小波變換在IPTV編碼中的應(yīng)用

一、引言

　　IPTV業(yè)務(wù)主要用來為電視機(jī)、手機(jī)和電腦等終端提供電視節(jié)目直播（LTV）、視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)（VoD）、準(zhǔn)視頻點(diǎn)播（NVoD）、時(shí)移電視點(diǎn)播（TSTV）以及視頻即時(shí)通信等服務(wù)，這些服務(wù)都涉及到大量的圖像與視頻數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)需要相當(dāng)大的帶寬，而且需要相當(dāng)高的QoS保證。因此，在通過網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容來不斷增加帶寬和采用各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來節(jié)約帶寬的同時(shí)，如何通過編碼技術(shù)將原始圖像和視頻在傳輸前進(jìn)行有效壓縮也成為了人們所關(guān)注的焦點(diǎn)。

　　研究表明，圖像和視頻數(shù)據(jù)都是高度相關(guān)的，一幅圖像的內(nèi)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(qū)域可能是一均勻著色墻或規(guī)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(nèi)的視頻，桌、椅、電腦等辦公用品基本上是不移動(dòng)的，各幀的圖像之間差別很小，因此存在著大量的時(shí)間冗余信息。為了達(dá)到較高的壓縮比，在保持重建的圖像和視頻質(zhì)量可以接受的同時(shí)，盡量去除這些空間和時(shí)間冗余信息，就可以節(jié)省大量的傳輸帶寬。實(shí)際上，除了空間和時(shí)間冗余信息之外，還存在著熵、結(jié)構(gòu)、知識(shí)、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(dá)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(diào)制、矢量量化、時(shí)空子抽樣編碼、子帶編碼、熵編碼、預(yù)測編碼、變換編碼等，JPEG2000、MPEG-2、MPEG-4、VC-1等圖像和視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)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(shí)別、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、分形幾何等基礎(chǔ)理論研究與發(fā)展非常迅速，同時(shí)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(shù)也相繼問世，小波編碼就是其中的一種。

二、IPTV業(yè)務(wù)編碼需求

　　與以往其他業(yè)務(wù)相比，IPTV業(yè)務(wù)具有比較鮮明的特征，包括高帶寬需求、高QoS保證需求、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的廣播流需求、大量的系統(tǒng)資源需求、巨大的并發(fā)服務(wù)/業(yè)務(wù)數(shù)需求等。IPTV的業(yè)務(wù)屬性如圖1所示。



圖1 IPTV業(yè)務(wù)屬性

　　1.高帶寬需求

　　IPTV業(yè)務(wù)涉及大量的圖像和視頻數(shù)據(jù)，在傳輸這些數(shù)據(jù)時(shí)往往需要占用大量的帶寬資源，而且IPTV的用戶將會(huì)比以往任何時(shí)候都要多得多。因此，IPTV業(yè)務(wù)對(duì)帶寬的需求尤其強(qiáng)烈。

　　2.高QoS保證需求

　　IPTV業(yè)務(wù)主要是流媒體業(yè)務(wù)，包括電視節(jié)目直播（LTV）、視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)（VoD）、準(zhǔn)視頻點(diǎn)播（NVoD）、時(shí)移電視點(diǎn)播（TSTV）以及視頻即時(shí)通信等服務(wù)，而相當(dāng)小的時(shí)間間隙就能夠?yàn)槿搜鬯兄?。因此，這些服務(wù)都需要相當(dāng)高的實(shí)時(shí)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(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的廣播流需求

　　在IPTV業(yè)務(wù)中，電視節(jié)目直播（LTV）、視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)（VoD）、準(zhǔn)視頻點(diǎn)播（NVoD）、時(shí)移電視點(diǎn)播（TSTV）等服務(wù)都需要支持從廣播源到用戶終端的流傳輸。由于這些服務(wù)往往在同一時(shí)刻同時(shí)有許多用戶需要相同的數(shù)據(jù)，因此需要提供點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的廣播流。

　　4.大量的系統(tǒng)資源需求

　　圖像和視頻數(shù)據(jù)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(chǔ)時(shí)需要大量的存儲(chǔ)空間，而且編解碼時(shí)還需要大量的交換空間。