小波变换在IPTV编码中的应用

一、引言

　　IPTV业务主要用来为电视机、手机和电脑等终端提供电视节目直播（LTV）、视频点播业务（VoD）、准视频点播（NVoD）、时移电视点播（TSTV）以及视频即时通信等服务，这些服务都涉及到大量的图像与视频数据，这些数据在传输时需要相当大的带宽，而且需要相当高的QoS保证。因此，在通过网络扩容来不断增加带宽和采用各种网络技术来节约带宽的同时，如何通过编码技术将原始图像和视频在传输前进行有效压缩也成为了人们所关注的焦点。

　　研究表明，图像和视频数据都是高度相关的，一幅图像的内部以及视频序列中的相邻图像之间存在着大量的冗余信息。比如一张教室的照片，图像的某些区域可能是一均匀着色墙或规则显示的窗等，因此存在着大量的空间冗余信息；再比如一段办公室内的视频，桌、椅、电脑等办公用品基本上是不移动的，各帧的图像之间差别很小，因此存在着大量的时间冗余信息。为了达到较高的压缩比，在保持重建的图像和视频质量可以接受的同时，尽量去除这些空间和时间冗余信息，就可以节省大量的传输带宽。实际上，除了空间和时间冗余信息之外，还存在着熵、结构、知识、视觉等各方面的冗余信息。图像和视频编码的目的就是要尽可能地消除这些冗余信息，达到降低图像和视频传输带宽需求的目的。

　　图像和视频编码的种类很多，基本的方法包括脉冲调制、矢量量化、时空子抽样编码、子带编码、熵编码、预测编码、变换编码等，JPEG2000、MPEG-2、MPEG-4、VC-1等图像和视频编码标准中都使用了上面所提到的这些编码方法中的几种。近些年来，模式识别、计算机图形学、计算机视觉、神经网络、小波分析、分形几何等基础理论研究与发展非常迅速，同时随着人类的视觉生理和心理特性的研究成果也相继问世，各种新型的图像和视频编码技术也相继问世，小波编码就是其中的一种。

二、IPTV业务编码需求

　　与以往其他业务相比，IPTV业务具有比较鲜明的特征，包括高带宽需求、高QoS保证需求、点对多点的广播流需求、大量的系统资源需求、巨大的并发服务/业务数需求等。IPTV的业务属性如图1所示。



图1 IPTV业务属性

　　1.高带宽需求

　　IPTV业务涉及大量的图像和视频数据，在传输这些数据时往往需要占用大量的带宽资源，而且IPTV的用户将会比以往任何时候都要多得多。因此，IPTV业务对带宽的需求尤其强烈。

　　2.高QoS保证需求

　　IPTV业务主要是流媒体业务，包括电视节目直播（LTV）、视频点播业务（VoD）、准视频点播（NVoD）、时移电视点播（TSTV）以及视频即时通信等服务，而相当小的时间间隙就能够为人眼所感知。因此，这些服务都需要相当高的实时性保证。另外，如果输出的图像和视频过于粗糙，也直接影响到用户的感受。

　　3.点对多点的广播流需求

　　在IPTV业务中，电视节目直播（LTV）、视频点播业务（VoD）、准视频点播（NVoD）、时移电视点播（TSTV）等服务都需要支持从广播源到用户终端的流传输。由于这些服务往往在同一时刻同时有许多用户需要相同的数据，因此需要提供点对多点的广播流。

　　4.大量的系统资源需求

　　图像和视频数据的文件往往都非常大，而且处理起来非常繁琐，因此不仅存储时需要大量的存储空间，而且编解码时还需要大量的交换空间。