视频采集后压缩处理后损失的原因



2012-02-17 16:53　作者：九视电子　出处：www.360tsw.com

　　视频如果不经过压缩编码处理，其数据量是非常大的，不利于存储也不利于网络的传输。但是经过压缩处理后，视频质量都会有损失，对于不同的领域采集压缩，都需要专业的技术进行处理。目前最常用的数字视频压缩算法是MPEG-2。从现有的卫星电视传输、有线数字电视传输到空中数字广播，MPEG-2在各种应用中已经被国际上广为采用。

　　MPEG-2算法是使用非常多的，首先通过运动补偿去除时间冗余，然后将一帧图像分割成一个个8x8的相素点阵，在每个点阵内使用DCT(离散余弦变换)去除空间冗余。DCT完成后通过量化和重组后压缩就完成了，然后进行可变长编码，最后进行霍夫曼编码。整个压缩过程极大的减少了比特率(>10:1压缩比)。

　　当然，压缩越严重，视频效果也会越差，比特率的减少也带来了问题，因为编码损失了一些原始的视频信息，有可能引起严重的负作用，所以，MPEG-2被称为有损编码。它丢弃了被认为视觉上较为次要的图像信息。压缩得越大，编码后的图像与原始图像的差异就越大。图像质量和逼真度现在取决于所选择的(或通常是施加的)压缩级别。因为它直接与可用带宽相关，我们必须问问自己，什么时候才不出现过度的视频压缩呢?

　　看得见的失真

　　在数字信号传输中的带宽限制以及过分的图像压缩，使压缩后的图象完全不同于模拟世界看到的图像。

　　通常，模拟图像变差(或噪声)经常是以高斯噪声的形式出现，该噪声的优点是它会保留基本的内容并且因为人眼视觉缺陷而不易被发觉。我们常常会看到那些有些模糊而让人不那么舒服的模拟图像，但是，这并不会让人觉得明显的反感。

　　数字噪声遵循的是一种不同的分布模式，更重要的是，其特殊的形态让人的视觉感到很不自然。当将MPEG-2编码(或任何基于DCT模块的编解码)用到极限，失真就主要有两种方式：蚊式噪声(Mosquito noise)和方块效应(Blocking artifacts)。

　　蚊式噪声

　　在清晰的彩色背景上，围绕突出物体、电脑仿真物体或滚动的字符周围的蚊式噪声最为明显。它看起来像某种围绕物体与背景之间高频分界(在前景物体与背景之间形成的尖锐跳变)的朦胧的东西或闪光体，甚至有时它被误认为是环绕物。不幸的是，这种细小的效应在人身体之类更接近自然的形状上也能看到。VIRIS项目组(视频参考损伤系统)将蚊式噪声定义为“伴随着运动物体边缘的失真，表现为围绕着物体四周有一层象飞行物体和/或模糊的气泡的物质(就像蚊子围绕着人头部和肩膀飞)”。

　　当重建图像并因为使用用反余弦变换丢弃一些数据时，就会出现蚊式噪声。

　　“蚊子”在一张图像的其它部分也可以找到，例如，在特定的纹理分界处或颗粒状物体处也会出现蚊式噪声。结果就有点类似随机噪声了，噪声看起来似乎与纹理或颗粒物混合在了一起，看起来就像画面的原始特征。

　　方块效应

　　名副其实，在图像中表现出令人讨厌和不自然的方块。有时侯表现为一大块，它是一种图像的失真，且是由分块编码结构造成的。

　　当编码达到最大化的时候，每个像素点阵就会被相当粗糙地取平均，使之看上去像一个大像素。每一个像素点阵的计算都不一样，这样就造成了各个点阵之间象是有明显的边界一样。

　　当物体或摄像机快速运动的时候该效应更为明显。最佳的例子是在NFL(美国国家足球联盟)广播过程中，抱球飞奔的运动员看起来就像老式任天堂游 里的马利奥兄弟似的。

　　VGA视频采集卡工作原理是由RGB模拟信号经过A/D采样后转换为数字信号，通过FPGA写入SDRAM作为缓存，再经FPGA从SDRAM中将采集压缩的数据读出通过PCI总线传输到上位机，由上位机对数据进行传输等处理。它对VGA信号实时进行采集支持声音的同步录制，显示画面可以任意拉伸或全屏，录制后格式为avi。

　　在模数信号转换问题上，很多采集卡的实时采集压缩能力就能比较出来产品的优势。因为模拟视频源的视频信号可以不间断的提供，视频采集卡要采集视频信息的每一帧图像，且在采集后经过处理将信号传送给计算机，所以实现实时采集的一个关键就是每一帧的处理时间。如果这个处理时间超过了相邻两帧信号的间隔时间，那么就会出现丢帧现象。因此，采集卡在获取视频序列的同时要先进行压缩处理，在存盘，也可以说获取和压缩要同步完成。

　　传统的屏幕信号采集方法由于在图像采集和传输的过程中经常发生图像质量的损失，医疗机构往往很难获得清晰质量的图像来帮助诊断。九视电子系列VGA采集卡和DVI采集卡提供了专业的VGA接口或DVI接口图像采集，可从任何VGA设备或DVI数字设备捕获广播级质量图像和视频，进行简单高效的图像采集。