1、The MPEG-2 StandardThe quality of MPEG-1 compressed video at 1.2Mbps has been found unacceptable for most entertainment applications. Subjective tests indicate that CCIR601 video can be compressed with excellent quality at 4-6Mbps. MPEG-2 is intended as a compatible extension of MPEG-1 to serve a wi

2、de range of applications at various bit-rates (2-20Mbps) and resolutions. Main features of the MPEG-2 syntax are:(1) it allows for interlaced inputs ,higher definition inputs, and alternative subsampling of the chroma channels,(2) it offers a scalable bit stream ,and (3) it provides improved quantiz

3、ation and coding options.Considering the practical difficulties with the implementation of the full syntax on a single chip, subsets of the full syntax have been specified under five “profiles”, and high profile. Furthermore, a number of “l(fā)evels” have been introduced within these profiles to impose

4、constraints on some of the video parameters ISO 93. It is important to note that the MPEG-2 standard has not yet been finalized. The syntax of the Main Profile was frozen in March 1993. However, work in other profiles is still ongoing. It is likely that the all-digital HDTV compression algorithm wil

5、l conform with one of the profiles in MPEG-2.MPEG-2 MacroblocksA macroblock(MB) refers to four 8×8luminance blocks and the spatially associated chroma blocks. MPEG-2 allows for three chroma subsampling formats, 4：2：0 (same as MPEG-1), 4：2：2 (chroma subsampled in the horizontal direction only),a

6、nd 4：4：4 (no chroma subsampling). Therefore, in MPEG-2 a MB may contain 6(4luma,1Cr,and 1Cb),8(4 luma,2Cr,and 2Cb),or 12(4luma, 4Cr,and 4Cb) 8×8blocks.Coding Interlaced VideoMPEG-2 accepts both progressive and interlaced inputs. If the input is interlaced, the output of the encoder consists of

7、a sequence of fields that are separated by the field period. There are two options in coding interlaced video :(1) every field can be encoded independently (field pictures); or (2) two fields may be encoded together as a composite frame (frame pictures). It is possible to switch between frame pictur

8、es and field pictures on a frame-to-frame basis. Frame encoding is preferred for relatively still images; field encoding may give better results when there is significant motion. In order to deal with interlaced inputs effectively, MPEG-2 supports: two new picture formats: frame-picture and field-pi

9、cture; field/frame DCT option per MB for frame pictures, and new MC prediction modes for interlaced video.摘要一個獨特的差錯隱蔽程序被提出以恢復(fù)由于解碼一個錯誤的MPEG-2輸出碼流引起的丟失宏塊。加權(quán)塊匹配算法（WBMA）是在傳統(tǒng)的塊匹配算法的基礎(chǔ)上完善而成的。不同于傳統(tǒng)的塊匹配算法即丟失宏塊的像素同相同位置的當前圖像比較，加權(quán)系數(shù)也被相應(yīng)校準以更好的工作在光滑或突變的區(qū)域范圍內(nèi)。實驗結(jié)果顯示這種新的算法優(yōu)于傳統(tǒng)算法，尤其對運動矢量大或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的混合序列特別適用。1. 介紹 在MPEG-

10、2視頻接收器中，傳輸錯誤不可避免出現(xiàn)在物理信道中。例如：全球廣播信道和異步傳輸網(wǎng)絡(luò)中。為了克服這一問題，許多學(xué)者已經(jīng)研發(fā)出錯誤隱蔽技術(shù)。這些技術(shù)基本上可氛圍時間預(yù)測隱蔽和空間預(yù)測隱蔽。有資料已經(jīng)顯示，在鄰近宏塊運動的情況下，用時間預(yù)測隱蔽比空間預(yù)測隱蔽的效果好。然而，這樣卻要占用大量的存儲空間。因為整個畫面的運動矢量應(yīng)該被儲存。另一個問題是平滑運動矢量的假設(shè)根本不現(xiàn)實。最近，一種塊匹配算法被提出以恢復(fù)丟失宏塊的運動矢量。在文獻中介紹過，重疊塊的補償與邊匹配標準合并來完成塊加工。因為丟失宏塊的像素不可被利用，而邊匹配同丟失宏塊周圍的塊像素可一起被執(zhí)行。這個邊匹配標準利用了像素值跨越塊時的平滑性。

11、當跨越塊時沒有大的像素值變化出現(xiàn)時，BMA就可以很好的工作在此區(qū)域內(nèi)。然而，當鄰近像素值突變時，比如：當采用不恰當?shù)腻e誤隱蔽方法時，在邊或角的周圍就會出現(xiàn)錯誤的運動矢量和錯誤的塊匹配恢復(fù)，此時，針對混合交錯序列時它的優(yōu)點明顯下降。因為分割的不同場之間的相互作用是很小的。加權(quán)匹配標準旨在研究可靠的運動矢量。這個方法仍基于塊匹配算法之上。然而不同于傳統(tǒng)的BWA，即丟失宏塊的塊像素直接和當前幀中宏塊的匹配作比較，加權(quán)匹配算法是通過計算跨越宏塊時的相互作用將加權(quán)系數(shù)做適當校準，以克服以上提到的問題。2. 構(gòu)想的錯誤隱蔽技術(shù)假設(shè)通過變長解碼過程已經(jīng)知道損壞的塊位置（變長解碼是檢測在編碼輸出碼流中的 句法

12、錯誤或語義規(guī)則錯誤的）。通常，MPEG-2標準認為這些問題是由于插入了一些開始代碼（尤其是片單元）引起的。如果變長解碼器在編碼輸出碼流中檢測到錯誤的代碼或句法錯誤，這個錯誤隱蔽程序就被執(zhí)行，直到檢測下一片的開始代碼。因此，錯誤的繼續(xù)蔓延就可以在一個片內(nèi)被抑制，甚至在一個有很多錯誤的片內(nèi)有像素丟失的情況下也起作用。在這篇論文中，宏塊的的隱蔽是通過恢復(fù)這些宏塊的運動矢量，再用運動補償?shù)暮陦K在當前幀代替它們來實現(xiàn)的。用x（i,j）和x（i,j）分別代表樣本幀和當前幀下的亮度像素的位置（i,j）。（Vx，Vy）是丟失塊的運動矢量，N是塊的尺寸。圖1表示了加權(quán)塊匹配算法的構(gòu)想。最佳匹配運動矢量是通過下列

13、等式最小化被發(fā)現(xiàn)的： （1）SR是運動矢量的搜索范圍，那么這個設(shè)想的等價方程式被定義為： （2） （i,j）指的是一個丟失宏塊的左上角的位置，W（m）是在第K個鄰快的加權(quán)系數(shù)，M是塊中對比線的個數(shù)?？紤]到鄰塊之間在水平和垂直方向上的空間相互作用，可利用的鄰近像素被用來確定加權(quán)系數(shù)。首先，當M=2時，后塊的加權(quán)系數(shù)可表示為： E代表了數(shù)學(xué)期望值，它的值可通過采用抽樣方法來估算。例如，采樣，同理可得，左塊，前塊和右塊的加權(quán)系數(shù)可定義為當塊信號之間的相互作用增加時，較大的加權(quán)系數(shù)就會被分配。具有幀圖像格式的交錯混合序列，其像素值無論是在奇場還是偶場都有很大的相互作用。因此，在相同場之間使用匹配標準就

14、非常有效了。所以，構(gòu)想示意圖選擇了 W1(1)0, W1(2)1, W3(1)0 和 W3(2)1.那么公式（2）的總體差異可通過讓加權(quán)與空間相互作用相一致來校準。如果存在周圍塊的運動矢量，為了快速搜索這些運動矢量，根據(jù)多樣的碼形搜索范圍將局限在一個適當?shù)姆秶鷥?nèi)。因為空間鄰塊的運動矢量數(shù)據(jù)有很大的相互作用。后宏塊和前宏塊的運動矢量數(shù)據(jù)被用來進行最初的猜測如表1所示的那樣。表一顯示了P圖像中各種運動類型的搜索范圍。在B圖像的情況下，可利用的鄰塊平均運動矢量也可被用來進行最初的猜測。在構(gòu)想圖中中，只用很少的存儲空間就可以儲存紅蒯地 運動矢量。這個構(gòu)想的算法可概述如下：算法步驟1. 確定宏塊的丟失位

15、置和可利用的鄰塊；步驟2. 利用公式（2）（6）計算加權(quán)系數(shù)；步驟3. 在±SR的搜索范圍內(nèi)限定初始運動矢量，找出將公式（1）最小化時的運動矢量；步驟4. 利用估算出的運動矢量復(fù)原丟失的宏塊。3. 實驗結(jié)果這個構(gòu)想的算法同傳統(tǒng)錯誤隱蔽算法（如塊匹配算法，修訂后的塊匹配算法和時間預(yù)測隱蔽算法）隨機碼錯誤在率為到范圍內(nèi)被插入到MPEG-2視頻輸出碼的低等級，隱蔽在高等級比如序列頭部或圖像頭部是不適合的。測試視頻序列是“足球”和“花園”它們分辨率是720×400，60場/每秒色度取樣格式（YUV）為4：2：0。檢測序列是已經(jīng)形成I圖像、P圖像，傳碼率為6Mbits/每秒，GOP頭

16、大小為15，隱蔽運動矢量不可被利用。完全搜索塊匹配算法和構(gòu)想算法的搜索范圍分別是±15和±7。用公式，來測量估算執(zhí)行的均方差（MSE）。這里M×N是幀大小，I（i,j）是沒有傳輸錯誤的解碼幀，IEC是有錯誤隱蔽的解碼幀。表2示意了各種錯誤隱蔽的平均MSE。在圖2描述的編碼序列構(gòu)想信噪比（PSNR）中可以看出構(gòu)想的WBMA 在MSE方面比傳統(tǒng)錯誤隱蔽算法要顯著優(yōu)異。圖中I圖像和P圖像分別有2-4個片錯誤。PSNR用來測量?！白闱颉焙汀盎▓@”序列的BER分別是。構(gòu)想算法比傳統(tǒng)算法的信噪比要好的多，尤其在場快速移動時。構(gòu)想算法的信噪比大概比傳統(tǒng)算法的信噪比高出2-3dB

17、。4. 結(jié)論一個獨特的錯誤隱蔽算法已經(jīng)提出，目的是為了更好的恢復(fù)由于不可避免的傳輸錯誤引起的宏塊丟失。一種新的加權(quán)匹配標準應(yīng)用在丟失宏塊周圍那些可利用的塊像素上，以搜索較好的掩蓋運動矢量。根據(jù)空間相似點加權(quán)系數(shù)被不斷地校準。模擬實驗顯示這個構(gòu)想的技術(shù)比當前的隱蔽技術(shù)要優(yōu)異，尤其對運動矢量大或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的交錯混合序列特別適用。MPEG-2標準 在大多數(shù)娛樂應(yīng)用中，MPEG-1以1.2Mbps的速率壓縮出的視頻圖像質(zhì)量是不可接受的。主觀測試表明，CCIR601視頻圖像以4-6Mbps的速率壓縮能夠達到相當好的圖像質(zhì)量。MPEG-2是MPEG-1的兼容擴展，廣泛應(yīng)用在各種速率（2-20Mbps）和各種

18、分辨率情況下的場合。MPEG-2語法的主要特點是：（1）提供隔行掃描輸入、高清晰度輸入和色度通道的交替二次采樣；（2）提供一個可調(diào)節(jié)的位流；（3）提供改進的量化和編碼選項?？紤]到在一塊芯片上實現(xiàn)全部語法的實際困難，因此只把全部的語法的部分子集規(guī)約在五類下面，這五類為簡單類、基本類、SNR可調(diào)類、空間可調(diào)類和增強類。此外，在這些類中又劃分成許多“級”，以對一些視頻圖像參數(shù)提出限制。值得注意的是MPEG-2標準并沒有完成?；绢惖恼Z法于1993年3月凍結(jié)，然而，關(guān)于其他類的工作仍在進行當中。很有可能全數(shù)字化HDTV壓縮算法會和MPEG-2中的某個類一致。MPEG-2宏塊一個宏塊指的是4個8×8的亮度塊和在空間上相對應(yīng)的色度塊。MPEG-2提供了三種色度二次采樣的格式：4：2：0（和MPEG-1相同）、4：2：2（色度僅在水平方向進行二次采樣）和4：4：4（色度不進行二次采樣）。因此，在MPEG-2中，一個MB可以有6個（4個亮度塊、1個Cr塊）、8個（4個亮度塊、2個Cr塊和2個Cb塊）或12個（4個亮度塊、4個Cr塊和4個Cb塊）8&#