交通信息技术

交通信息处理技术交通信息一方面是采集到的信息繁杂多样，要想利用这些不同类别的信息，需要采用不同的处理方法；另一方面，交通信息的一个显著特征是他的空间性和随机性，因此对他的研究和分析要建立在广泛统计的基础上，应用各类信息处理技术和统计方法来探索他的规律性。数据压缩技术交通信息融合技术这里主要介绍的处理技术：3.1数据压缩处理技术如果没有数据压缩技术的发展，多媒体信息将难以实现，若要实时地综合处理声音，图像，视频，文字等多媒体信息，其数据量是非常大的。要传输或者储存这样大的数据量是非常困难的，必须对其进行压缩编码，在满足实际需要的前提下，尽量减少要传输或存储的数据量。数据压缩主要是依靠信源编码技术。压缩技术可以分为两大类：无损压缩技术和有损压缩技术。无损压缩利用数据的统计冗余进行压缩，可以完全恢复原始数据而不引入任何失真，但是压缩率受到数据统计冗余度的理论限制，一般为2:1到5：1。这类方法广泛用于文本数据，程序和特殊应用场合的图像数据的压缩。有损压缩利用了人类视觉对图像中的某些频率成分不敏感的特性，允许压缩过程中损失一定信息，虽然不能完全回复原始数据，但是所损失的部分对理解原始图像的影响较小，却换来了大得多的压缩比。这类方法广泛应用于语音，图像和视频数据的压缩。无损压缩和有损压缩区别无损压缩有损压缩精确度高（几乎100%）低（不高于60%）压缩比率低（不低于50%）高（可以达到20%）可逆性可逆不可逆占用空间大小视觉效果好（与原图一样）一般（放大不清晰）常见格式APE、FLAC、LPAC、WavPackJpeg、mpeg、mp3、rm、rmvb、wma、wmv在这我们主要讲运用于交通的压缩技术。下面为大家介绍三种有损数据压缩标准：1.JPEG标准用于静态图像压缩——抓拍图像；2.MPEG标准用于动态图像压缩——视频监控；3.音频压缩简单的音频压缩技术——调度电话。3.1.1JPEG标准JPEG（jointphotographicexpertsgroup）是国际标准化组织ISO和国际电工委员会IEC两个组织机构联合组成的一个专家组，负责制定静态的数字图像数据压缩编码标准，这个专家组开发的算法称为JPEG算法，并且成为国际上通用的标准。JPEG是一个适用范围很广的静态图像数据压缩标准，既可以用于灰度图像，又可以用于彩色图像。PJPEG算法JPEG专家组开发了两种基本的压缩算法：一种以离散余弦变换（DCT）为基础的有损压缩算法；另一种是采用以预测技术为基础的无损压缩算法。使用有损压缩时，压缩比在25:1时，还原图像与原始图像的差别图像专家几乎都看不出来，因此得到了广泛使用，几乎所有相机图片格式都是JPEG（JPG）的。目前国际上最新的标准是JPEG2000，由JPEG衍生而来，但是它的算法采用小波变换、画布坐标系统、EBCOT编码。因而得到的图片更清晰，噪点更少，而且还同时支持有损和无损压缩两种方式。JPEG(静态图像压缩)算法必须足：1.算法独立于图像的分辨率；2.具有低于1bit/像素的编码率，并且能够在5s内建立图像，以满足实时要求；3.在压缩比大约是2的情况下能够无失真地恢复原图像；4.支持顺序编解码和渐进编解码；5.对各种图像成分及数据精度的自适应能力；6.编解码设备简单易实现。JPEG压缩是有损压缩，它利用了人的视觉系统的特性，使用量化和无损压缩编码相结合来去掉视觉的冗余信息和数据本身的冗余信息。压缩编码大致可以分为三个步骤：1.使用正向离散余弦变换把空间域表示的图变换成频率域表示的图。2.使用加权函数对DCT系数进行量化，这个加权函数对于人的视觉系统是最佳的。3.使用霍夫曼可变字长编码器对量化系数进行编码。JPEG压缩编码算法的主要计算步骤如下：1.正向离散余弦变换（FDCT）2.量化（quantization）3.Z字形编码（zigzagscan）4.使用差分脉冲编码调制对直流系数进行编码5.使用行程长度编码对交流系数进行编码6.熵编码（entropyeoding）。JPEG/JFIF是万维网（WorldWideWeb）上最普遍的被用来存储和传输照片的格式。它并不适合于线条绘图（drawing）和其他文字或图标（iconic）的图形，因为它的压缩方法用在这些类型的图形上，得到的结果并不好。PNG和GIF格式通常是用来存储这类的图形；GIF每个像素只有8比特，并不很适合于存储彩色照片，PNG可以无损地存储照片，但是文件太大的缺点让它不太适合在万维网上传输。3.1.2MPEG标准MPEG图像编码是基于变换的有损压缩。光学信号线经过采样形成视频信号，视频信号基本的单位叫做帧，一个帧就是一个独立的图像，然后帧被分区成小块做变换编码，然后量化，最后进行熵编码。MPEG（运动图像专家组）压缩技术已是目前视频压缩的重要技术之一。他解决了以往硬盘容量有限及计算机总线瓶颈效应，因而扩大了多媒体应用空间的自由度和灵活度。高速公路监控图像传输处理，VCD节目制作就是运用了MPEG压缩技术。MPEG标准:MPEG-1：第一个官方的视讯音频压缩标准，随后在VideoCD中被采用，其中的音频压缩的第三级（MPEG-1Layer3）简称MP3，成为比较流行的音频压缩格式。MPEG-2：广播质量的视讯、音频和传输协议。被用于无线数字电视-ATSC、DVB以及ISDB、数字卫星电视（例如DirecTV）、数字有线电视信号，以及DVD视频光盘技术中。MPEG-3：原本目标是为高分辨率电视（HDTV）设计，随后发现MPEG-2已足够HDTV应用，故MPEG-3的研发便中止。MPEG-4：2003年发布的视讯压缩标准，主要是扩展MPEG-1、MPEG-2等标准以支持视频／音频对象（video/audioobjects）的编码、3D内容、低比特率编码（lowbitrateencoding）和数字版权管理（DigitalRightsManagement），其中第10部分由ISO/IEC和ITU-T联合发布，称为H.264/MPEG-4Part10。MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4实际上采用了的动量估计和动量补偿技术。在利用了动量补偿的帧（图像）中，被编码的是经过动量补偿的参考帧与目前图像的差。与传统图像编码技术不同，MPEG并不是每格图像进行压缩，而是以一秒时段作为单位，将时段内的每一格图像做比较，由于一般视频内容都是背景变化小、主体变化大，MPEG技术就应用这个特点，以一幅图像为主图，其余图像格只记录参考资料及变化数据，更有效记录动态图像。从MPEG-1到MPEG-4，其核心技术仍然离不开这个原理，之间的分别主要在于比较的过程和分析的复杂性等。MPEG-4的主要应用场合：数字电视，交互式的图形应用，交互式多媒体领域（如监控系统）。MPEG-4的特点及优势：1.具有很好的兼容性及开放性。2.提供高压缩比的同时，对数据的损失很小，达到以很小的数据获得最佳的图像质量的目的。3.他是个开放标准，其高质量的数字影像，以及允许内容创建者从MPEG-2质量一直到极低宽带的INTERT流式内容全程进行品质和宽带的均衡，而被全世界的无线，电脑及娱乐公司广泛采用。4.正如MPEG-2将数字电视最终完全取代现有的模拟电视那样，随着MPEG-4新标准的不断推出，数据压缩和传输技术必将趋向更加规范化。H.264/AVC项目意图创建一种视频标准。与旧标准相比，它能够在更低带宽下提供优质视频（换言之，只有MPEG-2，H.263或MPEG-4第2部分的一半带宽或更少），也不增加太多设计复杂度使得无法实现或实现成本过高。另一目的是提供足够的灵活性以在各种应用、网络及系统中使用，包括高、低带宽，高、低视频分辨率，广播，DVD存储，RTP/IP网络，以及ITU-T多媒体电话系统。H.264是目前基于MPEG-4的最新的视频标准，下面我们来认识下H.264：H.264是MPEG-4标准所定义的最新格式，同时也是技术含量最高、代表最新技术水平的视频编码格式之一，有的也称（AVC）。AVC/H.264视频编码由ISO的MPEG和ITU的VCEG两个组织于2003年最终定稿。AVC/H.264标准本身则是由包括来自MPEG和VCEG专家的JointVideoTeam（JVT）开发。作为目前最广泛使用的高清晰度视频格式，H.264主要应用于HDDVD（已被淘汰）和蓝光DVD（blue-rayDisc）中。在画质上：H.264概述随着市场的需求，在尽可能低的存储情况下获得好的图像质量和低带宽图像快速传输已成为视频压缩的两大难题。为此IEO/IEC/和ITU-T两大国际标准化组织联手制定了新一代视频压缩标准H.264。在编码上：H.264和以前的标准一样，也是DPCM加变换编码的混合编码模式。但它采用“回归基本”的简洁设计，不用众多的选项，获得比MPEG-4好得多的压缩性能；H.264加强了对各种信道的适应能力，采用“网络友好”的结构和语法，有利于对误友和丢包的处理；H.264应用目标范围较宽，可以满足不同速率、不同解析度以及不同传输（存储）场合的需求。在技术上：H.264标准中有多个闪光之处，如统一的VLC符号编码，高精度、多模式的位移估计，基于4块的整数变换、分层的编码语法等。这些措施使得H.264得算法具有很高的编码效率，在相同的重建图像质量下，能够比H.263节约50%左右的码率。H.264的码流结构网络适应性强，增加了差错恢复能力，能够很好地适应IP和无线网络的应用。在传输上：H.264能以较低的数据速率传送基于联网协议（IP）的视频流，在视频质量、压缩效率和数据包恢复丢失等方面，超越了现有的MPEG-2、MPEG-4和H.26x视频通讯标准，更适合窄带传输。在算法上：MPEG-1标准视频编码部分的基该方法与H.261/H.263相似，也采用运动补偿的帧间预测、二维DCT、VLC游程编码等措施。此外还引入了帧内帧（I）、预测帧（P）、双向预测帧（B）和直流帧（D）等概念，进一步提高了编码效率。在MPEG-1的基础上，MPEG-2标准在提高图像分辨率、兼容数字电视等方面做了一些改进，例如它的运动矢量的精度为半像素；在编码运算中（如运动估计和DCT）区分“帧”和“场”；引入了编码的可分级性技术，如空间可分级性、时间可分级性和信噪比可分级性等。近年推出的MPEG-4标准引入了基于视听对象（AVO：Audio-VisualObject）的编码，大大提高了视频通信的交互能力和编码效率。MPEG-4中还采用了一些新的技术，如形状编码、自适应DCT、任意开头视频对象编码等。但是MPEG-4的基本视频编码器还属于和3相似的一类混合编码器。总体上：MPEG毓标准从针对存储媒体的应用发展到适应传输媒体的应用，其核心视频编码的基本框架是和H.261一致的，其中引人注目的MPEG-4的“基于对象的编码”部分由于尚有技术障碍，目前还难以普遍应用。因此，在此基础上发展起来的新的视频编码建议H.264克服了前者的弱点，在混合编码的框架下引入了新的编码方式，提高了编码效率，在低码流下可达到优质图像质量。总体说来：H.264品质和效率都要高于MPEG。音频压缩编码对于不同类型的音频信号而言，其信号带宽是不同的，如电话音频信号(200Hz~3.4kHz)，调幅广播音频信号(50Hz~7kHz)，调频广播音频信号(20Hz~15kHz)，激光唱盘音频信号(10Hz~20kHz)。随着对音频信号音质要求的增加，信号频率范围逐渐增加，要求描述信号的数据量也就随之增加，从而带来处理这些数据的时间和传输、存储这些数据的容量增加，因此多媒体音频压缩技术是多媒体技术实用化的关键之一。音频信号的压缩编码主要类型语音信号的传输在交通信息领域的主要变现在：调度电话，交通广播信息等。其对应的音频压缩编码标准主要是：一•波形编码二•参数编码三•混合编码波形编码波形编码的特点是将信号的时域波形进行抽样量化编码。主要应用的有PCM和AD-PCM。采用PCM（脉冲编码调制）的G.711建