1、多媒体计算机技术原理及应用,主讲教师：李 晓,辅导课程八,MPEG-1，2,2,导 言,第二章主要内容2.1 信息表示与编码2.2 常用的数据压缩技术2.3 静态图像压缩标准JPEG2.4 运动图像压缩标准MPEG2.5 视听通信编码解码标准H.2612.6 声音压缩标准本章小结 学习内容：2.4 MPEG学习进度：2-3学时,MPEG-1，2,3,本节课学习内容,2.4 运动图像压缩标准MPEG 2.4.1 MPEG标准简介2.4.2 MPEG-1标准2.4.3 MPEG音频2.4.4 MPEG-1视频编码技术2.4.5 MPEG-2标准,MPEG-1，2,4,2.4 学习要求,MPEG-1
2、，2,5,2.4 MPEG2.4.1 MPEG标准简介,MPEG的全称是运动图像专家组Moving Picture Experts Group是专门制定多媒体领域内的国际标准的一个组织，该组织成立于1988年，由全世界大约300名多媒体技术专家组成。,MPEG-1，2,6,2.4 MPEG2.4.1 MPEG标准简介,MPEG标准是面向运动图像压缩的一个系列标准。最初MPEG专家组的工作项目是3个，即在1.5Mbps，lOMbps，40Mbps传输速率下对图像编码，分别命名为MPEG-1，MPEG-2，MPEG-3。l992年，MPEG-2适用范围扩大到HDTV，能支持MPEG-3的所有功能，
3、因而MFEG-3被取消。,MPEG-1，2,7,MPEG-1即“用于数字存储媒体运动图像及其伴音速率为1.5Mbps的压缩编码”。MPEG-1的任务主要是，将视频信号及其伴音以可接收的重建质量压缩到约1.5Mbps的码率，并复合成一个单一的MPEG位流，同时保证视频和音频的同步。,2.4 MPEG2.4. 2 MPEG-1标准,MPEG-1，2,8,MPEG-1标准分4个部分：MPEG系统：定义音频、视频及有关数据的同步；MPEG视频：定义视频数据的编码和重建图像所需的解码过程，亮度信号分辨率为360240，色度信号分辨率为180120；MPEG音频：定义音频数据的编码和解码；一致性测试。,2
4、.4 MPEG2.4. 2 MPEG-1标准,MPEG-1，2,9,MPEG-1标准没有规定编码器和解码器的体系结构或实现方法，但提出了功能和性能上的要求。此外，MPEG算法编码过程和解码过程是一种非镜像对称算法，也就是说运动图像的压缩编码过程与还原解码过程是不对称算法，解码过程要比编码过程相对简单。实际上，MPEG-1和MPEG-2只规定了解码的方案，重点将解码算法标准化。因而用硬件实现MPEG算法时，人们首先实现MPEG的解码器，如CCube公司CL450解码器系列。,2.4 MPEG2.4. 2 MPEG-1标准,MPEG-1，2,10,MPEG音频压缩算法是第一个高保真音频数据压缩国际
5、标准，它同时可完全独立应用。,2.4 MPEG2.4. 3 MPEG音频,MPEG-1，2,11,MPEG音频标准具有如下特点：（1）音频信号采样率可以是32kHz，44.1kHz或48kHz；（2）压缩后的比特流可以按4种模式之一支持单声道或双声道；（3）压缩后的比特流具有预定义的比特率之一；（4）MPEG音频标准提供3个独立的压缩层次；（5）编码后的比特流支持循环冗余校验CRC；（6）MPEG音频标准支持在比特流中载带附加信息,2.4 MPEG2.4. 3 MPEG音频,MPEG-1，2,12,MPEG数据压缩过程中存在的主要问题是：（1）仅使用帧内编码方法无法达到很高的压缩比；（2）用单
6、一的静止帧内编码方法能最好地满足随机存取的要求。,2.4 MPEG2.4.4 MPEG-1视频编码技术,MPEG-1，2,13,具体实现中采用了一个折中解决方案，在MPEG算法中采用两种基本技术：（1）基于块的运动补偿技术，目的是减少时间上冗余性；（2）基于DCT变换的ADCT技术，以减少空间上冗余性。,2.4 MPEG2.4.4 MPEG-1视频编码技术,MPEG-1，2,14,基于块的运动补偿技术1. MPEG视频数据流的结构,MPEG-1，2,15,基于块的运动补偿技术1. MPEG视频数据流的结构,宏块。 一个块由一个1616的亮度信息和两个88色度信息构成运动信息包含在宏块中每个宏块
7、可有一个/二个运动矢量,MPEG-1，2,16,基于块的运动补偿技术2.图像类型,MPEG将运动图像类型分为3种：I图像P图像B图像,MPEG-1，2,17,基于块的运动补偿技术2.图像类型,(1)I图像 利用图像自身的相关性压缩，提供压缩数据流中的随机存取的点，采用基于ADCT的编码技术，压缩后，每个像素为12比特。 I图像也称帧内图，类似与JPEG中的帧内编码。,MPEG-1，2,18,基于块的运动补偿技术2.图像类型,(2)P图像 用最近的前一个I图像(或P图像)预测编码得到(前向预测)，也可以作为下一次预测的参照图像，也称为预测图。,MPEG-1，2,19,基于块的运动补偿技术2.图像
8、类型,(3)B图像 B图橡在预测时，既可使用前一个图像作参照，也可使用下一个图像作参照或同时使用前后两个图像作为参照图像(双向预测)，也称双图。,MPEG-1，2,20,基于块的运动补偿技术2.图像类型,其预测方法采用4种技术： (1)帧内编码； (2)前向预测； (3)后向预测； (4)双向预测,MPEG-1，2,21,基于块的运动补偿技术3.运动序列流的组成,MPEG-1，2,22,基于块的运动补偿技术3.运动序列流的组成,MPEG-1，2,23,基于块的运动补偿技术,运动补偿技术主要用于消除P图像和B图像在时间上的冗余性，提高压缩效率。在MPEG方案中，运动补偿技术在宏块一级工作。,MP
9、EG-1，2,24,基于块的运动补偿技术,各图像类型的宏块及处理技术见下表,MPEG-1，2,25,基于块的运动补偿技术,所谓基于块的运动补偿技术即：（1）在参照帧中寻找符合一定条件限制、当前被预测块的最佳匹配块；（2）当找到匹配块后，在恢复被预测块时，采用两种处理方法： 直接用匹配块代替；用匹配块加上预测误差（预测误差采用ADCT编码）。,MPEG-1，2,26,基于块的运动补偿技术,每个包含运动信息的1616宏块，相对于前面相邻块的运动信息作差分偏码，得到运动差值；然后对运动差值，使用变长码编码方法，进一步压缩数据。注意：MPEG标准只说明了怎样表示运动信息，并没有说明运动矢量如何计算。,
10、MPEG-1，2,27,2.4 MPEG 2.4. 5 MPEG-2标准,MPEG-2标准的主要内容如下：（1）MPEG2视频利用网络提供的更高的带宽(1.5Mbps以上)，来支持具有更高分辨率图像的压缩和更高的图像质量；（2）为了适应不同应用的要求，保证数据的可交换性，定义了不同的功能档次，每个档次又分为几个等级（3）编码器的设计有较大的自由度（4）MPEG-2定义了11种规范，以保证与MPEG-1向下兼容及广播、通信、计算机、家用视听设备的需求；（5）MPEG-2音频向后与MPEG1音频兼容,MPEG-1，2,28,MPEG-2编码方法 MPEG-2的编码方法和MPEG-l的区别主要是在隔行扫描制式下，DCT变换是在场内还是在帧内进行由用户自行选择，亦可自适应选择。 一般情况下，对细节多、运动部分少的图像在帧内进行DCT；而细节少、运动分量多的图像在场内进行DCT。 MPEG2采用可调型和非可调型两种编码结构，且采用两层等级编码方式。,2.4 MPEG 2.4. 5 MPEG-2标准,MPEG-1，2,29,本节课学习内容,2.4 运动图像压缩标准MPEG 2.4.1 MPEG标准简介2.4.2 MPEG-1标准2.4.3 MPEG音频2.4.4 MPEG-1视频编码技术2.4.5 MPEG-2标准,
