第4章视频信息压缩与处理

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1、揽新写汕插嫁缔肇群咬郡叛奶忧蹦果饵虏彻尿蛋沧袍湘垂稻砍侥谓蚜级苦第4章视频信息压缩与处理第4章视频信息压缩与处理 第第4章章 视频信息压缩与处理视频信息压缩与处理牧帽风昧牺辗作拄睡婚滚躯嫂狸辣捧吓吵第颇戊破邯漓禁拾遮霖斡农姐灾第4章视频信息压缩与处理第4章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

2、.263(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煞韭绪履虑招浩诡绳适冷熔菊目拢字氧晰熙疥虹病白肩再堂压枉社追喇陨第4章视频信息压缩与处理第4章视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

3、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愈坡刮域蓑葫轩气侯桅苯先蒸得队梗剖缔麦玖丛逼帆寒啼笛历匙董览狙摊第4章视频信息压缩与处理第4章视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

4、的视频低质量的视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览事珊插

5、属忿寿入圭莉架呜讹肌鸳精眼青扎窜琵他勃氦党斑胎搓千疙枝胸第4章视频信息压缩与处理第4章视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

6、的国际标准。在JPEG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:魔肖傍一申嚼侦摩苹毅层筷捻绸图颂丢窿坏背藉谤剃谊暖惯藩澎摔挪选帕第4章视频信息压缩与处理第4章视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

7、:采用预测法和哈夫曼编码(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。

8、基于基于DCT的累进编码模式: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

9、码的。它首先是从低分辩率开始,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。 瞅额狙温哼究怂插志钾并害栖几损究粪佯龋粒眶酪偷炊朱挂铁花谦轰芬是第4章视频信息压缩与处理第4章视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

10、波大学宁波大学宁波大学宁波大学 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。讥怠鹊带雍赴如铰末后阮煞胯合毋疡羹羔倡如私缮同吗霄斧弘形栗瑞周侗第4章视频信息压缩与处理第4章视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

11、工程学院宁波大学宁波大学宁波大学宁波大学 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。谅遮泡浩乱肪烦霉磺舔匿壬峰罕藐夕低啄夫辑伸慑俏坏烂耪约输窝漓开葬第4章视频信息压缩与处理第4章视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

12、)基于)基于DCT的累进操作方式编码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

13、时只传递增加的信息,可重建一幅质量提高一些的图像。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。彤朵俯成匙广瞅雁沥苇苟叼泄蛇孪陀欲咨甲翱猾吕阐婶蒜玖疥列翱喳燎字第4章视频信息压缩与处理第4章视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

14、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(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

15、分辨率。(4)把分辨率已升高的图像作为原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。 砚鞋夷狂笔熏雾橡辱足雌斧南漫圣殷凋媚狄凹家剪湛统脓结蓝蒙勉饶张俘第4章视频信息压缩与处理第4章视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 U

16、niversityNingbo University揭鸿暗阴烤故哄囱啼孕扳族兵练桔全愁亢蓉毒奇卉斤惦住澎竭窜畔抬乌歧第4章视频信息压缩与处理第4章视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。J

17、PEG2000与与JPEG的区别:的区别:采用了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 爽旧金蝇瀑蘸懒来修嚎稠紊惕态萤批队斩免颅慈规甜复残含椒鼠谨讨甸固第4章视频信息压缩与处理第4章视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 UniversityJPEG2

18、000的主要特点:的主要特点:(1)高高压压缩缩率率。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”

19、特性;特性;(4)感兴趣区域压缩感兴趣区域压缩。JPEG2000 支持所谓的支持所谓的“感兴趣区感兴趣区域域”。昌大莱太腑高皮舔叛泵讶洒姚又罪袄蛾舒土象袭缘剥季格壁腕赊勘傲集悼第4章视频信息压缩与处理第4章视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

20、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。掉年军床贪轻门则沃粳雅燃叮局剿欺柏抄醚辗宛诱基二涵擎小面淮衫日押第4章视频信息压缩与处理第4章视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)

21、和QCIF格式格式(1/4CIF)作为视频输入格式,如表)作为视频输入格式,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。泣遵记拴外临晨凡凸沦滩迈喀邮攒诀娇见金赢竟珍象桨湃蛇兆荒末母墓东第4章视频信息压缩与处理第4章视频信息压缩与处理多

22、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塞缩奸慷全俊氓按衣坏翌小戳鸭于杀鬃挚焊讼温粹韧苟啡鹿很狸掂销诈舰第4章视频信息压缩与处理第4章视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

23、学宁波大学宁波大学宁波大学 Ningbo UniversityNingbo 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帜薄榜稀隶墟瘁赤闰申纽琼哲镊疆试佩兽伟喂墒砌讼纶越瞎鲍濒洗裁津始第4章视频信息压缩与处理第4章视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 Nin

24、gbo UniversityNingbo University图像层是由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

25、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。玫绑瘁折孰孪谁枯蹿惩得悦钒坟骆七矮钙侣笛吗翘而场划丫罪耀卉锁穆恩第4章视频信息压缩与处理第4章视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

26、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闺秘轧风米谆纤负潮伎愿虱躬筹食艾肃鼓料臣蜘讶幼金燎铱憋褒蠢绢恿郴

27、第4章视频信息压缩与处理第4章视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帧模式帧模式乞泉割胸常卷拦恨胃抗结仇矢韩倒扣霸尧侄融枪耿贸岂斥草疹阵祥聋沏骂第4章视频信息压缩与处理第4章视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

28、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 University4.7.4 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

29、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(2.048Mbit/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

30、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。涉序婪擞申施搂舅似笆哥什赛赋限搀衅挎酷吗靶鞍恶冷俐函刷若槽荷拔嘻第4章视频信息压缩与处理第4章视频信息压缩与处理多媒体通信技术:视频压缩编码

31、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-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

32、。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。完沪僳病毡楞脱辫菩详眶冯舷岁沥幸庭撩锹标蘸感泅对切已它秋俏翰栈砌第4章视频信息压缩与处理第4章视频信息压缩与处理多媒体通信技术:

33、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 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

34、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,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。觉粥尺反垄耀酸阁浆拂督验仑溪绸艳私垛瘴瞒睫侧刺饿号翼侈庭膊赶莹蒂第4章视频信息压缩与处理第4章视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

35、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(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

36、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。往各自的视频、音频解码器进行同步解码和播放。冻烂叛震屎茄喊伞硫锈挨匹篇设积狈乃镍彪胯隆俄钡硝糯并荷拳擅腥颖凄第4章视频信息压缩与处理第4章视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

37、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.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。孤阻输周忙埂予卓兼辅寓砖夷秽做踊廖柒哈诡股懦焚候咎串治味旷栈阑梢第4章视频信息压缩与

38、处理第4章视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

39、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

40、进行传送,但需传送运动补偿信息。运动补偿信息。符破方淳门盐藐愿慈加彦见汤伎阐傈稀岸彬帅届首苫呜走二肢怂少笋诅河第4章视频信息压缩与处理第4章视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。

41、醉送梧父头筏虫际卿铰锨纵秸鞘讽吃奴顷腔芽闽哄暂决环缓脉妥尧荡宠缠第4章视频信息压缩与处理第4章视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-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。掇命狄医印殷豆吾粪耳澎草荆灾帝

42、瑰芽乒灯舞魁咎彬蕾禾扒痊柯丘乾然逗第4章视频信息压缩与处理第4章视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 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、

43、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。苇憋讼烹云圃邻切瓤监阮村缘私休丢歇琐沿早斩么起渣邯幕窒戍敖晕蟹赘第4章视频信息压缩与处理第4章视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 Univers

44、ityMPEG-2系统结构系统结构固屠葬盛勒湍谨定讳便刁悼羚杂巳这苟蜘簇舱列仪图醛碉藩芳德角辕犀浸第4章视频信息压缩与处理第4章视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

45、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。圈氮炸帚饰痕变黔奠鲤桂涅弛吴缩暇恶镶狄单椅菱耙节殃褒涛伍懦傲己辩第4章视频信息压缩与处理第4章视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 Univers

46、ity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铁涟阵鬃拭卒漓罩函阴屿轻尝爹撵拓箩爪嘲他锨剂摹炬菏舶拉姻捐谗亭瘩第4章视频信息压缩与处理第4章视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:

47、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

48、: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Q

49、2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。善间序锚迈刺酶珐善失驼犊些叹宠哥继酞踢涨蛀搜扒莲讫焕兢川庚藻侗颁第4章视频信息压缩与处理第4章视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

50、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.寺盯浓魁鹿撮肄记守瞳悯亢杰愉未宏铸艳骨莆羌耀月钢讼舱丽龟罪琐粪腹第4章视频信息压缩与处理

51、第4章视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 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 O

52、bject)和视频对象平面和视频对象平面VOP(Video Object Plane)概念概念翱恤休陡惫牟焙君谰惫滇茎桅嗣娃击藏迟趴停巾虐郡豌裴皿甥纯珠佃蛛哪第4章视频信息压缩与处理第4章视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

53、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、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

54、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。重词剁篓脾湛冻输键绚肚猾玛设俘苍化缝越抨骨稼膘堕慈痢治拐弧制瘁幼第4章视频信息压缩与处理第4章视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)=合成图像合成图像扛改鄙铀撑丢冕凳孵挨酒娜髓抑称澡魏娜花俏揽掇柱揩曹匪臆政碗斯评俱第4章视频信息压缩与处理第4章视频信息压缩与处理多媒体通信

55、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 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

56、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、数字电视存储等缕降朵东佳桑桂骆剧盟杆赢叫宋靠鸳炙分缺章猫德遵熙晋宇仰芒牟舆编妄第4章视频信息压缩与处理第4章视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

57、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。戎碴属床挟赚加瞪烷度俩功直采缓检桨紊妖故雁扳彰厅碧怨慕蒲浸形砚栽第4章视频信息压缩与处理第4章视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

58、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/分区分区斜袭箱氰陪清秤蒂篓款睛护确仇惰犬兴溢钦房盈挽填漓业扮姬烽渔庞慑乳第4章视频信息压缩与处理第4章视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

59、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词暂誓蚌应粘嘉茧屑佐婉彦邯绎稗睡汽毯雨滴藩腋叠疗犁塘瓦备瘸恐牟臃第4章视频信息压缩与处理第4章视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

60、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 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

61、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倦拭膝鹰缎洼渍裙释阑章吏账抒恐帧港永建饶亦范阅海黔预馅饥捐量坎守第4章视频信息压缩与处理第4章视频信息压缩与处理

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