面向運動圖像遠程實時傳輸的H.263壓縮方法的分析與優化

時間：2024-09-12 19:07:31 理工畢業論文我要投稿

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摘要：H.263是面向運動圖像遠程實時傳輸的壓縮方法。基于大量實際研究，分析了H.263的算法流程，從色彩空間轉換函數、DCT、IDCT、運動估計和運動補償等多方面提出并實現對H.263的優化策略，采用增強PB幀模式提高壓縮比，最后給出了定量測試結果。

運動圖像遠程實時傳輸系統的網絡傳輸部分架構在Internet之上，則現階段Internet的狀況是帶寬小、延遲大、不穩定。所以為了獲得良好的實時傳輸效果，除了改善傳輸控制機制之外，還需要實現高壓縮比、低耗時、能達到實時壓縮和解壓縮效果的運動圖像壓縮方法。H.263是國際電信協會-電信標準化部門ITU-T（The International Telecommunications Union-Telecom-munication Standardization Sector）于1995年通過的用于低比特率實時傳輸的視頻編碼協議。其設計初衷是滿足帶寬低于64kbps的低帶寬視頻應用需求，如視頻會議、可視電話等。現在H.263也被應用于運動圖像遠程實時傳輸系統中，但原始的H.263在實時性和壓縮比等方面還有不少可優化余地。本文針對具體的運動圖像遠程實時傳輸系統應用，在大量研究工作基礎上提出多個H.263的優化策略，并取得了相當好的效果。

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。將每個視頻幀分成許多宏塊（MB-Micro Block），每個宏塊由4個Y亮度塊、1個Cb色度塊和1個Cr色度塊組成。塊（Block）的大小為8×8。H.263以宏塊為單位進行視頻幀的壓縮。

H.263使用離散余弦變換DCT（Discrete Cosine Transform）減小空間冗余，使用運動估計和運動補償（Motion Estimation and Motion Compensation）減小時間冗余。H.263有兩種編碼方式，一種是Intra方式，幀內編碼，產生的幀作為關鍵幀-I幀；另一種是Inter方式，幀間編碼，產生的幀作為非關鍵幀-P幀。

通過分析，將H.263壓縮算法的流程圖歸納為如圖1所示。

通過分析和測試表明，DCT、運動估計和運動補償是H.263最重要的部分，同時也是H.263實現中最耗時的運算環節。要提高H.263的運算速度，就要針對這些環節進行優化。

圖1 H.263壓縮算法流程圖

2 轉換函數、DCT和運動估計環節的優化

2.1 色彩空間轉換函數的優化

CIF格式基于YUV色彩空間，而應用程序中，大多數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YUV色彩空間的轉換函數。

RGB到YUV的轉換函數如下所示，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原有的色彩空間轉換算法采用浮點運算，但浮點運算會消耗較多的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代替浮點乘除，從而有效縮短了轉換時間。

優化后的轉換函數如下：

Y=((R×313524)

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