1、2.4運動圖像壓縮標準MPEG，2 . 2 . 4 . 1 MPEG標準簡介，MPEG標準是運動圖像壓縮的一系列標準。最初，MPEG專家組在3個工作項目上對圖像進行編碼，分別命名為MPEG-1、MPEG-2和MPEG-3:1.5 Mbps、10Mbps和40Mbps波特率。MPEG-3后取消。為了滿足各種應用程序要求，MPEG將陸續(xù)添加另一個標準MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21。3，MPEG算法編碼過程和解碼過程是非鏡像對稱算法(不對稱)，解碼過程比編碼過程相對簡單。MPEG-1和MPEG-2只規(guī)定了解碼程序，側重于解碼算法的標準化。因此，在實施MPEG算法時，首先實現MPEG解碼器

2、(例如C-Cube Corporation CL450解碼器系列)。近年來，隨著MPC性能的提高，軟件解壓縮功能也逐漸受到支持。4，2.4.2 MPEG-1系統，“數字存儲媒體運動圖像及其半音率為1.5Mbps的壓縮編碼(MPEG-1)”，1992年作為ISO/IEC 1172號提案通過。主要用于在CD-ROM上存儲運動視頻圖像，標準分辨率(NTSC為352240；PAL壓縮352288)的圖像，以每秒30幀的屏幕提供CD音質。它還用于數字電話網絡視頻傳輸，例如非對稱數字用戶線(ADSL)、按需視頻、教育網絡等。使用MPEG-1壓縮算法時，一臺120分鐘長的電影可以壓縮到約1.2GB。因此，它

3、被廣泛用于VCD制作。5，MPEG-1分為5個部分，(1)MPEG系統(11172-1)定義音頻、視頻和相關數據的同步。(2)MPEG視頻(11172-2)、視頻數據的編碼和圖像重建所需的解碼過程定義、亮度信號分辨率360240、色度信號分辨率180120；(3)MPEG音頻(11172-3)、音頻數據的編碼和解碼定義(4)一致性測試(11172-4)；(5)軟件模擬(11172-5)。僅規(guī)定MPEG標準功能和性能要求及指標，不指定特定編碼器/解碼器體系結構或特定實現。可供參考的普通編碼器/解碼器原型。6，7，MPEG-1編解碼器原型：假定多路復用的代碼流以特定于介質的格式存儲在數字存儲介質(

4、DSM)或網絡(標準)中。()不指定特定于媒體的格式。系統解碼器從輸入多路復用復合流中提取計時信息，分離輸入流，并將兩個基本流分別輸出到視頻和音頻解碼器。視頻和音頻解碼器分別解碼輸出視頻和聲音信號。8、系統、視頻、音頻和4個媒體解碼器之間的時序信息同步。多個復合流由系統和壓縮層兩層組成。系統解碼輸入是系統層。視頻、音頻解碼器輸入是壓縮層。9，系統解碼器執(zhí)行兩種茄子類型的操作。一種是在整個多通道復合流(稱為復合流操作)中工作的操作。一個茄子類是作用于單個基本流(稱為特定流任務)的任務。系統層分為兩個子層。子圖層稱為包(pack)，是復合流操作數。一個子圖層稱為群組(packet)，用于特定的流動

5、操作。10、MPEG音頻標準特性：音頻信號采樣率可以是32kHz、44.1kHz或48kHz。壓縮的比特流可以支持單聲道或雙聲道，這是為單音頻通道提供的單聲道模式的四種茄子模式之一。為兩個獨立的單音頻通道提供的雙單聲道模式立體聲通道提供的立體聲模式；利用聯合立體聲模式、立體聲通道間的連接或通道間相位差的獨立性或兩者。11、和MPEG音頻標準(MPEG音頻)提供三種茄子壓縮級別，用戶可以在復雜性和壓縮質量之間進行選擇。第1層最簡單，使用比特率384kbps，主要為DCC用于。第2層的復雜性使用比特率192kbps左右，主要應用于數字廣播的音頻編碼、CD-ROM的音頻信號、CD-I和VCD。第3層

6、最復雜，適用于比特率64kbps，尤其是ISDN的音頻傳輸，壓縮丟失，但音質保持真實。利用MP3音樂MPEG Audio Layer 3的技術，聲音的壓縮率為1: 10或1: 12。，12，壓縮位流具有預定義比特率之一。MPEG音頻標準還支持用戶使用預定義比特率以外的比特率。編碼的比特流支持循環(huán)冗余校驗(CRC)。MPEG音頻標準還支持將附加信息裝入比特流。13，2.4.3 MPEG-1視頻數據流的結構，圖2.16 MPEG-1數據體系結構，14，MPEG-1數據流的結構：運動圖像序列圖像組圖像組由一系列圖像組成，這些圖像可以將運動序列中的隨機存取圖像信號分成三部分，如圖所示，黑色點表示顏色U

7、，V位置，亮度Y位置表示為白色圓圈。、16、塊：塊是包含88的亮度信息或顏色信息的宏塊圖2.18宏塊的構成圖像切片：由一個或多個連續(xù)的宏塊組成。17，2 . 4 . 4 . 4 MPEG-1視頻編碼技術，主要問題：無法實現高壓縮比，而使用單個停止幀內編碼方法，可以最好地滿足隨機存取要求。解決方案：折衷了牙齒的兩個茄子方面。這意味著基于塊的運動補償技術以減少時間上的冗馀，以及基于DCT轉換以減少空間冗馀的ADCT技術。18，MPEG將圖像分為三種茄子類型。I圖像使用圖像本身的相關壓縮在數據流中提供隨機存取壓縮點。P圖像是使用最近的前一個I圖像(或P圖像)預測編碼(向前預測)編碼的。B圖像B圖像可

8、以在預測時使用上一個圖像作為參考，使用下一個圖像作為參考，或者使用前后兩個圖像作為參考圖像(雙向預測)。19，圖2.19幀之間的預測，通常2次/秒。解碼后，典型的I，圖像順序為(秒):21，傳輸順序，MPEG編碼器需要重新排列這些圖像，以便解碼器有效地工作。因為參考圖像P需要在恢復B圖像之前恢復。上述17幀圖像重排后，圖像組順序為、4，2，1，3，7，5，6、I、P、B、B、P、B、B、22。在MPEG方案中，運動補償技術在宏塊級別工作。23、MPEG的運動補償(巨集區(qū)塊)、巨集區(qū)塊分為4種茄子類型。幀中的宏塊，即I塊；向前預測宏塊(稱為f塊)。逆預測宏塊、縮寫b塊；平均宏塊，簡稱為A塊。b圖

9、像宏塊有四種茄子類型。對于p圖像，宏塊只有I塊和f塊。無論、24、B圖像和P圖像如何，I塊處理技術都與ADCT技術(用于I圖像的技術)相匹配。對于f塊、b塊和a塊，MPEG都使用基于塊的運動補償技術。在f塊預測中，當該引用是上一個I圖像或P圖像B塊預測時，該引用是下一個I圖像或P圖像A塊預測時，該引用是前后兩個I圖像或P圖像、25、基于塊的運動補償技術、基于塊的運動補償技術，即，在參考幀中，找到滿足特定條件的當前預測塊的最佳匹配塊。找到匹配的塊后，有兩種茄子處理方法。一種是在恢復預測的塊時用匹配的塊替換。第二，使用預測誤差的ADCT技術代碼恢復預測塊時，將預測誤差添加到匹配塊。，26，表2.8

10、宏塊預測方法，編碼器可考慮成本、速度和屏幕質量，自由選擇。其中，DCT-離散余弦逆變換、Q-量化、VLC-可變長度代碼編碼、MUX-多路復用、28、圖2.22基本視頻解碼器框、解碼過程沒有運動補償等計算，因此解碼要比編碼簡單得多。標準定義解碼過程，但未指定解碼體系結構，因此可以自由選擇。其中：MUX-1-多路復用、VLD-可變長度代碼解碼、Q-1-反向量化、DCT-1-離散余弦逆轉換、29，2.4.5 MPEG-2標準、提供mm網絡3100 mbppegMPEG-2支持重疊圖像序列，支持可曹征編碼、多種運動估計方法，并提供不同范圍的更改壓縮率以滿足不同的屏幕質量、存儲容量和帶寬要求?；谂cMP

11、EG-1的兼容性，啟用低比特率和多通道擴展。MPEG-2可以將一臺120分鐘長的電影壓縮到48GB(DVD質量)，音頻編碼提供左右兩個環(huán)繞通道、一個加權低音通道和最多七個音頻通道。除了、30、DVD的指定標準外，還可以使用MPEG-2為廣播、有線電視網絡、有線網絡等提供廣播級數字視頻等。但是，對于最終用戶來說，由于當前電視機分辨率的限制，MPEG-2提供的高清晰度屏幕質量(如DVD屏幕)牙齒電視機上不引人注目，但是音頻特性(如低音增加、多聲音通道等)牙齒被廣泛使用。MPEG-2 Video定義了不同的功能等級，每個等級分為多個等級，n等級解碼器可以解碼該等級的數字流。31，5等級、簡單(Mai

12、n)信噪比(SNR Scalable)空間調節(jié)(high)、32視頻廣播信號的基本級別適用于HDTV的高級1920108030或1920115225。33，11茄子規(guī)格，進階原生MPHL進階增強型HPHL高度-1440層級原生MPH1440高度-1440層級空間可曹征SSPH1440高度-1440層級增強型HPH1440基礎層級增強型hph 1440基礎層級簡易SPML基礎層級原生層級MPML基礎層級信噪比可曹征SNPML基礎層級增強型HPML低層級原生m可能是5.1或7.1通道的環(huán)繞立體聲。5.1也稱為“3/2-立體聲加LFE”，表示廣播現場前面有三個喇叭通道(左、中、右)牙齒，后面有兩個環(huán)

13、繞喇叭通道。LFE是低頻音頻的強化通道。7.1通道環(huán)繞立體聲類似于5.1，有兩個喇叭通道，中間為左，中間為右。35、MPEG-2編碼方法、MPEG-2編碼方法和MPEG-1的區(qū)別主要在于隔行掃描系統上的DCT轉換是在場內進行，還是在幀內由用戶自行選擇或適應性選擇。通常，細節(jié)多、移動部件少的圖像在幀內執(zhí)行DCT，細節(jié)少、運動部件多的圖像在場內執(zhí)行DCT。36，圖2.23 MPEG-2亮度宏塊結構，幀內DCT亮度宏塊結構，字段DCT亮度宏塊結構，亮度宏塊，亮度宏塊，37，MPEG-2同時使用可曹征和非協調編碼結構。也可以使用一個默認層次和多個增強的多層編碼結構。牙齒結構可由用戶根據質量和壓縮比要求

14、進行選擇。38，2.4.6 MPEG-4標準，國際標準MPEG-4“超低速度視聽編碼”于1998年十一月公布。為了低速度視頻、音頻編碼，更多地關注多媒體系統的交互性和靈活性。MPEG-4引入了AV對象(AVO)，從而實現了更多的交互。“AV對象”可以是孤立的人、該人的聲音或背景音樂等。MPEG-4主要使用AV對象來表示聽覺、視覺或視聽組合內容。合并現有AV對象以生成合成AV對象，并生成AV場景。AV對象的數據可以靈活地進行多路復用和同步，以便選擇相應的網絡來傳輸這些AV對象數據。允許收件人用戶在AV場景中與AV對象交互等。與、39、MPEG-1和2相比，更適合交互式AV服務和遠程監(jiān)控。MPEG-4旨在提供更大的適應性和可擴展性。MPEG-4傳輸速率為4.8-64kbps，使用非常窄的帶寬，可以通過幀重新配置技術壓縮和傳輸。這適用于數碼電視、動態(tài)圖像、網絡、實時多媒體監(jiān)視、移動多媒體通信、網絡/intranet中的視頻流和視頻游戲、DVD中的交互多媒體等。使用MPEG-4壓縮算法ASF，MPEG-4可以壓縮到約300MB的視頻流(電影為120分鐘)。使用MPEG-4壓縮算法DIVX編碼技術，可以壓縮約600MB的電影120分鐘，或將DVD電影壓縮到2張CD-ROM上。40，MPEG-4是高成本有損壓縮算法之一，與DVD上的MPEG-2相比，圖像質量不高。畢竟，D