第四章圖像信息處理技術(shù)(2)104-2圖像信息處理技術(shù)4.9活動(dòng)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)204-2圖像信息處理技術(shù)一、活動(dòng)圖像編碼概述活動(dòng)圖像由圖像序列組成電視信號(hào)動(dòng)畫(huà)圖像低速圖像數(shù)字化后的圖像信號(hào)稱(chēng)為數(shù)字圖像?；顒?dòng)圖像的編碼要求實(shí)時(shí)和高效。04-2圖像信息處理技術(shù)圖1活動(dòng)圖像編碼傳輸系統(tǒng)活動(dòng)圖像編碼傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)中有兩個(gè)傳輸緩沖存儲(chǔ)器，隨著圖像內(nèi)容的變化，活動(dòng)圖像編碼輸出是不均勻碼流，與信道的傳輸特性不相適應(yīng)，利用緩沖存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)流，保證數(shù)據(jù)能不間斷地勻速輸出。04-2圖像信息處理技術(shù)圖像編碼應(yīng)用層次：標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視：圖像分辨率為720×576，采用ISOMPEG―2標(biāo)準(zhǔn)，約8Mb/s的碼率可以達(dá)到演播室級(jí)的圖像質(zhì)量要求。地面廣播時(shí)，采用現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)，可在一路8MHz信道傳送4路標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視。會(huì)議電視：圖像分辨率為352×288，采用ITU―TH.261建議，碼率為n×64kb／s(n=1～30)，屬中、低速碼率的圖像壓縮。一般認(rèn)為，碼率為384kb／s(n=6)以上時(shí)，圖像質(zhì)量才比較滿意。04-2圖像信息處理技術(shù)視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)H系列H.261H.263、H.264MPEG系列MPEG-1MPEG-2MEPG-4等等。常見(jiàn)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)格式如表4.9-1所示。04-2圖像信息處理技術(shù)數(shù)字影碟機(jī)：

圖像分辨率為352×288，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為MPEG―1，碼率為1.5Mb／s，其中約1.2Mb／s用于圖像，其余用于聲音和同步?？蛇_(dá)到VHS錄像帶圖像質(zhì)量。可視電話：

圖像分辨率為176×144，采用ITU―TH.263建議，碼率為64kb／s以下，經(jīng)調(diào)制解調(diào)后，能在現(xiàn)有的模擬電話線上傳送活動(dòng)的彩色電視電話圖像，因此也稱(chēng)為極低碼率的圖像編碼。

高清晰度電視：圖像分辨率可高達(dá)1920×1080，具有兩倍于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的水平和垂直清晰度，采用ISOMPEG―2標(biāo)準(zhǔn)，碼率約為20Mb／s。04-2圖像信息處理技術(shù)表4.9-1常見(jiàn)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)格式804-2圖像信息處理技術(shù)視覺(jué)特性靜態(tài)圖像人眼對(duì)靜止圖像分辨力較高，要有較高的分辨率，卻可以減少傳輸幀數(shù)。運(yùn)動(dòng)圖像人眼對(duì)于圖像中運(yùn)動(dòng)物體的分辨率隨著物體運(yùn)動(dòng)速率的增大而降低，可以降低這部分圖像的分辨率，物體的運(yùn)動(dòng)速度越高，可用越低的分辨率進(jìn)行傳輸。緩慢變化圖像對(duì)于變化緩慢的圖像，幀間相關(guān)性強(qiáng)，宜采用幀間預(yù)測(cè)；904-2圖像信息處理技術(shù)幀內(nèi)編碼：利用每幅圖像內(nèi)部的相關(guān)性進(jìn)行幀內(nèi)壓縮編碼；變換編碼：DCT、MDCT、小波變換預(yù)測(cè)編碼：DPCM幀間編碼利用相鄰幀之間的相關(guān)性進(jìn)行幀間壓縮編碼；運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)編碼混合編碼：變換編碼和預(yù)測(cè)編碼相結(jié)合的編碼方法?；顒?dòng)圖像編碼方法1004-2圖像信息處理技術(shù)二、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)編碼對(duì)于運(yùn)動(dòng)的物體，估計(jì)出物體在相鄰幀內(nèi)的相對(duì)位移，用上一幀中物體的圖像對(duì)當(dāng)前幀的物體進(jìn)行預(yù)測(cè)，將預(yù)測(cè)的差值部分編碼傳輸，就可以壓縮這部分圖像的碼率。1104-2圖像信息處理技術(shù)幀間預(yù)測(cè)編碼幀間預(yù)測(cè)將畫(huà)面分為三種區(qū)域：背景區(qū)：相鄰的幀背景區(qū)的絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)相同，幀間相關(guān)性很強(qiáng)。運(yùn)動(dòng)物體區(qū)：若將物體運(yùn)動(dòng)近似看作簡(jiǎn)單的平移，則相鄰幀的運(yùn)動(dòng)區(qū)的數(shù)據(jù)也基本相同。假如能采用某種位移估值方法對(duì)位移量進(jìn)行“運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償”，那么兩幀的運(yùn)動(dòng)區(qū)之間的相關(guān)性也是很強(qiáng)的。暴露區(qū)：是指物體運(yùn)動(dòng)后所暴露出的曾被物體遮蓋住的區(qū)域。如果存儲(chǔ)器將暴露區(qū)的數(shù)據(jù)暫存，則再次遮蓋后暴露出來(lái)的數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)相同。1204-2圖像信息處理技術(shù)1、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和運(yùn)動(dòng)估值運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償如果要對(duì)運(yùn)動(dòng)區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)，首先要估計(jì)出運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)矢量V，然后再根據(jù)運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn)行補(bǔ)償，即找出物體在前一幀的區(qū)域位置，求出比較小的預(yù)測(cè)誤差。通過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，減少幀間誤差，提高壓縮效率1304-2圖像信息處理技術(shù)物體的劃分：劃分靜止區(qū)域和運(yùn)動(dòng)區(qū)域。運(yùn)動(dòng)估計(jì)：對(duì)每一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行位移估計(jì)。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償：由位移的估值建立同一運(yùn)動(dòng)物體在不同幀的空間位置對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而建立了預(yù)測(cè)關(guān)系。補(bǔ)償后的預(yù)測(cè)信息編碼：對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的補(bǔ)償后的位移幀差信號(hào)(DFD)，以及運(yùn)動(dòng)矢量等進(jìn)行編碼傳輸。塊匹配運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)把一幅圖像分為互不重疊的N×N像素的子塊，對(duì)每個(gè)子塊估計(jì)位移（運(yùn)動(dòng)）矢量，將它編碼傳送到接收端。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償幀間預(yù)測(cè)編碼過(guò)程：1404-2圖像信息處理技術(shù)像素遞歸法（PRA）對(duì)每個(gè)像素的位移進(jìn)行遞歸估計(jì)對(duì)多運(yùn)動(dòng)畫(huà)面的適應(yīng)能力強(qiáng)，但只能跟蹤較小的位移（2～3像素/幀），塊匹配法（BMA）把圖像劃分為很多適當(dāng)大小的小塊，再設(shè)法區(qū)分是運(yùn)動(dòng)的小塊還是靜止的小塊，并尋找小塊的運(yùn)動(dòng)矢量精度低于PRA，但其位移跟蹤能力強(qiáng)（不低于6～7像素/幀），且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，尤其適合于物體作平移運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)矢量的估計(jì)算法：1504-2圖像信息處理技術(shù)塊匹配法全搜索算法：估計(jì)像素的位移(運(yùn)動(dòng))時(shí)，取以該像素為中心的一個(gè)子塊，在前一幀圖像中尋找一個(gè)與之最匹配(相關(guān)最大)的子塊，該子塊中心與當(dāng)前像素的位移即為估計(jì)的位移(運(yùn)動(dòng))矢量。簡(jiǎn)單搜索法三步搜索算法TSS(ThreeStepSearch)：在三步法中，搜索范圍為±8，即在上一幀以當(dāng)前子塊為原點(diǎn)，將當(dāng)前子塊在其上下左右距離為8的范圍內(nèi)按一定規(guī)則移動(dòng)，每移動(dòng)到一個(gè)位置，取出同樣大小的子塊與當(dāng)前子塊進(jìn)行匹配計(jì)算。1604-2圖像信息處理技術(shù)全搜索法搜索過(guò)程A為當(dāng)前幀（第k幀）中的一個(gè)待處理的子塊，我們?cè)谄淝耙粠ǖ趉-1幀）以A為中心、上下各距dy個(gè)像素、左右各距dx個(gè)像素的區(qū)域B內(nèi)尋找一個(gè)與A最近似的子塊C，它與A的坐標(biāo)偏移量即為估計(jì)的運(yùn)動(dòng)矢量V。B是一個(gè)尺寸為(M+2dx)×(N+2dy)的窗口，又稱(chēng)搜索窗。圖4.5-3塊匹配算法示意圖1704-2圖像信息處理技術(shù)塊匹配過(guò)程匹配的過(guò)程就是求誤差函數(shù)的最小值的過(guò)程匹配準(zhǔn)則：均方誤差準(zhǔn)則絕對(duì)誤差準(zhǔn)則1804-2圖像信息處理技術(shù)三、ITU―TH.261標(biāo)準(zhǔn)在視頻壓縮的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，首次采用了DCT加幀間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)的混合編碼模式。它規(guī)范的數(shù)據(jù)格式、編碼器模塊結(jié)構(gòu)、編碼輸出碼流的層次結(jié)構(gòu)以及開(kāi)放的編碼控制與實(shí)現(xiàn)策略等技術(shù)，對(duì)后來(lái)制定的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。1990年7月ITU―T通過(guò)H.261建議——“n×64kb/s視聽(tīng)業(yè)務(wù)的視頻編解碼器”。其中,n=1～30。該標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用目標(biāo)是會(huì)議電視和可視電話，通常n=1，2時(shí)適用于可視電話，n大于6時(shí)可以適用于會(huì)議電視業(yè)務(wù)。1904-2圖像信息處理技術(shù)圖4.9-1H.261標(biāo)準(zhǔn)的視頻編解碼系統(tǒng)框圖2004-2圖像信息處理技術(shù)H.261采用的是“混合編碼”法：幀間預(yù)測(cè)(DPCM)幀內(nèi)變換(2D―DCT)若前后兩幀很相似，則編碼器進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)，然后對(duì)所得的幀間預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行二維離散余弦變換(2D―DCT)；若前后兩幀圖像不很相似，則對(duì)該當(dāng)前幀圖像進(jìn)行幀內(nèi)DCT編碼，即把該幀圖像中每一個(gè)8×8塊進(jìn)行DCT，再對(duì)所得的DCT系數(shù)進(jìn)行量化，然后把所得的量化值進(jìn)行二維變長(zhǎng)編碼。2104-2圖像信息處理技術(shù)1、H.261標(biāo)準(zhǔn)視頻編碼器原理2204-2圖像信息處理技術(shù)編碼器主要由幀間預(yù)測(cè)、幀內(nèi)分塊變換和量化組成。輸入的數(shù)字視頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)：對(duì)幀序列中的第一幅圖像或景物變換后的第一幅圖像，采用幀內(nèi)變換編碼而幀間采用混合編碼方法。變換后的系數(shù)經(jīng)二維游程編碼后送至量化單元。2304-2圖像信息處理技術(shù)兩個(gè)雙向選擇開(kāi)關(guān)由編碼控制器控制，當(dāng)它們同時(shí)接到上邊時(shí)，輸入信號(hào)直接進(jìn)行DCT變換，然后再量化輸出，因此編碼器工作在幀內(nèi)編碼模式。當(dāng)雙向開(kāi)關(guān)同時(shí)接到下方時(shí)，輸入信號(hào)與預(yù)測(cè)信號(hào)相減，然后將預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行DCT變換，再進(jìn)行量化輸出，因此編碼器是幀間預(yù)測(cè)與DCT組成的混合編碼器，這時(shí)稱(chēng)編碼器工作在幀間編碼模式。根據(jù)應(yīng)用的需要，還可以加入運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償，改善幀間預(yù)測(cè)的效果。2404-2圖像信息處理技術(shù)2、視頻數(shù)據(jù)復(fù)用格式為了便于不同制式彩色電視信號(hào)的互連，ITU提出先把不同制式彩色電視信號(hào)都轉(zhuǎn)換成公共中間格式，ITU-T的H.261標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了輸入數(shù)字視頻格式為CIF(公共中間格式）或QCIF（1/4CIF）。2504-2圖像信息處理技術(shù)公共中間格式

（CommonIntermediateFormat,CIF格式）亮度信號(hào)按每行352個(gè)像素，每幀288行進(jìn)行正交抽樣，抽樣頻率為6.75MHz；行（44*8）*列（36*8）（8*8像素塊）色差信號(hào)按每行176個(gè)像素，每幀144行進(jìn)行正交抽樣，抽樣頻率為3.375MHz；行（22*8）*列（18*8）兩個(gè)色差29.97幀/秒逐行掃描。每幀2376塊2604-2圖像信息處理技術(shù)QCIF(QuarterCIF)格式QCIF(QuarterCIF)格式亮度和色度樣點(diǎn)數(shù)在水平和垂直方向都減半亮度信號(hào)為176×144；色差信號(hào)為88×72；29.97幀/秒逐行掃描；2704-2圖像信息處理技術(shù)一幀圖像數(shù)據(jù)CIF格式每幀圖像(Picture)分為12個(gè)塊組GOB(GroupofBlocks）;每個(gè)GOB包括33個(gè)宏塊MB(Macroblock）;每個(gè)宏塊有6個(gè)塊B(Block），其中4個(gè)亮度塊和2個(gè)色度塊，塊由8×8像素?cái)?shù)據(jù)（變換系數(shù)TC）組成，像素是CIF格式中最基本的編碼單位。CIF格式圖像層次結(jié)構(gòu)如圖所示。QCIF格式3個(gè)GOB6*33*12=23762804-2圖像信息處理技術(shù)圖

CIF格式圖像層次結(jié)構(gòu)一幀圖像P一個(gè)塊組GOB一個(gè)塊組MB一個(gè)塊B2904-2圖像信息處理技術(shù)H.261規(guī)定：MB是作運(yùn)動(dòng)估計(jì)的基本單元B是作DCT的基本單元。對(duì)每個(gè)亮度MB進(jìn)行帶運(yùn)動(dòng)估計(jì)的幀間預(yù)測(cè)，由此得到的運(yùn)動(dòng)矢量也同樣用于色度像塊，從而在編碼過(guò)程中盡可能多地消除其時(shí)間冗余度。3004-2圖像信息處理技術(shù)CIF和QCIF的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)CIF和QCIF的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為四個(gè)層次：(1)圖像層：由圖像頭和塊組數(shù)據(jù)組成，圖像頭由一個(gè)20比特的圖像起始碼、視頻格式和時(shí)間參數(shù)(幀數(shù))等標(biāo)志信息組成(2)塊組層：由塊組頭和宏塊數(shù)據(jù)組成。塊組頭由16比特的塊組起始碼、塊組編號(hào)和量化步長(zhǎng)等組成。(3)宏塊層：由宏塊頭和塊數(shù)據(jù)組成。宏塊頭由宏塊地址、宏塊類(lèi)型和量化步長(zhǎng)等組成(4)塊層：由變換系數(shù)（TC）和塊結(jié)束符（EOB）等組成。3104-2圖像信息處理技術(shù)H.261數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖3204-2圖像信息處理技術(shù)3、壓縮編碼模式編碼器在編碼時(shí)為每個(gè)宏塊選擇一種壓縮模式幀內(nèi)模式還是幀間預(yù)測(cè)模式是否需要傳送運(yùn)動(dòng)矢量是否要改變量化器的量化步長(zhǎng)等基本的判決準(zhǔn)則：那種模式給出較小的編碼比特如果經(jīng)判決采用幀間模式，則經(jīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)念A(yù)測(cè)誤差，即當(dāng)前塊和最佳匹配預(yù)測(cè)塊之間的幀差被編碼發(fā)送。否則，當(dāng)前塊就以幀內(nèi)模式編碼發(fā)送，將圖像數(shù)據(jù)直接進(jìn)行DCT。量化步長(zhǎng)調(diào)節(jié)3304-2圖像信息處理技術(shù)表4.9-2H.261標(biāo)準(zhǔn)的各種編碼模式及其碼字3404-2圖像信息處理技術(shù)4.BCH糾錯(cuò)為了提高信道的抗誤碼能力，H.261采用了一種叫BCH(511,493)的糾錯(cuò)編碼，一個(gè)糾錯(cuò)幀中自動(dòng)糾正2bit的錯(cuò)誤。5.編碼控制編碼中采用了變長(zhǎng)編碼技術(shù)，經(jīng)壓縮編碼后的數(shù)據(jù)是速率不均勻的碼流，為了以恒定速率在通信網(wǎng)中傳送，用緩沖存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的平滑。根據(jù)緩沖存儲(chǔ)器當(dāng)前已緩存的數(shù)據(jù)量3504-2圖像信息處理技術(shù)MPEG(MotionPictureExpertsGroup)是運(yùn)動(dòng)圖像專(zhuān)家小組的英文縮寫(xiě)。其任務(wù)是給用于數(shù)字存儲(chǔ)介質(zhì)、電視廣播和通信的活動(dòng)圖像和伴音制定一系列的編碼方法，專(zhuān)家組先后制定了MPEG-1、MEPG-2和MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21等標(biāo)準(zhǔn)。四、MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)3604-2圖像信息處理技術(shù)MPEG-1MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)于1993年8月公布，用于傳輸1.5Mbps數(shù)據(jù)傳輸率的數(shù)字存儲(chǔ)媒體運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音的編碼。規(guī)定了編碼數(shù)據(jù)流的表示語(yǔ)法和解碼方法，該語(yǔ)法支持的操作有運(yùn)動(dòng)估計(jì)、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)、DCT、量化和變長(zhǎng)編碼。MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)不像JPEG那樣，它沒(méi)有定義產(chǎn)生合法數(shù)據(jù)流所需的詳細(xì)算法，而是在編碼器設(shè)計(jì)中提供了大量的靈活性。

3704-2圖像信息處理技術(shù)1.MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)組成包括五個(gè)部分:第一部分：系統(tǒng)；規(guī)定電視圖像數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)及其他相關(guān)數(shù)據(jù)的同步第二部分：視頻；規(guī)定電視圖像數(shù)據(jù)的編解碼第三部分：音頻；規(guī)定聲音數(shù)據(jù)的編解碼第四部分：一致性測(cè)試；說(shuō)明了檢驗(yàn)解碼器或編碼器的輸出比特流符合前三部分規(guī)定的過(guò)程。第五部分：軟件模擬；是一個(gè)用完整的C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的編碼和解碼器。3804-2圖像信息處理技術(shù)2.MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)：（1）經(jīng)MPEG-1壓縮編碼后存儲(chǔ)在介質(zhì)上的視頻及伴音可以隨機(jī)存??；

（2）對(duì)視頻及伴音可以快速正向或反向進(jìn)行搜索，并能實(shí)現(xiàn)反向演播；（3）視頻和音頻信息的同步處理以及合理的編碼/解碼延時(shí)，以滿足實(shí)時(shí)性的要求；（4）視頻及伴音的可編輯性；（5）對(duì)視頻信息的格式（空間分辨率、時(shí)間分辨率）有很大靈活性；（6）實(shí)現(xiàn)成本適中。3904-2圖像信息處理技術(shù)3.MPEG-1視頻編解碼原理MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)和H.261標(biāo)準(zhǔn)的混合編碼方法是一致的，即采用幀間DPCM和幀內(nèi)DCT相結(jié)合的方法。MPEG-1視頻編解碼原理框圖如圖4.9-6所示。4004-2圖像信息處理技術(shù)圖4.9-6MPEG-1視頻編解碼原理框圖

(a)編碼原理；4104-2圖像信息處理技術(shù)圖4.9-6MPEG-1視頻編解碼原理框圖(b)解碼原理4204-2圖像信息處理技術(shù)4．MPEG-1圖像類(lèi)型問(wèn)題：壓縮比和隨機(jī)存取之間的矛盾解決辦法

MPEG-1采用畫(huà)面分組及在組內(nèi)用預(yù)測(cè)和插補(bǔ)進(jìn)行幀間編碼的技術(shù)。MPEG-1將一系列視頻畫(huà)面按一定的幀數(shù)分成組，每組畫(huà)面有三種類(lèi)型，如圖4.9-7所示。4304-2圖像信息處理技術(shù)MPEG專(zhuān)家組定義了三種圖像：幀內(nèi)圖像I(intrapictures)預(yù)測(cè)圖像P(predictedpictures)插補(bǔ)（雙向預(yù)測(cè)）圖像B(bidirectionallyinterpolated)4404-2圖像信息處理技術(shù)幀內(nèi)畫(huà)面（I）：以靜止圖像的壓縮進(jìn)行處理，全部信息都必須進(jìn)行傳送，并作為以后隨機(jī)存取的存取點(diǎn)。預(yù)測(cè)畫(huà)面（P）：只對(duì)預(yù)測(cè)誤差信息進(jìn)行編碼后傳送，并作為進(jìn)一步預(yù)測(cè)的參數(shù)之用。插補(bǔ)畫(huà)面（B）：以前面和后面的畫(huà)面進(jìn)行插值處理而得到，本身不作為參考畫(huà)面使用，所以不必傳送，但需要傳送運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償信息。4504-2圖像信息處理技術(shù)MPEG―1可以處理的圖像格式?jīng)]有嚴(yán)格規(guī)定，通常認(rèn)為在亮度信號(hào)采用352×240像素×30幀/秒（NTSC）或352×288像素×25幀/秒（PAL）的情況下，即SIF（SourceInputFormat）格式時(shí)，MPEG―1算法效率最高，壓縮后的碼率約1.2Mb/s，對(duì)于典型的應(yīng)用，MPEG―1定義了SIF格式。下表分別為由CCIR601到SIF的格式轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和采樣模式。MPEG-1圖像格式SIF4604-2圖像信息處理技術(shù)4:2:2亮度(Y):858樣本/行×525行/幀×30幀/秒×10比特/樣本=135兆比特/秒(NTSC)864樣本/行×625行/幀×25幀/秒×10比特/樣本=135兆比特/秒(PAL)Cr(R-Y):429樣本/行×525行/幀×30幀/秒×10比特/樣本=68兆比特/秒(NTSC)429樣本/行×625行/幀×25幀/秒×10比特/樣本=68兆比特/秒(PAL)Cb(B-Y):429樣本/行×525行/幀×30幀/秒×10比特/樣本=68兆比特/秒(NTSC)429樣本/行×625行/幀×25幀/秒×10比特/樣本=68兆比特/秒(PAL)總計(jì):27兆樣本/秒×10比特/樣本=270兆比特/秒實(shí)際：～207Mb/s；8比特：166Mb/sITU-RBT.601標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)率4704-2圖像信息處理技術(shù)

CCIR601到SIF的格式轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)4804-2圖像信息處理技術(shù)由CCIR601到SIF的格式轉(zhuǎn)換采樣模式采亮度、色差信號(hào)只采亮度信號(hào)4904-2圖像信息處理技術(shù)幀內(nèi)圖像I不參照任何過(guò)去的或者將來(lái)的其他圖像幀，壓縮編碼采用類(lèi)似JPEG壓縮算法幀內(nèi)圖像I的壓縮編碼算法5004-2圖像信息處理技術(shù)預(yù)測(cè)圖像P使用兩種類(lèi)型的參數(shù)來(lái)表示：一種參數(shù)是當(dāng)前要編碼的圖像宏塊與參考圖像的宏塊之間的差值，另一種參數(shù)是宏塊的移動(dòng)矢量。預(yù)測(cè)圖像P的壓縮編碼算法5104-2圖像信息處理技術(shù)移動(dòng)矢量的算法框圖預(yù)測(cè)圖像P的壓縮編碼算法5204-2圖像信息處理技術(shù)預(yù)測(cè)圖像P的壓縮編碼算法絕對(duì)差值A(chǔ)E均方誤差MSE平均絕對(duì)幀差MAD最佳匹配判據(jù)5304-2圖像信息處理技術(shù)二維對(duì)數(shù)搜索法(2D-logarithmicsearch)預(yù)測(cè)圖像P的壓縮編碼算法最佳匹配簡(jiǎn)化算法5404-2圖像信息處理技術(shù)預(yù)測(cè)圖像P的壓縮編碼算法三步搜索法(three-stepsearch)最佳匹配簡(jiǎn)化算法5504-2圖像信息處理技術(shù)預(yù)測(cè)圖像P的壓縮編碼算法對(duì)偶搜索法(conjugatesearch)最佳匹配簡(jiǎn)化算法5604-2圖像信息處理技術(shù)B幀數(shù)據(jù)只有I幀數(shù)據(jù)的百分之十五、P幀數(shù)據(jù)的百分之五十以下。壓縮比：200：1插補(bǔ)圖像B的壓縮編碼算法5704-2圖像信息處理技術(shù)MPEG三種圖像的壓縮后的典型值(比特)5804-2圖像信息處理技術(shù)兩幅B位于兩個(gè)參考圖像間每15幀插入一幅IMPEGVideo典型流結(jié)構(gòu)5904-2圖像信息處理技術(shù)3.視頻碼流分層結(jié)構(gòu)圖像序列序列開(kāi)頭、連續(xù)圖像、結(jié)束圖像長(zhǎng)寬、幀速率、位速率、緩沖器大小圖像組連續(xù)的幾個(gè)圖像幀，一個(gè)隨機(jī)存取單元圖像SIF格式、主要編碼單元片圖像再同步單元，誤碼處理單元宏塊4個(gè)亮度、2個(gè)色度塊組成，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償基本單元塊8*8像素塊，DCT變換基本單元6004-2圖像信息處理技術(shù)圖4.9-8MPEG-1碼流分層結(jié)構(gòu)示意圖6104-2圖像信息處理技術(shù)圖像序列：一個(gè)編碼的圖像序列由一個(gè)序列頭開(kāi)始，接著是被處理的連續(xù)圖像，最后用一個(gè)圖像終止碼結(jié)束。這層給出了這一段視頻信息的一些參數(shù)，例如圖像寬度、圖像高度、寬高比、幀速率、位速率、緩沖器大小等。圖像組：是將一個(gè)圖像序列中連續(xù)的幾個(gè)圖像組成一個(gè)小組。它是在圖像序列中隨機(jī)存取的單元。圖像：為SIF格式，這時(shí)Y信號(hào)為360點(diǎn)×288行×25幀/秒或360點(diǎn)×240行×30幀/秒。對(duì)應(yīng)的色差信號(hào)Cr或Cb分別為180×144×25/秒或180×120×30/秒。圖像層是主要編碼單元。6204-2圖像信息處理技術(shù)片：由若干宏塊組成。一幀圖像中片的數(shù)目越多，則對(duì)處理誤碼越有利，就可以跳過(guò)這一片到下一片。但片越多，編碼效率就越低。片是圖像再同步的基本單元。宏塊：由4個(gè)8×8亮度塊和2個(gè)8×8色度塊組成。宏塊是運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)幕締卧K：無(wú)論是亮度塊還是色度塊都由8×8像素組成。它是作DCT的基本單元。6304-2圖像信息處理技術(shù)五.MPEG-2壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)MPEG組織于1994年推出MPEG-2壓縮標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)視/音頻服務(wù)與應(yīng)用互操作的可能性。MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視和高清晰度電視在各種應(yīng)用下的壓縮方案和系統(tǒng)層的詳細(xì)規(guī)定，編碼碼率從每秒3兆比特～100兆比特，標(biāo)準(zhǔn)的正式規(guī)范在ISO/IEC13818中。6404-2圖像信息處理技術(shù)1、MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)組成第一部分：系統(tǒng)；規(guī)定電視圖像數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)及其他相關(guān)數(shù)據(jù)的同步第二部分：視頻；規(guī)定電視圖像數(shù)據(jù)的編解碼第三部分：音頻；規(guī)定聲音數(shù)據(jù)的編解碼第四部分：一致性測(cè)試；說(shuō)明了檢驗(yàn)解碼器或編碼器的輸出比特流符合前三部分規(guī)定的過(guò)程。第五部分：軟件模擬；是一個(gè)用完整的C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的編碼和解碼器。6504-2圖像信息處理技術(shù)MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)組成第六部分：數(shù)字存儲(chǔ)媒體命令和控制擴(kuò)展協(xié)議第七部分：先進(jìn)的聲音編碼，AAC第八部分：系統(tǒng)解碼器實(shí)時(shí)接口擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)第九部分：DSC-CC一致性擴(kuò)展測(cè)試第十部分：先進(jìn)的聲音編碼修正6604-2圖像信息處理技術(shù)2.MPEG-2特點(diǎn)高清圖像質(zhì)量提供廣播級(jí)的視頻和CD級(jí)的音質(zhì)?？商峁┮粋€(gè)范圍較廣的可變壓縮比，以適應(yīng)不同的畫(huà)面質(zhì)量、存儲(chǔ)容量以及帶寬的要求。6704-2圖像信息處理技術(shù)3、MPEG2與MPEG1相似處不同之處處理隔行掃描的視頻圖像的能力更高的色信號(hào)取樣模式可伸縮的視頻編碼方式6804-2圖像信息處理技術(shù)（1）處理隔行掃描的視頻圖像的能力在MPEG-2編碼中為了更好地處理隔行掃描的電視信號(hào)，分別設(shè)置了“按幀編碼”和“按場(chǎng)編碼”兩種模式，并相應(yīng)地對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償作了擴(kuò)展。增加了場(chǎng)圖像的場(chǎng)間預(yù)測(cè)、幀圖像的場(chǎng)間預(yù)測(cè)、用于P幀的雙基預(yù)測(cè)和用于場(chǎng)圖像的16×8預(yù)測(cè)，對(duì)隔行掃描更為有效對(duì)隔行掃描的塊，增加了交替掃描方式將DCT系數(shù)矩陣轉(zhuǎn)化為一維序列6904-2圖像信息處理技術(shù)0462022363852157212337395328182434405054391825354151551017263042465660111627314347576112152832444858621314293345495963與交替掃描順序0156141527282471316262942381217253041439111824314044531019233239455254202233384651556021343747505659613536484957586363之字形掃描順序7004-2圖像信息處理技術(shù)（2）更高的色信號(hào)取樣模式MPEG1使用4：2：0模式，色差信號(hào)水平、垂直放方向上樣點(diǎn)數(shù)都是亮度信號(hào)的1/2MPEG2除使用4：2：0模式外，還使用4：2：2和4：4：4模式，前者垂直方向色差、亮度相同，水平方向?yàn)?/2；后者完全相同7104-2圖像信息處理技術(shù)（3）可伸縮的視頻編碼方式可伸縮對(duì)碼流的一部分進(jìn)行解碼和對(duì)碼流的全部進(jìn)行解碼能夠獲得不同質(zhì)量的重建圖像。MPEG2支持空間可伸縮、時(shí)間可伸縮、信噪比可伸縮和數(shù)據(jù)分割等4種方式。范疇與層次MPEG2用范疇（profile）（檔次）以及范疇中的一個(gè)或幾個(gè)層次來(lái)描述不同的編碼參數(shù)集。7204-2圖像信息處理技術(shù)SimpleMainSNRSpatialHighscalabilityscalabilityHighHigh-1440MainLow4:2:01920×1152×6080Mb/sI,P,B4:2:0,4:2:21920×1152×6080Mb/sI,P,B4:2:01440×1152×6060Mb/sI,P,B4:2:01440×1152×6060Mb/sI,P,B4:2:0,4:2:21440×1152×6060Mb/sI,P,B4:2:0720×576×3015Mb/sI,P4:2:0720×576×3015Mb/sI,P,B4:2:0720×576×3015Mb/sI,P,B4:2:0720×576×3020Mb/sI,P,B4:2:0352×288×304Mb/sI,P,B4:2:0352×288×304Mb/sI,P,BMPEGVideo圖像規(guī)范檔次等級(jí)7304-2圖像信息處理技術(shù)關(guān)于檔次（級(jí)別）的劃分：(1)低級(jí)(LL，LowLevel)的圖像以亮度像素(記為pel)數(shù)計(jì)，是352×240×30pel／s或352×288×25pel／s，最大輸出碼率是4Mb／s。(2)主級(jí)(ML，MainLevel)的圖像完全符合ITU―R601標(biāo)準(zhǔn)，即720×480×30pel／s或720×576×25pel／s，最大輸出碼率為15Mb／s(高類(lèi)主級(jí)是20Mb／s)。(3)高1440級(jí)(H14L，High―1440Level)的圖像是1440×1152pel的高清晰度格式，最大輸出碼率為60Mb／s(高類(lèi)為80Mb／s)。(4)高級(jí)(HL，HighLevel)的圖像是1920×1152的高清晰度格式，最大輸出碼率為80Mb／s(高類(lèi)為100Mb／s)。

7404-2圖像信息處理技術(shù)MPEG2Video級(jí)別7504-2圖像信息處理技術(shù)(1)簡(jiǎn)單類(lèi)(SP，SimpleProfile)是最低的類(lèi)。(2)主類(lèi)(MP，MainProfile)，比簡(jiǎn)單類(lèi)增加了雙向預(yù)測(cè)壓縮工具。主類(lèi)沒(méi)有可分級(jí)性，但質(zhì)量要盡量好。(3)信噪比可分級(jí)類(lèi)(SNRP，SNRScalableProfile)。(4)空間可分級(jí)類(lèi)(SSP，SpatiallyScalableProfile)。(5)高類(lèi)(HighProfile)則支持逐行同時(shí)處理色差信號(hào)(例如4∶2∶2)，并且支持全部可分級(jí)性。類(lèi)的劃分：7604-2圖像信息處理技術(shù)MPEG2Video配置7704-2圖像信息處理技術(shù)SNRP和SSP兩個(gè)類(lèi)允許將編碼的視頻數(shù)據(jù)分為基本層以及一個(gè)以上的上層信號(hào)?；緦影幋a圖像的基本數(shù)據(jù)，但相應(yīng)的圖像質(zhì)量較低。上層信號(hào)用來(lái)改進(jìn)信噪比或清晰度。7804-2圖像信息處理技術(shù)信噪比可分級(jí)（SNR

scalability）：可以分級(jí)改變DCT系數(shù)的量化階距，它指的是對(duì)DCT系數(shù)使用不同的量化階距后的可解碼能力。對(duì)DCT系數(shù)進(jìn)行粗量化后可獲得粗糙的視頻圖像，它是和輸入的視頻圖像在同一時(shí)空分辨率下。增強(qiáng)層簡(jiǎn)單地說(shuō)是指粗糙視頻圖像和初始的輸入視頻圖像間的差值。7904-2圖像信息處理技術(shù)空間域可分級(jí)（Spatialscalability）：是利用對(duì)像素的抽取和內(nèi)插來(lái)實(shí)現(xiàn)不同級(jí)別的轉(zhuǎn)換。它是指在沒(méi)有先對(duì)整幀圖像解碼和抽取的情況下，以不同的空間分辨率解碼視頻圖像的能力。例如從送給SSP@H1440解碼的