电视原理 第8章数字视音频压缩编码2_图文

1、 MPEG-1标准是世界上: 第一个集成视、音频编码标准； 第一个只定义解码器（接收机）的标准； 第一个独立于视频格式（Video Format） （NTSC/ PAL/SECAM）的视频编码； 第一个由对音频和视频感兴趣的所有工业界联 合制定的标准； 第一个完全以软件方式制定的标准； 第一个包括一个软件实施的标准。 91 目前MPEG-1标准的应用情况： （1）Video CD（VCD）； （2）用于 PC的MPEG-1标准的音频和视频格式； （3）用于Windows 95/98/NT的MPEG-1软件解 码器； （4）广泛应用于网络的音乐的MPEG-1音频（第三层，MP3）； （5）“数字

2、音频广播” （DAB）中采用的MPEG-1音频 (在欧洲和 加拿大采纳； （6）使用MPEG-1标准的视频摄像机。 信息工程学院 2009 CUC 92 信息工程学院 2009 CUC 由于MPEG-1的1.5 Mbps速率的图像质量不能满足广播 电视对图像质量的要求，于是MPEG专家组制定了MPEG-2。 MPEG-2是由ISO/IEC之下的MPEG专家组与ITU（国际电 信联盟电信标准化部门）的ATV的图像编码专家组一起共同 开发的，所以MPEG-2标准也是ITU-T的建议。标准的制订工 作于1990年开始，全称为“运动图像及有关声音信息的通用 编码”，并于1994年公布。 MPEG-2广

3、泛应用于DVD、SDTV 和 HDTV中。美国的 ATSC、欧洲的DVB、日本的ISDB都已把MPEG-2作为信源编码 标准。我国制定的数字卫星电视和数字有线电视的标准 中，也已经采用了MPEG-2标准。 93 MPEG-1与MPEG-2 （1）标准组成 第一系统部分，关于多路音频、视频和资料的复用和同步的规定； 第二视频部分，主要涉及各种比特率的数字视频压缩编码的规定； 第三音频部分，数字音频信号的压缩编码的规定。 （2）兼容性 MPEG-2标准支持不同分辨率格式之间的兼容。 符合规定的MPEG-2视频译码器，应能够译码MPEG-1比特流，即后向 兼容MPEG-1。MPEG-2提供的空间可分

4、级方法允许在低分辨率即底层 中使用MPEG-1编码，即兼容MPEG-1。 信息工程学院 2009 CUC 94 信息工程学院 2009 CUC MPEG-1关键词： 码率1.5Mbps； 二、MPEG2 的型和级 （3）区别 掌握！ 色度格式4:2:0； 只能处理CIF格式； 只能处理逐行格式； 主要用于VCD； 为了解决通用性和特殊性的矛盾： 规定了四种输入图像格式（分辨率），称为级(Levels: 分为低级、主级、高1440级和高级。 不同的压缩处理方法，称为类或型（Profiles）: 分为简单类、主类、信杂比可分级类、空间可分级类和高类。 MPEG-2关键词： 兼容MPEG-1； 音频

5、编码分3层，第三层为MP3的应用。 码率、分辨率不固定，包括高清； 色度格式扩展，包括4：2：2和4：4：4 ； 逐行、隔行皆可处理； 主要用于广播电视，是三大数字电视制式的信源压缩标准； 95 级提供了灵活的信源格式，型提供了不同的压缩质量！ 信息工程学院 2009 CUC 96 信息工程学院 2009 CUC 16 级提供了灵活的信源格式，型提供了不同的压缩质量！ 级 参数 Simple Main SNR Scalable I,P和B 4:2:0 类 Spatial Scalable I,P和B 4:2:0 High 三、MPEG-1/ MPEG-2的视频结构 MPEG对视频资料规定了层次

6、结构，共分为六 层。 最高层是视频序列（Video Sequence）、其 次是图像组（Group of Pictures）、图像 （Pictures）、像条（Slice）、宏块 (Macroblock，最低层是像块（Block）。 帧类型 抽样格式 样点数/行 行数/帧 帧/秒 最大比特率 （Mbps） 样点数/行 行数/帧 帧/秒 最大比特率 （Mbps） 样点数/行 行数/帧 帧/秒 最大比特率 （Mbps） 样点数/行 行数/帧 帧/秒 最大比特率 （Mbps） I和P 4:2:0 I,P和B 4:2:0 1920 1152 25 80 1440 1152 25 60 I,P和B 4:

7、2:0或4:2:2 1920 1152 25 100 High High1440 1440 1152 25 60 720 576 25 15 1440 1152 25 80 720 576 25 20 Main 720 576 30 15 720 576 25 15 352 288 25 4 Low 97 信息工程学院 2009 CUC 98 信息工程学院 2009 CUC 视频序列层(Sequence） 图像组层(GOP 图像层 (Picture） 像条层 (Slice 宏块层 (Macro block 块层 (Block 1视频序列（VS） 视频序列也称图像序列，它是随机选取节目的一个基本

8、单元。 从节目内容看，一个视频序列大致对应于一个镜头，切换一个 镜头，即表示开始一个新的序列。 2图像组(GOP 图像组是将一个图像序列中连续的几个图像组成一个小组，简 称为GOP。它是对编码后的视频码流进行编辑的存取基本单元。 3.图像(P 图像是一个独立的显示单元，也是图像编码的基本单元。可分 为I、P、B三种编码图像，分别对应三种压缩编码模式，即帧内 压缩编码（I帧编码）、前向预测编码（P帧编码）和双向预测 编码（B帧编码）。 88 99 信息工程学院 2009 CUC 100 信息工程学院 2009 CUC 4像条(SLICE 像条由一系列连续的宏块组成。像条是发生误码后且不可纠 正时

9、，数据重新获得同步从而能正常译码的基本单元。 5宏块(MB 宏块是运动预测的基本单元。运动估计以宏块为单位得到最佳 匹配宏块的运动向量。运动预测只对亮度数组进行，色差数组 使用和亮度数组相同的运动向量。 一个宏块由一个1616像素的亮度数组和同区域内的Cb、Cr 色 差数组共同组成。由于在MPEG-1中图像的色度格式是4:2:0,由 6个块组成，其中4个亮度块和2个色度块。 在MPEG-2中图像的色度格式还包括4:2:2和4:4:4格式。因 此，一个宏块又由许多88的块组成。 6 块 块是DCT变换的基本单元。一幅图像以亮度数据数组为基准 被分成为若干个88像素的数组，简称为块。可以是亮度块或

10、 色差信号块。 0 2 Y 1 4 3 Cb Cr 5 0 2 Y 1 3 4 6 Cb 5 7 Cr 101 信息工程学院 2009 CUC 102 信息工程学院 2009 CUC 17 四、I、B、P帧编码原理 掌握！ MPEG标准中三种类型图像:I帧/P帧/B帧 I帧(Intra coded picture:帧内图,仅利用该帧图象本身信息进行编 码,即直接进行DCT变换,量化和熵编码.属于中等压缩. P帧(Predictive-coded picture :预测图,根据前面最靠近的I帧或 者另一个P帧进行预测,属于前向预测. 由于使用运动补偿,P帧比I帧压缩更大,并可作为后面P/B帧的基

11、准.会 传播误码. B帧(Bidirectionally predictive-coded picture: 双向预测图,它既用过去的帧作基准,也用未来的帧作基准,即前向和 后向预测都有. B帧压缩最大,且不传播误码. 103 信息工程学院 2009 CUC 104 信息工程学院 2009 CUC I图像帧的压缩算法： 图像组(GOP 前向预测 I1 B2 B3 P4 B5 B6 P7 B8 B9 P10 B11 B12 I13 B14 B15 P16 在空间方向上 （内帧），采 用JPEG压缩算 法来去掉冗余 信息。 后向预测 105 信息工程学院 2009 CUC 106 信息工程学院 2

12、009 CUC P图像帧的压缩算法： 对于P宏块，采 用运动补偿帧 间预测算法来 去掉时间轴上 的冗余信息。 B图像帧的压缩算法： 107 信息工程学院 2009 CUC 108 信息工程学院 2009 CUC 18 五、编码器工作原理 图像组(GOP 前向预测 I1 B2 B3 P4 B5 B6 P7 B8 B9 P10 B11 B12 I13 B14 B15 P16 后向预测 109 信息工程学院 2009 CUC 110 信息工程学院 2009 CUC 由于B帧是双向预测帧(前向预测和后向预测，在后向预测 时，需要用它将来的一个帧作为参考帧。因此需要把原始图像 顺序重新排列后再送入编码器，这称为帧重排。 例如P4作为B2和B3的后向预测参考帧，应该排在B2和B3之 前。按编码顺序重排后的图像序列 掌握！ MPEG图像压缩编码 掌握！ MPEG算法达到了很高的压缩比，但仍保持了很好的图像质 量，单靠帧内编码是不可能达到的。 在MPEG压缩编码中，主要是通过采用DCT变换配合量化和运 动预测技术来分别去除空间冗余和时间冗余： 即先通过运动估计和运动补偿来提高去除图像序列间的时间 冗余的强度，再通过预测来去除图像序列间的时间冗余，然后