MPEG运动补偿算法
运动补偿算法
运动补偿算法
运动补偿算法是一种用于处理图像或视频运动模糊的方法。
在拍摄过程中，由于摄像机或拍摄对象的运动造成图像模糊，因此需要对图像进行运动补偿处理。
常用的运动补偿算法包括：
1.基于积分影像的运动补偿算法：通过对多帧图像进行积分，得到一个长时间曝光的影像，并通过运动模型对影像进行补偿。
2.基于图像块匹配的运动补偿算法：通过对多个图像块进行匹配，得到图像之间的运动矢量，并据此进行运动补偿。
3.基于物体轮廓的运动补偿算法：通过对物体轮廓进行跟踪，得到物体的运动轨迹，并据此进行运动补偿。
4.基于稀疏表示的运动补偿算法：通过将图像分解为若干个基函数，通过选取合适的基函数对图像进行稀疏表示，并据此进行运动补偿。
运动补偿算法在视频采集、医学成像、航空监控等领域得到了广泛的应用。
运动估计与运动补偿
运动估计与运动补偿运动补偿是通过先前的局部图像来预测、补偿当前的局部图像，它是减少帧序列冗余信息的有效方法。
运动估计是从视频序列中抽取运动信息的一整套技术。
运动估计与运动补偿技术MPEG-4采用I-VOP、P-VOP、B-VOP三种帧格式来表征不同的运动补偿类型。
它采用了H.263中的半像素搜索(half pixel searching)技术和重叠运动补偿(overlapped motion compensation)技术，同时又引入重复填充(repetitive padding)技术和修改的块(多边形)匹配(modified block(polygon)matching)技术以支持任意形状的VOP区域。
此外，为提高运动估计算法精度，MPEG-4采用了MVFAST(Motion Vector Field Adaptive Search Technique)和改进的PMVFAST(Predictive MVFAST)方法用于运动估计。
对于全局运动估计，则采用了基于特征的快速顽健的FFRGMET(Feature-based Fast and Robust Global Motion Estimation Technique)方法。
编解码器用来减少视频序列中的空域冗余。
它也可以用来进行去交织(deinterlacing)的操作。
定义运动补偿是通过先前的局部图像来预测、补偿当前的局部图像，它是减少帧序列冗余信息的有效方法。
分类包括全局运动补偿和分块运动补偿两类。
运动补偿是一种描述相邻帧(相邻在这里表示在编码关系上相邻，在播放顺序上两帧未必相邻)差别的方法，具体来说是描述前面一帧(相邻在这里表示在编码关系上的前面，在播放顺序上未必在当前帧前面)的每个小块怎样移动到当前帧中的某个位置去。
这种方法经常被视频压缩/视频编解码器用来减少视频序列中的空域冗余。
它也可以用来进行去交织(deinterlacing)的操作。
MPEG-2到H.264频域转码过程的运动补偿算法
的位 置关 系如 图 ２所 示 ，０ ０ 间 的换 算关 系如公 式 ０ ０ ０ ０ 它们 之 １
（） 示 。 ２所
量 和水 平分 量都 是 １４像 素精 度 时 ，ｔ 的运动 补偿 ／ ｈ域
… … … … … … … … … … … … … 一 … … …
其 中 Ｖ馋 ８行 ９列 的矩 阵 。Ｈ（ ） Ｖ（ 的转 ×为 ９ ９ 为 ） 蝎
… … … … …
ＭＰ Ｇ ２ 码端 Ｅ －解
Ｈ．６ ２４编码 端
Ｖ Ｄ： 长 码解 码 Ｌ 变 Ｉ 反 量 化 Ｑ： ｄｔ ｄｔ ｃ： ｃ域运 动 补 偿 ｄ ｔｈ ：ｃ域 数 据 转换 为 ｈ域 数 据 ｃｔ ｔ ｄｔ ｏ ｆ
导 ，文 章 的 结 构 如 下 ：在 第 二 部 分 ，我 们 首 先 对
ＭＰ Ｇ一 Ｅ ２解码 端 运 动 矢量 达 到 半像 素精 度 的 ｍ — ｃ ｃｄｔ
全 由整像 素构 成 的 ９ ９大 小空 域数据 Ｂ ｅ（￣ ） ｘ ｒｆ９ ９ 。它 们 之间 的换 算关 系如公 式 （ ） １ 所示 ：
的基本 级联转 码框 图 ，其 中 ｍｃ ｄｔ 在 ＭＰ Ｇ ２解 — ｃ是 Ｅ 一
码端 频域 运 动补 偿 的过 程 ， ｃ ｈ 是 在 Ｈ． ４编 码 端 ｍ —ｔ ２ ６ 频域补 偿 的过 程 。 虽然 很多文 献ｆ１５ ２ ４］ 频域 的运 动 Ｔ １已对 ３
补偿过 程进行 了论 述 ，但还 没有 文献 系统 的 总结过 ， 也没有 提到如 何做达 到 １ ４像 素精度 的 ｍｃｈ 。 ／ —ｔ
ｍ ｃ
＿
ｍ ｃ
＿
ｈ ：ｔ 运动 补 偿 ｔｈ域
Ｑ： 量化 Ｃ Ｂ Ｃ： 编码 ＡＡ 熵
图 １ ＭＰ Ｇ ２到 Ｈ．６ 频 域级 联 转 码 结 构 图 Ｅ 一 ２ ４
MPEG-2到H.264频域转码过程的运动补偿算法
MPEG-2到H.264频域转码过程的运动补偿算法
刘林;王晓阳
【期刊名称】《有线电视技术》
【年(卷),期】2007(14)10
【摘要】本文以MPEG-2到H.264频域转码为基础,系统的介绍了频域(dct域和ht域)的运动补偿算法.
【总页数】4页(P48-50,54)
【作者】刘林;王晓阳
【作者单位】成都电子科技大学;成都电子科技大学
【正文语种】中文
【中图分类】TN94
【相关文献】
1.省略B帧运动补偿的转码算法实现MPEG-2到MPEG-4视频流转码 [J], 解蓉;王兴国;刘济林
2.MPEG-2到H.264转码的快速模式选择算法 [J], 殷国炯;薛永林
3.从MPEG-2到H.264的频域色度转码算法 [J], 张伟;王晓阳;刘林;朱维乐
4.MPEG-2到H.264转码中的运动矢量优化算法 [J], 刘昱;王立;王磊
5.低复杂度的MPEG-2到H.264快速转码算法 [J], 柳翀;严肃;陈启美
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运动补偿帧差法
运动补偿帧差法运动补偿帧差法是一种用于视频压缩和图像处理的技术，旨在通过预测和补偿帧之间的运动来提高视频质量。
本文将介绍运动补偿帧差法的原理和应用，并讨论其优点和局限性。
1. 概述在视频压缩中，为了减少数据量，可以通过丢弃一些帧来降低带宽要求。
但是，随着帧数的减少，视频的流畅度和细节损失也会增加。
运动补偿帧差法通过对连续帧进行分析，提取图像中物体的运动信息，并利用该信息对当前帧进行预测和补偿，从而减少帧之间的冗余信息，优化视频质量。
2. 运动补偿法的原理运动补偿法的核心是利用帧差计算物体在连续帧之间的位移。
具体步骤如下：步骤一：对相邻的两个帧进行灰度处理，将彩色图像转化为灰度图像。
步骤二：对两个灰度图像进行差分计算，得到帧差图像。
步骤三：对帧差图像进行阈值处理，得到二值图像。
步骤四：对二值图像进行形态学处理，去除噪声。
步骤五：利用连通区域分析，提取物体的位置和运动信息。
步骤六：对当前帧进行预测和补偿。
3. 运动补偿法的应用运动补偿帧差法广泛应用于视频压缩和图像处理领域。
其中，最典型的应用是在视频编码标准中的运动补偿技术。
通过对帧之间的运动进行建模和预测，可以大大降低视频的数据量，提高编码效率。
此外，运动补偿帧差法还被用于视频编辑、视频增强和视频监控等领域。
4. 运动补偿法的优点运动补偿帧差法具有以下几个优点：1) 压缩效率高：通过利用运动信息进行预测和补偿，可以显著减少帧之间的冗余信息，提高压缩效率。
2) 视频质量好：通过运动补偿，可以减少图像的畸变和噪声，提高视频的清晰度和细节还原能力。
3) 节省存储空间：相对于其他压缩算法，运动补偿帧差法可以在不明显降低视频质量的情况下，减少存储空间的占用。
5. 运动补偿法的局限性尽管运动补偿帧差法具有很多优点，但也存在一些局限性：1) 复杂度较高：运动补偿算法需要对连续帧进行分析和计算，计算量大，且对硬件要求较高。
2) 运动估计误差：由于物体的运动具有不确定性和复杂性，运动补偿算法可能存在运动估计误差，导致补偿和预测的不准确。
图像编码中的运动补偿技术解析(二)
图像编码中的运动补偿技术解析在数字图像和视频编码领域，运动补偿是一项非常关键的技术。
其主要目的是利用视频序列中帧间的相关性来消除冗余信息，以实现高效的压缩和传输。
本文将对图像编码中的运动补偿技术进行解析，探讨其原理和应用。
一、什么是运动补偿技术运动补偿技术是指根据图像序列中相邻帧之间的运动信息，将当前帧的像素值表示为参考帧像素值与运动矢量的组合。
该技术通过利用图像间的像素相关性来减少编码时的冗余，从而提高压缩效率。
具体来说，运动补偿技术可以分为全局运动补偿和局部运动补偿两种。
全局运动补偿是指在整个图像中寻找相似的区域，并将其作为参考帧。
这种方法常用于序列中无明显运动的静态图像，如视频通信中背景不变的场景。
通过将当前帧与参考帧进行比较，并计算得到的运动矢量，可以获得差异信息，从而进行编码。
局部运动补偿则是在图像中根据像素的周围上下文来寻找最佳匹配块，并将其作为参考帧。
这种方法常用于序列中包含大量运动的场景，如体育比赛、电影等。
通过将当前帧与参考帧进行比较，并计算得到的运动矢量，可以获得像素的位移信息，从而进行编码。
二、运动估计与补偿的原理运动补偿技术的实现离不开两个关键步骤：运动估计和运动补偿。
运动估计的任务是在参考帧中找到与当前帧最相似的区域，并计算运动矢量。
而运动补偿则是利用运动矢量和参考帧像素值来还原当前帧。
运动估计通常使用的方法包括全搜索法、三步搜索法、块匹配算法等。
其中，全搜索法是一种简单但计算量较大的方法，它对于每个像素点都进行遍历搜索，找到最小的误差值作为运动矢量。
而三步搜索法则是在全搜索法的基础上，通过缩小搜索范围、采用更细粒度的搜索方式来提高运算速度。
块匹配算法则是将图像划分为块，通过比较块之间的像素值差异来寻找最佳匹配。
运动补偿的过程实际上是将当前帧像素值表示为参考帧像素值与运动矢量的组合。
简单来说，利用运动矢量将参考帧中与当前帧相对应位置的像素值复制到当前帧中，即可实现运动补偿。
MPEG-2标准介绍
北京海尔集成电路设计有限公司MPEG-2 标准介绍关于MPEG-2应用范围高清晰度电视（HDTV）、DVD、广播电视及其相关产品（机顶盒）等。
数字电视领域的应用加速了它的应用、成熟和发展。
特点由于采用可降低数码率、提高传输效率的信源编码，所以可用相对较少的存储空间来存储视、音频信息，并能较好的恢复。
所支持的图像分辩率最高。
支持包括高速体育运动在内的活动图像。
所支持的应用最为广泛，包括：◆存储媒体中的DVD◆广播电视中的数字广播电视和HDTV◆可应用于交互式（端对端）的点播视频(VOD)和准点播视频(NVOD)能够适配于ATM这种新兴的宽带通信网。
MPEG-2标准简介MPEG-2标准目前分为9个部分，统称为ISO/IEC13818国际标准。
1.系统（13818-1 System）：描述多个视频，音频和数据基本码流合成传输码流和节目码流的方式。
2.视频（13818-2 Video）：描述视频编码方法。
3.音频（13818-3 Audio）：描述音频编码方法。
4.符合测试（13818-4 Compliance）：描述测试一个编码码流是否符合MPEG-2码流的方法。
5.软件（13818-5 Software）：描述了MPEG-2标准的第一、二、三部分的软件实现方法。
6.数字存储媒体-命令与控制（13818-6 DSM-CC）：描述交互式多媒体网络中服务器与用户间的会话信令集。
7.第七部分规定不与MPEG-1音频反向兼容的多通道音频编码。
8.第八部分现已停止。
9.第九部分规定了传送码流的实时接口。
前6个部分均已获得通过，成为正式的国际标准，并在数字电视等领域中得到了广泛的实际应用。
语法概念：类与级类(Profiles)按所使用的编码工具的集合分成五个类◆简单类(SimpleProfile)◆主类(MainProfile)◆信噪比可分级类(SNRScalableProfile)◆空间可分级类(SpatiallyScalableProfile)◆高级类（HighProfile）级(Levels)按编码图像的分辨率分成四个级级输入图像格式图像宽高比应用范围低级(LowLevel)352x240x30主级(MainLevel)720×480×30高级1440（High-1440）1440×1080×304:3HDTV高级（HighLevel）1920×1080×30 16:9应用组合“级”与“类”的关系类规定了可以使用哪些语法元素及如何使用————通用性级规定了这些语法元素的取值范围————特殊性组合级与类的组合：构成MPEG-2视频编码标准在某种特定应用下的子集。
图像编码中的运动补偿技术解析(九)
图像编码中的运动补偿技术解析随着科技的不断发展，图像编码技术已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
而在图像编码中，运动补偿技术则扮演着至关重要的角色。
本文将对图像编码中的运动补偿技术进行解析，探讨其原理、应用以及对比分析。
一、运动补偿技术的原理运动补偿技术是一种利用运动的重复性来减少图像中的冗余信息的技术。
其基本原理是通过比较当前帧与参考帧之间的差异，找到最佳的位移矢量来表示运动的信息。
简单来说，就是将一些图像块在时域上进行平移并进行补偿，从而减少图像编码中需要传输的信息量。
具体而言，运动补偿技术包含两个主要步骤：运动估计和运动补偿。
运动估计是指通过比较当前帧与参考帧之间的差异，计算出最佳的位移矢量来描述运动的信息。
而运动补偿则是根据估计得到的位移矢量，在解码时对图像进行平移和补偿，从而重构出原始图像。
二、运动补偿技术的应用运动补偿技术在图像编码中的应用非常广泛。
其中最典型的应用就是视频编码。
在视频编码中，通过对视频序列中的每一帧进行运动估计和补偿，可以大大降低编码所需的数据量，从而实现更高的压缩比。
这对于视频的存储和传输都具有重要的意义。
此外，运动补偿技术还可以应用在图像压缩、视频会议和流媒体等方面。
通过对图像中重复出现的纹理、边缘等进行运动补偿，可以减少编码所需的数据量，并提高整体编码效率。
尤其在网络传输中，减少数据量意味着能够更快地传输图像或视频，提高用户体验。
三、运动补偿技术的优势和对比分析相较于其他无损压缩技术，运动补偿技术有着明显的优势。
首先，它可以显著降低编码所需的数据量，从而实现更高效的压缩。
其次，运动补偿技术在保持图像质量的同时，可以实现更低的编码延迟。
这对于实时传输和交互式通信非常重要。
然而，运动补偿技术也存在一些限制和挑战。
首先，由于运动估计和补偿是基于参考帧进行的，当图像变化较大或者参考帧不足时，运动补偿的效果可能会不理想。
其次，运动补偿只适用于运动补偿假设成立的情况，对于静止或重复性较低的图像可能无法发挥作用。
运动图像压缩标准 MPEG
加详细的规定和进一步的完善，克服并解决了
MPEG-1不能满足日益增长的多媒体技术、数
字电视技术对分辨率和传输率等方面的技术要
求缺陷。
1.2 MPEG系列标准
与MPEG-1、MPEG-2相比，MPEG-4具
有如下独特的优点：
（1） 基于内容的交互性
（2）高效的压缩性
（3）通用的访问性
MPEG-4的主要应用领域有：因特网
1.2 MPEG系列标准
5.MPEG-21多媒体框架标准
制定MPEG-21标准的目的是建立一个
规范且开放的多媒体传输平台，让所有的多
媒体播放装置都能透过此平台接收多媒体资
料，使用者可以利用各种装置、透过各种网
络环境去获得多媒体内容，而无须知道多媒
体资料的压缩方式及使用的网络环境。同样
地，多媒体内容提供者或服务业者也不会受
输的在视频序列中处于该帧前的I帧或P帧作预
测参考帧，进行前向运动补偿预测；又用后面
的P帧作预测参考帧，进行后向运动补偿预测。
但B帧不能用来作为对其他帧进行运动补偿预
测的参考帧。
1.1 运动图图像压缩编码的基本方法 一个典型的MPEG图像排列如图1-11所示。
图1-11 典型的MPEG图像帧排列
1.2 MPEG系列标准
2.MPEG-2数字电视标准
MPEG-2标准是针对标准数字电视和高
清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层
的详细规定，标准的正式规范在ISO/IEC13818 中，标准名称为“信息技术——电视图像和伴 音信息的通用编码”。MPEG-2不是MPEG-1的 简单升级，MPEG-2在系统和传送方面作了更
1.MPEG-1标准
MPEG-1的标准名称为“信息技术——
MPEG_4编码中运动估计和补偿算法研究
ＮＩ ＮＧ ａ ｇ ｆｎ 一 Ｋｕ ｎ —ｅ ｇ ， ，Ｗ ＡＮＧ ａ －ｉ ｇ Ｘｉｏ ｌ ｎ
（ ．ｃｏｌ ｆ ｎｏ Ｓ ｉ Ｅ ｇ ，ｅ ｔ ｌ ｏ ｔ ｉ ｒ ｔ， ｈｎ ｓａ４０ ０ ， ｈｎ ； １ Ｓｈｏ ｆ． ｃ．＆ ｎ ．Ｃ ｎｒ ｕｈＵｎｖ ｓ ｙＣ ａ ｇｈ １２ ５ Ｃ ｉａ ｏＩ ａＳ ｅｉ
Ｏ 引 言
随着 网络和数字化 时代 的飞 速发展 ， 使得对视 频
越准确 ， 那么视频压缩 的速率越 快、 效果 越好 ， 而运 动 估计所 用的时间在整个 压缩时 间中 占了很 大 比例 ， 严 重影响着视频编码器是 否能实 现实时 编码 ， 运动估 且 计的精度 也影 响着编 码的视频 质量。 因此 ， 有必 要对 视频压 缩中最 影响压缩效率 的运动估计算法做深入研 究 ， 不影 响视频质 量的情况下 ， 在 在传统运动估计算法 的基础上 寻求 改进 的方法 ， 找到运 动估计 速度 与精 寻 度 的平衡点 ， 以提高 编码效率 。
视频 图像 的压缩率、 传输 效率 、 图像质 量。 在视频压缩 系统 中使用运 动估计是 消除图像 帧在 时间上冗 余度的最基本 、 最有效 的一种方法 ， 现有 的视 频编码 国际标准技术框架都将其纳入 为重要 的组成部
１ 常用算法及分析
１１ 全搜索算法 ．
分， 无论 是 Ｈ．６ ２ ３还 是 ＭＰ Ｇ ， Ｅ ２ ＭＰ Ｇ Ｅ １ ＭＰ Ｇ ， Ｅ ４ ｃ ，
ｉ ｅｏ ｉ ｎ ｅ ｏｄ ｃｉｅｉ ｕ ｉ ｆｔ ｅｐｃｕ ｅ ｎｇｖ ｌｃｔ ｕ ｄ ｒｎ ｅｌ ｎ ｑ ａ ｔ ｏ ｈ ｉｔｒ 、 ｙ ｎ ｌ ｙ Ｋｅ ｗｏｄ ： Ｐ ｙ ｒ ｓ Ｍ ＥＧ一４ＣＯＤＥＣ； ｔ ｎ ｅｔ ｔ ｎ ｄｃ ｍｐ ｎ ａｉｎ；ＭＶＦＡＳ ａｇ ｒｔ ｍｏ ｉ ｓｉ ｅａ ｏ ｅ ｓｔｏ ｏ ａ ｍ Ｔｌ ｏ ｈ ｉｍ
图像编码中的运动补偿技术解析(一)
图像编码是一项重要的技术，它将图像数据进行压缩，以减少存储空间和传输带宽的需求。
在图像编码中，运动补偿技术是一种广泛应用的方法，它对图像中的运动进行建模和预测，从而减少冗余信息的传输。
本文将对图像编码中的运动补偿技术进行解析，让读者对该技术有更深入的了解。
一、运动补偿技术的基本原理运动补偿技术利用了图像序列之间的时间相关性，通过利用先前的图像帧作为参考来预测当前的图像帧。
其基本原理是，图像中的物体通常会在连续的帧之间进行平移、旋转、缩放等运动，因此可以通过在参考帧中寻找与当前帧中相似的图像块，来进行预测。
具体而言，对于当前帧中的每个图像块，在参考帧中搜索与之相似的块，并计算它们之间的像素差异。
然后，通过将差异的信息进行编码，并将编码结果与参考帧的信息一起传输，从而实现图像的压缩。
二、全搜索法全搜索法是一种最简单且直观的运动估计方法。
它将参考帧中的每个图像块与当前帧中的所有可能位置进行比较，并选择与之最相似的块作为预测。
然而，由于全搜索法需要计算大量的像素差异，这种方法在计算复杂度方面存在着很大的问题，尤其是在高分辨率图像上。
因此，为了降低计算复杂度，人们提出了各种改进的算法。
例如，区域搜索法将参考帧和当前帧划分为多个区域，只在其中的一个区域内进行搜索。
这样可以减少计算量，但会导致搜索范围的减小，从而可能产生较大的估计误差。
三、运动向量估计与编码在运动补偿技术中，运动向量是一个关键的概念。
它用于描述当前帧中的图像块相对于参考帧的运动情况。
运动向量通常由两个分量表示，即水平方向和垂直方向的运动量。
运动向量的估计是指在参考帧中搜索与当前图像块相似的块，并确定它们之间的运动向量。
而运动向量的编码则是将它们的信息进行压缩，以便存储和传输。
四、运动补偿的预测模式为了更准确地预测当前帧中的图像块，运动补偿技术采用了多种预测模式。
常用的预测模式包括帧内预测和帧间预测。
帧内预测是指根据参考帧中的邻近像素来预测当前帧中的像素值。
几种视频压缩技术概述
几种视频压缩技术概述（返回）（一）、JPEG——静止图像压缩标准1、 JPEG国际标准化组织（ID）和国际电报电话咨询委员会（CCITT）联合成立的专家组织JPEG （Joint Photographic experts group经过五年艰苦细致地工作后，于是1991年3月提出了ISO CDIO918号建议草案：多灰度静止图像的数字压缩编码（简称JPEG标准）。
这是一个适用于彩色和单多多灰度或连续色调静止数字图像的压缩标准。
它包括基于DPCM（差分脉冲编码调制）、DCT（离散余弦变换）和Huffman编码的有损压缩算法两个部分。
前者不会产生失真，但压缩比很小；后一种算法进行图像压缩住处虽有损失但压缩比可以很大，压缩20倍左右时，人眼基本上看不出失真。
JPEG标准有三个范畴：A、基本顺序过程Baseline sequential processes实现有损图像压缩。
重建图像质量达到人眼难以实现图像质量达到人眼难以观察出损失的要求。
采用8*8像素自适应DCT算法、量化及H uffman型的熵编码器。
B、基于DCT的扩展过程（Extended DCT Based Process）使用累进行工作方式，采用自适应算术的编码过程。
C、无失真过程（Lossless Process）采用预测编码及Huffman（或算术编码），可保证重建图像数据与原始图像数据完全相同。
基中的基本顺序过程是JPEG最基本的压缩过程：符合JPEG标准的硬软件编码/解码器都必须支持和实现这个过程。
另两个过程是可选扩展，对一些特定的应用项目有很大实用价值。
（1）、JPEG算法基本JPEG算法操作可分成以下三个步骤：通过离散余弦变换（DCT）去除数据冗余；使用量化表对DCT系数进行量化，量化表是根据人类礼堂系统和压缩图像类型的特点进行优化的量化系数矩阵；对量化后的DCT系数时行编码使其熵达到最小，熵编码采用Huffman可变字长编码（2）、离散余弦变换JPEG采用8*8子块的二维离散余弦变换算法。
MPEG运动补偿算法
体运动 图像及 其伴音 编码标 准
压缩算法 运动补偿帧间预测（单向预测＋双向
预测）＋DCT
应用 VCD、MP3、局域网视频传输
2021/3/10
讲解：XX
5
视频压缩标准对比（续）
MPEG2 H.262
运动图 像及其 伴音通 用编码 标准
时间 输入
输出 压缩率
1994年11月
352×288～1920×1152 采用频率为16、22.05、24、32、44.1、 48kHz的线性PCM、支持5.1声道 1.5－80Mb/s、8-640 Kb/s(音频)
DVD）等多种应用
讲解：XX
9
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）
2021/3/10
讲解：XX
18
16×16 Block Size
2021/3/10
讲解：XX
19
8×8 Block Size
2021/3/10
讲解：XX
20
4×4 Block Size
2021/3/10
讲解：XX
21
Sub－pixel Motion Estimation and Compensation
30kb/s～
编 码 标 压缩率 H.263+>H.263>MPEG2
准
压缩算法 运动补偿帧间预测（单双向预测）＋
图像编码中的运动补偿技术解析(八)
图像编码在现代通信和媒体传输中起着至关重要的作用。
而在图像编码中，运动补偿技术是一个不可或缺的部分。
本文将对图像编码中的运动补偿技术进行深入解析。
一、引言随着数字图像在通信和传媒领域的广泛应用，对图像质量和传输效率的要求也越来越高。
而高效的图像编码方法可以在保证图像质量的同时，减小图像的传输和存储开销。
而运动补偿技术正是图像编码中的一种重要手段。
二、图像编码基本原理图像编码的基本原理是通过对图像中的冗余信息的剔除，实现图像数据的压缩。
常见的图像编码方法有无损编码和有损编码两种方式。
而运动补偿技术主要应用于有损编码中，通过对图像序列中的帧间冗余进行利用，实现高效的压缩。
三、运动补偿技术的原理运动补偿技术是利用视频序列中的帧间时间相关性，通过将当前帧与之前已编码的参考帧进行比较，从而找到最相似的参考帧，并通过计算差异信息实现图像的编码。
这种差异信息即为运动矢量。
四、运动矢量的计算方法运动矢量的计算方法有多种，常用的有全搜索法和快速搜索法。
全搜索法通过遍历图像序列中的所有可能位置进行比较，从而得到最佳的匹配位置。
而快速搜索法则通过分块的方式将搜索范围缩小，从而减少计算量。
不同的计算方法虽然在速度和精度上有所差异，但都能够实现对运动矢量的准确计算。
五、运动补偿的优势运动补偿技术可以在保证图像质量的同时，减小编码后的数据量。
通过找到图像序列中的冗余信息，可以更好地利用视频帧之间的时间相关性，实现更高效的图像编码。
运动补偿技术在视频会议、实时视频传输等应用中具有广泛的应用前景。
六、运动补偿技术的应用运动补偿技术广泛应用于各种图像编码标准中，如MPEG和等。
这些标准通过对图像序列中的运动进行建模和压缩，从而实现高效的图像编码和解码。
同时，运动补偿技术也在视频储存、视频压缩传输等方面得到广泛应用。
七、运动补偿技术的发展趋势随着计算机性能和存储技术的不断提高，运动补偿技术也在不断发展。
更高效的运动补偿算法和更准确的运动矢量估计方法将进一步提升图像编码的效率和质量。
图像编码中的运动补偿技术解析(十)
图像编码是指将图像数据进行压缩和编码的过程，以便在存储和传输中占用更少的资源。
而在图像编码中，运动补偿技术是一种重要且常用的压缩方法，它在提高图像编码效率和减少数据量方面起着至关重要的作用。
本文将对运动补偿技术进行解析，以便更好地理解其原理和应用。
一、运动补偿技术的基本原理运动补偿技术是通过检测图像中目标区域的运动，并用运动信息对该区域进行预测，从而减少编码时需要传输的数据量。
其基本原理是利用图像序列中连续帧的相似性，假设连续帧之间的运动是非常局部且平滑的，并将其中一帧作为参考帧。
然后，通过在参考帧中搜索最佳匹配的运动矢量，将该运动矢量作为目标区域的预测运动矢量，在编码时只传输目标区域与预测帧之间的残差图像，实现图像数据的压缩。
二、运动补偿技术的实现方法运动补偿技术的实现方法分为全帧和分块两种方式。
全帧运动补偿是对整个图像帧进行运动补偿，可用于场景变化较小并且需要高质量图像的场景。
而分块运动补偿则是将图像帧划分为若干个块，对每个块进行运动补偿，更适用于场景变化较大且对压缩率要求较高的情况。
在分块运动补偿中，通常采用两种搜索算法：全搜索和快速搜索。
全搜索算法是通过计算每个块与参考帧中所有可能位置的差异，并选择最小的差异作为最佳匹配。
这种方法的精度较高，但计算量大。
而快速搜索算法则是通过设置搜索路径和启发式搜索来降低计算复杂度，以达到较快的速度。
三、运动补偿技术的优势和应用运动补偿技术具有多方面的优势。
首先，它能够显著减少图像编码所需的数据量，提高图像传输的效率。
其次，运动补偿技术能够降低带宽需求，适应网络传输的限制，并减少存储空间的占用。
此外，它还能够提高图像的压缩比和重建质量，使得传输和存储的图像更加清晰和准确。
运动补偿技术在许多领域中都有广泛的应用。
在视频会议和视频监控等领域，通过使用运动补偿技术可以降低带宽需求，实现实时高质量的视频传输。
在数字电视和网络视频流媒体等领域，运动补偿技术能够实现高清晰度的图像传输，并提供更好的观看体验。
图像编码中的运动补偿技术解析(四)
图像编码中的运动补偿技术解析引言随着科技的不断发展，图像编码技术在信息传输和存储中扮演着重要的角色。
图像编码的目标是在减小数据量的同时保持图像质量，其中运动补偿技术被广泛应用。
本文将对图像编码中的运动补偿技术进行深入解析。
一、图像编码概述图像编码是指将图像信号转化为数字信号的过程，以便在数字系统中传输或存储。
而在图像编码中，压缩效率的关键在于如何减少冗余信息。
图像编码通常分为无损编码和有损编码两种形式。
无损编码保证解码后的图像与原图像完全一致，主要应用于医学图像和卫星图像等对准确度要求较高的场景。
而有损编码则在一定程度上牺牲图像质量，以换取更高的压缩率，适用于图像存储和传输等场景。
二、运动补偿技术原理运动补偿技术是一种利用时域相关性的图像编码技术，它通过在相邻图像帧之间寻找和描述图像中的运动来实现编码。
具体而言，运动补偿技术分为两个步骤：运动估计和运动补偿。
1. 运动估计运动估计的目标是在当前图像（被编码帧）中找到与之最相似的参考图像（相对运动的参考帧）。
运动估计有很多方法，常用的有全搜寻法、三步搜寻法、快速搜寻法等。
这些方法的基本思想都是通过比较像素值的相似性来确定最佳的运动矢量。
2. 运动补偿运动补偿是利用运动估计得到的运动矢量，对当前图像进行搜索和裁剪操作，以获得运动补偿预测图像。
与无运动补偿时相比，运动补偿技术可以大大减少冗余信息，提高编码效率。
通过对差异图进行编码，即当前图像与运动补偿预测图像之间的差别，可以有效地实现图像编码。
三、运动补偿技术的优势1. 提高编码效率运动补偿技术通过利用帧间相关性，将图像编码的目标从每一帧中的所有像素转变为帧间相差的像素。
这样可以显著减少数据量，提高编码效率。
运动补偿技术在视频压缩中被广泛应用，使得高清晰度视频的传输和存储成为可能。
2. 降低带宽需求由于运动补偿技术可以减少数据量，因此在视频通信中，可以降低对带宽的需求。
在网络传输中，带宽通常比较有限，而运动补偿技术的应用可以让视频在低带宽情况下仍能保持较高的质量。
图像编码中的运动补偿技术解析(五)
图像编码是一种重要的数据压缩技术，它在数字图像传输和存储中发挥着重要的作用。
而图像编码中的运动补偿技术更是其中的核心。
本文将从理论、实现、优化等多个角度，对图像编码中的运动补偿技术进行解析。
1. 运动补偿技术的理论基础运动补偿技术是基于视频序列中帧间的冗余性原理进行设计的。
在连续的视频帧中，相邻帧之间通常存在许多相似的区域，这是因为相机捕捉的图像中的物体在很短的时间内往往只发生微小的位移。
运动补偿技术通过利用这种连续性，来减少冗余数据的传输和存储，从而实现对图像数据的高效压缩。
2. 运动补偿技术的实现方式运动补偿技术的实现方式主要有两种：基于全帧和基于块。
基于全帧的运动补偿技术将整个帧与参考帧进行比较，确定两者之间的位移信息，然后将位移向量进行编码和传输。
而基于块的运动补偿技术将图像帧分割为多个块，每个块与参考帧中对应的块进行比较，计算位移向量，并将位移向量进行编码和传输。
两种方式各有优劣，根据具体的应用场景和需求进行选择。
3. 运动补偿技术的优化方法为了进一步提高运动补偿技术的效率和质量，研究者们提出了各种各样的优化方法。
其中，预测模型的选择、运动矢量的精确度调整、编码算法的改进等都是常见的优化方法。
例如，针对预测模型的选择，可以根据图像序列的特点和内容选择恰当的预测模型，以提高预测的准确性。
又如，在运动矢量的计算过程中，可以使用更为复杂的运动估计算法，如金字塔结构、全局搜索算法等，来获得更精确的运动信息。
这些优化方法的运用，有助于提高运动补偿技术的压缩率和解码图像的质量。
4. 运动补偿技术的应用领域运动补偿技术在图像编码中的应用领域广泛。
在数字电视、视频会议、移动通信等领域中，运动补偿技术可以减少带宽需求，提高传输效率，降低传输成本。
在图像传输和存储领域中，运动补偿技术可以有效地压缩图像数据，减小存储空间的占用，并保持图像质量。
此外，运动补偿技术还被广泛应用于视频编码标准中，如、等。
这些标准通过运动补偿技术的使用，大幅度提升了视频传输和存储的效率。
MPEG_4编码中运动估计和补偿算法研究
MPEG_4编码中运动估计和补偿算法研究
宁矿凤;王小玲
【期刊名称】《计算机技术与发展》
【年(卷),期】2007(017)006
【摘要】对MPEG_4视频编码的础上,提出了一种快速运动估计算法,能够在没有明显降低图像质量的条件下,获得更快的编码速率.
【总页数】4页(P101-103,106)
【作者】宁矿凤;王小玲
【作者单位】中南大学,信息科学与工程学院,湖南,长沙,410205;湖南涉外经济学院,计算科学与技术学部,湖南,长沙,410205;中南大学,信息科学与工程学院,湖南,长沙,410205
【正文语种】中文
【中图分类】TP301.6
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MPEG中的运动补偿技术
MPEG中的运动补偿技术
刘文红
【期刊名称】《中国有线电视》
【年(卷),期】2003(000)018
【摘要】讨论MPEG标准中所使用的运动补偿预测编码技术,它包括因果预测和非因果预测,运用此算法MPEG标准可达到很高的压缩比,但仍保持很好的图像质量.不仅在广播电视方面,在多媒体等许多新的领域MPEG标准被广泛采用.
【总页数】3页(P37-39)
【作者】刘文红
【作者单位】海南师范学院,海南,海口,571158
【正文语种】中文
【中图分类】TN948.13
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5.MPEG-4中的无限制运动补偿的实现 [J], 张大勇;庄弈琪;汤华莲
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MPEG编码器运动估算和补偿参考帧生成中IQ及IDCT的作用
MPEG编码器运动估算和补偿参考帧生成中IQ及IDCT的作
用
尤浩东;陆锐锋
【期刊名称】《电视技术》
【年(卷),期】1998(000)010
【摘要】ＭＰＥＧ编码器运动估算和补偿参考帧生成中ＩＱ及ＩＤＣＴ的作用３１６０００舟山电视台尤浩东，陆锐锋ＭＰＥＧ标准是现在运用比较广泛的运动图象压缩技术，它的主要特点是利用了ＤＣＴ算法减少图象空间（二维平面）的信息冗余度，利用运动估算与运动补偿来减少图象在时...
【总页数】2页(P12-13)
【作者】尤浩东;陆锐锋
【作者单位】舟山电视台;舟山电视台
【正文语种】中文
【中图分类】TN941.4
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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。
30
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。
31
MPEG1视频压缩算法
运动矢量的概念
32
MPEG1视频压缩算法
27Biblioteka PEG1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。
视频类型 MPEG-1 CIF
I 150000b
P 50000b
B 20000b
平均 38000b
MPEG-2 601
400000b
200000b
输出
甚低码 ≧ 100 率 活 动 压缩率 图 像 及 压缩算法 基于对象的新一代编码技术，注重交 其伴音 互性，即可包含自然对象，又可包含 编码标 人工合成对象 准 可应用范围很广、目前多用于因特网 应用 视频传输、流媒体应用
8
视频压缩标准对比（续）
H.264
MPEG4 (Part10) MPEG4 AVC
压缩算法 运动补偿帧间预测（单双向预测）＋ 应用
DCT、可伸缩性、前向兼容 DVD、DVB、HDTV
6
视频压缩标准对比（续）
H.263 H.263+
甚低码 率通信 的视频 编码标 准
时间
输入
1996年3月、1998年1月
QCIF、CIF、128×96(SubQCIF)、 704×576(4CIF)、1408×1152(16CIF)
10
MPEG-1视频压缩标准
输入、输出指标：
352×288×25×8×1.5
30Mb/s 352×240×30×8×1.5
MPEG视频 编码器
26 : 1
1.15Mb/s
11
MPEG1视频压缩算法
运动补偿帧间预测(temporal) ＋ DCT(spatial)
12
Frame 1
13
Frame 2
基于块的运动矢量估值算法——块匹配法
33
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
34
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：
35
MPEG1视频编码算法
时间
输入
2003年5月
多种分辨率格式
输出
压缩率
压缩率最高的视频压缩标准，比 MPEG4 Visual节约50％的码率 做了局部优化。更注重编码效率和可 靠性 视频广播、视频通信和存储媒体（CD DVD）等多种应用
9
压缩算法 基于传统框架的混合编码系统，只是
应用
MPEG-1视频压缩标准
•
• • •
•
5
视频压缩标准对比（续）
MPEG2 H.262
运动图 像及其 伴音通 用编码 标准
时间
输入
1994年11月
352×288～1920×1152 采用频率为16、22.05、24、32、44.1、 48kHz的线性PCM、支持5.1声道 1.5－80Mb/s、8-640 Kb/s(音频) 30－40
输出 压缩率
51
H.261的信源编码框架
52
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。
20
4×4 Block Size
21
Sub－pixel Motion Estimation and Compensation
子像素运动估值与补偿
22
Sub－pixel Motion Estimation and Compensation
23
MPEG1视频编码器框架
24
MPEG1视频编码器框架
输出
压缩率
30kb/s～
H.263+>H.263>MPEG2 DCT 局部算法改进 可伸缩性
压缩算法 运动补偿帧间预测（单双向预测）＋
应用
通用电话交换网、局域网的视频通信
7
视频压缩标准对比（续）
MPEG4 (Part 2) MPEG4 Visual
时间
输入
1999年
≧176×144的多种分辨率格式 4.6Kb/s～64Kb/s
MPEG4(Part10) MPEG7 MPEG21
3
视频压缩标准对比
H.261 p×64k b/s视频 编码标 准
时间 输入 输出 压缩率
1990年12月 176×144(QCIF) 352×288(CIF) 帧速率可变<=30 p×64kb/s(p=1,2,…,32) 20~30 小于MPEG1
55
H.261的图像复用编码
H.261 数据流结构
56
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。
57
•
53
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。
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。
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。
14
Residual Frame
15
象素运动轨迹
16
Block-based Motion Estimation and Compensation
17
Block-based Motion Estimation and Compensation
18
16×16 Block Size
19
8×8 Block Size
分块
25
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
16 8
26
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。
BMA常用搜索算法—二维对数搜索法：
36
MPEG1视频编码算法
BMA常用搜索算法—三步搜索法：
37
MPEG1视频编码算法
BMA常用搜索算法—对偶搜索法：
38
MPEG1视频编码算法
B图像帧的压缩算法：
39
40
MPEG-1 音频压缩标准
• 输入、输出指标：
32kHz, 44.1kHz, 48kHz 16位 PCM
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。
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。