鄒坤英

【摘 要】本文介紹了靜態(tài)和運動圖像壓縮編碼國際標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展過程中出現(xiàn)的一系列標(biāo)準(zhǔn)，特別是JPEG2000、MPEG-4以及H.264，總結(jié)了這些國際標(biāo)準(zhǔn)的壓縮效果、應(yīng)用場合及相應(yīng)的壓縮編碼算法，分析討論了這些新標(biāo)準(zhǔn)的特點和優(yōu)越性。

【關(guān)鍵詞】圖像編碼；JPEG2000；MPEG-4；H.264

0 前言

數(shù)字圖像的信息量大，而且采用數(shù)字式通信制時占用的頻帶寬，所以作為多媒體關(guān)鍵技術(shù)的圖像壓縮編碼技術(shù)一直深為人們重視。為了促進(jìn)多媒體技術(shù)的發(fā)展，通過標(biāo)準(zhǔn)化實現(xiàn)多媒體技術(shù)在各國間的統(tǒng)一、合作、交流和應(yīng)用，20世紀(jì)90年代，制定了一些重要的國際標(biāo)準(zhǔn)，取得了輝煌的業(yè)績，特別是MPEG4視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)和JPEG～2000靜態(tài)圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)引進(jìn)了基于對象（內(nèi)容）等編碼模式，明顯具有新的時代特征。它們的制定既凝結(jié)了圖像、視頻編碼在過去幾十年研究成果的結(jié)晶。又不斷吸收新的研究成果和提出新的研究內(nèi)容，對圖像和多媒體事業(yè)的高速發(fā)展起到了巨大推動作用。

1 圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展與現(xiàn)狀

1.1 靜態(tài)圖像壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

靜態(tài)圖像壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn)已涵蓋了從二值、灰度到彩色的圖像，如表1所示。

對二值圖像的壓縮標(biāo)準(zhǔn)有G3，G4和JBIG。JBIG由于采用了自適應(yīng)技術(shù)，其編碼效率要比G3和G4高的多。對于灰度和彩色圖像有JPEG和新出臺的JPEG2000。JPEG是為單幀彩色圖像的壓縮標(biāo)準(zhǔn)而制定的。采用這一標(biāo)準(zhǔn)可以將每像素24bit的彩色圖像壓縮至每像素2bit而仍然具有較好的圖像質(zhì)量。其核心算法為離散余弦變換。JPEG針對不同的應(yīng)用，定義了44種操作模式，但不具有通用性。針對JPEG標(biāo)準(zhǔn)的不足，如：低比特率壓縮性能差、不能在單一編碼流中提供較好的無損和有損壓縮、壓縮算法不支持大于64k×64k的圖像以及在噪聲環(huán)境中傳送能力差等，提出了JPEG2000。

JPEG2000用以離散小波變換算法為主的多解析編碼方式，其優(yōu)勢主要集中在四個方面：

1）高壓縮率

JPEG2000格式的圖片可在現(xiàn)在JPEG的基礎(chǔ)上再提高l0%～30%，而且壓縮后的圖像顯得更細(xì)膩平滑；

2）無損壓縮

預(yù)測法作為對圖像進(jìn)行無損壓縮編碼的成熟方法被集成到JPEG2000中。此外，其誤差穩(wěn)定性也較好，能更好地保證圖像的質(zhì)量；

3）實現(xiàn)漸進(jìn)傳輸

這是JPEG2000的一個重要特征。即在傳輸過程中，先傳輸圖像的輪廓數(shù)據(jù)，然后再逐步傳輸其他數(shù)據(jù)來不斷提高圖像質(zhì)量，實現(xiàn)圖像由朦朧到清晰。即不斷地向圖像中插人像素以不斷提高圖像的分辨率；

4）支持“感興趣區(qū)域”

可以對圖片上感興趣的區(qū)域在壓縮時指定這些區(qū)域的壓縮質(zhì)量，或在解壓時指定某些區(qū)域的解壓要求，這樣，就結(jié)合了接收方對壓縮的主觀需求，實現(xiàn)了交互式壓縮 ，另外，JPEG2000還具有對比特錯誤具有魯棒性（即能保證在噪聲環(huán)境中傳輸發(fā)生比特錯誤時，解碼器依然能解碼，而且具有較好的圖像質(zhì)量）、將彩色圖像和二值圖像的編碼方式統(tǒng)一起來等特點。同時還對圖像安全保護、圖像交換等方面做了考慮。

1.2 運動圖像壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

運動圖像標(biāo)準(zhǔn)包括MPEG-1，2，4、 H.261，3，4以及正在制定當(dāng)中的MPEG-7和MPEG-21，如表2所示。但MPEG7和MPEG2l并不是壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

MPEG-7全稱為“多媒體內(nèi)容描述接口”，要解決的是如何在多如繁星的資料中找到用戶需要的資料。MPEG21可以描述成一些關(guān)鍵技術(shù)的集成，這些技術(shù)可以通過訪問全球網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備實現(xiàn)對多媒體資源透明和增強地使用，標(biāo)準(zhǔn)將討論是否需要和如何將協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)等不同的組件有機地結(jié)合起來，是否需要新的規(guī)范，及在具備上述兩個條件的前提下如何將不同的標(biāo)準(zhǔn)集成在一起。

1.2.1 MPEG 系列標(biāo)準(zhǔn)

MPEG，這是ISO組織運動圖像專家組的簡稱，多年來一直致力于制定與有關(guān)研制視頻壓縮、音頻壓縮及多種壓縮數(shù)據(jù)流復(fù)合及同步方面的國際標(biāo)準(zhǔn)。

MPEG-1是為11.5Mb/s數(shù)字聲像信息的存儲而制定，沒有指定具體的編碼程序，只確定了一個標(biāo)準(zhǔn)的編碼碼流和對應(yīng)的一個標(biāo)準(zhǔn)的解碼器。MPEG-2是為數(shù)字視頻廣播（DVB）、高清晰度電視（HDTV）、數(shù)字視盤（DVD）等制定的運動圖像及其伴音編碼標(biāo)準(zhǔn)，綜合采用了利用運動補償?shù)膸g預(yù)測、空間域DCT、自適應(yīng)量化和可變字長編碼的混合算法。為了適應(yīng)不同碼率和不同場合，該標(biāo)準(zhǔn)僅對比特流語法和相應(yīng)的解碼方法作了規(guī)定，而在編碼器的設(shè)計上留有很大自由度，如運動估計的搜索算法和匹配函數(shù)的選擇，利用人視覺特性的自適應(yīng)量化等。

MPEG-2技術(shù)綜合采用了3大基本編碼技術(shù)，即預(yù)測編碼、變換編碼和統(tǒng)計編碼。壓縮技術(shù)采用多種編碼手段消除系統(tǒng)的冗余信息，歸納起來將有以下四個方面：

1）利用二維DCT減少圖像的空間冗余度；

2）利用運動補償預(yù)測減少圖像的時間域冗余度；

3）利用視覺加權(quán)量化減少圖像的“灰度域”冗余度；

4）利用熵編碼來減少圖像“頻率域”上統(tǒng)計特性方面的冗余度。

此外，MPEG-2在MPEG-1的基礎(chǔ)之上擴充了“可伸縮性”和“可分級性”兩個概念，所謂“可伸縮性”指的是對碼流的一部分進(jìn)行編碼和對碼流的全部解碼獲得的圖像分辨率（或信噪比等）要低。MPEG-2所支持的可伸縮的視頻編碼方式共有時間、空間、信噪比及數(shù)據(jù)分割等四種?！翱煞旨壭浴眲t是指在MPEG-2中用范疇以及層次兩個定義來描述不同的編碼參數(shù)集。每個范疇是前一個的合集，層次則規(guī)定了空間和時間分辨率的上限。

MPEG-4已經(jīng)不再是個單純的視頻音頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)，它更多定義的是一種格式和框架，而不是具體的算法，從而為多媒體數(shù)據(jù)壓縮提供了一個更廣泛的平臺。對于靜止對象，MPEG-4采用零樹小波算法，并提供高壓縮比。同時提供多達(dá)11級的空間分辨率和質(zhì)量可伸縮性。MPEG-4為了支持基于對象的編碼，引入了形狀編碼模型；為了支持高效壓縮，MPEG-4仍然采用了MPEG-1、MPEG-2中的變換、預(yù)測混合編碼框架。

【摘 要】隨著社會的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步，城市排水管道系統(tǒng)規(guī)劃也在不斷的發(fā)展。在本文中，筆者提出需要從本地的自然條件、人文條件、經(jīng)濟發(fā)展的條件等基礎(chǔ)出發(fā)，進(jìn)行適應(yīng)性的、

系統(tǒng)性的、經(jīng)濟性的規(guī)劃設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】地域；排水管道系統(tǒng)；規(guī)劃設(shè)計；排水系統(tǒng)

1 地域性規(guī)劃設(shè)計的概念

地域意指一定的區(qū)域空間。其主要包含三個層次的內(nèi)容：其一，指征一定的區(qū)間范圍；其二，特定范圍之內(nèi)的地理特征與時空特征；其三，基于地理環(huán)境特征所產(chǎn)生的人文特點。這是地理學(xué)中的一個重要概念。所謂的地域性，則是指基于該地域所具備的一切自然環(huán)境、人工環(huán)境特性，是一個自然要素與人文要素有機契合的功能性界定。

在規(guī)劃設(shè)計發(fā)展的歷史進(jìn)程中，在功能主義的現(xiàn)代規(guī)劃理念之前，各個地方的規(guī)劃都是基于地方性的自然條件、人們的生活習(xí)慣而進(jìn)行各種地方性的規(guī)劃。即：在前現(xiàn)代時期，因地制宜的地域性規(guī)劃是規(guī)劃設(shè)計的普遍存在。然而，隨著工業(yè)革命的推動，標(biāo)準(zhǔn)化、批量化的生產(chǎn)方式深入人心，追求生產(chǎn)、施工方便的一致性的現(xiàn)代規(guī)劃設(shè)計理念收到社會、企業(yè)的認(rèn)同。不同地區(qū)的規(guī)劃設(shè)計方案趨于雷同，其中排水管道的規(guī)劃設(shè)計也是如此。然而，這種規(guī)劃設(shè)計通過強硬的、暴力式的對地理自然環(huán)境進(jìn)行千篇一律的改造方式因為地域條件的不同所帶來了諸多施工的麻煩。這種弊端也逐漸被人們所認(rèn)知。人們也重新考慮到排水管道的規(guī)劃設(shè)計與當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境、人文環(huán)境的關(guān)系。也及時地域性的規(guī)劃設(shè)計理念得以提出與實踐。

2 排水管道規(guī)劃設(shè)計的要素

城市排水管道系統(tǒng)既能保障城市生活環(huán)境的安全舒適，又能保證城市生態(tài)系統(tǒng)的平衡，使城市水系統(tǒng)的物質(zhì)與能量正常循環(huán)，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目的。在排水管道規(guī)劃設(shè)計中，需要充分考慮以下要素：

1）根據(jù)城市總體規(guī)劃分為近期和長遠(yuǎn)規(guī)劃兩種情況。規(guī)劃年限太長則設(shè)計參數(shù)誤差大，安全系數(shù)過高。規(guī)劃年限太短，會馬上出現(xiàn)流量過飽和的情況，再重新規(guī)劃建設(shè)新的管道，是一種極大的浪費。

2）在合理規(guī)劃年限的基礎(chǔ)上，充分考慮人口因素，能大大提高設(shè)計參數(shù)精度。

3）精確估算人均每天污水排放額度，并根據(jù)城市規(guī)劃的給水定額，刨掉跑冒滴漏和管道地下水深入量之差，合理推測排水總量。

4）城市排放污染負(fù)荷會隨著的發(fā)展而增加，但也不能估量太過夸大。

5）現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)加工水平提高，無論是排水量和污染物含量都會大幅度降低，并不是成正比的線性增長。

6）現(xiàn)代城市地面鋪裝理念也會不斷變化，重視地面滲透，因此應(yīng)合理評估地面徑流的變化。

7）合理估量溢流周期，要平衡排水量過飽和與建設(shè)及維護成本問題，根據(jù)人口密集程度綜合考慮，區(qū)別對待。

3 地域特色的排水系統(tǒng)規(guī)劃

地域化規(guī)劃設(shè)計的基本思路是：按照本區(qū)域的自然環(huán)境、經(jīng)濟發(fā)展和社會發(fā)展水平進(jìn)行綜合的系統(tǒng)規(guī)劃。如：新城區(qū)應(yīng)盡量采用雨污分流，雨水管道可直接排出進(jìn)入自然水體，減輕污水管網(wǎng)的排除壓力。對老城區(qū)中歷史遺留的合流制管網(wǎng)，應(yīng)在合流的基礎(chǔ)上逐步進(jìn)行改造。對發(fā)展?jié)摿Σ淮蟮男〕擎?zhèn)應(yīng)盡量采用合流制，免除不必要的財政負(fù)擔(dān)。對重點污染企業(yè)或者產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)，如化工區(qū)，屠宰場等特殊單位，應(yīng)在企業(yè)或區(qū)域內(nèi)就地處理，水質(zhì)達(dá)標(biāo)后再排入市政管網(wǎng)，或者作為中水循環(huán)利用。

排水管網(wǎng)的系統(tǒng)規(guī)劃。應(yīng)充分考慮地域性特點，綜合考量地域自然條件、經(jīng)濟條件、發(fā)展?jié)摿Φ纫蛩?，平衡短期需求與中長期發(fā)展規(guī)劃之間的矛盾，從而達(dá)到城市的發(fā)展容量與當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境保護相協(xié)調(diào)的規(guī)劃策略，不盲目擴大容量，造成浪費。在新建雨污分流管道的規(guī)劃上，應(yīng)該因地制宜，不能先集中后排放，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境，以最短的路徑分散排除。

應(yīng)該轉(zhuǎn)變用水觀念，將污水視為傳統(tǒng)水源的有效補充，污水是珍貴的第二水源。凈化后的城市污水可用作工業(yè)冷卻水、市政用水、補充河道景觀用水。

在具體的規(guī)劃設(shè)計中，需要根據(jù)地理條件具體的進(jìn)行方案制定：

3.1 排水管線的布置

1）排水管道應(yīng)巧妙利用地勢條件、順勢排水，盡可能減少排澇泵站的建設(shè)；

2）管道排水負(fù)荷，應(yīng)與區(qū)域規(guī)劃和居民區(qū)實際需求吻合；

3）合理排布管網(wǎng)密度，做到排除路徑最短，平衡功能與經(jīng)濟性問題；

4）盡可能分散的排除污水和雨水，防止匯流集中；

5）截流式合流制污水收集池，應(yīng)盡量規(guī)劃在考進(jìn)河流等自然水體附近，方便在雨季流量猛增時，合理溢出。

3.2 排水路徑的選擇

1）盡量利用自然排水通道或舊有排水干管作為主要的排放的出路；

2）要在合理利用地勢高差保證排水系統(tǒng)的高程和排水效率，保證雨、污水順利排除。

3.3 合理劃分匯水區(qū)域的面積

1）合理考慮區(qū)域規(guī)劃及自然地勢條件，劃分雨水、污水的匯流區(qū)域，估算匯流面積；

2）污水和雨水的匯流面積應(yīng)該合適，過大會造成內(nèi)澇，過小會造成管網(wǎng)密度過高，增加建設(shè)成本和規(guī)劃難度；

3）根據(jù)地理條件，地勢變化，盡可能使匯流區(qū)域形狀規(guī)則；

4）充分考慮相鄰匯水區(qū)域的雨水及污水規(guī)劃。

3.4 排水線路的選擇

1）排水管道系統(tǒng)的規(guī)劃應(yīng)與城市整體排水系統(tǒng)規(guī)劃保持一致性；

2）排水管道應(yīng)盡量避開不容易穿越的地帶及構(gòu)筑物。

3.5 排水管道系統(tǒng)的控制高程的確定

1）充分考慮當(dāng)?shù)厮w的洪水位、常水位、排水干管的內(nèi)底高來確定管道出口的控制高程；

2）充分考慮管道未來計劃向上游延伸的趨勢和低洼地帶、有排水要求的地下空間；

3）根據(jù)當(dāng)?shù)爻鞘幸?guī)劃和已建成管線，系統(tǒng)考慮支管的接入問題以及與其他系統(tǒng)的管網(wǎng)的交叉問題。