視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用(共40張PPT)

第三章視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用第一節(jié)壓縮技術(shù)（壓縮/解壓是NLE的核心）一、JPEG（JointPhotographicExpertsGroup)國(guó)際組織建立聯(lián)合圖片專家組，建立一個(gè)適用于連續(xù)圖像壓縮的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。這一標(biāo)準(zhǔn)的要求：1、先進(jìn)的壓縮技術(shù)壓縮與質(zhì)量同時(shí)考慮，失真程度要在一定的范圍之內(nèi)，編碼器的參數(shù)中包括控制壓縮比和圖象質(zhì)量的成分。2、適用于所有的連續(xù)色調(diào)圖象，不應(yīng)對(duì)圖象的尺寸、色彩空間和像素縱橫比等特性進(jìn)行限制，也不應(yīng)對(duì)圖象的場(chǎng)景內(nèi)容（如復(fù)雜性、色彩范圍或統(tǒng)計(jì)特性）沒(méi)有任何限制。3、具有適中的計(jì)算復(fù)雜性，從而使得壓縮算法既可以用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且具有較好的性能。4、具有4種操作模式：順序/累進(jìn)/無(wú)失真/層次編碼第1頁(yè)，共40頁(yè)。MPEG分系統(tǒng)、視頻、音頻三部分MPEG-1位率1.5Mbps,用于家用視音頻處理標(biāo)準(zhǔn)，VCD。MPEG-2位率4-10Mbps，圖象質(zhì)量近于演播室質(zhì)量，DVD。二、MPEG(MovingPictureExpertGroup)360352x240352x2401.69MbpsSLP5240360x480360x4802.54MbpsEP4180480x480480x5763.38MbpsLP3120720x480720x5765.07MbpsSP260720x480720x5769.17MbpsHQ1M/4.7GNTSCPAL速率模式項(xiàng)目4.7GDVD-R/RW記錄視頻的規(guī)格第2頁(yè)，共40頁(yè)。第二節(jié)數(shù)字視頻信號(hào)分析一、圖象和視頻數(shù)據(jù)的處理1、圖象的數(shù)據(jù)模型圖象信息在數(shù)學(xué)上可表示為I=f(x,y,z,t,λ)其中（x,y,z）是三維空間坐標(biāo)；t代表時(shí)間，形成活動(dòng)圖象；λ是波長(zhǎng)，它對(duì)圖象類型產(chǎn)生影響。Fr=25/30Hz幀速率一般用于電視的隔行掃描，每幀由奇、偶兩場(chǎng)組成。HDTV系統(tǒng)Fr=50-60Hz，當(dāng)Fr=50-60Hz時(shí)基本上沒(méi)有閃爍現(xiàn)象，高質(zhì)量的工作站顯示器通常使用這種幀率。

R101.042YG＝1-0.34414-0.71414UB11.17720VＹ0.2990.5870.144RＵ＝-0.1678-0.3313-0.5GＶ0.5-0.4187-0.0813B2、彩色空間RGB和YUV轉(zhuǎn)換關(guān)系第3頁(yè)，共40頁(yè)。標(biāo)準(zhǔn)行數(shù)/幀行數(shù)/場(chǎng)活動(dòng)視頻行場(chǎng)速率水平同步脈沖速率NTSC525262.548059.9415734PAL625312.557650156253、標(biāo)準(zhǔn)視頻NTSC（美國(guó)國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì)）和PAL(PhaselternatingLine)逐行倒相格式，SECAM（SequentialColorandmemory)串行色彩存儲(chǔ)格式。4、SIF(sourceinputformat)格式定義兩種位流格式PAL352像素*288行*25HzNTSC352像素*240行*30Hz因?yàn)镾IF幀速率是NTSC和PAL場(chǎng)速率的1/2，所有視頻顯示硬件必須把每個(gè)SIF幀顯示兩次。5、ITU-R601編碼方案國(guó)際電信聯(lián)盟無(wú)線電通信部門以演播室質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，把模擬的YUV與分量編碼使用的YCbCr在彩色空間具有數(shù)字等價(jià)性。第4頁(yè)，共40頁(yè)。4：2：2方案中的編碼參數(shù)植參數(shù)525行/59.94Hz場(chǎng)速率系統(tǒng)（NTSC）625行/50Hz場(chǎng)速率系統(tǒng)（PAL）編碼信號(hào)從加瑪預(yù)校正信號(hào)中獲得從加瑪預(yù)校正信號(hào)中獲得Y，Cr,Cb每行的樣本數(shù)：Y858864Cr,Cb429432采樣頻率：Y13.5MHz13.5MHzCr,Cb6.75MHz6.75MHz編碼形式正規(guī)PCM，8位/樣本正規(guī)PCM，8位/樣本每個(gè)數(shù)字活動(dòng)行的樣本數(shù)Y720720Cr,Cb360360模擬與數(shù)字水平時(shí)序關(guān)系：16個(gè)色度時(shí)鐘周期12個(gè)色度時(shí)鐘周期從數(shù)字活動(dòng)行結(jié)束到行同步的上升沿第5頁(yè)，共40頁(yè)。攝像機(jī)照相機(jī)掃描儀TV彩色監(jiān)視器打印機(jī)計(jì)算機(jī)光盤錄像帶數(shù)據(jù)流帶磁盤圖象獲取顯示輸出圖象處理圖象存儲(chǔ)二、數(shù)字圖象處理系統(tǒng)圖象通信數(shù)字圖象處理系統(tǒng)的基本組成第6頁(yè)，共40頁(yè)。1、圖象獲取利用各種傳感器把相應(yīng)波長(zhǎng)的信號(hào)檢索出來(lái)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理并在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)起來(lái)。2、存儲(chǔ)一是供處理過(guò)程中使用的短暫存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)的內(nèi)存和專用圖形圖象處理板卡上的幀緩沖區(qū)；二是在線存儲(chǔ)區(qū)，能提供較快的存取速度，有磁盤、優(yōu)盤、光盤等存儲(chǔ)介質(zhì)；三是圖象檔案的存儲(chǔ)區(qū)，存儲(chǔ)量大，訪問(wèn)頻率低，常用磁帶和光盤等存儲(chǔ)介質(zhì)。3、圖象處理圖象的增強(qiáng)和恢復(fù)、分析、重建和壓縮等。軟件實(shí)現(xiàn)較慢，硬件快。4、通信局部和遠(yuǎn)程必須壓縮傳輸后解壓。5、顯示輸出監(jiān)視器是常用的，錄像機(jī)，膠片記錄儀等輸出設(shè)備。第7頁(yè)，共40頁(yè)。三、視頻信號(hào)的數(shù)字化1、模擬視頻信號(hào)行場(chǎng)結(jié)構(gòu)PAL制：行頻15625Hz，場(chǎng)頻50Hz，25幀，每幀2場(chǎng)；一行掃描時(shí)間64μs（=1/15625s），其中12μs是行消隱，（4.7μs同步頭）；有效顯示時(shí)間52μs。一幀（副）畫面掃描行625行（=15625/25）其中50行為場(chǎng)消隱，有效行為575行這樣有效行場(chǎng)數(shù)只占總數(shù)的75%。第8頁(yè)，共40頁(yè)。2、數(shù)字化數(shù)字化AV信號(hào)的取樣頻率fs，量化位數(shù)為R，則其二進(jìn)制編碼的傳輸速率（或稱位率、碼率、比特率、數(shù)據(jù)率）I=fs×Rbps(bbit;pspersecond)數(shù)字電話的fs=8kHz,R=8bit,I=8×8=64kbps;CD-DA的音頻信號(hào)的每一路fs=44.1kHz,R=16bit,I=44.1×16=705.6kbps，立體聲信號(hào)為;I=1.4112Mbps;

視頻信號(hào)的帶寬為6M，采樣定理要求，取樣頻率應(yīng)是信號(hào)帶寬的2倍以上。CCIR規(guī)定采樣頻率13.5MHz,13.5MHz/15625=864=13.5MHz×64μs,色度信號(hào)的帶寬為1.3MHz，取樣頻率為6.75MHz。第9頁(yè)，共40頁(yè)。常見(jiàn)數(shù)字視頻格式（PAL）圖像格式水平樣點(diǎn)數(shù)垂直樣點(diǎn)數(shù)（行數(shù)）典型應(yīng)用亮度色度亮度色度4：2：2704352576576MPEG-24：2：0704352576288MPEG-2HHF352176576288S-VCDCIF352176288144VCDQCIF1768814472可視電話SQCIF128649648Internet第10頁(yè)，共40頁(yè)?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)表明：人眼對(duì)從純黑到純白分辨灰度級(jí)為64級(jí)，用6比特來(lái)表示圖象的灰度級(jí)就夠了，實(shí)際中為提高質(zhì)量，減低噪聲，采樣過(guò)程中，最低用256級(jí)取樣電平，即每個(gè)取樣點(diǎn)需要用8比特來(lái)表示，廣播級(jí)的圖象處理采用10、12、14比特?；顒?dòng)圖象數(shù)字化后數(shù)據(jù)速率：13.5×8(Y)+6.75×8(U)+6.75×8(V)=216Mbps=27MB/s=27MbyteCCIR601建議規(guī)定正程掃描52μs，一行采樣點(diǎn)數(shù)52×13.5=702點(diǎn)，壓縮算法要求水平方向上的采樣點(diǎn)必須為32或16的倍數(shù)，通常704取720點(diǎn)。有效行625-50=575取576。4：2：2格式數(shù)字圖象數(shù)據(jù)速率：（704×576+352×576+352×576）×8×25=162201600bit/s=162.2Mbit/s162.2/216=75%第11頁(yè)，共40頁(yè)。3、圖象子采樣對(duì)彩色電視信號(hào)采樣時(shí)，有兩種方法：一是用同一種采樣頻率對(duì)圖象的亮度、色差信號(hào)進(jìn)行采樣；二是對(duì)色差信號(hào)采用比亮度信號(hào)低的頻率采樣，這就是圖象子采樣。4:2:0Y10Y11Y12Y13Y20Y21Y22Y23U（12）0U（12）1V（12）0V（12）1在水平和垂直方向每2個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)Y、1個(gè)Cr、1個(gè)Cb樣本,每一個(gè)像素用1.5個(gè)樣本表示。是子采樣格式Y(jié)10Y11Y12Y13Y20Y21Y22Y23U10U11U12U13U20U21U22U23V10V11V12V13V20V21V22V23每條掃描線每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)Y、4個(gè)Cr、4個(gè)Cb樣本,每一個(gè)像素用3個(gè)樣本表示。不是子采樣格式4:4:4Y10Y11Y12Y13Y20Y21Y22Y23U10U11U20U21V10V11V20V21每條掃描線每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)Y、2個(gè)Cr、2個(gè)Cb樣本,每一個(gè)像素用2個(gè)樣本表示。是子采樣格式4:2:2Y10Y11Y12Y13Y20Y21Y22Y23U10U20V10V20每條掃描線每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)取4個(gè)Y、1個(gè)Cr、1個(gè)Cb樣本,每一個(gè)像素用1.5個(gè)樣本表示。是子采樣格式4:1:1第12頁(yè)，共40頁(yè)。比特bit（位）:計(jì)算機(jī)中信息的最小量。數(shù)據(jù)速率/碼流常用bps(比特/秒）。字節(jié)Byte:存儲(chǔ)一個(gè)字符所需存儲(chǔ)量。通常表示磁盤容量和文件大小。1Byte=8bite常用單位及換算：1KB=1024B;1MB=1024KB;1GB=1024MB;1TB=1024GB;1PB=1024TB;1EB=1024PB;以PALITU-R601標(biāo)準(zhǔn)，625/50電視系統(tǒng)的一幀D1質(zhì)量的電視圖象，采用Y：U：V=4：2：2，8bit量化，數(shù)據(jù)速率：720×576×（1+0.5+0.5)×8×25=165888000bit/s(bps)=20736000B/s=19.78MB/s;每幀圖象的數(shù)據(jù)為：720×576×（1+0.5+0.5)×8=6635520bit=0.791MB.DV格式：速率25Mbits/s,一小時(shí)節(jié)目所需要的容量為：25×3600/8=11250MB=10.986328125GB=11GB.1394/DV接口速率100/200/400Mbits/sSDI接口速率270Mbits/s4、數(shù)字視頻的比特率和所需存儲(chǔ)容量第13頁(yè)，共40頁(yè)。格式參數(shù)Betacam-SXDVCPRODVCAMDigital-S

2550

亮度信號(hào)（Y）取樣率13．5MHz

13．5MHz

13．5MHz

13．5MHz

13．5MHz

Y/R-Y、B-Y取樣比4：2：24：1：14：2：24：2：04：2：2量化比特8

8888

壓縮方式MPEG-ⅡDVDVDVDV壓縮比10：15：13．3：15：13．3：1數(shù)據(jù)率18Mb/s25Mb/s50Mb/s25Mb/s50Mb/s音頻16b/48KHz4聲道16b/48KHz2聲道16b/48KHz

4聲道16b/48KHz2聲道16b/48KHz4聲道幾種數(shù)字錄象機(jī)記錄格式技術(shù)參數(shù)比較第14頁(yè)，共40頁(yè)。第三節(jié)基于DCT的圖象壓縮編碼

離散余玄變換是一種正交變化，從空間領(lǐng)域或時(shí)域獲取樣點(diǎn)序列，并通過(guò)特定運(yùn)算將其變換到頻率域。對(duì)于圖象而言，X、Y坐標(biāo)軸分別代表屏幕的兩個(gè)方向，信號(hào)的幅度就是屏幕上像素的樣值，由此形成的矩陣就是信號(hào)的空間表示。DCT將空間信息轉(zhuǎn)換為頻率和頻譜信息，變換后的X、Y軸分別代表兩個(gè)方向上的頻率分量。熵編碼圖象分塊運(yùn)動(dòng)估計(jì)與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償DCT量化緩沖器—速率控制輸入輸出DCT圖象壓縮編碼原理框圖第15頁(yè)，共40頁(yè)。MPEG—1是第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用于視頻信號(hào)的數(shù)字化壓縮存儲(chǔ)。碼率為1.5Mbps，圖象質(zhì)量相當(dāng)于VHS的水平。其主要特點(diǎn)：1、MPEG—1將電視圖象幀分三類I、B、P2、MPEG—1的碼流語(yǔ)法結(jié)構(gòu)這個(gè)語(yǔ)法結(jié)構(gòu)把圖象壓縮數(shù)據(jù)碼流分為六層，每層或者支持一種信號(hào)處理過(guò)程，或者支持一種系統(tǒng)功能。塊：MPEG算法中最小的編碼單位，包含8×8個(gè)像素，是圖象信息之一：Y、U、V。塊是幀內(nèi)編碼的基本單元。宏塊：MPEG算法中基本編碼單元。包含16×16個(gè)圖象塊。宏塊由四個(gè)亮度塊、若干個(gè)色差塊及附加數(shù)據(jù)構(gòu)成。附加數(shù)據(jù)包括宏塊的編號(hào)、編碼類型、量化參數(shù)、運(yùn)動(dòng)矢量等信息。一、MPEG—1視頻壓縮技術(shù)第16頁(yè)，共40頁(yè)。

8×8圖象塊

16×16宏塊……圖象片一幀圖象………………圖象組圖象組圖象序列第17頁(yè)，共40頁(yè)。圖象片：圖象幀內(nèi)的水平條，MPEG編碼方案中的基本處理單元。因?yàn)闂l的編碼與相鄰部分無(wú)關(guān)，條是自治單元。圖象：顯示的基本單元。對(duì)應(yīng)于圖象序列中的單個(gè)幀，它由數(shù)據(jù)頭和若干圖象條構(gòu)成。圖象組：12幀，IBBPBBPBBPBB……序列層：最高層，它由一個(gè)數(shù)據(jù)頭和若干個(gè)圖象組組成。數(shù)據(jù)頭包含圖象大小、量化矩陣等信息。第18頁(yè)，共40頁(yè)。首先將720*576（M*N）的圖象分成沒(méi)有重疊的子圖象（正方形L*L），M、N必須是L的整數(shù)倍，每個(gè)圖象塊中各像素值差異很小，特別相鄰像素的值變化不大，圖象信號(hào)的相關(guān)性（幀內(nèi)）。這是數(shù)字圖象壓縮的基礎(chǔ)。通常16*16，現(xiàn)以8*8為例。取樣離散余玄變換水平方向各頻率項(xiàng)由左至右增加，垂直方向各頻率項(xiàng)由上往下增加。所以左上角代表零頻率或直流（平均）項(xiàng)，右下角為最高頻率項(xiàng)。變換過(guò)程本身并不減少比特，因?yàn)樽儞Q塊的每個(gè)系數(shù)所需要的比特?cái)?shù)與初始?jí)K的相同。二、圖象分塊第19頁(yè)，共40頁(yè)。144149153155155155155151153156159156156156155160162163158156156161162160160159159159160161162162155155155161161161160157157157162161163162157157157162162161161163158158158235.6-1.0-12.15.22.1-1.7-2.7-1.3-22.6-17.5-6.2-3.2-2.9-0.10.4-1.2-10.99.3-1.61.50.2-0.9-0.6-0.1-7.1-1.90.21.51.6-0.10.00.3-0.6-0.81.51.6-0.1-0.70.61.3-1.8-0.21.6-0.1-0.81.51.0-1.0-1.3-0.4-0.3-1.50.51.71.1-0.8-2.61.6-3.81.81.91.2-0.6-0.4三、DCT變換DCT變換后，能量分布情況發(fā)生了改變。大部分系數(shù)的值都很小，只是在F（0，0）位置附近有幾個(gè)系數(shù)的指數(shù)大，變換域的低頻系數(shù)集中了大量能量，而高頻系數(shù)上的能量很小。F（0，0）實(shí)際上等于所有像素的的平均值，叫直流系數(shù)（DC系數(shù)1個(gè)），重要系數(shù)，其余的系數(shù)都是交流系數(shù)（AC系數(shù)63個(gè)）。DC系數(shù)周圍的系數(shù)反應(yīng)了圖象的低頻信息，F(xiàn)（8，8）附近的系數(shù)反應(yīng)了圖象中的高頻分量。高頻系數(shù)比較小，圖象細(xì)節(jié)比較多，反之細(xì)節(jié)少。第20頁(yè)，共40頁(yè)。第21頁(yè)，共40頁(yè)。由于人眼對(duì)圖象的低頻特性，如物體的亮度之類的信息很敏感，而對(duì)圖象中的高頻信息不敏感，因此在傳輸過(guò)程中可以少傳或不傳送高頻信息。量化過(guò)程是一個(gè)非線性過(guò)程，量化和反量化值存在一定的誤差。這個(gè)誤差在一定范圍內(nèi)，人眼很難覺(jué)察，這可以提高壓縮編碼的效率。0-100000-2-1000000-1-10000000000000000000000000000000000000000000000q=1(6個(gè)非0值）000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000q=2(1個(gè)非0值）量化后的系數(shù)量化步長(zhǎng)q控制量化誤差大小，q大，誤差大，失真大。

四、量化第22頁(yè)，共40頁(yè)。（704×576+352×576+352×576）×8×25=162201600bit/s=162.重要系數(shù)，其余的系數(shù)都是交流系數(shù)（AC系數(shù)63個(gè)）。I幀壓縮可以得到6：1的壓縮比而不產(chǎn)生任何可覺(jué)察的模糊現(xiàn)象。1611621601601591591591、圖象獲取利用各種傳感器把相應(yīng)波長(zhǎng)的信號(hào)檢索出來(lái)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理并在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)起來(lái)。1611621601601591591591GB=1024MB;B幀壓縮可以達(dá)到200：1的壓縮比，其文件尺寸一般為I幀壓縮尺寸的15%,不到P幀壓縮尺寸的一半。162161163162157157157增強(qiáng)型HP專用4:2:2上例Z字掃描值：0，-2，-1，-1，-1，0，0，-1，0，0，……（704×576+352×576+352×576）×8×25=162201600bit/s=162.MPEG-1位率1.DCT變換后，可將非0值發(fā)送到接受端，但是，在圖象壓縮編碼中處理的圖象是由多個(gè)圖象塊構(gòu)成的，這些圖象塊DCT后的DC系數(shù)之間實(shí)際上還是有很強(qiáng)的相關(guān)性。為了節(jié)約帶寬，對(duì)不同的DC系數(shù)采用了差分（差值）編碼，既用前一量化后的DC系數(shù)預(yù)測(cè)當(dāng)前量化的DC系數(shù)，然后再對(duì)其差值進(jìn)行編碼；對(duì)其他AC系數(shù)還要進(jìn)行Zig—Zag掃描（Z字掃描值）。Zig—Zag掃描將二維的量化系數(shù)轉(zhuǎn)換為一維時(shí)間序列，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行游程編碼。游程編碼的工作是將一維的時(shí)間序列變?yōu)橐粋€(gè)一個(gè)的二維事件，每個(gè)事件包括兩個(gè)部分。前一部分被稱為游程，表示在非0系數(shù)之間0的個(gè)數(shù)，后一部分為系數(shù)得值。上例Z字掃描值：0，-2，-1，-1，-1，0，0，-1，0，0，……對(duì)這個(gè)數(shù)列進(jìn)行游程編碼：（1，-2），（0，-1）（0，-1），（0，-1），（2，-1）。這幾個(gè)二維的事件就已經(jīng)完全表示了量化后系數(shù)矩陣的所有信息。

Z字掃描圖五、熵編碼第23頁(yè)，共40頁(yè)。為了進(jìn)一步壓縮傳送這些二維事件所需的比特?cái)?shù)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，根據(jù)二維事件出現(xiàn)的概率為每一事件分配了一個(gè)長(zhǎng)度不同的碼字來(lái)表示這些事件。如用01表示（0，1）事件，010表示（0，2）事件。這個(gè)過(guò)程被稱為熵編碼，又叫變長(zhǎng)編碼。通常用較短的碼字表示出現(xiàn)概率大的事件，較長(zhǎng)的碼字表示出現(xiàn)概率小的事件。從上面的例子看到：一個(gè)圖象塊64個(gè)像素，壓縮編碼后成5個(gè)事件，每個(gè)像素用8比特，塊像素?cái)?shù)64*8=512個(gè)比特；每個(gè)事件都用8比特，加上直流系數(shù)，總共比特?cái)?shù)在50左右，這就獲得10：1的壓縮。實(shí)際上還有運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，壓縮率更高。第24頁(yè)，共40頁(yè)。第25頁(yè)，共40頁(yè)。144149153155155155155151153156159156156156155160162163158156156161162160160159159159160161162162155155155161161161160157157157162161163162157157157162162161161163158158158實(shí)際8*8圖象塊像素值146149152154156156156150152154156156156156156157158158157156155161161162161160157155163164163162160158156164164164162160158157161162162162161159158158159161161162161159158反DCT得到圖象像素值六、解碼過(guò)程從接受到的碼流解除不同的二維事件，根據(jù)事件中游程和數(shù)據(jù)恢復(fù)出量化后的系數(shù)矩陣，再進(jìn)行反量化推算出DCT系數(shù)，再進(jìn)行反DCT變換得到在空間域的像素值。比較二者，存在一定的失真，但不明顯，人眼感覺(jué)不出來(lái)。實(shí)際上，接受端不可能知道發(fā)送端的實(shí)際情況。第26頁(yè)，共40頁(yè)。七、運(yùn)動(dòng)估計(jì)與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償以上DCT、量化、編碼等消除了空間上幀圖象各部分，各像素之間的相關(guān)性。實(shí)際上，電視圖象信號(hào)在時(shí)間上也存在相關(guān)性（幀間相關(guān)性）。景物移動(dòng)不是很快，25幀圖象間存在很大的相關(guān)性。在傳輸時(shí)，沒(méi)必要對(duì)每一幀圖象單獨(dú)進(jìn)行編碼，只對(duì)相鄰圖象幀中的變化進(jìn)行編碼，進(jìn)一步節(jié)約帶寬。運(yùn)動(dòng)估計(jì)可以在參考圖象中為當(dāng)前圖象中的每個(gè)圖象塊找到一個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量，這樣在編碼過(guò)程中就可以將當(dāng)前圖象的塊與參考圖象矢量所指向的圖象塊相減，得到一個(gè)差值圖象塊，由于差值圖象塊中每個(gè)像素的值很小，可獲得高壓縮比。這個(gè)相減過(guò)程就叫運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。除傳輸編碼差值外，還要傳送與之相關(guān)的運(yùn)動(dòng)矢量。第27頁(yè)，共40頁(yè)。八、I、B、P幀編碼模式MPEG圖像編碼序列包含3種類型的圖像：I幀，P幀和B幀。I幀（幀內(nèi)編碼圖象幀）壓縮采用基準(zhǔn)幀模式，只提供幀內(nèi)壓縮，即把幀圖像壓縮到I幀時(shí)，僅僅考慮了幀內(nèi)的圖像。I幀壓縮不能除去幀間冗余度。幀內(nèi)壓縮基于離散余弦變換（DCT）的ADCT自適應(yīng)離散余弦變換編碼技術(shù)。PAL制系統(tǒng)中，每12幀至少有1個(gè)I幀。P幀（預(yù)測(cè)編碼圖象幀）采用預(yù)測(cè)編碼，利用相鄰幀的一般統(tǒng)計(jì)信息進(jìn)行預(yù)測(cè)。也就是說(shuō)，它考慮運(yùn)動(dòng)特性，提供幀間編碼。P幀預(yù)測(cè)當(dāng)前幀與前面最近的I幀或P幀的差別。

第28頁(yè)，共40頁(yè)。B幀（雙向幀間編碼幀）它從前面和后面的I幀或P幀中提取數(shù)據(jù)。B幀基于當(dāng)前幀與前一幀和后一幀圖像之間的差別進(jìn)行壓縮。MPEG數(shù)據(jù)流開(kāi)始CCIR-601規(guī)定的SIF分辨率的未壓縮數(shù)字圖像進(jìn)行抽樣。SIF分辨率，對(duì)于NTSC制，就是亮度信號(hào)為352＊240各像素，每個(gè)色度信號(hào)都為176＊120個(gè)象素。各信號(hào)都是每秒30幀。

MPEG壓縮器決定了當(dāng)前幀以I幀，P幀還是B幀。幀確定之后就采用DCT變換，對(duì)結(jié)果進(jìn)行量化，舍入，行程編碼即變長(zhǎng)編碼。編碼后的典型圖像幀序?yàn)椋篒BBPBBPBBPBBIBBPBBPBBPBBI...B幀。第29頁(yè)，共40頁(yè)。實(shí)際中，可能沒(méi)有B，B圖象需要兩幀圖象（第一幀/I幀和第四幀/P幀）作為參考，故稱雙向預(yù)測(cè)圖象；P圖象利用一幀圖象（第一幀/I幀）作為參考。第30頁(yè)，共40頁(yè)。B幀編碼需要以I、P為參考，因此，先對(duì)P幀編碼。圖象的傳輸順序和編碼順序是不同的。通常在編碼器中需要一個(gè)大的輸入緩沖器將當(dāng)前輸入的圖象進(jìn)行緩存，緩沖器至少需要能保存3幀圖象。當(dāng)輸入1、2、3幀后，第一幀編碼編碼完成時(shí)，第4幀輸入完成，編碼器從緩沖器中讀出剛剛寫入的第4幀并對(duì)其編碼，此時(shí)，第5幀正在寫入緩沖器，……。解碼過(guò)程與編碼過(guò)程相似，都必須先存入緩存器，是一個(gè)對(duì)稱過(guò)程。只有I幀圖象才能獨(dú)立的解碼，B、P幀圖象均需利用參考圖象，并結(jié)合運(yùn)動(dòng)矢量完成解碼。解碼過(guò)程通常從I幀開(kāi)始。每個(gè)12幀安排一個(gè)I幀，是由于在PAL電視信號(hào)每秒發(fā)送25幀，如果每12幀安排一個(gè)I幀，解碼器無(wú)論何時(shí)解碼，在0.5秒內(nèi)找到一個(gè)I幀圖象，并從此開(kāi)始正確解碼，使系統(tǒng)的啟動(dòng)和恢復(fù)時(shí)間縮短，不至于影響圖象節(jié)目的收看效果。第31頁(yè)，共40頁(yè)。MPEG編碼過(guò)程中，一些圖像壓縮成I幀，一些壓縮成P幀，另一些壓縮成B幀。I幀壓縮可以得到6：1的壓縮比而不產(chǎn)生任何可覺(jué)察的模糊現(xiàn)象。I幀壓縮的同時(shí)使用P幀壓縮，可以達(dá)到更高的壓縮比而無(wú)可覺(jué)察的模糊現(xiàn)象。B幀壓縮可以達(dá)到200：1的壓縮比，其文件尺寸一般為I幀壓縮尺寸的15%,不到P幀壓縮尺寸的一半。I幀壓縮去掉圖像的空間冗余度，P幀和B幀去掉時(shí)間冗余度，

類似于JPEG和H.261圖像中使用和P幀要求計(jì)算機(jī)有更強(qiáng)的功能。有些壓縮能產(chǎn)生B幀或者P幀也不能產(chǎn)生，則圖像的壓縮結(jié)果將有很明顯的間斷。第32頁(yè)，共40頁(yè)。圖像種類特點(diǎn)編碼分配量I圖像（幀內(nèi)圖像，幀內(nèi)編碼圖像）1．I圖像和前后的圖像具有獨(dú)立性2．所有畫面均作為幀內(nèi)編碼畫面3．可和原圖像采用相同順序編碼4．壓縮比適度，典型值為每像素2bit較大，約40kBP圖像（前向預(yù)測(cè)圖像幀間前向預(yù)測(cè)編碼圖像）1．根據(jù)I圖像進(jìn)行預(yù)測(cè)編碼2．P圖像有時(shí)也含有幀內(nèi)編碼3．用和原圖像相反的項(xiàng)序進(jìn)行編碼中等，約10kBB圖像（雙向預(yù)測(cè)圖像，雙向預(yù)測(cè)編碼圖像）1．在對(duì)I、P圖像編碼后，對(duì)插入其間的B圖像進(jìn)行編碼2．B圖像在畫面內(nèi)的塊部分，有時(shí)也會(huì)有助內(nèi)編碼小，約5kB各類宏塊的預(yù)測(cè)技術(shù)第33頁(yè)，共40頁(yè)。MPEG—2是運(yùn)動(dòng)圖象及伴音的通用壓縮標(biāo)準(zhǔn)，克服了MPEG—1許多缺陷，滿足日益增長(zhǎng)的多媒體和數(shù)字電視的要求分辨率、傳輸率等技術(shù)。如數(shù)字存儲(chǔ)媒體、會(huì)議電視/可視電話、數(shù)字電視、高清晰電視、廣播、通信、網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用領(lǐng)域。MPEG—2VIDEO定義不同的功能檔（5檔：簡(jiǎn)單型/SP、信噪比可調(diào)型/SNP、空間可調(diào)型/SSP、增強(qiáng)型/HP），每檔分不同的級(jí)（4級(jí)）1、低級(jí)LL352×288×25，面向VCR與MPEG—1兼容；2、基本級(jí)ML720×576×25面向視頻廣播信號(hào)；3、高1440級(jí)H—14401440×1152×25面向HDTV；4、高級(jí)HL1920×1152×25面向HDTV。

九、MPEG—2視頻壓縮技術(shù)（一）MPEG—2第34頁(yè)，共40頁(yè)。類型級(jí)別功能型（P）增強(qiáng)型HP專用4:2:2空間可分型SSP4:2:0信噪比可分型SNP4:2:0基本型MP專用4:2:0簡(jiǎn)單型SP4:2:0高（HL）HDTV1920×1152×251920×1080×30HP@HL100Mbps11.67MbMP@HL80Mbps9.33Mb高1440（H）HDTV1440×1152×251440×1080×30HP@H80Mbps9.33MbSSP/H60Mbps7MbMP@H60Mbps7Mb基本（ML）720×480×30720×576×25HP@ML20Mbps2.35MbSNP@ML15Mbps1.75MbMP@ML15Mbps1.75MbDV格式SP@ML15Mbps低（LL）352×240×30352×288×25SNP@LL4Mbps0.47Mb15Mbit/sMP/LL級(jí)（L）Mbps位速率；Mb緩沖器容量第35頁(yè)，共40頁(yè)。實(shí)際上，接受端不可能知道發(fā)送端的實(shí)際情況。MPEG—2視頻標(biāo)準(zhǔn)與MPEG—1兼容，并于SDTV、HDTV向上或向下兼容。每個(gè)數(shù)字活動(dòng)行的樣本數(shù)DC系數(shù)周圍的系數(shù)反應(yīng)了圖162161163162157157157一行掃描時(shí)間64μs（=1/15625s），其中12μs是行消隱，（4.5MHz×64μs,00000000261圖像中使用和P幀要求計(jì)算機(jī)有更強(qiáng)的功能。DCT變換后，可將非0值發(fā)送到接受端，但是，在圖象壓縮編碼中處理的圖象是由多個(gè)圖象塊構(gòu)成的，這些圖象塊DCT后的DC系數(shù)之間實(shí)際上還是有很強(qiáng)的相關(guān)性。輸入緩沖器將當(dāng)前輸入的圖象在數(shù)字DV中，磁帶上的視頻信號(hào)（壓縮后）由DIF塊構(gòu)成，每個(gè)DIF塊含80byte的塊數(shù)據(jù)。MPEG圖像編碼序列包含3種類型的圖像：I幀，P幀和B幀。B幀壓縮可以達(dá)到200：1的壓縮比，其文件尺寸一般為I幀壓縮尺寸的15%,不到P幀壓縮尺寸的一半。一是供處理過(guò)程中使用的短暫存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)的內(nèi)存和專用圖形圖象處理板卡上的幀緩沖區(qū)；基本級(jí)的基本型MP@ML，已被許多芯片采用，SP@ML將在CATV和數(shù)字VCR中采用，美國(guó)HDTV采用MP@HL。MPEG—2標(biāo)準(zhǔn)支持固定比特率傳送、可變比特率傳送、隨機(jī)訪問(wèn)、分級(jí)解碼以及一些特殊功能，如搜索、暫停、凍結(jié)等。MPEG—2視頻標(biāo)準(zhǔn)與MPEG—1兼容，并于SDTV、H