1、 1基于统计的视频分析技术研究一、 课题背景随着科技的发展，人们的生活在科技的影响下发生着日新月异的变化。从20世纪90年代开始，整个社会就己经进入了数字化、知识化、信息化年代。数字化已经成为新世纪发展的一个最显著特征和最关键技术之一。MPEG 是目前最常用的一项音频/ 视频压缩技术，它实际上并不是一个单一的标准，而是包括了适合于各种不同应用的一系列标准，但这些标准是以一些共同理论为基础的。MPEG是活动图象专家组的缩写词，该专家组是联合技术委员会(Joint Technical Committee，JTC1)的一部分，JTC1是由ISO(国际标准化组织)和IEC(国际电工委员会)建立的。JT
2、C1 负责信息技术，在JTC1 中，下设有负责“音频、图象编码以及多媒体和超媒体信息”的子组SG29。在SG29子组中，又设有多个工作小组，其中就包括JPEG(联合图片专家组)和负责活动图象压缩的工作组WG11。因此，可以认为MPEG 是ISO/IEC JTC1/SG29/WG11。MPEG-1 系统，即ISO/IEC 11172，它是第一个用于运动图象的国际压缩标准，开发于1988 至1992 年间。与JPEG一样，它使用了DCT变换，系数量化和可变字长编码，但它包含了用于时间域压缩的运动补偿。MPEG-1 由以下三部分组成：1、系统ISO/IEC 11172-1，多路复用结构。2、ISO/
3、IEC 11172-2，视频编码。3、ISO/IEC 11172-3，音频编码。MPEG-1 在技术上显示了巨大的成功。它设计用于SIF 图象格式，即352288(25Hz PAL)或352240（30Hz NTSC）的图象码流压缩系统及其相关音频码流，其压缩后的总数据率大约为21.5Mbit/ 秒。这样的数据率适用于T1 数据电路传送和CD-ROM重放系统，所具有的图象分辨率与家用视频录像机大致相当。MPEG-1于1991年终止修订（即以后的变化仅允许作编辑性的修改）。就在这一年启动了MPEG-2 进程。MPEG-2 最终于1994 年成为一个标准。在MPEG-2 进程中，最初的目标是很简单
4、的，即需要一个能够适应广播视频质量的标准。这种编码应当能够完全满足标准清晰度图象(704 480，在29.97Hz 时和704 576，在25Hz 时)的需求，并能有效地用于隔行扫描视频编码。MPEG-2 标准文件即ISO/IEC 13818，目前有10 部分。在MPEG-2 标准中，最重要部分是：1、ISO/IEC 13818-1 系统(传输流和节目流)，PES，T-STD 缓存器模型和基本PSI 表：CAT、PAT、PMT 和NIT。2、ISO/IEC 13818-2 视频编码。3、ISO/IEC 13818-3 音频编码。4、ISO/IEC 13818-4 MPEG 测试和一致性。5、I
5、SO/IEC 13818-6 数据广播和DSMCC。MPEG-2在许多方面都代表着MPEG时代的到来。将MPEG的巨大灵活性与大规模集成电路日益增长的可用性相结合，这就意味着MPEG-2具有非常广泛的应用。MPEG-3的终结是MPEG-2 成功的一个精彩场面。MPEG-3 本来是用于高清晰度电视的。MPEG-3的夭折，是因为MPEG 2能够很容易地将其应用调整到高清这一领域，这一事实而且是愈来愈明显。这样，MPEG-2就理所当然地成为ATSCT和DVB广播标准的基础，同时它也被DVD用于压缩系统。MPEG-2还可用于图象中的运动对象。通过对下面将要讨论的类别和等级的划分，它能够为某一应用建立一
6、项全面的标准，但它又以进取的姿态转向更为急需的应用。MPEG-2 的开拓性工作一直延续到进入2002 年。为了确保标准的制定能够最终地完成，应当有严格的规则，即在标准化过程中的某一阶段之后，禁止对标准作实质性的改动。3这样，在标准被正式接受之时，通常也遗留下一些尚待进一步提高和扩展的问题。MPEG-2就是这样的。如前所述，MPEG-3 在启动之后又遭终止，因此，以后的工作就由MPEG-4 来进行。MPEG-4 的两个版本已经完成，有关进一步扩展的工作仍在继续。MPEG-4最初主要关注的是极低码率的视音频编码。实际上，MPEG-4对以下三种比特率范围作了明确的最佳化处理：64kbit/ 秒以下、
7、64 至384kbit/ 秒、384kbit/ 秒至4Mbit/ 秒。低比特率仍然是一个主要的目标，已经有了一些开创性的意见。有关误码的校正，也给予了极大的关注，这将使MPEG-4非常适合于易产生误码的环境中使用，例如个人手持式传输设备。不过，在MPEG-4 中，还有使用比特率高达38.4Mbit/ 秒的类和级，以及使用数据率高达1.2Gbit/秒的演播室质量的类和级，这些工作仍在进行中。更重要的是，MPEG-4已成为更加广泛的压缩系统它利用强大的工具开发出了全新的多媒体编码概念，使之适用于互操作性和更大范围内的应用。MPEG-4 标准的主要部分如下：1、ISO/IEC 14496-1 系统。
8、2、ISO/IEC 14496-2 图象。3、ISO/IEC 14496-3 音频。4、ISO/IEC 14496-4 一致性测试。5、ISO/IEC 14496-6 传送多媒体综合框架(DMIF)。MP EG -2 系统层定义了两类系统码流，即传送流TS(Transport Stream)和节目流PS(Program Stream)。这两种码流都是山视频及音频等基本码流ES(Elementary Stream)组合而成的码流，它们又被分解成数据包以利于传送。传送 流 是 由一道或多道程序组成，而每道程序由一个或多个基本码流ES和一些其它的流多路复用在一起。其中程序是一些有着相同时间基点的基本
9、码流ES的集合。传送 流 T S是根据ITU-TR ec.H.220.01IS 4O/IEC1 3818-2和ISO/IEC1 3818-3协议而定义的一种数据流，其目的是为了在有可能发生严重错误的环境下。进行一道或多道程序编码数据的传送和存储。通常这种错误表现为比特值错误或分组丢失。传送流TS的速率可以是变化的，也可以是固定不变的。在任何情况下基本码流ES可以变化或固定不变，并且在这些情况下传送流TS的语法和语义要求都是相同的。传送流TS速率由节目参考时钟(PCR)字段的位置和数值所决定，通常对于每个节目都有自己的节目参考时钟(PCR)字段。然而，当传送流TS有多路节目时，由于每个节目的TS
10、速率是不同的常数，所以要构造一个所有比特率都在变化的传送流TS是很困难的。MPEG-2 TS流是由一系列TS包组成，每个TS包固定为188字节(Byte),且每个包头的第一个字节都是0X47这个同步字节。TS包山包头和有效净荷组成。传送流TS的语法示意图如下图所示：5传送流语法示意图二、 研究现状Mpeg-2系统是将视频、音频及其他数据基本流组合成一个或多个适宜于存储或传输的数据流的规范，如图所示：6由图可见，数字视频数据和数字音频数据分别通过图像编码和声音编码之后，生成基本流ES。由于MPEG-2己经成为事实上的广播电视系统流的标准，因此国内外许多学者对MPEG-2的各个方面都进行了详细的研
11、究。当前的数字视频主要以 MPEG-2 为基础，这是一个已经使用了十多年的旧标准，已经达到了它的压缩效率极限。一部分学者对 TS 传送问题进行了大量研究，包括 MPEG-2 传输流的复用技术、MPEG-2 中的错误隐藏，查找技术、视频码流的拼接技术、MPEG-2 多功能编码器技术等等，在这些研究过程中，MPEG-2 越来越完善，在当前得到了广泛的使用，使其从成本、技术、品质上都能发挥出优势：还有一些学者正在致力于新技术的研究，致力于找到高于 MPEG-2 的标准来代替 MPEG-2，使其更好的作用于人们的生活，提高人们的生活质量，比如基于专用芯片的结构（SoC+ASIC）、基于 DSP+ARM 的结构、基于 x86 的结构的 H.264 编码标准和 MPEG-4 等三、 研究方向71、 学习 DVB 技术原理，了解 DVB 技术的发展及标准2、 MPEG-2 的相关标准以及对各标准的理解3、 传送流的数据结构，通过对结构的学习能够通过数据分析处理视频4、 掌握分析压缩视频数据的统计特性的方法5、 研究 MPEG-2 视频的分析检测方法并用于实践
