基于DSP的數(shù)碼相機中的MPEG-4壓縮方案

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

　　隨著瞬息萬變的DSC市場不斷分化，開發(fā)商必須不斷充分利用技術(shù)創(chuàng)新的優(yōu)勢來細分其產(chǎn)品。當(dāng)今其中一項創(chuàng)新就是在基于高性能數(shù)字信號處理器(DSP)的消費類DSC中引入MPEG-4視頻壓縮技術(shù)。MPEG-4標準使DSC能夠有效提供視頻及其他操作模式，增加所存儲視頻剪輯的數(shù)量，并支持視頻圖像強大可靠的傳輸。DSP可以提供低價位相機產(chǎn)品中MPEG-4編碼以及解碼所需要的計算性能，尤其那些具備支持快速圖像處理架構(gòu)的DSP更是如此。可編程性使開發(fā)商在整個DSC產(chǎn)品線中使用相同的DSP平臺，從而通過軟件優(yōu)化不同產(chǎn)品的成像管道(imagepipe)。

　　新的壓縮標準

　　DSC傳統(tǒng)依賴于JPEG壓縮標準，其設(shè)計用于存儲靜止圖像，并且已通過互聯(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度編碼(VLC)技術(shù)進一步減少存儲與傳輸?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數(shù)據(jù)壓縮一個數(shù)量級而不丟失視覺完整性。

　　用于動畫與視頻的各種MPEG標準采用與JPEG相同的幀內(nèi)技術(shù)入手來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冗余。幀間技術(shù)事實上涉及將每個連續(xù)幀的16×16象素宏塊壓縮到上一個幀的宏塊，然后采用運動估計與補償技術(shù)來描述宏塊的幀到幀移動。這些預(yù)測幀或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I幀進行編碼。

　　圖1說明了一般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，以便實現(xiàn)過去幀的逐塊壓縮到未來幀(即運動估計)，從而實現(xiàn)幀間壓縮。視頻解碼涉及圖下部的步驟(逆量子化、反向DCT、運動補償)。除了圖中所示之外，MPEG標準還具有采用獨立流程的音頻壓縮－解壓算法。

　　圖1：MPEG視頻壓縮流程圖。

　　MPEG-4：多媒體標準

　　MPEG標準在不斷發(fā)展，以適應(yīng)新興的視頻應(yīng)用。最初的MPEG-1標準開發(fā)用于大容量存儲與系統(tǒng)檢索，例如：交互式CD-ROM以及VCD。此后，在MPEG-2中對該標準進行了修改，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)庫的要求所驅(qū)動下，MPEG-7標準規(guī)定了用于信息搜索的內(nèi)容表述。

　　MPEG-4開發(fā)用于交互式多媒體應(yīng)用，其中包括那些通過無線連接提供的多媒體應(yīng)用。它與基本H。263視頻壓縮標準共享算法。與早期的MPEG標準相比，MPEG-4為更高密度的圖像提供了更好的壓縮，并為更強大可靠的傳輸提供了更高的容錯彈性(errorresilience)。另外，MPEG-4支持在幀中引入對象類型，從而可以獨立規(guī)定、壓縮、傳輸和重新組合不同的圖像及圖形單元。但是，該標準的對象支持功能仍有待開發(fā)切實可行的實施方案。到那時，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應(yīng)的單個對象。