小波變換在IPTV編碼中的應用

一、引言

　　IPTV業務主要用來為電視機、手機和電腦等終端提供電視節目直播（LTV）、視頻點播業務（VoD）、準視頻點播（NVoD）、時移電視點播（TSTV）以及視頻即時通信等服務，這些服務都涉及到大量的圖像與視頻數據，這些數據在傳輸時需要相當大的帶寬，而且需要相當高的QoS保證。因此，在通過網絡擴容來不斷增加帶寬和采用各種網絡技術來節約帶寬的同時，如何通過編碼技術將原始圖像和視頻在傳輸前進行有效壓縮也成為了人們所關注的焦點。

　　研究表明，圖像和視頻數據都是高度相關的，一幅圖像的內部以及視頻序列中的相鄰圖像之間存在著大量的冗余信息。比如一張教室的照片，圖像的某些區域可能是一均勻著色墻或規則顯示的窗等，因此存在著大量的空間冗余信息；再比如一段辦公室內的視頻，桌、椅、電腦等辦公用品基本上是不移動的，各幀的圖像之間差別很小，因此存在著大量的時間冗余信息。為了達到較高的壓縮比，在保持重建的圖像和視頻質量可以接受的同時，盡量去除這些空間和時間冗余信息，就可以節省大量的傳輸帶寬。實際上，除了空間和時間冗余信息之外，還存在著熵、結構、知識、視覺等各方面的冗余信息。圖像和視頻編碼的目的就是要盡可能地消除這些冗余信息，達到降低圖像和視頻傳輸帶寬需求的目的。

　　圖像和視頻編碼的種類很多，基本的方法包括脈沖調制、矢量量化、時空子抽樣編碼、子帶編碼、熵編碼、預測編碼、變換編碼等，JPEG2000、MPEG-2、MPEG-4、VC-1等圖像和視頻編碼標準中都使用了上面所提到的這些編碼方法中的幾種。近些年來，模式識別、計算機圖形學、計算機視覺、神經網絡、小波分析、分形幾何等基礎理論研究與發展非常迅速，同時隨著人類的視覺生理和心理特性的研究成果也相繼問世，各種新型的圖像和視頻編碼技術也相繼問世，小波編碼就是其中的一種。

二、IPTV業務編碼需求

　　與以往其他業務相比，IPTV業務具有比較鮮明的特征，包括高帶寬需求、高QoS保證需求、點對多點的廣播流需求、大量的系統資源需求、巨大的并發服務/業務數需求等。IPTV的業務屬性如圖1所示。



圖1 IPTV業務屬性

　　1.高帶寬需求

　　IPTV業務涉及大量的圖像和視頻數據，在傳輸這些數據時往往需要占用大量的帶寬資源，而且IPTV的用戶將會比以往任何時候都要多得多。因此，IPTV業務對帶寬的需求尤其強烈。

　　2.高QoS保證需求

　　IPTV業務主要是流媒體業務，包括電視節目直播（LTV）、視頻點播業務（VoD）、準視頻點播（NVoD）、時移電視點播（TSTV）以及視頻即時通信等服務，而相當小的時間間隙就能夠為人眼所感知。因此，這些服務都需要相當高的實時性保證。另外，如果輸出的圖像和視頻過于粗糙，也直接影響到用戶的感受。

　　3.點對多點的廣播流需求

　　在IPTV業務中，電視節目直播（LTV）、視頻點播業務（VoD）、準視頻點播（NVoD）、時移電視點播（TSTV）等服務都需要支持從廣播源到用戶終端的流傳輸。由于這些服務往往在同一時刻同時有許多用戶需要相同的數據，因此需要提供點對多點的廣播流。

　　4.大量的系統資源需求

　　圖像和視頻數據的文件往往都非常大，而且處理起來非常繁瑣，因此不僅存儲時需要大量的存儲空間，而且編解碼時還需要大量的交換空間。