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面向運(yùn)動(dòng)圖像遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸?shù)腍.263壓縮方法的分析與優(yōu)化
摘要：H.263是面向運(yùn)動(dòng)圖像遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸?shù)膲嚎s方法�；诖罅繉�(shí)際研究，分析了H.263的算法流程，從色彩空間轉(zhuǎn)換函數(shù)、DCT、IDCT、運(yùn)動(dòng)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾矫嫣岢霾?shí)現(xiàn)對(duì)H.263的優(yōu)化策略，采用增強(qiáng)PB幀模式提高壓縮比，最后給出了定量測(cè)試結(jié)果。運(yùn)動(dòng)圖像遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸部分架構(gòu)在Internet之上，則現(xiàn)階段Internet的狀況是帶寬小、延遲大、不穩(wěn)定。所以為了獲得良好的實(shí)時(shí)傳輸效果，除了改善傳輸控制機(jī)制之外，還需要實(shí)現(xiàn)高壓縮比、低耗時(shí)、能達(dá)到實(shí)時(shí)壓縮和解壓縮效果的運(yùn)動(dòng)圖像壓縮方法。H.263是國(guó)際電信協(xié)會(huì)-電信標(biāo)準(zhǔn)化部門ITU-T（The International Telecommunications Union-Telecom-munication Standardization Sector）于1995年通過(guò)的用于低比特率實(shí)時(shí)傳輸?shù)囊曨l編碼協(xié)議。其設(shè)計(jì)初衷是滿足帶寬低于64kbps的低帶寬視頻應(yīng)用需求，如視頻會(huì)議、可視電話等�，F(xiàn)在H.263也被應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)圖像遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)中，但原始的H.263在實(shí)時(shí)性和壓縮比等方面還有不少可優(yōu)化余地。本文針對(duì)具體的運(yùn)動(dòng)圖像遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)應(yīng)用，在大量研究工作基礎(chǔ)上提出多個(gè)H.263的優(yōu)化策略，并取得了相當(dāng)好的效果。
1 H.263壓縮算法的分析概要
H.263的輸入視頻幀格式為QCIF（Quarter Common Intermediate Format,大小為176×144）、CIF（Common Intermediate Format,大小為352×288）等。將每個(gè)視頻幀分成許多宏塊（MB-Micro Block），每個(gè)宏塊由4個(gè)Y亮度塊、1個(gè)Cb色度塊和1個(gè)Cr色度塊組成。塊（Block）的大小為8×8。H.263以宏塊為單位進(jìn)行視頻幀的壓縮。
H.263使用離散余弦變換DCT（Discrete Cosine Transform）減小空間冗余，使用運(yùn)動(dòng)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償（Motion Estimation and Motion Compensation）減小時(shí)間冗余。H.263有兩種編碼方式，一種是Intra方式，幀內(nèi)編碼，產(chǎn)生的幀作為關(guān)鍵幀-I幀；另一種是Inter方式，幀間編碼，產(chǎn)生的幀作為非關(guān)鍵幀-P幀。
通過(guò)分析，將H.263壓縮算法的流程圖歸納為如圖1所示。
通過(guò)分析和測(cè)試表明，DCT、運(yùn)動(dòng)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償是H.263最重要的部分，同時(shí)也是H.263實(shí)現(xiàn)中最耗時(shí)的運(yùn)算環(huán)節(jié)。要提高H.263的運(yùn)算速度，就要針對(duì)這些環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。
圖1 H.263壓縮算法流程圖
2 轉(zhuǎn)換函數(shù)、DCT和運(yùn)動(dòng)估計(jì)環(huán)節(jié)的優(yōu)化
2.1 色彩空間轉(zhuǎn)換函數(shù)的優(yōu)化
CIF格式基于YUV色彩空間，而應(yīng)用程序中，大多數(shù)視頻采集程序只提供RGB色彩空間的視頻幀，因此需要建立從RGB色彩空間到Y(jié)UV色彩空間的轉(zhuǎn)換函數(shù)。
RGB到Y(jié)UV的轉(zhuǎn)換函數(shù)如下所示，其中Y為YUV色彩空間的亮度值，U（Cb）和V（Cr）為YUV色彩空間的色度值。
Y=0.299×R 0.587×G 0.114×B；
Cr=V=(R-Y)×127/179;
Cb=U=(B-Y)×127/226;
H.263原有的色彩空間轉(zhuǎn)換算法采用浮點(diǎn)運(yùn)算，但浮點(diǎn)運(yùn)算會(huì)消耗較多的CPU周期。為了加快視頻處理速度，采用整形乘法和向右移位來(lái)代替浮點(diǎn)乘除，從而有效縮短了轉(zhuǎn)換時(shí)間。
優(yōu)化后的轉(zhuǎn)換函數(shù)如下：
Y=((R×313524)
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