《圖像信息原理教學》動態(tài)圖像壓縮標準

動態(tài)圖像壓縮標準1編輯pptMPEG概述MPEG(Moving/MotionPictureExpertGroup)是活動圖像專家組，負責開發(fā)電視圖像數據和聲音數據的編碼、解碼和它們的同步等標準。已經開發(fā)和正在開發(fā)的MPEG標準有：MPEG-1：數字電視標準，1992年正式發(fā)布。MPEG-2：數字電視標準。MPEG-3：已于1992年7月合并到HDTV工作組。MPEG-4：多媒體應用標準(1999年發(fā)布)。MPEG-5：尚未見到定義。MPEG-6：尚未見到定義。

MPEG-7：多媒體內容描述接口標準(正在研究)。2編輯pptMPEG標準內容MPEG-1MPEG-1是針對當時具有這種數據傳輸率的CD-ROM和網絡而開發(fā)的，用于在CD-ROM上存儲數字影視和在網絡上傳輸數字影視。MPEG-1全稱為“信息技術——用于數據速率高達大約1.5Mbit/s的數字存儲媒體的電視圖像和伴音編碼”，由五個部分組成：3編輯pptMPEG標準內容MPEG-1Systems，規(guī)定電視圖像數據、聲音數據及其他相關數據的同步MPEG-1Video,規(guī)定電視數據的編碼和解碼，MPEG-1Audio,規(guī)定聲音數據的編碼和解碼，MPEG-1Conformancetesting，說明如何測試比特數據流和解碼器是否滿足MPEG-1前3個部分(Part1，2和3)中所規(guī)定的要求。MPEG-1Softwaresimulation，給出了用軟件執(zhí)行MPEG-1標準前3個部分的結果。4編輯pptMPEG-2MPEG-2MPEG-2標準是一個直接與數字電視廣播有關的高質量圖像和聲音編碼標準。標準名稱為“信息技術—電視圖像和伴音信息的通用編碼。MPEG-2包含9個部分：①MPEG-2Systems，規(guī)定電視圖像數據、聲音數據及其他相關數據的同步②MPEG-2Video，規(guī)定電視數據的編碼和解碼③MPEG-2Audio，規(guī)定聲音數據的編碼和解碼5編輯pptMPEG-2④MPEG-2Conformancetesting⑤MPEG-2Softwaresimulation⑥MPEG-2ExtensionsforDSM-CC，數字存儲媒體命令和控制擴展協(xié)議⑦MPEG-2AAC，是多聲道聲音編碼算法標準⑧MPEG-2Extensionforrealtimeinterfaceforsystemsdecoders，系統(tǒng)解碼器實時接口擴展標準⑨MPEG-2DSM-CC，一致性擴展測試6編輯pptMPEG-4MPEG-4MPEG-4是為視聽(audio-visual)數據的編碼和交互播放開發(fā)算法和工具，是一個數據速率很低的多媒體通信標準。MPEG-4的目標是要在異構網絡環(huán)境下能夠高度可靠地工作，并且具有很強的交互功能。MPEG-4將應用在移動通信和公用電話交換網PSTN上，并支持可視電話、電視郵件、電子報紙和其他低數據傳輸速率場合下的應用。7編輯pptMPEG-4MPEG-4文件有6個部分，它們是：①MPEG-4Systems系統(tǒng)標準②MPEG-4Video電視圖像標準③MPEG-4Audio聲音標準④MPEG-4ConformanceTesting一致性測試標準⑤MPEG-4Referencesoftware參考軟件⑥MPEG-4DeliveryMultimediaIntegrationFramework(DMIF)傳輸多媒體集成框架8編輯pptMPEG-7MPEG-7MPEG-7的工作于1996年啟動，叫做多媒體內容描述接口(MultimediaContentDescriptionInterface)，MPEG-7的目的是制定一套描述符標準，用來描述各種類型的多媒體信息及它們之間的關系，以便更快更有效地檢索信息。MPEG-7涉及的媒體材料可包括靜態(tài)圖像、圖形、3D模型、聲音、話音、電視以及在多媒體演示中它們之間的組合關系。9編輯pptMPEG-7MPEG-7的應用領域包括：n

數字圖書館(Digitallibrary)，例如圖像目錄、音樂詞典等；n

多媒體目錄服務(multimediadirectoryservices)，例如黃頁(yellowpages)；n

廣播媒體的選擇，例如無線電頻道，TV頻道等；n

多媒體編輯，例如個人電子新聞服務，多媒體創(chuàng)作等等n

潛在應用的應用領域包括：教育、娛樂、新聞、旅游、醫(yī)療、購物等等。10編輯pptMPEG數據流的分層結構(1)運動圖像序列：包含一個表頭(定義了圖像寬、高、像素長寬比、幀速率、位速率、緩沖區(qū)尺寸等重要參數)，一組或多組圖像和序列結束標志；(2)圖片組：由一系列圖像組成，可以從運動序列中隨機存?。?3)圖像：由一個亮度信號和兩個色度信號組成；(4)塊：由一個8X8的亮度信息或色度信息組成；(5)宏塊：由一個16X16的亮度信息和兩個8X8的色度信息構成；(6)圖像切片：由一個或多個連續(xù)的宏塊構成。11編輯pptMPEG數據流的分層結構12編輯pptMPEG視頻壓縮算法的基本思路冗余及解決方法(1)時間冗余：各幀圖像在時間方向上的相關性；(2)空間冗余：像素間的相關性解決方法：n

用幀間預測和運動補償解決時間冗余n

用變換編碼和預測編碼解決空間冗余MPEG算法面臨的問題：n

在保證畫面質量前提下每幀單獨編碼，不能保證高壓縮比；n

為了滿足隨機訪問有最好方法是每幀單獨編碼；13編輯pptMPEG視頻壓縮算法的基本思路解決辦法：n

使用3種畫面：內幀I、預測幀P和內插幀Bn

內幀單獨編碼，經過中度壓縮，可以作為隨機訪問點；n

預測幀以參考幀(I或P)為基礎編碼，又作為后面預測幀的參考幀；n

內插幀以前后兩個參考幀為基礎編碼，本身不能作為參考幀。內插幀的壓縮率最高。14編輯pptMPEG視頻壓縮算法的基本思路15編輯ppt三種幀的壓縮算法1、內幀圖像I的壓縮算法幀內圖像I不參照任何過去的或者將來的其他圖像幀，壓縮編碼采用類似JPEG壓縮算法；如果電視圖像是用RGB空間表示的，則首先把它轉換成YCrCb空間表示的圖像。2、預測幀圖像P的壓縮算法編碼單位：16X16的圖像宏塊3、內插幀B的壓縮算法采用雙向預測，方法和P圖像類似

，16編輯ppt電視圖像的結構MPEG編碼器算法允許選擇I圖像、P圖像和B圖像數目。例如，對于快速運動的圖像，I圖像的頻率可以選擇高一些，B圖像的數目可以選擇少一點；對于慢速運動的圖像，幀內圖像I的頻率可以低一些，而B圖像的數目可以選擇多一點。在實際應用中還要考慮媒體的速率。

MPEG三種圖像的壓縮后的典型值(比特)，可以看到，I幀圖像的數據量最大，而B幀圖像的數據量最小。17編輯ppt電視圖像的結構18編輯pptH.261和H.263標準H.261n

由CCITT于1990年制定，是國際上第一個視頻壓縮標準，應用領域為：電視電話和會議電視n

H.261的全稱：視聽業(yè)務速率為Px64Kb/s的視頻編譯碼n

P=1，2時僅支持四分之一通用交換格式(QCIF)的視頻格式(176x144)，用于幀速低的可視電話；n

P=6時可支持通用交換格式CIF的視頻格式(352x288)的會議電視。n

壓縮算法的核心：運動估值預測和DCT編碼n

貢獻：除自身的應用領域外，視頻數據格式、運動估算與補償、DCT變換、量化和熵編碼等技術被后來的MPEG-1和MPEG-2所借鑒和采用。19編輯pptH.261和H.263標準H.263n

1995年制定，適用于PSTN(PublicSwitchTelephoneNetwork，公共交換電話網)n

目的：能在現有的電話網上傳輸活動圖像，能夠基于電話線路(PSTN)實現可視電話和視頻會議系統(tǒng)，已成為一般的低比特率視頻編碼標準n

基本算法：