《图像信息原理教学课件》动态图像压缩标准.ppt
,动态图像压缩标准,2,MPEG概述,MPEG(Moving/Motion Picture Expert Group)是活动图像专家组，负责开发电视图像数据和声音数据的编码、解码和它们的同步等标准。已经开发和正在开发的MPEG标准有：MPEG-1：数字电视标准，1992年正式发布。MPEG-2：数字电视标准。MPEG-3：已于1992年7月合并到HDTV工作组。MPEG-4：多媒体应用标准(1999年发布)。MPEG-5：尚未见到定义。MPEG-6：尚未见到定义。MPEG-7：多媒体内容描述接口标准(正在研究)。,3,MPEG标准内容,MPEG-1MPEG-1是针对当时具有这种数据传输率的CD-ROM和网络而开发的，用于在CD-ROM上存储数字影视和在网络上传输数字影视。MPEG-1全称为“信息技术用于数据速率高达大约1.5 Mbit/s的数字存储媒体的电视图像和伴音编码”，由五个部分组成：,4,MPEG标准内容,MPEG-1 Systems，规定电视图像数据、声音数据及其他相关数据的同步 MPEG-1 Video,规定电视数据的编码和解码，MPEG-1 Audio,规定声音数据的编码和解码，MPEG-1 Conformance testing，说明如何测试比特数据流和解码器是否满足MPEG-1前3个部分(Part1，2和3)中所规定的要求。MPEG-1 Software simulation，给出了用软件执行MPEG-1标准前3个部分的结果。,5,MPEG-2,MPEG-2MPEG-2标准是一个直接与数字电视广播有关的高质量图像和声音编码标准。标准名称为“信息技术电视图像和伴音信息的通用编码。MPEG-2包含9个部分：MPEG-2 Systems，规定电视图像数据、声音数据及其他相关数据的同步 MPEG-2 Video，规定电视数据的编码和解码 MPEG-2 Audio，规定声音数据的编码和解码,6,MPEG-2,MPEG-2 Conformance testingMPEG-2 Software simulationMPEG-2 Extensions for DSM-CC，数字存储媒体命令和控制扩展协议MPEG-2 AAC，是多声道声音编码算法标准MPEG-2 Extension for real time interface for systems decoders，系统解码器实时接口扩展标准 MPEG-2 DSM-CC，一致性扩展测试,7,MPEG-4,MPEG-4MPEG-4是为视听(audio-visual)数据的编码和交互播放开发算法和工具，是一个数据速率很低的多媒体通信标准。MPEG-4的目标是要在异构网络环境下能够高度可靠地工作，并且具有很强的交互功能。MPEG-4将应用在移动通信和公用电话交换网PSTN上，并支持可视电话、电视邮件、电子报纸和其他低数据传输速率场合下的应用。,8,MPEG-4,MPEG-4文件有6个部分，它们是：MPEG-4 Systems 系统标准 MPEG-4 Video 电视图像标准 MPEG-4 Audio 声音标准 MPEG-4 Conformance Testing 一致性测试标准 MPEG-4 Reference software 参考软件 MPEG-4 Delivery Multimedia Integration Framework(DMIF)传输多媒体集成框架,9,MPEG-7,MPEG-7MPEG-7的工作于1996年启动，叫做多媒体内容描述接口(Multimedia Content Description Interface)，MPEG-7的目的是制定一套描述符标准，用来描述各种类型的多媒体信息及它们之间的关系，以便更快更有效地检索信息。MPEG-7涉及的媒体材料可包括静态图像、图形、3D模型、声音、话音、电视以及在多媒体演示中它们之间的组合关系。,10,MPEG-7,MPEG-7的应用领域包括：n 数字图书馆(Digital library)，例如图像目录、音乐词典等；n 多媒体目录服务(multimedia directory services)，例如黄页(yellow pages)；n 广播媒体的选择，例如无线电频道，TV频道等；n 多媒体编辑，例如个人电子新闻服务，多媒体创作等等n 潜在应用的应用领域包括：教育、娱乐、新闻、旅游、医疗、购物等等。,11,MPEG数据流的分层结构,(1)运动图像序列：包含一个表头(定义了图像宽、高、像素长宽比、帧速率、位速率、缓冲区尺寸等重要参数)，一组或多组图像和序列结束标志；(2)图片组：由一系列图像组成，可以从运动序列中随机存取；(3)图像：由一个亮度信号和两个色度信号组成；(4)块：由一个8X8的亮度信息或色度信息组成；(5)宏块：由一个16X16的亮度信息和两个8X8的色度信息构成；(6)图像切片：由一个或多个连续的宏块构成。,12,MPEG数据流的分层结构,13,MPEG视频压缩算法的基本思路,冗余及解决方法(1)时间冗余：各帧图像在时间方向上的相关性；(2)空间冗余：像素间的相关性解决方法：n 用帧间预测和运动补偿解决时间冗余n 用变换编码和预测编码解决空间冗余MPEG算法面临的问题：n 在保证画面质量前提下每帧单独编码，不能保证高压缩比；n 为了满足随机访问有最好方法是每帧单独编码；,14,MPEG视频压缩算法的基本思路,解决办法：n 使用3种画面：内帧I、预测帧P和内插帧Bn 内帧单独编码，经过中度压缩，可以作为随机访问点；n 预测帧以参考帧(I或P)为基础编码，又作为后面预测帧的参考帧；n 内插帧以前后两个参考帧为基础编码，本身不能作为参考帧。内插帧的压缩率最高。,15,MPEG视频压缩算法的基本思路,16,三种帧的压缩算法,1、内帧图像 I 的压缩算法帧内图像I不参照任何过去的或者将来的其他图像帧，压缩编码采用类似JPEG压缩算法；如果电视图像是用RGB空间表示的，则首先把它转换成YCrCb空间表示的图像。2、预测帧图像 P 的压缩算法编码单位：16X16的图像宏块3、内插帧B的压缩算法采用双向预测，方法和P图像类似，,17,电视图像的结构,MPEG编码器算法允许选择I图像、P图像和B图像数目。例如，对于快速运动的图像，I图像的频率可以选择高一些，B图像的数目可以选择少一点；对于慢速运动的图像，帧内图像I的频率可以低一些，而B图像的数目可以选择多一点。在实际应用中还要考虑媒体的速率。MPEG三种图像的压缩后的典型值(比特)，可以看到，I帧图像的数据量最大，而B帧图像的数据量最小。,18,电视图像的结构,19,H.261和H.263标准,H.261n 由 CCITT于1990年制定，是国际上第一个视频压缩标准，应用领域为：电视电话和会议电视n H.261的全称：视听业务速率为Px64Kb/s的视频编译码n P=1，2时仅支持四分之一通用交换格式(QCIF)的视频格式(176x144)，用于帧速低的可视电话；n P=6时可支持通用交换格式CIF的视频格式(352x288)的会议电视。n 压缩算法的核心：运动估值预测和DCT编码n 贡献：除自身的应用领域外，视频数据格式、运动估算与补偿、DCT变换、量化和熵编码等技术被后来的MPEG-1和MPEG-2所借鉴和采用。,20,H.261和H.263标准,H.263n 1995年制定，适用于PSTN(Public Switch Telephone Network，公共交换电话网)n 目的：能在现有的电话网上传输活动图像，能够基于电话线路(PSTN)实现可视电话和视频会议系统，已成为一般的低比特率视频编码标准n 基本算法：帧间预测和DCT混合编码n 4种可协商选择的编码方法：无限制范围的运动矢量、基于语法的算法编码方法、高级预测和PB帧n 两种编码模式：帧内编码和帧间编码n 进一步发展：H.263+(H.263版本2)，增加了12种新的协商模式和附加特性，以扩大协议的应用范围，提高重建图像的主观质量以及加强对编码比特率的控制。,
