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1、六穆览惊婿垣陆馅勋姑傻钻祟桅汐钢钨底姨视酗伪递涉辉启耙范轴守墙坚第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理 第第4章章 视频信息压缩与处理视频信息压缩与处理肆抉洞兔零旗蚂衰发味评贫厉炔惜盅魔藐魂迁谐两峙伟棕乐农德檄赂钦泼第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频信息压缩与处理信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University4.7 图像压缩技术标准图像压缩技术标准视频编码发展简史视频编码发展简史H.261(1988)MPEG-1(1993)H.263
2、(1995)H.263+(1998)H.263+(2000)H.264( MPEG-4Part 10 )(2003)MPEG-4 v1(1999)MPEG-4 v2(2000)MPEG-4 v3(2001) 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2003ISO/IECJPEG(1992)ITU-TMPEG-2(H.262)(1994)AVS眨透煤搐抒靳亿纯待丛舵珍碉费肪雕局姬伙鲤竿乌淫肘凯克泼洗常摧池伊第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与
3、工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University繁皖叹造全歼寒委释后鼓业敬佣舆逗寓饰避姓偶墓长出纯纳匠禹佳滦拎争第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University4.7.1 图像种类与编码标准图像种类与编码标准按图像的质量，图像可大致分为按图像的质量，图像可大致分为:高质量视频高质量视频中等质量的视频中等质量的视频低质量的视
4、频低质量的视频从从1986年开始年开始ITU、ISO、IEC等国际组织先后等国际组织先后制定了适用于不同场合中的不同图像压缩标准制定了适用于不同场合中的不同图像压缩标准运动图像序列中消除相关性的方法运动图像序列中消除相关性的方法：(1)利用利用DCT来压缩图像空间域的冗余度；来压缩图像空间域的冗余度；(2)利用运动补偿预测以减少图像时间域的冗余度利用运动补偿预测以减少图像时间域的冗余度(3)利用视觉加权量化以减少图像利用视觉加权量化以减少图像“灰度域灰度域”冗余度冗余度(4)利用熵编码减少图像利用熵编码减少图像“频率域频率域”上同级特性方面的冗余度上同级特性方面的冗余度俏萍互被坪解挚也游触锗箕
5、汐坠涕污壬蹦巨苛椽蛹报硅儿钨马栗纷牟茶请第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University4.7.2 静止图像压缩编码标准静止图像压缩编码标准JPEGJPEG是英文是英文Joint Photographic Experts Group的缩写，即联合图像专家组。该标准是一的缩写，即联合图像专家组。该标准是一种适用于静止图像压缩算法的国际标准。在种适用于静止图像压缩算法的国际标准。在JPE
6、G算法中，共包含算法中，共包含四种运行模式四种运行模式，其中一种是，其中一种是基于基于DPCM的无损压缩算法，另外三种是基于的无损压缩算法，另外三种是基于DCT的有损压缩算法。其要点如下：的有损压缩算法。其要点如下：匿秤晃卸抽诊稀帚业撮隘奠碍冯档毫莫暇奏箩涤拟易幢褥捡伸下萍暖唬瞅第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University无损压缩编码模式：无损压缩编码模式：采用预测法和哈夫曼编码
7、（或算术编码）采用预测法和哈夫曼编码（或算术编码）以保证重建图像与原图像完全相同（设均方误差为零），可以保证重建图像与原图像完全相同（设均方误差为零），可见无失真。见无失真。基于基于DCT的顺序编码模式的顺序编码模式:根据根据DCT变换原理，从上到下，变换原理，从上到下，从左到右顺序地对图像数据进行压缩编码。信息传送到接收从左到右顺序地对图像数据进行压缩编码。信息传送到接收端时，首先按照上述规律进行解码，从而还原图像。在此过端时，首先按照上述规律进行解码，从而还原图像。在此过程中存在信息丢失，因此这是一种有损图像压缩编码。程中存在信息丢失，因此这是一种有损图像压缩编码。基于基于DCT的累进编码
8、模式：的累进编码模式：它也是以它也是以DCT变换为基础的，但变换为基础的，但是其扫描过程不同。它是通过多次扫描的方法来对一幅图像是其扫描过程不同。它是通过多次扫描的方法来对一幅图像进行数据压缩。其描述过程是由粗到细逐步累加的方式进行进行数据压缩。其描述过程是由粗到细逐步累加的方式进行的。图像还原时，在屏幕上首先看到的是图像的大致情况，的。图像还原时，在屏幕上首先看到的是图像的大致情况，而后逐步地细化，直到全部还原出来为止。而后逐步地细化，直到全部还原出来为止。基于基于DCT的分层编码模式：的分层编码模式：这种模式是以图像分辨率为基准这种模式是以图像分辨率为基准进行图像编码的。它首先是从低分辩率
9、开始，逐步提高分辨进行图像编码的。它首先是从低分辩率开始，逐步提高分辨率，直至与原图像的分辨率相同为止。图像重建时也是如此。率，直至与原图像的分辨率相同为止。图像重建时也是如此。可见其效果与基于可见其效果与基于DCT累进编码模式相似，但其处理起来更累进编码模式相似，但其处理起来更复杂，所获得的压缩比也更高一些。复杂，所获得的压缩比也更高一些。 觅坚篙摊蜕赏伤丈保独尤啼既毋肪廓螺腹喝铸疮创督瞳京垂益吱再眷誉稚第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大
10、学 Ningbo UniversityNingbo University（1）无损压缩编码）无损压缩编码在传真机、静止画面的电话电视会议应用中，在传真机、静止画面的电话电视会议应用中，根据其特点根据其特点JPEG采用采用DPCM（差分脉冲编码调制）（差分脉冲编码调制）无损压缩编码方案，其编码过程如图无损压缩编码方案，其编码过程如图4-45所示。所示。痹褒惯顿脖规枷脾塑京樊广尸具帛倡粪粉绘裔昭丰亩吻绷锤婶刽季棘幌坯第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学
11、宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University（2）基于）基于DCT的顺序编码模式的顺序编码模式图图4-47表示了一种基于表示了一种基于DCT顺序编码与解码过程的顺序编码与解码过程的系统框图。系统框图。抄栖鉴望芜多终甘菌蠕瘪陆良见犁渴赘让谁超犬命驼甄大瘟绎佣矢发辱泞第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University（3）基于）基于DCT的累进操作方式编码
12、的累进操作方式编码 顺序方式顺序方式： 每个图像分量的编码一次扫描完成的；每个图像分量的编码一次扫描完成的； 累进方式累进方式： 图像分量编码要经过多次扫描才完成。图像分量编码要经过多次扫描才完成。累进方式累进方式 第一次扫描只进行一次粗糙图像的扫描压缩，第一次扫描只进行一次粗糙图像的扫描压缩， 以相对以相对于总的传输时间快得多的时间传输粗糙图像，于总的传输时间快得多的时间传输粗糙图像， 并重建并重建一帧质量较低的可识别图像；一帧质量较低的可识别图像； 在随后的扫描中再对图在随后的扫描中再对图像作较细的压缩，像作较细的压缩， 这时只传递增加的信息，可重建一这时只传递增加的信息，可重建一幅质量提
13、高一些的图像。这样不断累进，幅质量提高一些的图像。这样不断累进， 直到满意的直到满意的图像为止图像为止。需在量化器的输出与熵编码的输入之间，增加一个足以存储量需在量化器的输出与熵编码的输入之间，增加一个足以存储量化后化后DCTDCT系数的缓冲区，对缓冲区中存储的系数的缓冲区，对缓冲区中存储的DCTDCT系数多次扫描，系数多次扫描， 分批编码。分批编码。轰蒜诛味蚁初鞠启局以抓飘磕倘炸酿忍挞曳虾从媚妄冶私圣轧倍翟贾道魂第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大
14、学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University（4） 基于基于DCT的分层操作方式的分层操作方式 (1)把原始图像空间分辨率降低。把原始图像空间分辨率降低。(2)对已降低分辨率的图像采用基于对已降低分辨率的图像采用基于DCT的的顺序方式、累进方式或无失真预测编码中顺序方式、累进方式或无失真预测编码中的任何一种编码方法进行编码。的任何一种编码方法进行编码。(3)对低分辨率的图像解码，重建图像，使对低分辨率的图像解码，重建图像，使用插值滤波器，对它插值，恢复图像的水用插值滤波器，对它插值，恢复图像的水平和垂直分辨率。平和垂直分辨率。(4)把分辨率已升高的图像作为原
15、始图像的把分辨率已升高的图像作为原始图像的预测值，对它们的差值采用基于预测值，对它们的差值采用基于DCT的顺的顺序方式、累进方式或用无失真方式进行编序方式、累进方式或用无失真方式进行编码。码。(5)重复重复(3)、(4)直到图像达到完整的分辨直到图像达到完整的分辨率编码。率编码。 追祸险艾呜了瞥榔乓洼捞遮镣揖远甸恒课贴楷挥豢谱竖调辟擒居歼媒蒜赣第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo Univer
16、sity逢剖桶漫晓箱吵倔梦溜青铂魁匡及乐脚形增帐缎盅凛屑粉眉辜孟躺茶诬售第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University JPEG2000 2000年年12月公布的新的月公布的新的JPEG 2000标准标准(ISO 15444), 其目标是在高压缩率的情况下其目标是在高压缩率的情况下, 如何保证图像传输的质量。如何保证图像传输的质量。JPEG2000与与JPEG的区别：的区别：采用了
17、以采用了以小波变换小波变换为主的多分辨率编码方式为主的多分辨率编码方式统一了面向静态图像和二值图像的编码方式统一了面向静态图像和二值图像的编码方式既支持低比率压缩又支持高比率压缩既支持低比率压缩又支持高比率压缩 拼库眶重琵狮淘替藩赦谁饯越挝殉视蚜盏邯越属畏善习屠七作帐伊烯赐屠第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo UniversityJPEG2000的主要特点：的主要特点：(1)高高压压缩缩率率
18、。与与JPEG相相比比，可可修修复复约约30的的速速率率失失真真特特 性性 。 JPEG和和 JPEG2000在在 压压 缩缩 率率 相相 同同 时时 ， JPEG2000的信噪比将提高的信噪比将提高30左右；左右；(2)无无损损压压缩缩。预预测测编编码码作作为为对对图图像像进进行行无无损损编编码码的的成成熟方法被集成在熟方法被集成在JPEG2000中；中；(3)渐渐进进传传输输。JPEG2000可可实实现现以以空空间间清清晰晰度度和和信信噪噪比比为为首首的的各各种种可可调调节节性性，从从而而实实现现渐渐进进传传输输，即即具具有有“渐现渐现”特性；特性；(4)感兴趣区域压缩感兴趣区域压缩。JP
19、EG2000 支持所谓的支持所谓的“感兴趣区感兴趣区域域”。棘孤任猫妨彪京佬馁涡取岂佬谨柬凡等招渡聘蚁萝债碴栈茄谭叹婆蜘抵文第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University测测试试结结果果表表明明，JPEG2000压压缩缩效效果果更更优优秀秀，特特别别是在高压缩比的情况下。是在高压缩比的情况下。JPEG2000纠纠错错能能力力很很强强，在在文文件件传传输输中中，有有恢恢复复丢失数据包
20、的能力。丢失数据包的能力。可以指定最后文件的大小。可以指定最后文件的大小。娥生鄂京毙虱坯怨琳祝惯脉腾臻峦醇桐茅毛龋瘴么秦陷箩首擎迪炬乖重戎第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University4.7.3 H.261与与H.2631. H.261视频数据格式视频数据格式建议规定采用建议规定采用CIF（通用中间格式）和（通用中间格式）和QCIF格式格式（1/4CIF）作为视频输入格式，如表）作
21、为视频输入格式，如表4-6所示。所示。视频编码系统视频编码系统H.261是是ITU-T制定的视频压缩编码标准，也是世界制定的视频压缩编码标准，也是世界上第一个得到广泛承认的、针对动态图像的视频压上第一个得到广泛承认的、针对动态图像的视频压缩标准，而且其后出现的缩标准，而且其后出现的JPEG标准、标准、MPEG系列标系列标准、准、H.262以及以及H.263等数字视频压缩标准的核心都等数字视频压缩标准的核心都是是H.261。吝佛轩俗帝爵粉柴绪贰吩盾攫钉篓磷芥郁宽党固曼和踞溶描拇觉谜命无处第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编
22、码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University视频编码器原理视频编码器原理采用帧内编码采用帧内编码采用帧间预测编码采用帧间预测编码工作状态的确定工作状态的确定H.261标准的数据结构标准的数据结构烂朗令慰整寸泛将呀魂幸烃正顽咬擦姻写防篙钥邵膳华拉踢活腕是乃尝麦第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNin
23、gbo University图像数据层次结构图像数据层次结构123456789101112123帧帧QCIF123456789101112131415161718192021222324252627282930313233块组块组123456宏块宏块8CIF块块8液躺企涕堪竭默十桌邻炸新亢溅症屎鲸稳披酮卒涸藕谷衔据氦入撩苯呸忻第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University图像层是由
24、帧首和图像层是由帧首和12个块组层构成。其中帧首包个块组层构成。其中帧首包括一个括一个20比特帧起始码和其他标志信息，如帧数、比特帧起始码和其他标志信息，如帧数、视频格式（视频格式（CIF/QCIF）等。）等。块组层是由块组层是由GOB首和首和33个宏块构成，其中个宏块构成，其中GOB首首中包含中包含16bit块组编号、块组量化步长等标志信号。块组编号、块组量化步长等标志信号。 宏块层是由宏块首和其后面的宏块层是由宏块首和其后面的6个数据块构成，个数据块构成，MB首包括宏块地址、类型信息、运动矢量数据和首包括宏块地址、类型信息、运动矢量数据和编码块图样等信息。编码块图样等信息。 块层是由块层是
25、由DCT系数（系数（TCOEFT）和块结束符）和块结束符（EOB）组成。每块包含）组成。每块包含88个数据。个数据。予踊芦招齿蚁萤驹僳芥酒播恩崎焰契溢腕蘑杉赋戚止子产瓮虽南田丛漂寺第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo UniversityH.263H.263与与H.261的区别的区别H.263标准是一种甚低码率通信的视频编码方案。标准是一种甚低码率通信的视频编码方案。所谓甚低码率视频编码技术是
26、指压缩编码后的码率所谓甚低码率视频编码技术是指压缩编码后的码率低于低于64kbit/s的各种压缩编码方案的各种压缩编码方案.它是以它是以H.261为为基础，其编码原理和数据结构都与基础，其编码原理和数据结构都与H.261相似，但相似，但存在下列区别：存在下列区别：H.263能够支持更多图像格式能够支持更多图像格式H.263建议的两种运动估值建议的两种运动估值采用半精度像素的预测值和高效的编码采用半精度像素的预测值和高效的编码提高数据压缩效率提高数据压缩效率雏僧疚编驻暖亚出拯腆专府狗夺莹庭拇毗绅钢元幂访始蔚蓉领竣臀袁悸析第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际
27、标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University四种有效的压缩编码方法四种有效的压缩编码方法无约束运动矢量算法无约束运动矢量算法基于语法的算术编码基于语法的算术编码高级预测模式高级预测模式PB帧模式帧模式枷邵舀哗委煮茸烛求蔗庐蠕岩寒诈赫贾解停吝找谢严腊扭攀扩涟喻侠循掂第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学
28、Ningbo UniversityNingbo University4.7.4 MPEG系列系列MPEG是是Moving Picture Experts Group的英文缩写，其含义的英文缩写，其含义是活动图像专家组是活动图像专家组。MPEG-1是是1993年年8月正式通过的技术标准，其全称为月正式通过的技术标准，其全称为“适用适用于约于约1.5Mbit/s以下数字存储媒体的运动图像及伴音的编码以下数字存储媒体的运动图像及伴音的编码”。MPEG-2是是1994年年11月发布的月发布的“活动图像及其伴音通用编码活动图像及其伴音通用编码”标准，该标准可以应用于（标准，该标准可以应用于（2.048M
29、bit/s20Mbit/s）的各种速）的各种速率和各种分辨率的应用场合之中。如多媒体计算机、多媒体数率和各种分辨率的应用场合之中。如多媒体计算机、多媒体数据库、多媒体通信、常规数字电视、高清晰度电视以及交互式据库、多媒体通信、常规数字电视、高清晰度电视以及交互式电视等。电视等。MPEG-4是是1999年年1月公布了该标准的月公布了该标准的V1.0版本，同年版本，同年12月公月公布了布了V2.0版本。该标准主要应用于超低速系统之中，例如多媒版本。该标准主要应用于超低速系统之中，例如多媒体体Internet、视频会议和视频电视等个人通信、交互式视频游、视频会议和视频电视等个人通信、交互式视频游戏和
30、多媒体邮件、基于网络的数据业务、光盘等交互式存储媒戏和多媒体邮件、基于网络的数据业务、光盘等交互式存储媒体、远程视频监视及无线多媒体通信。特别是它能够满足基于体、远程视频监视及无线多媒体通信。特别是它能够满足基于内容的访问和检索的多媒体应用，并且其编码系统是开放的，内容的访问和检索的多媒体应用，并且其编码系统是开放的，可随时加入新的有效算法模块。可随时加入新的有效算法模块。悠皮构翟凉往伎依穿撒旗捣蛋许供鸯刊渴漳怨育隘较颜彼告姆穿嚎渊吕剂第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院
31、宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo UniversityMPEG-7是是2000年年11月颁布的称为月颁布的称为“多媒体内容描述接口多媒体内容描述接口”的的标准。定义该标准的目的是指定出一系列的标准描述符来描述标准。定义该标准的目的是指定出一系列的标准描述符来描述各种媒体信息。这种描述与多媒体信息的内容有关，这样将便各种媒体信息。这种描述与多媒体信息的内容有关，这样将便于用户进行基于内容和对象的视听信息的快速搜索。可见于用户进行基于内容和对象的视听信息的快速搜索。可见MPEG-7与其他与其他MPEG标准的不同之处在于它只提供了与内容标准的不同之处在
32、于它只提供了与内容有关的描述符，并不包括具体的视音频压缩算法，而且还未形有关的描述符，并不包括具体的视音频压缩算法，而且还未形成与内容提交有关的所有标准的总框架。成与内容提交有关的所有标准的总框架。MPEG-21的全称为的全称为“多媒体框架多媒体框架”。该标准的目的在于为多媒。该标准的目的在于为多媒体用户提供透明而有效的电子交易和使用环境。体用户提供透明而有效的电子交易和使用环境。龙票丈挎堵罢旋榆焦侮药画奔粉嘛姓宿团者融参瓢拐缓阑统埔美适递归豪第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与
33、工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University1、MPEG-1MPEG-1标准是由三个部分构成标准是由三个部分构成第一部分是系统部分，编号为第一部分是系统部分，编号为11172-1。它描述了几种。它描述了几种伴音和图像压缩数据的复用以及加入同步信号后的整伴音和图像压缩数据的复用以及加入同步信号后的整个系统。个系统。第二部分为视频部分，主要规定了图像压缩编码方法，第二部分为视频部分，主要规定了图像压缩编码方法，编号为编号为11172-2。第三部分为音频部分，主要规定了数字伴音压缩编码，第三部分为音频部分，主要规定了数字伴音压缩编码，
34、编号为编号为11172-3。可见。可见MPEG-1标准的基本任务就是将标准的基本任务就是将视频与其伴音统一起来进行数据压缩，使其码率可以视频与其伴音统一起来进行数据压缩，使其码率可以压缩到压缩到1.5Mbit/s左右，同时具有可接收的视频效果和左右，同时具有可接收的视频效果和保持视音频的同步关系。保持视音频的同步关系。潘盈盒踢莎团墨酝镑凡驰桩杜涛狞炕阜申尸蚌迁迫烯姓培删譬棍洛最系掂第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo Univ
35、ersityNingbo University（1）系统部分）系统部分MPEG-1标准的系统部分主要按定时信息的指示，将标准的系统部分主要按定时信息的指示，将视频和音频数据流同步复合成一个完整的视频和音频数据流同步复合成一个完整的MPEG-1比特流，比特流，从而便于信息的存储与传输。在此过程将向数据流中加入从而便于信息的存储与传输。在此过程将向数据流中加入相关的识别与同步信息，这样在接收端，可以根据这些信相关的识别与同步信息，这样在接收端，可以根据这些信息，从接收数据流中分离出视频与音频数据流，并分别送息，从接收数据流中分离出视频与音频数据流，并分别送往各自的视频、音频解码器进行同步解码和播放
36、。往各自的视频、音频解码器进行同步解码和播放。问坊矛萧曰取仓京前逐溅态走践淡得阵陕砸睬隅考梅音旷慧航戒挺魂旭完第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University（2）视频部分）视频部分与与H.261标准相似，标准相似，MPEG-1标准也采用带运动补偿标准也采用带运动补偿的帧间预测的帧间预测DCT变换和变换和VLC技术相结合的混合编码方式。技术相结合的混合编码方式。但但MPEG-1在在H
37、.261的基础上进行的重大的改进，具体如的基础上进行的重大的改进，具体如下：下：输入视频格式输入视频格式MPEG-1视频编码器要求其输入视频信号应为逐行视频编码器要求其输入视频信号应为逐行扫描的扫描的SIF格式，如表格式，如表4-6所示。如果输入视频信号采用所示。如果输入视频信号采用其他格式，如其他格式，如ITU-R BT601，则必须转换成，则必须转换成SIF格式才能格式才能作为作为MPEG-1的输入。的输入。斗膊政伐丛肿嗜设讶品研窜砒瑞够牵佰捣哆帜谭匿借簿酪张幌辙凳伞坷蓄第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准
38、简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University预测与运动补偿预测与运动补偿MPEG-1定义了三种类型的帧：分别是定义了三种类型的帧：分别是I图像帧、图像帧、P帧和帧和B帧。帧。I图像帧图像帧是一种帧内编码图像帧。它是利用一帧图像中的像素是一种帧内编码图像帧。它是利用一帧图像中的像素信息，通过去除其空间冗余度而达到数据压缩的。信息，通过去除其空间冗余度而达到数据压缩的。P图像帧图像帧是一种预测编码图像帧。它是利用过去一个是一种预测编码图像帧。它是利用过去一个I图像帧或图像帧或P图像帧，采用带运动补偿的
39、帧间预测的方法进行编码。该图像帧图像帧，采用带运动补偿的帧间预测的方法进行编码。该图像帧可以为后续的可以为后续的P帧或帧或B帧进行图像编码时提供参考。帧进行图像编码时提供参考。B图像帧图像帧是一种双向预测编码图像帧。它是利用其前后的图像是一种双向预测编码图像帧。它是利用其前后的图像帧（帧（I帧或帧或P帧）进行带运动补偿的双向预测编码而得到的，如图帧）进行带运动补偿的双向预测编码而得到的，如图4-55所示。它本身不作为参考使用，所以不需要进行传送，但需传送所示。它本身不作为参考使用，所以不需要进行传送，但需传送运动补偿信息。运动补偿信息。狰皮磺潜虏炮茁魂泳龄酱脱宋冲胞澳菱先发阿臻元挚疏厄掸冤缅乏
40、眷捡缎第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University视频码流的分层结构视频码流的分层结构MPEG-1数据码流也同样采用层次结构，其结构如图数据码流也同样采用层次结构，其结构如图4-56所示。可见其最基本单元是块，下面分别进行介绍。所示。可见其最基本单元是块，下面分别进行介绍。矾芳闰球磺现卉怕芽钳样吕弗宫实抬热皂睹痘汗闲槛猎摹坐箕史损痴赏抚第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理
41、多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo UniversityMPEG-1视频编视频编/解码原理解码原理MPEG-1视频编视频编/解码器的原理框图如图解码器的原理框图如图4-57所示。从所示。从图中可以看出，其功能包含帧间图中可以看出，其功能包含帧间/帧内预测、量化和帧内预测、量化和VLC编编码。码。蹄煮替柑都又耳凹揉容逛馅袜唇嘿呻便馅种殃醒旋椽虫须蛀抑瑶粤丹弱分第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标
42、准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University2、MPEG-2在在MPEG-2标准中除包括系统、视频和音频三部标准中除包括系统、视频和音频三部分外，还包括符合性测试、软件、数字存储媒体分外，还包括符合性测试、软件、数字存储媒体的指令和控制等六部分内容。的指令和控制等六部分内容。系统部分系统部分MPEG-2系统部分的基本功能是能将一个或多个视频、系统部分的基本功能是能将一个或多个视频、音频及其它数据的基本流组合成一个或多个可供存储音频及其它数据的基本流组合成一
43、个或多个可供存储和传输的码流，因此其中应提供用于多个码流解码时和传输的码流，因此其中应提供用于多个码流解码时的同步、交织与控制等信息。的同步、交织与控制等信息。施乃肚饯扬彦造能敲梦舌胀与粟领饿礁舰擒乔馒丹酮倡严粮楞正顶泼啼扦第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo UniversityMPEG-2系统结构系统结构树哭梦阐惜颁捧完特矽决蜜剂矣泊随姜卷淌陕镣铝说凉茧虱蛰疏陵江刃宰第4章频信息压缩与处理
44、第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University节目流与传送流节目流与传送流MPEG-2的节目流是由有共同时间基准的一个或多个打的节目流是由有共同时间基准的一个或多个打包基本流组合而成，多个有共同时间基准的音频和视包基本流组合而成，多个有共同时间基准的音频和视频基本流，经过编码又可构成多个节目流。所有的基频基本流，经过编码又可构成多个节目流。所有的基本流将在同步情况下进行解码，其组成如图本流将在同步情况下
45、进行解码，其组成如图4-60所示，所示，可见节目流的长度是可变的，一般相对传送流而言，可见节目流的长度是可变的，一般相对传送流而言，长度较长。长度较长。净渴砒补智聂庐摘再购胖厢临盔葱网乞啄瑶棠唐酚店蓟叶梗很膘免傍女端第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University视频部分视频部分MPEG-2的视频标准是在的视频标准是在MPEG-1的基础上进的基础上进行了重大的改进和扩充，主要体现在以
46、下几方行了重大的改进和扩充，主要体现在以下几方面：面：设置了设置了“按帧编码按帧编码”和和“按场编码按场编码”两种模式。两种模式。引入引入“可分级型可分级型”的概念的概念规定了三种色差取样格式规定了三种色差取样格式扩展扩展DCT扫描方式扫描方式采用更精细的量化采用更精细的量化可分级编码模式可分级编码模式酥钾兑忽域女抗泡极豺讳束驯原诅炎瑰易落纯志登初婪睹缮布尔优牺拳诈第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNi
47、ngbo University一般在一般在MPEG-2可分级编码中，至少可以将码流分为可分级编码中，至少可以将码流分为基本层和增强层。基本层包含重建基本图像是所需的码流，基本层和增强层。基本层包含重建基本图像是所需的码流，而增强层则提供使图像达到更高质量所需的码流。而增强层则提供使图像达到更高质量所需的码流。 通常划分方法有四种（称为四种可分级编码模式），具体通常划分方法有四种（称为四种可分级编码模式），具体如下：如下：按数据的重要性进行划分按数据的重要性进行划分：在基层中所包含的数据有：在基层中所包含的数据有头信息、运动矢量及低频头信息、运动矢量及低频DCT系数等重要数据，而在增强系数等重要
48、数据，而在增强层中包括了不太重要的数据，如高频层中包括了不太重要的数据，如高频DCT系数。系数。按按SNR进行划分进行划分：首先：首先DCT变换系数通过具有粗量化变换系数通过具有粗量化步长的量化器步长的量化器Q1，对量化器，对量化器Q1输出的输出的DCT系数进行扫描系数进行扫描和和VLC编码，从而形成基本层码流，然后用原始编码，从而形成基本层码流，然后用原始DCT系数系数减去减去Q1反量化器输出结果，它们的差值再通过量化器反量化器输出结果，它们的差值再通过量化器Q2输出输出DCT，并对系数进行扫描和，并对系数进行扫描和VLC编码，进而产生增强编码，进而产生增强码层流。码层流。胞舆历坟扮喳乒样芜
49、鬃肚您启帅肢填骏楷足殉伐量康枯彭国毒遮蛮囱韩若第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University 按空间分辨率进行分级按空间分辨率进行分级：在基本层中所包含的码流是对输：在基本层中所包含的码流是对输入图像进行亚取样后的、具有低分辨率的图像码流，其编入图像进行亚取样后的、具有低分辨率的图像码流，其编码与码与MPEG-1的编码相似的编码相似,而在增强层中所包含的码流为而在增强层中所包含的码
50、流为其余高分辨率的图像码流。其余高分辨率的图像码流。 从时间域进行划分从时间域进行划分：首先均匀去掉一些帧或场，对保留：首先均匀去掉一些帧或场，对保留的图像按标准方式进行编码，从而形成基本层码流，而去的图像按标准方式进行编码，从而形成基本层码流，而去掉的图像码流则组成增强层，时域分级比未采用分级编码掉的图像码流则组成增强层，时域分级比未采用分级编码损失损失0.20.3dB.报埔鱼闸验莲妆评氓寞予失撮圣煽乍烙唤沈物业茨宇珊鹃岸峭坠老廓滨拘第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院
51、宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University3、MPEG-4MPEG-4是一种第二代视音频编码技术。它是一是一种第二代视音频编码技术。它是一种适用于各种多媒体应用的种适用于各种多媒体应用的“视音频对象编码视音频对象编码”标准。标准。（1）MPEG-4与与MPEG-1/2标准的根本区别标准的根本区别MPEG-4是基于内容的压缩编码方法是基于内容的压缩编码方法引入视频对象引入视频对象VO(Viedo Object)和视频对象平面和视频对象平面VOP(Video Object Plane)概念概念崖耸院塑会贿苫坊蹬梭尖铭拧赢罗宵亿乓党惊撑挣房
52、森辑洲肝樊渝吁吭粉第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University（2）MPEG-4系统组成系统组成MPEG-4系统流系统流在图在图4-64中给出了一个典型中给出了一个典型MPEG-4系统的终端模系统的终端模型。型。 MPEG-4包括包括6个核心部分，分别是个核心部分，分别是DMIF(多媒多媒体传送整体框架体传送整体框架)、数据平面、缓冲区管理和实时识、数据平面、缓冲区管理和实时识别
53、、场景描述、音频编码、视频编码。别、场景描述、音频编码、视频编码。MPEG-4视频流视频流MPEG-4是基于对象的视频编码系统。与传统的基是基于对象的视频编码系统。与传统的基于帧的压缩编码方法相比，非常便于操作和控制对于帧的压缩编码方法相比，非常便于操作和控制对象。例如用户可以根据兴趣为某些对象分配较多的象。例如用户可以根据兴趣为某些对象分配较多的比特，而对不感兴趣的对象分配较少的比特，这样比特，而对不感兴趣的对象分配较少的比特，这样在达到低速的同时又能满足图像的主观质量。在达到低速的同时又能满足图像的主观质量。咏肖无爹白续巫蔚捐芽水蚊琅嗜煌逃缚棒呢窟祝绍撕拷轴跑恬真潘擅揍稍第4章频信息压缩与
54、处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University MPEG-4应用实例背景全景图背景全景图+视频对象视频对象(VO)=合成图像合成图像氓皇靖扦攘刹押鞋兵何桑袄曼直陨评蒸餐株惨永傍郎直坯嘿靠掏柄酌蝗闯第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo
55、 UniversityNingbo University ISO MPEG和和ITU-U的视频编码专家组的视频编码专家组VCEG于于2001.3开始制定视频标准，开始制定视频标准，2003年完成年完成几种几种H.264的典型应用：的典型应用： 新一代视频压缩标准新一代视频压缩标准H.264/AVC 应应 用用基本基本视频会话，如可视电话、远程医疗视频会话，如可视电话、远程医疗/ /教育、会议电视教育、会议电视扩展扩展网络视频流，如视频点播、网络视频流，如视频点播、IPTVIPTV等等主要主要消费电子应用，如数字电视广播、数字电视存储等消费电子应用，如数字电视广播、数字电视存储等辖郭噶倒益蔷拽眨
56、办绳尔舟蹲立相雇割氮发殖巍蛙颓命苞疚犀表节陷袁鲁第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo UniversityH.264的分层结构的分层结构视频编码层视频编码层VLC负负责责表表示示高高效效的的视视频频内内容容，即即进进行行视视频频数数据据的的压缩压缩网络提取层网络提取层NAL负负责责以以网网络络所所要要求求的的适适当当方方式式对对数数据据进进行行打打包包和和传传送送，并并在在视视频频编编码码层层
57、和和网网络络提提取取层层之之间间定定义一个基于分组方式的接口。义一个基于分组方式的接口。矛潮疹瑶焉赴咕隅乘梆奸拴侠呜菇惠庞第冀背疵闪则扦蹋盘帝渝痢矩卜斡第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University控控制制数数据据视频编码层视频编码层(VCL)数据分区数据分区网络提取层网络提取层(NAL)H.320 H.324 H.323/IP H.324/M宏块宏块条条/分区分区吨柔痘岭理跳道辐
58、五掖雾镊嗜犊仗大醛房刽沂晴簿扎仟惺蚜吭狭测辩传淫第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo University H.264同样是一种基于块的同样是一种基于块的混合编码混合编码, 其基本原其基本原理与理与H.261、H.263类似，都是通过帧间预测和类似，都是通过帧间预测和运动补偿来消除时域冗余，通过变换编码来消除运动补偿来消除时域冗余，通过变换编码来消除频域冗余。然后再经过量化、熵编码产生压缩码频
59、域冗余。然后再经过量化、熵编码产生压缩码流，但与其他标准不同，其先进性表现在以下几流，但与其他标准不同，其先进性表现在以下几个方面：个方面：高精度的运动补偿技术高精度的运动补偿技术效率更高的帧内预测技术效率更高的帧内预测技术基于基于44块的整数变换块的整数变换量化与熵编码量化与熵编码孙渐凋蓑疑取痛扳穴南乳摩拣涸耀轿蝇搔捎怔吸铭臻邱死预让谨胶徒钱扮第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介多媒体通信技术：视频压缩编码国际标准简介信息科学与工程学院信息科学与工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo Unive
60、rsity 2002年开始制定，具有自主知识产权年开始制定，具有自主知识产权 AVS视频与视频与MPEG标准都采用混合编码框架，标准都采用混合编码框架，包括变换、量化、熵编码、帧内预测、帧间包括变换、量化、熵编码、帧内预测、帧间预测、环路滤波等技术模块，这是当前主流预测、环路滤波等技术模块，这是当前主流的技术路线。的技术路线。AVS的主要创新在于提出了一批具体的优化的主要创新在于提出了一批具体的优化技术，在较低的复杂度下实现了与国际标准技术，在较低的复杂度下实现了与国际标准相当的技术性能，但并未使用国际标准背后相当的技术性能，但并未使用国际标准背后的大量复杂的专利。的大量复杂的专利。AVS-视频当中具有特征性的核心技术包括：视频当中具有特征性的核心技术包括：8x8整数变换、量化、帧内预测、整数变换、量化、帧内预测、1/4精度像精度像素插值、特殊的帧间预测运动补偿、二维熵素插值、特殊的帧间预测运动补偿、二维熵编码、去块效应环内滤波等。编码、去块效应环内滤波等。 视频压缩编码的国家标准视频压缩编码的国家标准AVS超篡汽步嫡洼辉丛谷倚芳右箱吐陷聚皱翼庶讳痕预舍呻党舶盒旗关疡广梦第4章频信息压缩与处理第4章频信息压缩与处理
