基于DSP的數(shù)碼相機(jī)中的MPEG-4壓縮方案

　　雖然數(shù)碼相機(jī)(DSC)投入市場(chǎng)僅幾年時(shí)間，但已經(jīng)使消費(fèi)類(lèi)電子成像業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化。目前，全球售出的相機(jī)中大約有三分之一是數(shù)碼相機(jī)，而且其份額還在穩(wěn)步上升。隨著多兆象素DSC生成分辨率越來(lái)越高的圖像而開(kāi)始挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的膠卷像機(jī)，消費(fèi)類(lèi)DSC也正提供智能化操作模式，幫助用戶(hù)在各種條件下都能拍攝出更好的照片。視頻模式也已經(jīng)成為消費(fèi)類(lèi)DSC的標(biāo)準(zhǔn)功能，使用戶(hù)能夠快速拍攝多個(gè)照片，以便選擇更好的快照，同時(shí)也使他們能夠保存重大事件的簡(jiǎn)短剪輯。此外，DSC也開(kāi)始與手機(jī)集成在一起，實(shí)現(xiàn)靜止圖片與剪輯隨時(shí)隨地的快速傳輸。

　　隨著瞬息萬(wàn)變的DSC市場(chǎng)不斷分化，開(kāi)發(fā)商必須不斷充分利用技術(shù)創(chuàng)新的優(yōu)勢(shì)來(lái)細(xì)分其產(chǎn)品。當(dāng)今其中一項(xiàng)創(chuàng)新就是在基于高性能數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的消費(fèi)類(lèi)DSC中引入MPEG-4視頻壓縮技術(shù)。MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)使DSC能夠有效提供視頻及其他操作模式，增加所存儲(chǔ)視頻剪輯的數(shù)量，并支持視頻圖像強(qiáng)大可靠的傳輸。DSP可以提供低價(jià)位相機(jī)產(chǎn)品中MPEG-4編碼以及解碼所需要的計(jì)算性能，尤其那些具備支持快速圖像處理架構(gòu)的DSP更是如此。可編程性使開(kāi)發(fā)商在整個(gè)DSC產(chǎn)品線(xiàn)中使用相同的DSP平臺(tái)，從而通過(guò)軟件優(yōu)化不同產(chǎn)品的成像管道(imagepipe)。

　　新的壓縮標(biāo)準(zhǔn)

　　DSC傳統(tǒng)依賴(lài)于JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)計(jì)用于存儲(chǔ)靜止圖像，并且已通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)而廣為流行。在壓縮中，JPEG采用離散余弦變換(DCT)與量化技術(shù)有效地從包含8×8象素陣列的最小編碼單元(MCU)的數(shù)據(jù)描述中消除大部分空間冗余。然后此算法采用熵或可變長(zhǎng)度編碼(VLC)技術(shù)進(jìn)一步減少存儲(chǔ)與傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)。圖像解壓的步驟則與此相反。根據(jù)圖像內(nèi)容，盡管壓縮比隨圖像的不同而不同，但是JPEG算法一般情況下可以將象素?cái)?shù)據(jù)壓縮一個(gè)數(shù)量級(jí)而不丟失視覺(jué)完整性。

　　用于動(dòng)畫(huà)與視頻的各種MPEG標(biāo)準(zhǔn)采用與JPEG相同的幀內(nèi)技術(shù)入手來(lái)壓縮基本的靜止圖像或I幀，然后采用附加的幀間技術(shù)以消除隨后幀中的暫時(shí)冗余。幀間技術(shù)事實(shí)上涉及將每個(gè)連續(xù)幀的16×16象素宏塊壓縮到上一個(gè)幀的宏塊，然后采用運(yùn)動(dòng)估計(jì)與補(bǔ)償技術(shù)來(lái)描述宏塊的幀到幀移動(dòng)。這些預(yù)測(cè)幀或P幀只需要描述其從上一幀的改變。然后以應(yīng)用所決定的間隔定期對(duì)I幀進(jìn)行編碼。

　　圖1說(shuō)明了一般MPEG視頻壓縮中所涉及的步驟。圖像頂部從輸入到輸出的幀內(nèi)壓縮步驟(DCT、量化與VLC)足以生成I幀。為了創(chuàng)建P幀，剛編碼的幀必須在本地幀緩沖器中被解碼并存儲(chǔ)，以便實(shí)現(xiàn)過(guò)去幀的逐塊壓縮到未來(lái)幀(即運(yùn)動(dòng)估計(jì))，從而實(shí)現(xiàn)幀間壓縮。視頻解碼涉及圖下部的步驟(逆量子化、反向DCT、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償)。除了圖中所示之外，MPEG標(biāo)準(zhǔn)還具有采用獨(dú)立流程的音頻壓縮－解壓算法。

　　圖1：MPEG視頻壓縮流程圖。

　　MPEG-4：多媒體標(biāo)準(zhǔn)

　　MPEG標(biāo)準(zhǔn)在不斷發(fā)展，以適應(yīng)新興的視頻應(yīng)用。最初的MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)用于大容量存儲(chǔ)與系統(tǒng)檢索，例如：交互式CD-ROM以及VCD。此后，在MPEG-2中對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修改，以支持更高的分辨率、更廣泛的格式以及與HDTV相關(guān)的數(shù)字編碼。由于在DVD中的應(yīng)用，MPEG-2更受青睞。在視頻數(shù)據(jù)庫(kù)的要求所驅(qū)動(dòng)下，MPEG-7標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用于信息搜索的內(nèi)容表述。

　　MPEG-4開(kāi)發(fā)用于交互式多媒體應(yīng)用，其中包括那些通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接提供的多媒體應(yīng)用。它與基本H。263視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)共享算法。與早期的MPEG標(biāo)準(zhǔn)相比，MPEG-4為更高密度的圖像提供了更好的壓縮，并為更強(qiáng)大可靠的傳輸提供了更高的容錯(cuò)彈性(errorresilience)。另外，MPEG-4支持在幀中引入對(duì)象類(lèi)型，從而可以獨(dú)立規(guī)定、壓縮、傳輸和重新組合不同的圖像及圖形單元。但是，該標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象支持功能仍有待開(kāi)發(fā)切實(shí)可行的實(shí)施方案。到那時(shí)，包括DSC在內(nèi)的大部分MPEG-4應(yīng)用可以繼續(xù)基于通常情況下與圖像的完整矩形幀對(duì)應(yīng)的單個(gè)對(duì)象。