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视音频压缩标准简介

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多媒体技术 第七讲 XIDIAN 视音频压缩标准简介 主要内容 ? ? ? ? ? H.261标准简介 MPEG标准概述 MPEG-1标准 MPEG-2标准 MPEG-4标准 2 H.261概述 ? H.261也称P×64,这是ITU-T(前身为 CCITT)最早制定的关于视频编码的国际 标准。考虑到ISDN的传输码率以64kbps 为单位,因此以p×64kbps(p=1~30) 作为为H.261的标准码率。H.261标准主要 用于电视电话和电视会议。它支持QCIF (p=1、2)、CIF(p>2)两种图像输入格 式。 3 H.261解决的问题 ? 第一是编码算法问题。确立了一种合理的、保证 图像质量且为各国图像编码专家所公认的统一的 算法。算法必须能够实时操作,解码延时要短。 ? 第二是与PCM标准兼容的问题。编解码器以64~ 1920kb/s的工作速率去覆盖N-ISDN或PCM一次 群的通道。 ? 第三,解决电视制式不同的问题。为了使同一标 准既能用于PAL(625)和NTSC(525)两种电 视制式系统,源编码基于中间格式CIF格式,所 以输入输必须 经转换到CIF或QCIF格式再进行源 编码。 4 视频编码图像格式一览表 采用标准 参 数 每秒帧数 Y 每帧行数 Cr Cb Y 每行象素 Cr Cb CCIR601 PAL NTSC 25 30 576 480 288 240 288 240 720 360 360 ISO/MPEG-1 SIF 25 30 288 240 144 120 144 120 360 180 180 CCITT H.261 CIF QCIF 29.97 288 144 144 72 144 72 352 176 176 88 176 88 5 H.261的信源编码算法 ? 信源编码算法的一般形式如下图所示,主要由 帧间预测、帧内分块和量化组成。 6 H.261的信源编码算法 ? 一、将预测误差或输入图像划分成为8*8的象素 块。进一步,将4个亮度像块和两个在空间位置 上与之重叠的色差像块符合成一个16*16的宏块 (MB)。 ? 二、对于帧序列中的第一副图像或景物变换后的 第一副图像,采用帧内变换编码:利用8*8的 DCT实现。各DCT系数经过线性量化、变长编码 后进入缓冲器,根据缓冲器的上溢和下溢,来反 馈调节量化器的量化步长,以控制视频编码位流 使之与信倒速率相匹配。 7 H.261的信源编码算法 ? 帧间预测采用混合方法:利用运动补偿预测, 当预测误差超过某个门限后,对误差做DCT、 视觉加权量化及熵编码。运动矢量信息编码后 也送到缓冲器中。DCT去除空间冗余度,而使 用有运动补偿的帧间预测来去除时间上的冗余。 这是一个典型的帧内/帧间自适应预测加DCT 变换的混合算法。 8 H.261的图像复用编码 ? H.261源编码后进行图像复用编码, 实际 上是把比特流分成图像(Picture),像块组 (GOB:Group of blocks),宏块(MB: Macroblock)和像块(Block),并附加相应的 信息。按照CIF格式,每帧CIF图像包含12 个GOB,每个GOB包含33个MB,每个MB 包含4个亮度数据块和各1个Cb 、Cr色度块, 每个B包含8*8象素。 9 H.261的图像复用编码 H.261 数据流结构 10 H.261视频压缩算法 ? 利用二维DCT减少图像的空间域的冗余 度; 利用运动补偿预测减少图像的时间域 冗余度; 利用视觉加权量化减少图像 灰度域 的冗余度; 利用熵编码来减少图像的 频率域 的 冗余度。 11 ? ? ? H.26标准系列 ? ITU-T 于1990年成立了“ATM视频编码专家 组”,负责制定适用于B-ISDN信道ATM编码 传输标准。该专家组于1993年11月与ISO的 MPEG专家组联合提出了H.262建议草案 (MPEG-2),用于数字存储介质和数字视频 通信中图像信息的编码表示和解码规定。该标 准向下兼容,能够在很宽的范围内对不同分辨 率和不同输出比特的图像信号有效的进行压缩。 ? H.263是ITU制定的低比特率视频信号压缩标准, 可以应用于PSTN和移动通信网。(30Kb/s) 12 MPEG标准概述 ? MPEG(Moving Picture Expert Group)是在1988年由 国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)联合 成立的专家组,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。这个专家组开 发的标准称为MPEG标准。 ? MPEG技术是*10年国际图像压缩编码技术的结晶, 也是伴随信息时代应运而生的热门技术。MPEG主 要包括MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统(视 音频同步)三个部分。 MPEG压缩标准是针对运动 图像而设计的,其*均压缩比可达50:1,压缩率 比较高,且又有统一的格式,兼容性好。 13 MPEG标准概述 ? MPEG标准阐明了声音和电视图像的编码和解 码过程,严格规定了声音和图像数据编码后组 成比特数据流的句法,提供了解码器的测试方 法等,但没有对所有内容都作严格规定,尤其 是对压缩和解压缩的算法,这样既保证了解码 器能对符合MPEG标准的声音数据和电视图像 数据进行正确解码,又给MPEG标准的具体实 现留有很大余地。人们可以不断改进编码和解 码算法,提高声音和电视图像的质量以及编码 效率。 14 MPEG标准概述 ? MPEG-1:数字电视标准,1992年正式发布。 是针对具有1.5Mbps以下数据传输率的数字存储 或传输媒体的视频及其伴音编码、解码的国际 标准。 ? MPEG-1主要用于在CD-ROM上存储视频和 音频信号。视频编码采用标准交换格式(SIF, 类似于CIF 352×288),4∶1∶1的采样方式, 压缩率约26∶1,图像质量接*于家用录像系统



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