視頻壓縮技術(shù)解析

3. 游程編碼
游程編碼(RLC， Run Length Coding)是一種十分簡(jiǎn)單的壓縮方法， 它將數(shù)據(jù)流中連續(xù)出現(xiàn)的字符用單一的記號(hào)來(lái)表示。 例如， 字符串5310000000000110000000012000000000000可以壓縮為5310-10110-08120-12， 其中， “-”后面兩個(gè)數(shù)字是“-”前面數(shù)字的連續(xù)個(gè)數(shù)。 游程編碼的壓縮率不高， 但編碼、 解碼的速度快， 仍被得到廣泛的應(yīng)用， 特別是在變換編碼后再進(jìn)行游程編碼， 有很好的效果。

6.1.5 預(yù)測(cè)編碼和變換編碼
1. DPCM原理
基于圖像的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮的基本方法就是預(yù)測(cè)編碼。 它是利用圖像信號(hào)的空間或時(shí)間相關(guān)性， 用已傳輸?shù)南袼貙?duì)當(dāng)前的像素進(jìn)行預(yù)測(cè)， 然后對(duì)預(yù)測(cè)值與真實(shí)值的差——預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行編碼處理和傳輸。 目前用得較多的是線性預(yù)測(cè)方法， 全稱(chēng)為差值脈沖編碼調(diào)制(DPCM， Differential Pulse Code Modulation)， 簡(jiǎn)稱(chēng)為DPCM。

利用幀內(nèi)相關(guān)性(像素間、 行間的相關(guān))的DPCM稱(chēng)為幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼。 如果對(duì)亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)分別進(jìn)行DPCM編碼， 對(duì)亮度信號(hào)采用較高的取樣率和較多位數(shù)編碼， 對(duì)色差信號(hào)用較低的取樣率和較少位數(shù)編碼， 構(gòu)成時(shí)分復(fù)合信號(hào)后再進(jìn)行DPCM編碼， 這樣做使總碼率更低。

利用幀間相關(guān)性(鄰近幀的時(shí)間相關(guān)性)的DPCM被稱(chēng)為幀間預(yù)測(cè)編碼， 因幀間相關(guān)性大于幀內(nèi)相關(guān)性， 其編碼效率更高。 若把這兩種DPCM組合起來(lái)， 再配上變字長(zhǎng)編碼技術(shù)， 能取得較好的壓縮效果。 DPCM是圖像編碼技術(shù)中研究得最早， 且應(yīng)用最廣的一種方法， 它的一個(gè)重要的特點(diǎn)是算法簡(jiǎn)單， 易于硬件實(shí)現(xiàn)。 圖6-4（a）是它的示意圖， 編碼單元主要包括線性預(yù)測(cè)器和量化器兩部分。
編碼器的輸出不是圖像像素的樣值f(m， n)， 而是該樣值與預(yù)測(cè)值g(m， n)之間的差值， 即預(yù)測(cè)誤差e(m， n)的量化值E(m， n)。 根據(jù)圖像信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性的分析， 給出一組恰當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)系數(shù)， 使預(yù)測(cè)誤差主要分布在“0”附近， 經(jīng)非均勻量化， 采用較少的量化分層， 圖像數(shù)據(jù)得到壓縮。 而量化噪聲又不易被人眼所覺(jué)察， 圖像的主觀質(zhì)量并不明顯下降。 圖6-4（b）是DPCM解碼器， 其原理和編碼器剛好相反。

圖 6-4 DPCM原理
(a) DPCM編碼器； (b) DPCM解碼器

DPCM編碼性能主要取決于預(yù)測(cè)器的設(shè)計(jì)， 預(yù)測(cè)器設(shè)計(jì)要確定預(yù)測(cè)器的階數(shù)N以及各預(yù)測(cè)系數(shù)。 圖6-5是一個(gè)4階預(yù)測(cè)器的示意圖， 圖6-5(a)表示預(yù)測(cè)器所用的輸入像素和被預(yù)測(cè)像素之間的位置關(guān)系， 圖6-5(b)表示預(yù)測(cè)器的結(jié)構(gòu)。