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5.4 MPEG

5.4 MPEG. 主要内容. 视频压缩标准发展历史 H.26X 系列压缩标准简介 MPEG 系列压缩标准简介. 视频压缩标准发展历史. H.261. H.262. H.263 H.263+. H.264. ITU:. MPEG1. MPEG2. MPEG4 (Part2). ISO/IEC:. MPEG7. MPEG21. MPEG4 (Part10). 视频压缩标准对比. 视频压缩标准对比（续）. 视频压缩标准对比（续）. 视频压缩标准对比（续）. 视频压缩标准对比（续）. 视频压缩标准对比（续）. MPEG-1 视频压缩标准.

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Presentation Transcript

  1. 5.4 MPEG

  2. 主要内容 • 视频压缩标准发展历史 • H.26X系列压缩标准简介 • MPEG系列压缩标准简介

  3. 视频压缩标准发展历史 H.261 H.262 H.263 H.263+ H.264 ITU: MPEG1 MPEG2 MPEG4 (Part2) ISO/IEC: MPEG7 MPEG21 MPEG4(Part10)

  4. 视频压缩标准对比

  5. 视频压缩标准对比（续）

  6. 视频压缩标准对比（续）

  7. 视频压缩标准对比（续）

  8. 视频压缩标准对比（续）

  9. 视频压缩标准对比（续）

  10. MPEG-1视频压缩标准 MPEG-1标准号为ISO/IEC 11172，它由五部分组成： • MPEG-1系统（ MPEG-1 Systems ）：规定视频数据、声音数据及其他相关数据的同步合成技术 • MPEG-1视频编码标准（MPEG-1 Video） • MPEG-1音频编码标准（MPEG-1 Audio） • MPEG-1一致性测试：详细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软件模拟：一个技术报告，给出了软件执行MPEG1前3个部分的运行结果。

  11. MPEG-1视频压缩标准 输入、输出指标： MPEG视频 编码器 352×288×25×8×1.5 1.15Mb/s 30Mb/s 352×240×30×8×1.5 26 : 1

  12. MPEG1视频压缩算法 运动补偿帧间预测(temporal) ＋ DCT(spatial)

  13. Frame 1

  14. Frame 2

  15. Residual Frame

  16. 象素运动轨迹

  17. Block-based Motion Estimation and Compensation

  18. Block-based Motion Estimation and Compensation

  19. 16×16 Block Size

  20. 8×8 Block Size

  21. 4×4 Block Size

  22. Sub－pixel Motion Estimation and Compensation 子像素运动估值与补偿

  23. Sub－pixel Motion Estimation and Compensation

  24. MPEG1视频编码器框架

  25. MPEG1视频编码器框架 分块

  26. MPEG1视频压缩算法 分割： 运动图像序列 图片组（GOP） I B B P B B P … 图片 条（Slice） 块（Block） 8 宏块 Macro Block 16 8 16

  27. MPEG1视频压缩算法 GOP的组成： I：内帧 P：单向预测帧 B：双向预测帧 一个内帧是一个随机访问点。B图像不能作为其它图像的参考帧。

  28. MPEG1视频压缩算法 为了在图像质量和数据速率之间作出调整，MPEG编码器允许（1）选择内帧I的频率和位置，（2）选择I和P之间双向预测帧B的数目。

  29. MPEG1视频压缩算法 运动补偿技术在宏块一级工作。宏块分为四类： • 帧内宏块，简称I块 • 前向预测宏块，简称F块 • 后向预测宏块，简称B块 • 平均宏块，简称A块 I图像只包含I块，P图像只包含I块和F块，B图像可以包含4种类型的宏块。

  30. MPEG1视频压缩算法 I图像帧的压缩算法： 在空间方向上（内帧），MPEG－1压缩采用JPEG压缩算法来去掉冗余信息。

  31. MPEG1视频压缩算法 P图像帧的压缩算法： 对于P宏块，MPEG－1采用运动补偿帧间预测算法来去掉时间轴上的冗余信息。

  32. MPEG1视频压缩算法 运动矢量的概念

  33. MPEG1视频压缩算法 基于块的运动矢量估值算法——块匹配法

  34. MPEG1视频编码算法 块匹配法（Block Matching Algorithm）需要解决两个关键问题： （1）匹配准则 （2）搜索算法

  35. MPEG1视频编码算法 BMA中常用的匹配准则： 绝对值： 均方误差： 平均绝对帧差：

  36. MPEG1视频编码算法 BMA常用搜索算法—二维对数搜索法：

  37. MPEG1视频编码算法 BMA常用搜索算法—三步搜索法：

  38. MPEG1视频编码算法 BMA常用搜索算法—对偶搜索法：

  39. MPEG1视频编码算法 B图像帧的压缩算法：

  40. MPEG-1 音频压缩标准 • 输入、输出指标： MPEG音频 编码器 32kHz, 44.1kHz, 48kHz 32kb/s~ 384kb/s 16位 PCM

  41. MPEG-1 音频压缩算法 • 听觉系统的感知特性： 听阈－频率曲线

  42. MPEG-1 音频压缩算法 • 听觉系统的感知特性： 一个强纯音会掩蔽在其附近同时发声的弱纯音，这种特性称为频域掩蔽，也称同时掩蔽

  43. MPEG-1 音频压缩算法 • 听觉系统的感知特性： 在时间上相邻的声音之间也有掩蔽现象，称为时域掩蔽。时域掩蔽又分为超前掩蔽和滞后掩蔽。 一个强纯音会掩蔽在其附近同时发声的弱纯音，这种特性称为频域掩蔽，也称同时掩蔽

  44. MPEG-1 音频压缩算法 • 感知子带压缩算法 算法以心理声学模型为基础，主要利用了听觉阈值和听觉掩蔽特性

  45. MPEG-1 音频压缩算法 • 感知子带压缩算法 1、将音频信号用滤波器组分成32个子带； 2、用FFT将子带变换到频率域 3、根据心理声学模型估计各个子带的感知阈值 4、根据对感知阈值的估计对各个子带进行比特分配和量化。 MP3采用了与MP1、MP2不同的滤波器和心理声学模型。

  46. MPEG-1 音频压缩算法 MPEG-1 Audio层1和层2编码器和解码器的结构

  47. MPEG-1 音频压缩算法 MPEG-1 Audio层3编码器和解码器的结构

  48. 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。

  49. 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。

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