和伴音是分别存储的，因此可以把一段视频中的视像与另一段视频中的伴音组合在一起。AVI 文件与WAV文件密切相关，因为WAV文件是AVI文件中伴音信号的来源。伴音的基本参数也即WAV文件格式的参数，除此以外，AVI文件还包括与音频有关的其他参数： （1）、视像与伴音的交织参数（Interlace Audio Every X Frames）AVI格式中每X帧交织存储的音频信号，也即伴音和视像交替的频率X是可调参数，X的最小值是一帧，即每个视频帧与音频数据交织组织，这是CD－ROM上使用的默认值。交织参数越小，回放AVI文件时
读到内存中的数据流越少，回放越容易连续。因此，如果AVI文件的存储平台的数据传输率较大，则交错参数可设置得高一些。当AVI文件存储在硬盘上时，也即从硬盘上读AVI文件进行播放时，可以使用大一些的交织频率，如几帧，甚至1秒。 （2）、同步控制（Synchronization） 在AVI文件中，视像和伴音是同步得很好的。但在MPC中回放AVI文件时则有可能出现视像和伴音不同步的现象。 （3）、压缩参数：在采集原始模拟视频时可以用不压缩的方式，这样可以获得最优秀的图像质量。编辑后应根据应用环境环择合适的压缩参数。 3、 AVI数字视频的特点 （1）、提供无硬件视频回放功能：AVI格式和VFW软件虽然是为当前的MPC设计的，但它也可以不断提高以适应MPC的发展。根据AVI格式的参数，其视窗的大小和帧率可以根据播放环境的硬件能力和处理速度进行调整。在低档MPC机上或在网络上播放时，VFW的视窗可以很小，色彩数和帧率可以很低；而在Pentium级系统上，对于64K色、320×240的压缩视频数据可实现每秒25帧的回放速率。这样，VFW就可以适用于不同的硬件平台，使用户可以在普通的MPC上进行数字视频信息的编辑和重放，而不需要昂贵的专门硬件设备。 （2）、实现同步控制和实时播放：通过同步控制参数，AVI可以通过自调整来适应重放环境，如果MPC的处理能力不够高，而AVI文件的数据率又较大，在WINDOWS环境下播放该AVI文件时，播放器可
1、首先计算 720P（1280×720）单幅图像照片的数据量 每像素用24比特表示，则： 720P图像照片的原始数据量= 1280×720×24/8/1024＝2700 KByte 2、计算视频会议活动图像的数据量 国内PAL活动图像是每秒传输25帧。数字动态图像是由I帧/B帧/P帧构成。 其中I帧是参考帧：可以认为是一副真实的图像照片。B帧和P帧可简单理解为预测帧，主要是图像的增量变化数据，数据量一般较小。 极限情况下，25帧均为I帧，即每帧传输的图像完全不同。则： 720P活动图像的每秒传输的极限数据量= 2700 KByte×25 = 67500 KByte/s 转换成网络传输Bit流= 67500×8 = 540000 Kbit/s，即528M的带宽。 在实际视频会议应用中，由于有固定场景，因此以传输增量数据为主（传输以B帧和P帧为主），一般在10%-40% 之间，40%为变化较多的会议场景。计算如下： 增量数据在10%的情况下， 原始数据量= 2700 KByte×10%×24 + 2700 KByte =9180 KByte/s = 72 Mbit/s 增量数据在20%的情况下， 原始数据量= 2700 KByte×20%×24+ 2700 KByte =15660 KByte/s = 123 Mbit/s 增量数据在40%的情况下， 原始数据量= 2700 KByte×40%×24+ 2700 KByte =28620 KByte/s = 224 Mbit/s 3、H.264压缩比 H.264最大的优势是具有很高的数据压缩比率，在同等图像质量的条件下，H.264的压缩比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。举个例子，原始文件为88GB，采用MPEG-2压缩后为3.5GB，压缩比为25∶1，而采用H.264压缩后为1.1GB，从88GB到1.1GB，H.264的压缩比达到惊人的80∶1。 4、采用H.264压缩后的净荷数据量 视频会议中都对原始码流进行编解码压缩。采用H.264，压缩比取80：1。计算如下：在10%的情况下，压缩后的净荷数据量= 72/80 = 0.9 Mbit/s 在20%的情况下，压缩后的净荷数据量= 123/80 = 1.6 Mbit/s 在40%的情况下，压缩后的净荷数据量= 224/80 = 2.8 Mbit/s 5、采用H.264压缩后的传输数据量 加上网络开销，传输数据量= 净荷数据量* 1.3 在10%的情况下，压缩后的传输数据量= 0.9 * 1.3 = 1.17 Mbit/s 在20%的情况下，压缩后的传输数据量= 1.6 * 1.3 = 2.08 Mbit/s 在40%的情况下，压缩后的传输数据量= 2.8 * 1.3 = 3.64 Mbit/s 6、厂商情况 部分厂商宣传的1M 720P超高清应用，有诸多使用限制。 如宝利通在其《HDX管理员指南》P56中明确指出：“在将视频质量设置为“清晰度”
常见的视频编码详解 A VI所采用的压缩算法并无统一的标准。也就是说，同样是以A VI为后缀的视频文件，其采用的压缩算法可能不同，需要相应的解压软件才能识别和回放该A VI文件。除了Microsoft 公司之外，其他公司也推出了自己的压缩算法，只要把该算法的驱动(Codec)加到Windows 系统中，就可以播放用该算法压缩的A VI文件。最新流行的MPEG-4视频也借用A VI的名称，只要机器安装了它的编码解码，也能够实现正常的播放。这些A VI都能够在用Authorware 或PowerPiont开发的作品当中正常放映。各种编码Codec所生成的A VI文件的大小和质量是不同的，对系统和硬件要求也不同。 因此在压缩A VI时，必须根据计算机的软硬件情况，来考虑采用什么Codec算法，否则你的作品中视频放映是难以令人满意的。下面就是对各种常见编码解码Codec的说明。 常见的视频编码 1、Cinepak Codec by Radius 它最初发布的时候是用在386的电脑上看小电影，在高数据压缩率下，有很高的播放速度。利用这种压缩方案可以取得较高的压缩比和较快的回放速度，但是它的压缩时间相对较长。 2、Microsoft Video 1 用于对模拟视频进行压缩，是一种有损压缩方案，最高仅达到256色，它的品质就可想而知，一般还是不要使用它来编码A VI。 3、Microsoft RLE 一种8位的编码方式，只能支持到256色。压缩动画或者是计算机合成的图像等具有大面积色块的素材可以使用它来编码，是一种无损压缩方案。 4、Microsoft H.261和H.263 Video Codec 用于视频会议的Codec，其中H.261适用于ISDN、DDN线路，H.263适用于局域网，不过一般机器上这种Codec是用来播放的，不能用于编码。 5、Intel Indeo Video R3.2 所有的Windows版本都能用Indeo video 3.2播放A VI编码。它压缩率比Cinepak大，但需要回放的计算机要比Cinepak的快。 6、Intel Indeo Video 4和5
目前网上的各种视频格式可以说是泛滥成灾，加上各个PMP(Portable Media Player,便携式媒体播放器)生产厂家的对自己产品在功能方面的炒作，使得很多人对视频格式的名称都是一头的雾水。 经常有些童鞋问我类似下面的问题。 A问我说：“我的MP4分明写着能播放AVI吗?为什么这一个AVI文件就播放不了？” B问：“我的MP4支持Mpeg-4啊，为什么Mp4文件不能播放呢？” 好的，下面我从最基本的概念给大家解释一下，顺便回答这两个问题 首先大家要清楚两个概念，视频文件格式和视频编码方式。 视频文件格式一般情况下从视频文件的后缀名就能看出来，比如AVI,Mp4,3gp,mov，rmvb等等。这些格式又叫做容器格式（container format），顾名思义就是用来装东西的，你可以把它想象成为一个便当盒，或者野餐篮（兄弟，你没吃早饭吧）。 通常我们从网上下载的电影都是有声音的（废话，难道你只看默片！众人扔香蕉皮），所以容器格式中一般至少包含有两个数据流（stream），一个视频流，一个音频流，就好比是一个便当盒里装着的配菜和米饭。 视频编码方式则是指容器格式中视频流数据的压缩编码方式，例如Mpeg-4，，，等等。而视频数据采用了何种编码方式是无法单单从文件格式的后缀上看出来的。就是说你无法从一个盖着盖子的便当盒外面看出里面装了什么配菜。 如果你想播放一个视频文件，第一步你的播放器（不论是软件的还是硬件的）要能够解析相应的容器格式，这一步也叫做解复用（demux），第二步你的播放器要能够解码其中所包含视频流和音频流。这样影片才能播放出来。 打个不太恰当的比方，播放器好比你雇用的一个试菜员，由他来品尝便当（视频文件），然后告诉你便当里装了什么东西。（没天理阿！我想自己吃，好的当然可以，0x00 00 01 B6 05 FF 36 1A 50 …… ……，俄~） 所以试菜员首先要懂得如何打开便当盒，还要知道吃的出来便当盒里装了什么配菜，这样你才能获得你想要的信息。 回过头来看前面的两个问题，用以上的比喻翻译一下。 问题A，我的试菜员能打开AVI这种便当的，为什么我不能知道里面装了什么？ 回答很简单，虽然他能够打开便当，但是吃不出里面的东西是什么。理论上没有一个播放器能够播放所有的AVI格式的电影，因为你不知道我会往里面放什么配菜。 问题B，我的试菜员吃过Mpeg-4这种牛排阿，为什么不能打开Mp4这种便当盒呢？ 这个问题通过翻译之后看起来已经不是问题了，Mpeg-4是视频编码方式，而Mp4是容器格式，两者本来就不是一个范畴里的东西。 好了下面简单介绍一下流行的视频格式。 AVI是音频视频交错（Audio Video Interleaved）的英文缩写，它是Microsoft公司开发的一种数字音频与视频文件格式，允许视频和音频交错在一起同步播放。 AVI文件的格式是公开并且免费的，大量的视频爱好者在使用这种文件格式。很多PMP 唯一能支持的格式就是AVI格式，一般的PMP都带有可以转换其他格式视频成为AVI格式的软件。 AVI文件采用的是RIFF（Resource Interchange File Format，资源互换文件格式）文件结构，RIFF是Microsoft公司定义的一种用于管理windows环境中多媒体数据的文件格
M序列 由n级移位寄存器所能产生的周期最长的序列。这种序列必须由非线性移位寄存器产生,并且周期为2n（n 为移位寄存器的级数）。例如，考察图中a的非线性反馈移位寄存器,其状态转移关系如表：
状态(a k-3，a k-2，a k-1)的接续状态是(a k-2,a k-1，a k)，其中a k＝a k-3嘰a k-1嘰1嘰a k-2a k-1是一种非线性逻辑。从任一状态出发，例如从(000)出发,其接续状态恰好构成一个完全循环(图b)，由此产生一个周期为23＝8的3级序列。M序列最早是用抽象的数学方法构造的。它出现于组合数学的一些数学游戏中，例如L.欧拉关于哥尼斯堡的七桥问题等。后来发现这种序列具有某些良好的伪随机特性。例如,M序列在一个周期中，0与1的个数各占一半。同时,同样长度的0游程与1游程也各占一半。所有这些性质在数据通信、自动控制、光学技术和密码学诸领域中均有重要应用。 隐蔽通信内容的通信方式。为了使非法的截收者不能理解通信内容的含义，信息在传输前必须先进行各种形式的变化，成为加密信息，在收信端进行相应的逆变化以恢复原信息。电报通信、电话通信、图像通信和数据通信,都有相应的保密技术问题。另一方面,为了从保密通信中获得军事、政治、经济、技术等机密信息，破译技术也在发展。保密技术和破译技术是在相互对立中发展起来的。 1881年世界上出现了第一个电话保密专利。电话保密开始是采用模拟保密或置乱的方法，即把话音的频谱或时间分段打乱。置乱后的信号仍保持连续变化的性质。在第二次世界大战期间，频域和时域的置乱器在技术上已基本成熟。70年代以来，由于采用集成电路，电话保密通信得到进一步完善。但置乱器仍是有线载波和短波单边带电话保密通信的主要手段。模拟保密还可以采用加噪声掩盖、人工混响或逆向混响等方法，但因恢复后话音的质量大幅度下降或保密效果差，这些方法没有得到推广应用。数字保密是由文字密码发展起来的。数字信号（包括由模拟信号转换成的数字信号），由相同速率的密码序列加密，成为数字保密信号；保密信号传输到收信端后由同一密码序列去密，恢复原数字信号。随着集成电路的发展，数字保密通信已成为保密通信的主要发展方向。话音、图像等模拟信号都可以用数字保密方式。一般来说，数字破译要比模拟破译困难得多。数字保密的主要限制是传输数字信号所需带宽要比传输模拟信号的带宽大好多倍。 模拟保密通信话音信号置乱后的带宽基本保持不变，这是模拟保密通信的一个特点。但是，置乱后恢复的话音质量有所下降。置乱的过程越复杂，则话音质量下降的程度越大。 倒频用倒频器（图1）把话音频谱颠倒过来，使高频变为低频,低频变为高频,这是最简单的一种频域置乱方法。频域置乱器的基本电路是平衡调制器和带通滤波器。平衡调制器可以搬移和倒置频谱，而滤波器可以滤取所需要的频谱成分。输入的话音信号经过平衡调制器后输出上、下两个边带。适当地选择
音视频编码技术报告 姓名: 学号： 学院(系):电子与信息工程学院 专业: 电子与通信工程 题目: 基于DCT变换的图像压缩技术的仿真
1.引言 在信息世界迅猛发展的今天, 人们对计算机实时处理图像信息的要求越来越高。如何在保证图像质量的前提下, 同时兼顾实时性和高效性成了一个值得关注的问题。于是, 对图像信息进行一定的压缩处理成为了一个不可或缺的环节。图像压缩是关于用最少的数据量来表示尽可能多的原图像的信息的一个过程。 本文主要研究基于DCT 变换的有损压缩编码技术。离散余弦变换, 简称DCT , 是一种实数域变换, 其变换核为余弦函数, 计算速度快。DCT 除了具有一般的正交变换性质外, 它的变换阵的基向量能很好地描述人类语音信号和图像 信号的相关特征。因此, 在对语音信号、图像信号的变换中,DCT 变换被认为是一种准最佳变换。近年颁布的一系列视频压缩编码的国际标准建议中, 都把DCT 作为其中的一个基本处理模块。而且对于具有一阶马尔柯夫过程的随机信 号,DCT 十分接近于Karhunen -Loeve 变换, 也就是说它是一种最佳近似变换。 2.图像压缩编码的简介 从信息论的角度看，图像是一个信源。描述信源的数据是信息量和信息量冗余之和。数据压缩实际上就是减少这些冗余量。图像编码压缩的方法目前有很多，其分类方法根据出发点不同而有差异。根据解压重建后的图像和原始图像之间是否具有误差（对原图像的保真程度），图像编码压缩分为无误差（亦称无失真、无损、信息保持）编码和有误差（有失真或有损）编码两大类。 无损压缩（冗余度压缩、可逆压缩）：是一种在解码时可以精确地恢复原图像，没有任何损失的编码方法，但是压缩比不大，通常只能获得1~5倍的压缩比。用于要求重建后图像严格地和原始图像保持相同的场合，例如复制、保存十分珍贵的历史、文物图像等。 有损压缩（不可逆压缩）：只能对原始图像进行近似的重建，而不能精确复原，适合大数工用于存储数字化了的模拟数据。压缩比大，但有信息损失，本文采用有损压缩。 DCT图像压缩编码可以概括成图2.1的框图。 图2.1 DCT压缩编码过程简化 3.DCT变换 最小均方误差下得到的最佳正交变化是K-L变换，而离散余弦变换(DCT)是仅次于K-L变换的次最佳变换，目前已获得广泛应用。离散预先变换DCT用于图像压缩操作中的基本思路是，将图像分为8×8的子块或16×16的子块，并对每一个子块进行单独的DCT变换，然后对变换结果进行量化、编码。
比特率是指每秒传送的比特(bit)数。单位为bps(BitPerSecond)，比 特率越高，传送的数据越大。比特率表示经过编码(压缩)后的音、视频数据每秒钟需要用多少个比特来表示，而比特就是二进制里面最小的单位，要么是0,要 么是1。比特率与音、视频压缩的关系，简单的说就是比特率越高，音、视频的质量就越好，但编码后的文件就越大；如果比特率越少则情况刚好相反。 码流(DataRate)是指视频文件在单位时间内使用的数据流量，也叫码 率，是视频编码中画面质量控制中最重要的部分。同样分辨率下，视频文件的码 流越大，压缩比就越小，画面质量就越咼。 上行带宽就是本地上传信息到网络上的带宽。上行速率是指用户电脑向网络发送信息时的数据传输速率，比如用FTP上传文件到网上去，影响上传速度的就是“上行速率”。 下行带宽就是从网络上下载信息的带宽。下行速率是指用户电脑从网络下载信息时的数据传输速率，比如从FTP服务器上文件下载到用户电脑，影响下传速度的就是“下行速率”。 不同的格式的比特率和码流的大小定义表： 传输带宽计算： 比特率大小X摄像机的路数=网络带宽至少大小； 注：监控点的带宽是要求上行的最小限度带宽(监控点将视频信息上传到监控中心);监控中心的带宽是要求下行的最小限度带宽(将监控点的视频信息下载到监控中心);例：电信2Mbps的ADSL宽带，理论上其上行带宽是512kbps=64kb/s，其下行带宽是2Mbps=256kb/s
例：监控分布在5个不同的地方，各地方的摄像机的路数：n=10（20路）1 个监控中心，远程监看及存储视频信息，存储时间为30天。不同视频格式的带宽及存储空间大小计算如下： 地方监控点： CIF视频格式每路摄像头的比特率为512Kbps,即每路摄像头所需的数据传输带宽为512Kbps, 10路摄像机所需的数据传输带宽为： 512Kbps（视频格式的比特率）X 10（摄像机的路 数）?5120Kbps=5Mbps上行带宽） 即:采用CIF视频格式各地方监控所需的网络上行带宽至少为5Mbps; D1视频格式每路摄像头的比特率为，即每路摄像头所需的数据传输带宽为，10路摄像机所需的数据传输带宽为： （视频格式的比特率）X 10（摄像机的路数）=15Mbps（上行带宽） 即:采用D1视频格式各地方监控所需的网络上行带宽至少为15Mbps; 720P（100万像素）的视频格式每路摄像头的比特率为2Mbps即每路摄像头所需的数据传输带宽为2Mbps 10路摄像机所需的数据传输带宽为： 2Mbps（视频格式的比特率）X 10（摄像机的路数）=20Mbps（上行带宽） 即:采用720P的视频格式各地方监控所需的网络上行带宽至少为 20Mbps; 像头所需的数据传输带宽为4Mbps 10路摄像机所需的数据传输带宽为:
收稿日期：2011－03－16；修回日期：2011－05－09。 基金项目：国家自然科学基金资助项目（30970780）；北京市自然科学基金及教委重点科技项目（KZ200910005005）。作者简介：邓智玭（1983－），女，湖南邵阳人，博士研究生，主要研究方向：视频编码；贾克斌（1962－），男，北京人，教授，博士生导师，主要研究方向：多媒体技术；陈锐霖（1971－），男，香港人，教授，博士生导师，主要研究方向：视频技术；伏长虹（1981－），男，香港人，副教授，主要研究方向：视频编码；萧允治（1954－），男，香港人，教授，博士生导师，主要研究方向：视频编码。 文章编号：1001－9081（2011）09－2453－04 doi ：10．3724/SP．J．1087．2011．02453 三维视频编码技术的发展与挑战 邓智玭1，2，贾克斌1，陈锐霖2，伏长虹2，萧允治 2 （1．北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京100124；2．香港理工大学电子资讯工程系，香港九龙） (zhipindeng@gmail．com;kebinj@bjut．edu．cn) 摘 要：介绍了三维视频编码的核心技术。首先比较了纯视频格式和深度增强格式三维视频编码技术的发展方 向及面临的挑战，其中重点分析了深度估计技术和视点合成技术的研究思路；然后概括了国际3DV /FTV 标准的制定 现状；最后对三维视频编码技术进行了总结和展望。 关键词：三维视频；多视点视频；立体视频；视频编码；深度图 中图分类号：TN919．81 文献标志码：A New trend and challenges in 3D video coding DENG Zhi-pin 1，2，JIA Ke-bin 1，CHAN Yui-lam 2，FU Chang-hong 2，SIU Wan-chi 2 (1．College of Electronic Information and Control Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China ；2．Department of Electronic and Information Engineering，The Hong Kong Polytechnic University，Kowloon Hongkong，China ) Abstract:The key technologies of 3D video coding were introduced．Firstly，the developing directions and challenges of video-only format and depth-enhancement format 3D videos were elaborated．The depth estimation and view synthesis technologies were analyzed in detail．Subsequently，the process of standardizing the current 3DV /FTV standard of MPEG was summarized．The conclusion and prospect were given at last． Key words:3D video;multiview video;stereoscopic video;video coding;depth map 0引言 近二十年来，视频广播技术发生了重大变革，从20世纪的模拟电视到数字电视、高清数字电视，乃至现在的三维电 视，视频技术随着人们生活水平的提高不断发展进步 ［1－2］ 。当今世界，人们已经不再满足于传统的单目视频带来的视觉感受，具有临场感和交互性的三维立体视频以其独特的景深 效果给用户带来前所未有的奇妙体验［3］ 。随着好莱坞推出《阿凡达》等立体电影，三维视频技术逐渐成为多媒体信息产 业的热门话题［4－6］ 。与传统的单目视频相比，三维视频包含的数据量成倍增加［7］ 。为了避免信道中数据量激增，必须对其进行有效的编码压缩。近年来，全球各大研究机构都投入大量精力对三维视频编码技术进行深入研究。 1三维视频编码技术 根据传输形式不同将三维视频分为两大类：1）纯视频格 式，需要传输所有视角的数据［8］ ；2）深度增强格式，传输有限个单目视频及其深度序列， 在解码端利用视点合成技术生成虚拟视点［9］ 。这两类三维视频由于传输形式不同而采用不同的编码方式。 1．1纯视频格式三维视频 纯视频格式三维视频由多路具有细微视角差异的视频组成，由两台（或多台）相邻摄像机从不同角度同时对同一场景进行拍摄得到，这些视频可以直接在三维立体显示设备上播放。1．1．1 立体视频编码 最直接的双通道立体视频编码方式是采用Simulcast 方 法直接对左右视点数据进行独立压缩，如图1（a ）所示，但是 左右视点间的相关性没有得到利用，编码效率较低［10］ 。早在 十几年前， MPEG-2Multiview Profile 就提出结合左右视点之间的交叉相关性和同一视点内部的时空相关性来提高立体视频编码效率［11－12］ 。近年来，立体补充增强信息（Stereo Supplemental Enhancement Information ，Stereo SEI ）和帧组合补 充增强信息（Frame Packing Arrangement SEI ）被纳入到H.264/AVC 中［13］。根据Stereo SEI ，在编码前将左右视点以左右/上下方式交错排列成一段视频，然后通过场间预测来消除视点间的交叉冗余，在解码端通过反交错将立体视频还原成两段独立视点，如图1（b ）所示。该方式与原有的H．264编 解码器完美兼容， 不需要改变原有硬件结构。2009年7月，国际运动图像专家组（Moving Picture Expert Group ，MPEG ）颁 布了MPEG-4AVC Stereo High Profile ，作为多视点视频编码 （Multiview Video Coding ，MVC ）标准的一个子集［14］。然而，Stereo High Profile 只适用于逐行和隔行扫描的双通道立体视频序列，不支持临场感更强的多视点视频和自由视点视频。1．1．2 多视点视频编码 多视点视频是由多台相邻摄像机从不同角度对同一场景 进行拍摄得到的多路视频序列［15］ 。多视点视频的数据量巨 大，相邻视点间的交叉冗余信息比双通道立体视频大得多，为 了最大限度地提高压缩率， 在编码时采用一种基于分层B 帧（Hierarchical B Pictures ，HBP ）的视点—时间金字塔型预测结构［16－18］ ，如图2所示。该结构被MVC 的官方测试模型JMVC 采纳［19］ 。 2009年1月，国际联合视频小组（Joint Video Team ，JVT ） 第31卷第9期2011年9月 计算机应用 Journal of Computer Applications Vol．31No．9Sep．2011
扩 频 通 信 及Matlab 仿 真 江西师范大学 物理与通信电子学院2009级通信工程（2）班姓名xxx 学号xxxxxxxx
目录 一、摘要 (3) 二、数字通信原理 (4) 三、衰落信道与抗衰落技术 (5) 四、多址通行 (6) 五、扩频通信原理 (6) 六、直接序列扩频通信 (8) 七、基于matlab的直接序列扩频仿真 (10) 八、结束语 (13) 九、参考书目 (14) 十、致谢 (15)
摘要 扩频通信即扩展频谱通信，它与光纤通信、卫星通信一同被誉为信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信技术自50年代中期美国军方开始研究，一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域，直到80年代初才被应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术现已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。本文根据扩频通信的原理，利用MATALB对扩频通信中最常用的直扩通信系统进行了仿真。
数字通信原理： 1）所谓数字通信就是利用数字传输技术来进行的通信。它包括对模拟信号的编码和调制，传输媒介以及对数字信号的解调和解码。 2）典型的数字通信系统模型如图1-1： 图1-1 信源：信息的来源一般是模拟信号。 信源编码：模拟信号转变为数字信号； 信号压缩处理；信号的高效率编码。 信道编码：检错、纠错编码，提高信号抗干扰能力；
信息加密，防止信息被窃取。 调制变换：波形编码，信号调制，使基带信号适合在特定的 道中传输。 传输媒介：有线、无线信道，网络交互设备。 解调、信道译码、信源译码：对信号作上述处理相反对变换。 信宿：信息的最终传输目的地 衰落信道与抗衰落技术： 1）衰落信道的产生：无线通信是基于电磁波在空间中的传播来实现信息的传递的。无线信道的电波传播特性与电波传播的环境密切相关。电波环境主要包括：地形地貌、各种建筑物、气候气象、电磁干扰、移动体的运动速度和工作频段等。因此在实际应用中不可避免的产生衰落信道。 2）衰落信道主要包括：阴影衰落和多径衰落。 3）抗衰落技术主要包括：①空间分集技术 ②Rake接收方式 ③信道交织技术 ④多载波传输技术 ⑤信道均衡技术 ⑥扩频通信技术等等
视频压缩编码方法简介—A V I A VI（Audio Video Interleave）是一种音频视像交插记录的数字视频文件格式。1992年初Microsoft公司推出了A VI技术及其应用软件VFW（Video for Windows）。在A VI文件中，运动图像和伴音数据是以交织的方式存储，并独立于硬件设备。这种按交替方式组织音频和视像数据的方式可使得读取视频数据流时能更有效地从存储媒介得到连续的信息。构成一个A VI文件的主要参数包括视像参数、伴音参数和压缩参数等。 1.视像参数 （1）视窗尺寸（Video size）。根据不同的应用要求，A VI的视窗大小或分辨率可按4:3的比例或随意调整，大到全屏640×480，小到160×120甚至更低。窗口越大，视频文件的数据量越大。 （2）帧率（Frames per second）。帧率也可以调整，而且与数据量成正比。不同的帧率会产生不同的画面连续效果。 2.伴音参数。在A VI文件中，视像和伴音是分别存储的，因此可以把一段视频中的视像与另一段视频中的伴音组合在一起。A VI文件与WA V文件密切相关，因为WA V文件是A VI文件中伴音信号的来源。伴音的基本参数也即WA V文件格式的参数，除此以外，A VI文件还包括与音频有关的其他参数。 （1）视像与伴音的交织参数（Interlace Audio Every X Frames）。A VI格式中每X帧交织存储的音频信号，也即伴音和视像交替的频率X是可调参数，X的最小值是一帧，即每个视频帧与音频数据交织组织，这是CD－ROM上使用的默认值。交织参数越小，回放A VI文件时读到内存中的数据流越少，回放越容易连续。因此，如果A VI文件的存储平台的数据传输率较大，则交错参数可设置得高一些。当A VI文件存储在硬盘上时，也即从硬盘上读A VI文件进行播放时，可以使用大一些的交织频率，如几帧，甚至1秒。 （2）同步控制（Synchronization）。在A VI文件中，视像和伴音是同步得很好的。但在MPC中回放A VI文件时则有可能出现视像和伴音不同步的现象。 （3）压缩参数。在采集原始模拟视频时可以用不压缩的方式，这样可以获得最优秀的图像质量。编辑后应根据应用环境选择合适的压缩参数。 3.A VI数字视频的特点 （1）提供无硬件视频回放功能。A VI格式和VFW软件虽然是为当前的MPC设计的，但它也可以不断提高以适应MPC的发展。根据A VI格式的参数，其视窗的大小和帧率可以根据播放环境的硬件能力和处理速度进行调整。在低档MPC机上或在网络上播放时，VFW的视窗可以很小，色彩数和帧率可以很低；而在Pentium级系统上，对于64K色、320×240的压缩视频数据可实现每秒25帧的回放速率。这样，VFW就可以适用于不同的硬件平台，使用户可以在普通的MPC上进行数字视频信息的编辑和重放，而不需要昂贵的专门硬件设备。 （2）实现同步控制和实时播放。通过同步控制参数，A VI可以通过自调整来适应重放环境，如果MPC 的处理能力不够高，而A VI文件的数据率又较大，在WINDOWS环境下播放该A VI文件时，播放器可以通过丢掉某些帧，调整A VI的实际播放数据率来达到视频、音频同步的效果。 （3）可以高效地播放存储在硬盘和光盘上的A VI文件。由于A VI数据的交叉存储，VFW播放A VI数据时只需占用有限的内存空间，因为播放程序可以一边读取硬盘或光盘上的视频数据一边播放，而无需预先把容量很大的视频数据加载到内存中。在播放A VI视频数据时，只需在指定的时间内访问少量的视频图像和部分音频数据。这种方式不仅可以提高系统的工作效率，同时也可以实现迅速地加载和快速地启动播放程序，减少播放A VI视频数据时用户的等待时间。 （4）提供了开放的A VI数字视频文件结构。A VI文件结构不仅解决了音频和视频的同步问题，而且具有通用和开放的特点。它可以在任何Windows环境下工作，而且还具有扩展环境的功能。用户可以开发自己的A VI视频文件，在Windows环境下可随时调用。 （5）A VI文件可以再编辑。A VI一般采用帧内有损压缩，可以用一般的视频编辑软件如Adobe Premiere 或MediaStudio进行再编辑和处理。
扩频通信实验 实验名称：基于m序列的直接序列扩频 专业班级：通信111501班 学生姓名：穆琦沈傲立孙琳王瑞学熊晓倩
学号：201115040111 13 16 20 27 指导教师：郑秀萍 时间：2014.10.29 1 需求分析 在通信发射端将载波信号展宽到较宽的频段上;在接收端,用同样的扩频码序列进行解扩和解调,把展宽的信号还原成原始信息.通过扩展频谱的相关处理,大大降低了频谱的平均能量密度,可在负信噪比条件下工作,获得了高处理增益,从而降低了被截获和检测的概率,避免了干扰影响.通过仿真模型结果分析抗噪声性能结果。 2 概要设计 扩频通信系统分为直接序列扩频系统、跳频扩频系统、跳时扩频系统和混合式扩频系统。直接序列扩频系统，又称“平均”系统或伪噪声系统，就是采用高码率的扩频码序列PN 码(伪随机码),在发送端与编码数据信号进行模2 加,产生一扩频序列,这一码序列由于码元很窄,占用了很宽的频带,达到扩频的目的,然后用扩频序列去调制载波并予以传输。在接收端接收到的扩频信号经高频放大混频之后,用与发端相同且同步的伪随机码对扩频信号进行相关解扩,由于收发端伪随机码的相关系数为1,故可以完全恢复所传的信息,而干扰和噪声由于与接收机伪
随机码不相关,在相关解调时大大降低进入信号通频带内的干扰。它是目前应用较广泛的一种扩展频谱系统。在国外已获得成功的空间探测器“喷气推进实验室（JPL）测距技术”就是一种直接序列调制，TATS-1 军用卫星中的扩展频谱多址(SSMA)系统等都使用DSSS。 直接序列扩频系统的接收一般采用相关接收，并分成两步，即解扩和解调。在接收端，接收信号经过数控振荡器放大混频后，用与发射端相同且同步的由M 序列发生器产生的伪随机码对中频信号进行相关解扩，把扩频信号恢复成窄带信号，然后再由基带滤波器进行解调，最后恢复出原始信息序列。扩频与解扩过程中,利用PN序列生成器模块( PN Sequence Generator ) ,产生6级、传输速率500b/s的PN伪随机序列来达到扩频和多址接入效果,这里扩频增益为50倍.扩频的运算是信息流与PN码相乘或模二加的过程.解扩的过程与扩频过程完全相同,即将接收的信号用PN码进行第二次扩频处理.要求使用的PN码与发送端扩频用PN码不仅码字相同,而且相位相同.否则会使有用信号自身相互抵消.解扩处理将信号压缩到信号频带内,由宽带信号恢复为窄带信号.同时将干扰信号扩展,降低干扰信号的谱密度,使之进入到信息频带内的功率下降,从而使系统获得处理增益,提高系统的抗干扰能力.调制与解调使用二相相移键控PSK方式. 为了方便分析, 我们可对系统作如下假设: 系统各用户同步;系统各用户功率相同;仅考虑系统MAI和白噪声干扰引起的误码, 忽略信号传输、调制解调过程中的误码。 3 开发工具和编程语言 开发工具：
一、实验目的 通过本实验掌握m 序列的特性、产生方法及应用。 二、实验内容 1、观察m 序列，识别其特征。 2、观察m 序列的自相关特性。 三、基本原理 m 序列是有n 级线性移位寄存器产生的周期为21n -的码序列，是最长线性移位寄存器序列的简称。码分多址系统主要采用两种长度的m 序列：一种是周期为1521-的m 序列，又称短PN 序列；另一种是周期为 4221-的m 序列，又称为长PN 码序列。m 序列主要有两个功能：①扩展调制信号的带宽到更大的传输带宽， 即所谓的扩展频谱；②区分通过多址接入方式使用同一传输频带的不同用户的信号。 3、m 序列的互相关函数 两个码序列的互相关函数是两个不同码序列一致程度（相似性）的度量，它也是位移量的函数。当使 用码序列来区分地址时，必须选择码序列互相关函数值很小的码，以避免用户之间互相干扰。 研究表明，两个长度周期相同，由不同反馈系数产生的m 序列，其互相关函数（或互相关系数）与自 相关函数相比，没有尖锐的二值特性，是多值的。作为地址码而言，希望选择的互相关函数越小越好，这 样便于区分不同用户，或者说，抗干扰能力强。 在二进制情况下，假设码序列周期为P 的两个m 序列，其互相关函数R xy (τ)为 ()xy R A D τ=- （9-9） 式中，A 为两序列对应位相同的个数，即两序列模2加后“0”的个数；D 为两序列对应位不同的个数， 即两序列模2加后“1”的个数。 为了理解上述指出的互相关函数问题，在此以5n =时由不同的反馈系数产生的两个m 序列为例计算它 们的互相关系数，以进一步讲述m 序列的互相关特性。将反馈系数为8(45)和8(75)时产生的两个5级m 序 列分别记做：1m ：1000010010110011111000110111010和2m ：111110111000101011010000110100，序列1m 和 2m 的互相关函数如表9-3所示。 表9-3序列1m 和2m 的互相关函数表
视频编码的基本原理及基本框架 视频图像数据有极强的相关性，也就是说有大量的冗余信息。其中冗余信息可分为空域冗余信息和时域冗余信息。压缩技术就是将数据中的冗余信息去掉（去除数据之间的相关性），压缩技术包含帧内图像数据压缩技术、帧间图像数据压缩技术和熵编码压缩技术。 去时域冗余信息 使用帧间编码技术可去除时域冗余信息，它包括以下三部分： －运动补偿 运动补偿是通过先前的局部图像来预测、补偿当前的局部图像，它是减少帧序列冗余信息的有效方法。 －运动表示 不同区域的图像需要使用不同的运动矢量来描述运动信息。运动矢量通过熵编码进行压缩。－运动估计 运动估计是从视频序列中抽取运动信息的一整套技术。 注：通用的压缩标准都使用基于块的运动估计和运动补偿 去空域冗余信息 主要使用帧内编码技术和熵编码技术： －变换编码 帧内图像和预测差分信号都有很高的空域冗余信息。变换编码将空域信号变换到另一正交矢量空间，使其相关性下降，数据冗余度减小。 －量化编码 经过变换编码后，产生一批变换系数，对这些系数进行量化，使编码器的输出达到一定的位率。这一过程导致精度的降低。
熵编码是无损编码。它对变换、量化后得到的系数和运动信息，进行进一步的压缩。 视频编码的基本框架 H.261 H.261标准是为ISDN设计，主要针对实时编码和解码设计，压缩和解压缩的信号延时不超过150ms，码率px64kbps(p=1~30)。 H.261标准主要采用运动补偿的帧间预测、DCT变换、自适应量化、熵编码等压缩技术。只有I帧和P帧，没有B帧，运动估计精度只精确到像素级。支持两种图像扫描格式：QCIF 和CIF。 H.263 H.263标准是甚低码率的图像编码国际标准，它一方面以H.261为基础，以混合编码为核心，其基本原理框图和H.261十分相似，原始数据和码流组织也相似；另一方面，H.263也吸收了MPEG等其它一些国际标准中有效、合理的部分，如：半像素精度的运动估计、PB帧预测等，使它性能优于H.261。 H.263使用的位率可小于64Kb/s,且传输比特率可不固定（变码率）。H.263支持多种分辨率：SQCIF(128x96)、QCIF、CIF、4CIF、16CIF。 与H.261和H.263相关的国际标准 与H.261有关的国际标准 H.320：窄带可视电话系统和终端设备； H.221：视听电信业务中64~1 920Kb/s信道的帧结构； H.230：视听系统的帧同步控制和指示信号； H.242：使用直到2Mb/s数字信道的视听终端的系统。 与H.263有关的国际标准 H.324：甚低码率多媒体通信终端设备； H.223：甚低码率多媒体通信复合协议； H.245：多媒体通信控制协议； G.723.1.1：传输速率为5.3Kb/s和6.3Kb/s的语音编码器。 JPEG 国际标准化组织于1986年成立了JPEG(Joint Photographic Expert Group)联合图片专家小组，主要致力于制定连续色调、多级灰度、静态图像的数字图像压缩编码标准。常用的基于离散余弦变换(DCT)的编码方法，是JPEG算法的核心内容。
信道编码仿真实践 XX 温州大学物理与电子信息工程学院 摘要：本文通过阐述通信系统的基础理论，着重分析信道理论及信道编码方式，采用蒙特卡罗计算机仿真方法， 利用MATLAB 提供的可视化工具Simulink 建立了信道编码的仿真模型，详细讲述了各编码方式的设计。在给定仿 真条件下，运行了仿真程序，对几种基本信道编码进行了仿真性能测试和讨论,并从实际角度出发，对扩频通信中 的信道编码进行了初步仿真，得出了信道编码就是在发送端的信息码元序列中，以某种确定的编码规则，加入监督 码元，在接受端再利用该规则进行检查识别，从而发现错误、纠正错误。 关键词：通信系统；信道；信噪比；误码率；信道编码 The Simulation Practice of the Channel Coding XX College of physics and electronic information engineering of Wenzhou University Abstract: This article through the elaboration communications system basic theory, analyzes the channel theory and the channel coding way emphatically, uses the Monte Carlo computer simulation method, provided visualization tool Simulink using MATLAB to establish the channel coding simulation model, in detail narrated each encoding method design.In assigns under the simulation condition, moved the simulated program, has carried on the simulation performance test and the discussion to in the binary bipolarity communications system several kind of basic channel coding, and embarks from the actual angle, has carried on the preliminary simulation to in the wide frequency correspondence channel coding, obtained has used the cascade code in the binary bipolarity wide frequency communications system, could realize the channel multiplying and the error code performance win-win conclusion. Key words: Communications system; Channel; Signal-to-noise ratio; Error rate; Channel coding 1 背景知识 数字信号在传输中往往由于各种原因，使得在传送的数据流中产生误码，从而使接收端产生图象跳跃、不连续、出现马赛克等现象。所以通过信道编码这一环节，对数码流进行相应的处理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传送中误码的发生。信道编码的本质是增加通信的可靠性。但信道编码会使有用的信息数据传输减少，信道编码的过程是在源数据码流中加插一些码元，从而达到在接收端进行判错和纠错的目的。在带宽固定的信道中，总的传送码率也是固定的，由于信道编码增加了数据量，其结果只能是以降低传送有用信息码率为代价了。利用信道编译码，可以显著改善信息在传输过程中的错误概率指标，有效增强系统抗干扰能力，提高数字通信系统的可靠性。 信道编码一般分为两类：分组编码和卷积编码。 2、基本原理 2.1 分组编码 在分组编码中，二进制信源输入序列被划分为长度k的码字组。每个长度k的码字被映射为