运动图像压缩标准
运动图像压缩标准Motion-JPEG2000
运动图像压缩标准Motion-JPEG2000
刘岩;张静;张春田
【期刊名称】《电视技术》
【年(卷),期】2003(000)002
【摘要】首先通过与JPEG比较,介绍JPGE2000核心编码系统中变换编码、量化、熵编码以及频率加权等有关内容,然后通过与现有视频压缩标准进行对比,介绍Motion-JPEG2000的主要压缩特点与优势.
【总页数】3页(P16-18)
【作者】刘岩;张静;张春田
【作者单位】天津大学,电信学院,天津,300072;天津大学,电信学院,天津,300072;天津大学,电信学院,天津,300072
【正文语种】中文
【中图分类】TN91
【相关文献】
1.运动图像压缩技术与标准的研究与展望 [J], 冷飞
2.运动图像压缩的新标准--H.264/AVC [J], 程赓;严德聪;杨宗凯
3.新一代运动图像压缩标准H.264/AVC [J], 严德聪;程赓;杨宗凯
4.新一代视频压缩标准Motion-JPEG2000 [J], 陈浩;毕笃彦;王浩学
5.小波变换在运动图像压缩编码中的最新进展 [J], 袁修贵;黄诚
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JPEG2000图像压缩算法标准
JPEG2000图像压缩算法标准摘要：JPEG2000是为适应不断发展的图像压缩应用而出现的新的静止图像压缩标准。
本文介绍了JPEG2000图像编码系统的实现过程, 对其中采用的基本算法和关键技术进行了描述，介绍了这一新标准的特点及应用场合，并对其性能进行了分析。
关键词：JPEG2000；图像压缩；基本原理；感兴趣区域引言随着多媒体技术的不断运用，图像压缩要求更高的性能和新的特征。
为了满足静止图像在特殊领域编码的需求，JPEG2000作为一个新的标准处于不断的发展中。
它不仅希望提供优于现行标准的失真率和个人图像压缩性能，而且还可以提供一些现行标准不能有效地实现甚至在很多情况下完全无法实现的功能和特性。
这种新的标准更加注重图像的可伸缩表述。
所以就可以在任意给定的分辨率级别上来提供一个低质量的图像恢复，或者在要求的分辨率和信噪比的情况下提取图像的部分区域。
1.JPEG2000的基本介绍及优势相信大家对JPEG这种图像格式都非常熟悉，在我们日常所接触的图像中，绝大多数都是JPEG格式的。
JPEG的全称为Joint Photographic Experts Group，它是一个在国际标准组织(ISO)下从事静态图像压缩标准制定的委员会，它制定出了第一套国际静态图像压缩标准：ISO 10918－1，俗称JPEG。
由于相对于BMP等格式而言，品质相差无己的JPEG格式能让图像文件“苗条”很多，无论是传送还是保存都非常方便，因此JPEG格式在推出后大受欢迎。
随着网络的发展，JPEG的应用更加广泛，目前网站上80％的图像都采用JPEG格式。
但是，随着多媒体应用领域的快速增长，传统JPEG压缩技术已无法满足人们对数字化多媒体图像资料的要求：网上JPEG图像只能一行一行地下载，直到全部下载完毕，才可以看到整个图像，如果只对图像的局部感兴趣也只能将整个图片载下来再处理；JPEG格式的图像文件体积仍然嫌大；JPEG格式属于有损压缩，当被压缩的图像上有大片近似颜色时，会出现马赛克现象；同样由于有损压缩的原因，许多对图像质量要求较高的应用JPEG无法胜任。
运动图像压缩标准
运动图像压缩标准运动图像压缩标准是指对运动图像进行压缩处理时所遵循的一系列规范和标准。
在数字视频传输、存储和处理领域，运动图像压缩是一项重要的技术，它可以有效地减小视频文件的大小，提高视频传输的效率，降低存储成本，并且可以在有限的带宽下实现高质量的视频传输。
本文将介绍几种常见的运动图像压缩标准，以及它们的特点和应用场景。
首先，我们来介绍一下最常见的运动图像压缩标准之一，即MPEG标准。
MPEG标准是由国际标准化组织ISO/IEC的多媒体专家组制定的一系列压缩标准，其中包括了视频压缩标准MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等。
MPEG标准采用了一系列先进的压缩算法，如运动补偿、离散余弦变换（DCT）、运动估计等，能够在保证视频质量的前提下，显著地减小视频文件的大小。
MPEG标准被广泛应用于数字电视、DVD、蓝光光盘等领域。
其次，我们介绍一下H.264/AVC标准。
H.264/AVC标准是一种针对高清视频压缩的标准，它采用了更加先进的压缩算法，如帧内预测、变换编码、熵编码等，能够在保持高清视频质量的同时，进一步减小视频文件的大小。
H.264/AVC标准被广泛应用于蓝光光盘、高清数字电视、视频会议等领域，是当前应用最为广泛的视频压缩标准之一。
除了MPEG和H.264/AVC标准外，还有一些其他的运动图像压缩标准，如VP9、HEVC等。
这些标准在不同的应用场景下具有各自的优势，用户可以根据具体的需求选择合适的压缩标准。
在选择运动图像压缩标准时，需要考虑多个因素。
首先是压缩比，即压缩后的视频文件大小与原始视频文件大小的比值。
压缩比越高，说明压缩效果越好，但也可能导致视频质量的损失。
其次是编码复杂度，即压缩算法的复杂程度。
编码复杂度越高，需要的计算资源和时间就越多。
还有就是解码复杂度，即解压缩时所需的计算资源和时间。
在选择压缩标准时，需要综合考虑这些因素，并根据具体的应用场景做出合适的选择。
总的来说，运动图像压缩标准是数字视频领域中的重要技术之一，它可以有效地减小视频文件的大小，提高视频传输的效率，降低存储成本。
MPG是运动图像压缩算法的国际标准
MPG是运动图像压缩算法的国际标准目录1 简介2 标准3 历史4 常见谬误5 全新压缩理念MPGMPG又称MPEG（Moving Pictures Experts Group）即动态图像专家组，由国际标准化组织ISO(International Standards Organization)与IEC(International Electronic Committee)于1988年联合成立，专门致力于运动图像（MPEG视频）及其伴音编码（MPEG音频）标准化工作。
MPG - 简介MPEG是运动图像压缩算法的国际标准，现已被几乎所有的计算机平台支持。
它包括MPEG-1，MPEG-2和MPEG-4。
MPEG-1被广泛地应用在VCD（video compact disk）的制作，绝大多数的VCD采用MPEG-1格式压缩。
MPEG-2应用在DVD（Digital Video/Versatile Disk）的制作方面、HDTV （高清晰电视广播）和一些高要求的视频编辑、处理方面。
MPEG-4是一种新的压缩算法，使用这种算法的ASF格式可以把一部120 min长的电影压缩到300 M左右的视频流，可供在网上观看。
MPEG格式视频的文件扩展名通常是MPEG或MPG。
MPG - 标准MPEG标准主要有以下五个，MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7及MPEG-21等。
该专家组建于1988年，专门负责为CD建立视频和音频标准，而成员都是为视频、音频及系统领域的技术专家。
及后，他们成功将声音和影像的记录脱离了传统的模拟方式，建立了ISO/IEC1172压缩编码标准，并制定出MPEG-格式，令视听传播方面进入了数码化时代。
因此，大家现时泛指的MPEG-X版本，就是由ISO(International Organization for Standardization)所制定而发布的视频、音频、数据的压缩标准。
MPEG标准
MPEG视频数据流的结构
运动图象序列
图片
图片组
图片切片
宏块
MPEG-1数据体系结构
块 8 象 素
8象素
运动序列 表头＋图片组＋结束标志
图片组 一系列图像
图象信号分3个部分:
一个亮度信号Y和两个色度信号U、V Y：U：V＝4：2：2。
色度和亮度 的位置关系
亮度信号Y由偶数个行和偶数个列组成， 色度信号U、V分 别取Y信号在水平、垂直方向的1/2。如图所示， 黑点代表 色度U、V位置，亮度Y位置用白圈表示。
多路复合而成的码流假设以介质特定格式存储在 DSM或网络上, 标准不规定介质特定格式。
系统解码器从输入多路复合流中抽取定时信息,并 对输入流进行分流处理, 输出两个基本流分别给视 频和音频解码器。
视频和音频解码器分别解码输出视频和声音信号。
系统、视频、音频和介质4个解码器之间用定 时信息进行同步。
支持的图像标准分辨率：NTSC制为352×240； PAL制为352× 288，每秒30帧画面, CD音质。
使用MPEG-1的压缩算法, 可将一部120分钟长的 电影压缩到1.2GB左右。因此, 它被广泛地应用于 VCD制作。
4.2 MPEG-1标准
MPEG-1的最终目标是解决数字视频和数 字音频等多样压缩数据流的复合和同步问 题。
多路复合流构造为2层: 系统层和压缩层。系统 解码输入的是系统层; 而视频、音频解码器输
入的是压缩层。
系统解码器执行两类操作:
一类是作用在整个多路复合流上的操作,称为复合流操作; 另一类是作用在单个基本流上的操作,称为特定流操作。
系统层分为两个子层:
一个子层称为包(pack),是复合流操作对象; 另一个子层称为组(packet),它用于特定流操作。
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编码标准三大部分
mpeg编码标准三大部分MPEG编码标准包括MPEG-视频、MPEG音频、视频音频同步三大部分。
拓展资料：MPEG格式，它的英文全称为Moving Picture Expert Group，即运动图像专家组格式，家里常看的VCD、SVCD、DVD就是这种格式。
MPEG格式，它的英文全称为Moving Picture Expert Group，即运动图像专家组格式，家里常看的VCD、SVCD、DVD就是这种格式。
MPEG文件格式是运动图像压缩算法的国际标准，它采用了有损压缩方法减少运动图像中的冗余信息，说的更加明白一点就是MPEG 的压缩方法依据是相邻两幅画面绝大多数是相同的，把后续图像中和前面图像有冗余的部分去除，从而达到压缩的目的(其最大压缩比可达到200:1)。
目前MPEG格式有三个压缩标准，分别是MPEG－1、MPEG－2、和MPEG－4，另外，MPEG-7与MPEG-21仍处在研发阶段。
MPEG－1：制定于1992年，它是针对1.5Mbps以下数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音编码而设计的国际标准。
也就是我们通常所见到的VCD制作格式。
使用MPEG-1的压缩算法，可以把一部120分钟长的电影压缩到1.2GB左右大小。
这种视频格式的文件扩展名包括.mpg、.mlv、.mpe、.mpeg及VCD光盘中的.dat文件等。
MPEG－2：制定于1994年，设计目标为高级工业标准的图像质量以及更高的传输率。
这种格式主要应用在DVD/SVCD的制作(压缩)方面，同时在一些HDTV(高清晰电视广播)和一些高要求视频编辑、处理上面也有相当的应用。
使用MPEG-2的压缩算法，可以把一部120分钟长的电影压缩到4到8GB的大小。
这种视频格式的文件扩展名包括.mpg、.mpe、.mpeg、.m2v及DVD光盘上的.vob文件等。
MPEG－4：制定于1998年，MPEG－4是为了播放流式媒体的高质量视频而专门设计的，它可利用很窄的带度，通过帧重建技术，压缩和传输数据，以求使用最少的数据获得最佳的图像质量。
MPG是运动图像压缩算法的国际标准
MPG是运动图像压缩算法的国际标准目录1 简介2 标准3 历史4 常见谬误5 全新压缩理念MPGMPG又称MPEG（Moving Pictures Experts Group）即动态图像专家组，由国际标准化组织ISO(International Standards Organization)与IEC(International Electronic Committee)于1988年联合成立，专门致力于运动图像（MPEG视频）及其伴音编码（MPEG音频）标准化工作。
MPG - 简介MPEG是运动图像压缩算法的国际标准，现已被几乎所有的计算机平台支持。
它包括MPEG-1，MPEG-2和MPEG-4。
MPEG-1被广泛地应用在VCD（video compact disk）的制作，绝大多数的VCD采用MPEG-1格式压缩。
MPEG-2应用在DVD（Digital Video/Versatile Disk）的制作方面、HDTV （高清晰电视广播）和一些高要求的视频编辑、处理方面。
MPEG-4是一种新的压缩算法，使用这种算法的ASF格式可以把一部120 min长的电影压缩到300 M左右的视频流，可供在网上观看。
MPEG格式视频的文件扩展名通常是MPEG或MPG。
MPG - 标准MPEG标准主要有以下五个，MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7及MPEG-21等。
该专家组建于1988年，专门负责为CD建立视频和音频标准，而成员都是为视频、音频及系统领域的技术专家。
及后，他们成功将声音和影像的记录脱离了传统的模拟方式，建立了ISO/IEC1172压缩编码标准，并制定出MPEG-格式，令视听传播方面进入了数码化时代。
因此，大家现时泛指的MPEG-X版本，就是由ISO(International Organization for Standardization)所制定而发布的视频、音频、数据的压缩标准。
MPEG-2与H.264压缩标准
MPEG-2与H.264压缩标准一、MPEG-2MPEG-2标准是MPEG组织于1995年推出的针对数字视频广播、高清晰度电视和数字视盘等制定的4~9Mb/s运动图像及其伴音的编码标准，是对MPEG1标准进一步扩展和改进。
MPEG-2是数字电视机顶盒与DVD等产品的基础，与MPEG1系统向下兼容，因此语法的最大特点在于兼容性好并可扩展。
MPEG-2采用的核心技术是分块DCT与帧间运动补偿预测技术。
图1基于块的混合视频编码基本流程MPEG-2视频允许数据速率高达100Mb/s，支持隔行扫描视频格式和许多高级性能。
考虑到视频信号隔行和特点，MPEG-2专门设置了“按帧编码”和“按场编码”两种格式，并相应地对运动补偿和DCT方法进行了扩展，从而显著提高了压缩编码的效率。
考虑到标准的通用性，增大了重要的参数值，允许有更大的画面格式，比特率和运动矢量长度。
除此之外，MPEG-2视频压缩编码还进行了以下扩展：1). 输入/输出图像彩色分量之比可以是4:2:0，4:2:2，4:4:4。
2). 输入/输出图像格式（分辨率）不限定。
3). 可以直接对隔行扫描视频信号进行处理。
4). 在空间分辨率、时间分辨率、信噪比方面的可分级性适合于不同用途的解码图像要求，并可给出传输上不同等级的优先级。
5). 输出码率可以是恒定的也可以是变化的，以适应同步和异步传输。
MPEG-2还规定了分辨率从低到高的4级5类共11种单独的技术规范，如表所示：二、 H.2641. 标准的制定与发展H.264/A VC 是最新的国际视频编码标准，它的制定过程最早是从1998年开始的。
当时ITU-T 第16研究小组在对H.263不断改进的同时，还启动了另一个研究项目H.26L ，目标是制定一个编码效率比当时标准提高一倍的新标准。
起初这个项目是由ITU-T 的视频编码专家组VCEG (Video Coding Expert Group)负责，随着标准中各项技术的提出和改进，在2001年12月ISO/IEC MPEG 也加入了进来，并与ITU-T VCEG合作成立了联合视频专家组JVT （Joint Video Team ）共同来完成标准的制定工作。
图像压缩的算法及其国际标准
静态图像压缩－DWT变换
二维DWT变换：
原始图像
列变换
行变换
三层DWT分解后的结果：
静态图像压缩－DWT变换
三层DWT分解的结果：
静态图像压缩－分形方法
自相似性：无论几何尺度怎样变化，物体 任何组成部分的形状都以某种方式与整体 相似。 关键在于引入了局部与全部相关去冗余的 思想。 压缩效率与物体本身性质有关。
有 损 压 缩
分形编码（Fractal） 矢量量化（Vector Quantization） 人工神经网络方法（ANN）
静态图像压缩－变换编码
K-L变换
变 换 编 码
离散余弦变换（DCT）
Gabor变换 小波变换（DWT）
静态图像压缩－K-L变换
K－L变换是最佳变换，将原始信号中相关 性很强的空域变换到相关性彻底去除 的变换域； 无快速算法而难以实现。
动态图像编码（Video Coding）
静态图像压缩
静 态 图 像 压 缩 无损压缩（Lossless Compression）
有损压缩（Lossy Compression）
静态图像压缩－无损压缩
差分脉冲调制方法（DPCM）
去除相关 无 损 压 缩 统计编码
分层内插法（HINT） 差分金字塔方法（DP） 多重自回归方法（MAR）
H.261： 第一个高效视频编码标准算法。图像编码的其他 几个国际标准（如JPEG、MPEG、CCIR723等）都是由它 演变而来的。 1984年12月，CCITT第15研究组成立了“可视电话编码专 家组”，并在1988年提出了视频编码器的H.261建议。它 的目标是P×64K（P=1～30）码率的视频编码标准，以 满足ISDN日益发展的需要。主要应用对象是视频会议的 图像传输。它的视频压缩算法必须能够实时操作，解码 延迟要短，当P=1或2时，只支持帧速率较小的可视电话， 当P>=6时，则可支持电视会议。 H.261建议的原理结构的要点是：采用运动补偿进行帧间 预测，以利用图像在时域的相关性；对帧间预测误差以 8×8或者16×16为宏块，进行DCT变换，以利用图像在 空域上的相关性；接着对DCT变换系数设置自适应量化 器，以利用人们的视觉特性；再采用Huffman熵编码，获 得压缩码流。
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（D CT）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。
运动图像压缩标准Motion-JPEG2000
Motion-JPEG2OOO 的运动图像压缩具有以下 编 码优势：向下与 JPEG2OOO PART l 静 止 图 像 编 解 码兼容；编码过程简单，容易实 现 ；对 误 码 具 有 很 强 的 鲁 棒 性 ；能 与 其 它 文 件 格 式 MPEG-4 兼 容 ；具 有 灵 活 的 文 件 格 式 ；支 持 多 种 操 作 ，例 如 编 辑 、显 示 、 互 换 、码 流 操 作 等 。 下 面 主 要 从 压 缩 效 率 、容 错 能 力、主观图像质量 3 个方面，将 Motion-JPEG2OOO 与 现 有 视 频 压 缩 标 准 中 的 Motion-JPEG，MPEG-2 进 行比较。 4.1 压缩效率
l 引言
JPEGZOOO 作 为 JPEG 升 级 版 ，高 压 缩（ 低 比 特 速 率 ）是 其 目 标 ，在 压 缩 率 相 同 的 情 况 下 ，JPEGZOOO 的 PSNR（峰值信噪比）将比 JPEG 的提高 3O%左右。 同时，JPEGZOOO 还具有随机存取特性、较强的抗误 码性能、ROI 编码、多种的可测量度特性（scaIabiIity） 等 特 点 。 JPEGZOOO 标 准 可 分 为 六 大 部 分 ：（l） JPEGZOOO 图像编码系统 ，是 JPEGZOOO 标 准 的 核 心 系统； （Z） 扩展系统，在核心系 统 上 ，添 加 了 一 些 扩 展 功 能 ； （3） Motion-JPEGZOOO，针 对 运 动 图 像 提 出 的 解 决 方 案 ； （4） 兼 容 性 测 试 ； （5） 参 考 软 件 ； （6） 复 合 图 像 文 件 格 式 ，主 要 针 对 印 刷 和 传 真 应 用 。
电视技术 2003 年第 2 期 总第 248 期
视频图像压缩标准主要有哪些
隔行扫描的特点，MPEG-2专门设置了“按帧编码”和“按场编码”两种 模式，并相应地对运动补偿和DCT方法进行了扩展，从而显著提高了压 缩编码的效率。考虑到标准的通用性，增大了重要的参数值，允许有更 大的画面格式、比特率和运动矢量长度。 MPEG-2视频是一系列的系统，每一个系统具有安排好的共性和兼容 程度。它允许对四种源格式或者级别进行编码，从简单清晰度(CIF格 式)到完全的高清晰度电视HDTV(High Definition Television)。除了 源格式的这种灵活性外，MPEG-2还规定了分辨率从低到高的4级5类共11 种单独的技术规范，同一种类不同级别间的图像分辨率和编码速率相差 甚远。表2给出了MPEG-2允许的级别和类的组合。 5、MPEG-4 1992年11月，MPEG专家组决定开发新的适应于极低码率的音频/视 频（AV，Audio-Visual）编码的国际标准，即MPEG-4。对于学术界来 说，极低码率（即小于64Kbit/s）是视频编码标准的最后一个比特率范 围。 MPEG-4专家组深入分析了AV领域中电视(television)、计算机 (computer)、通信(communication)以及其交叉融合的发展趋势后，认 为MPEG-4应该提供用于通信的新方式，其核心是基于内容contentbased)的AV信息存储、处理与操作，支持交互性、高压缩比以及通用存 储性等功能。同时在其结构上应具有适应性与可扩展性，以适应硬、软 件技术的不断发展，便于及时融合新的技术。 相对于MPEG的前两个压缩标准，MPEG-4已不再是一个单纯的视频音 频编解码标准，它将内容与交互性作为核心，从而为多媒体提供了一个 更为广阔的平台。它更多定义的是一种格式和框架，而不是具体的算 法，这样人们可以在系统中加入许多新的算法。除了一些压缩工具和算 法外，各种各样的多媒体技术如图像分析与合成、计算机视觉、语音合 成等也可以充分应用于编码中。 H.261是ITU-T针对可视电话和会议电视、窄带ISDN等要求实时编解 码和低延时应用提出的一个编码标准。该标准包含的比特率为 p*64Kbit/s，其中p是一个整数，取值范围为1～30，对应比特率为 64Kbit/s～92Mbit/s。 6、H.261 H.261标准大体上分为两种编码模式：帧内模式和帧间模式。对于 缓和运动的人头肩像，帧间编码模式将占主导位置；而对画面切换频繁 或运动剧烈的序列图像，则帧间编码模式要频繁地向帧内编码模式切 换。 为了减少信道误码，采用一种叫做BCH（511，493）的纠错编码方 式。这种纠错码可以在493比特中自动纠正2比特的错误。按H261规 定，源编码器必须具备纠错编码的功能，而纠错编码是选用的。
第4章 运动图像压缩技术
第23页
2013年9月22日星期日
第4章
MPEG压缩编码技术
2.锥度编码模式 对一幅原始图像的分辨率按照水平方向和垂直方向不 断变化，相邻的两分辨率相差为2的倍数。 编码过程： 首先将原始图像信息进行滤波，再以原设定的2的倍 数为因子对滤波的结果进行“下行采样(downsampled)” 从而降低原始图像的分辨率。然后对已降低分辨率的 图像进行有损或无损方式编码。接着对低分辨率图像 解码，进行“上行采样(upsampled)”。相邻的两分辨 率的差值可用任何一种编码方式编码。重复上述步骤， 直到要编码图像达到完整的分辨率。注意，编码方式 可以是有损编码或无损编码，或者先是有损编码再是 无损编码。在低码率情况下锥形模式的性能优于JPEG 的其他编码模式。
第25页
2013年9月22日星期日
第4章
MPEG压缩编码技术
JPEG的性能，用质量与比特率之比来衡量，是相当 优越的，尤其是它的复杂度之低和使用时间之长。 对于8bit的彩包照片的有损模式，亮度元素占8bit精 度，两种色度元素也各占8bit的精度，但采样率只有 原来的一半。因此，输入图像平均每像素只有16bit， 于是在0.5bit/像素下，其压缩率为32:1，2bit/像素的 压缩图像与原图像区别不大，0.25bit/像素的图像质 量中等。JPEG曾对0.083bit/像素的图像作了测试，发 现它仅能达到可以辨认的程度，因此，这个比率并 不在标准中提及。
第5页 2013年9月22日星期日
第4章
MPEG压缩编码技术
对视频信号数字化的方式：全信 号数字化和分量数字化 全信号数字化：对图C信号直接进 行数字化 分量数字化：对图a、d和e信号分 别进行数字化，然后利用时分 复合方法进行处理。 分量数字化由于省去了电视信号 的反复解码和编码，亮度信号 和色差信号被分开处理，相互 间不存在干扰，同时对制式的 兼容性也好，所以目前普遍采 用分量数字化。
H263活动图像压缩编码标准
H.263活动图像压缩编码标准H.263是ITU-T（国际电信联盟）继H.261之后，制订的活动图象压缩编码标准，它提供了甚低码率（低于64kbit/s）下视频图象压缩码的建议和视频码流的句法和语义规定等。
H.263.可用于可视电话极低比特率的编解码器。
例如：由于可用信道较窄(公用电话交换网,Internet,窄带无线等),活动图像的数据量很大,通常要对源信号进行300倍以上的压缩。
可视电话信号经过H.263压缩再经过V.34调制后，码流压缩到28.8Kb/s，其视频为20Kb/s左右，可沿公用电话交换网PSTN传送。
被编码的信号格式可以是S-QCIF(128*96*29.97),彩色取样4：2：0，也可是QCIF,CIF或更大的输入格式，帧频较低。
该编码器提供与H.261同样的质量，但比特数减少一半。
先简单介绍一下图像编码的步骤和方法：一般来说,图像编码分三个阶段:第一是信号处理阶段,它是把图像信号进行变换、处理,使数据处于容易压缩、量化的状态;第二是量化阶段,量化是用少量值表示多量值的过程,这里产生压缩,同时也产生失真;第三是无失真编码,即产生输出数据流。
对图象采用不同的处理、量化和熵编码方法,就产生了不同的图象编码方法。
经典的编码方法是基于信息论的理论框架,对图像进行线性处理,产生信息保持或限失真的压缩图象。
主要有三大类:预测法、变换法、和统计法。
1、预测法的基本思想是:根据数据的统计特性得到预测值,然后传输图像像素与其预测值的差值信号,使传输的数码率降低,达到压缩的目的。
预测法简单经济,编码效率高,常用的方法有:PCM、DPCM、ADPCM等。
预测法的主要问题是预测器的设计,一般都采用以最小均方误差(MMSE)为准则的最佳预测设计;2、变换法的基本思想是:首先把图像分块,例如8×8、1 6×1 6的像素块,然后再逐块进行正交变换,去掉样本间的相关性。
再对变换系数进行量化、编码。
H.264和H.265编码标准的区别
H.264和H.265编码标准的区别，你真的了解吗？“H.264”和“H.265”这两个名词，在录播行业的应用宣传中频频露脸。
这其实是两种视频编码标准，本期小课堂就来简单介绍这两种标准和它们的区别。
H.264和H.265属于H.26x系列视频编码标准，由国际数字视频编码技术的标准化组织VCEG(Video Code Expert Group)制定，应用于实时视频通信领域，其中H.262和H.264则由VCEG和运动图像专家组MPEG(Motion Picture Expert Group)两个组织共同定制。
一、先来了解一下H.26x系列视频编码的发展进程。
H.261最早的运动图像压缩标准，应用于双向声像业务，如可视电话、视频会议。
H.262在25fps(PAL)或30fps(NTSC)的固定帧率下达到720x576像素成像，在消费类电子视频设备中广泛使用。
H.263为低码流通信而设计的标准草案，后续修订发布了标准版的H.263+和H.263++，进一步提高压缩编码性能和应用的灵活度。
二、接下来就是我们今天科普的“主人公”了。
H.264是在传统的混合编码系统基础上进行优化，相同的重建图像质量下，H.264比H.263+减小50%码率，具有更高的压缩比、更好的IP和无线网络信道适应性。
高压缩率减少了图像数据量，低于2Mbps的速度可以实现标清(分辨率在1280P*720以下)数字图像传送。
而H.265标准，则围绕H.264去粗取精，融入全新的SAO(一种参考帧补偿技术)技术，提高帧间预测的准确度。
在并行实现方面也采用了WPP(WavefrontParallelProcessing)和Tile 技术，充分发挥当前主流处理器的多核并行能力。
H.265整体改善了码流、编码质量、延时和算法复杂度之间的关系，达到最优化设置。
反复的质量比较测试表明，相同的图象质量下，通过H.265编码的视频码流大小比H.264减少大约39-44%，低于1.5Mbps的传输带宽下，即可实现1080P。
运动图像国际压缩标准MPEG
Y
U
V
两个色度块（U，V） 4个88的亮度块
宏块的组成
efficient coding
- temporal redundancies of successive images
random access
- images are coded individually.
MPEG supports four types of image coding.
I P B D
I帧(帧内图像intra frame),是对整幅图像采用JPEG编 码的图像，是一个独立的帧，其信息由自身画面决 定，不需要参照其他画面而产生，是P图和B图的参 考图。 P图（前向预测帧Predicted Picture）,参照前一幅 I或P图像做运动补偿编码。 B图像(双向预测 Bidirectional Prediction)，它 参照前一幅和后一幅I或P图像做双向运动补偿编码。
宏块
获得高速压缩的关键是去掉尽可能多的冗余，在静 止图像压缩方面，MPEG和JPEG算法几乎是一样的。 首先把图像转换成YUV空间。Y分量被划分成1616的 小块，U及V分量被划分成88；然后，把1616亮度 块再划分成4个88块，这样88块就可以进行DCT变 换。 由一个1616像素的亮度信息和两个88像素的色度 信息组成的块称为宏块。一幅静态图像就是由许多 这样的宏块组成。对于分辨率为352240的NTSC制式 的一幅图像，有2215=330个宏块组成。对于分辨率 是352288的PAL制式的一幅图像，有2218=396个宏 块组成。
MPEG
国际标准化组织(International Organization for Standardization，ISO)和国际电工委员 会(International Electro-technical Commission，IEC)联合成立ISO/IEC JTC1/SC29/WG11，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 MPEG标准主要有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和 正在制定的MPEG-7等。
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DVD数据率估算
电视图像的数据率压缩成平均为3.5 Mb/s ～ 4.7 Mb/s时非专家难于区分电 视图像在压缩前后的之间差别。 按照数字电视信号的平均数据传输率为4.1 Mb/s来计算，压缩比要达到：
125/4.10=31:1
10.2数据压缩算法
种类 统计
特性
内容
压缩方法 变换编码，预测编码
SNR scalable(信 支持基本配置(Main Profile)提供的所有功能和信噪比 噪比可变) 可变编码(SNR scalable coding)算法(2层) 子采样格式：YUV：4:2:0 Main (基本) Simple (简化) 非可变速率编码算法支持随机存取，B图像预测方式 子采样格式：YUV：4:2:0 除不支持基本配置(Main Profile)提供的B图像预测功能 外，基本配置的其他所有功能都支持 子采样格式：YUV：4:2:0
空间分辨率可变性(Spatial Scalability)
图像的空间分辨率的折中，对于低速率的接受器使用比 较低的图像分辨率，而对于数据率比较高的接受器使用 比较高的图像分辨率
时间分辨率可变性(Temporal Scalability)
图像在时间方向上分辨率的折中
MPEG-2的配置
tools)可以明显提高场景中电视图像对象的压缩效率。
电视图像编码方案
MPEG-4 Video验证模型对每个电视图像对象(VO)的形状、 移动和纹理信息进行编码形成单独的VOL层，以便能够单独对 电视图像对象(VO)进行解码。 如果输入图像序列只包含标准的矩形图像，就不需要形状编码， 在这种情况下，MPEG-4 Video使用的编码算法结构也就与 MPEG-1和MPEG-2使用的算法结构相同。 MPEG-4 Video验证模型对每个电视图像对象区(VOP)进行 编码使用的压缩算法是在MPEG-1和MPEG-2 Video标准的 基础上开发的，它也是以图像块为基础的混合DPCM和变换编 码技术(hybrid DPCM/Transform coding)。 MPEG-4编码算法也定义了帧内电视图像对象区(I-VOP)编 码方式和帧间电视图像对象区预测(P-VOP)编码方式，它也 支持双向预测电视图像对象区(B-VOP)方式。 在对电视图像对象区(VOP)的形状编码之后，颜色图像序列分 割成宏块进行编码
图象分类
帧内图像I，预测图像P和双向预测图像B
帧内图象压缩
I图象压缩基本过程
如果电视图像是用RGB空间表示的，则首先把它转换成 YCrCb空间表示的图像。 每个图像平面分成8×8的图块，对每个图块进行离散余弦变换 DCT(discrete Cosine Transform)。 DCT变换后经过量化的交流分量系数按照Zig-zag的形状排序， 然后再使用无损压缩技术进行编码。 DCT变换后经过量化的直流分量系数用差分脉冲编码 DPCM(Differential Pulse Code Modulation)，交流 分量系数用行程长度编码RLE(run-length encoding)， 然后再用霍夫曼(Huffman)编码或者用算术编码。
Cr (R-Y):
Cb (B-Y):
总计: 27兆样本/秒×10比特/样本 = 270兆比特/秒
10.1电视图象数据率
如屏幕分辨率为720x480，子采样是4:1:1则
亮度(Y): 720×480×30×10= 104 Mb/s (NTSC) 720×576×25×10 = 104 Mb/s (PAL) 色差(Cr，Cb) 2×360×240×30×10= 52 Mb/s (NTSC) 2×360×288×25×10 =52 Mb/s (PAL) 总计: ～ 156 Mb/s
如果每个样本的采样精度由10比特降为8比特，彩 色数字电视信号的数据传输率就降为125 Mb/s。
VCD数据率估算
Video-CD存储器来存储数字电视，数据传输率可达到 1.4112 Mb/s，其中电视信号的数据传输率为1.15 Mb/s 如果存储125Mb/s的数字电视信号就需要对它进行高度压缩， 压缩比高达125/1.15 = 109:1 把NTSC和PAL数字电视转换成公用中分辨率格式CIF的数字 电视，相当于VHS(Video Home System)的质量： 352×240×30×8×1.5= 30 Mb/s (NTSC) 352×288×25×8×1.5 = 30 Mb/s (PAL)。 彩色电视信号存储到CD盘上所需要的压缩比为： 30/1.15 = 26:1。 是MPEG-1技术所能获得的压缩比。
4:2:0 1440×115 2×60 60 Mb/s I, P, B
4:2:0, 4:2:2 1440×115 2×60 60 Mb/s I, P, B
MPEG-2配置与等级
(等级＼ 配置)
Main (基本级)
Simple (简化型)
4:2:0 720×576 ×30 15 Mb/s I, P
Main (基本型)
帧间预测，移动补偿 轮廓编码，区域分割 基于知识的编码 非线性量化，位分配
空间冗余 像素间的相关性
时间冗余 时间方向上的相关性 图像本身的构造 收发两端对人物的共 有认识 人的视觉特性
图像构造冗余 知识冗余 视觉冗余
其他
不确定性因素
视频压缩基本方法
① 在空间方向上，图像数据压缩采用 JPEG(Joint Photographic Experts Group)压缩算法来去掉冗余信息。 ② 在时间方向上，图像数据压缩采用移动 补偿(motion compensation)算法来去 掉冗余信息。
720 样本/行
576 行/帧 30 帧/秒 15 兆比特/秒 352 样本/行
LOW
(低级)
288 lines/frame
30 frames/s 4 Mb/s
288 行/帧
30 帧/秒 4 兆比特/秒
MPEG-2配置与等级
(等级＼配 置)
High (高级)
Simple (简化型)
Main (基本型)
亮度(Y):
858样本/行×525行/帧×30帧/秒×10比特/样本 = 135兆比特/ 秒(NTSC) 864样本/行×625行/帧×25帧/秒×10比特/样本 = 135兆比特/ 秒(PAL) 429样本/行×525行/帧×30帧/秒×10比特/样本 = 68兆比特/秒 (NTSC) 429样本/行×625行/帧×25帧/秒×10比特/样本 = 68兆比特/秒 (PAL) 429样本/行×525行/帧×30帧/秒×10比特/样本 = 68兆比特/秒 (NTSC) 429样本/行×625行/帧×25帧/秒×10比特/样本 = 68兆比特/秒 (PAL)
4:2:0 352×288 ×30 4 Mb/s I, P, B
MPEG-4编码标准
MPEG-4 Video编码算法支持由MPEG-1和 MPEG-2提供的所有功能，包括对各种输入格式 下的标准矩形图像、帧速率、位速率和隔行扫描图 像源的支持。 MPEG-4 Video算法的核心是支持内容基 (content-based)的编码和解码功能，也就是对 场景中使用分割算法抽取的单独的物理对象进行编 码和解码。 实现预想的内容基交互等功能，MPEG-4 Video 验证模型引进了一个叫做“电视图像对象区 (Video Object Plane，VOP)”的概念 。
配置(Profile)
High (高档)
算法(Algorithms)
支持由空间分辨率可变配置(Spatial Scalable Profile) 提供的所有功能和其他规定功能 子采样格式：YUV 4:2:2 用于进一步提高图像质量
Spatial scalable (空间分辨率)
支持信噪比可变配置(SNR Scalable Profile)提供的所 有功能和空间分辨率可变(Spatial scalable coding)算 法(2层)。子采样格式：YUV：4:2:0
电视图像对象区
电视图象对象区
编码器输入的是任意形状的图像区，图像区的形状和位置也可随 帧的变化而改变。 属于相同物理对象的连续的电视图像对象区(VOP)组成电视图像 对象(Video Objects，VO)。 MPEG-4可单独对属于相同电视图像对象(VO)的电视图像区 (VOP)的形状、移动(motion)和纹理(texture)信息进编码和 传送，或者把它们编码成一个单独的电视图像对象层(Video Object Layer，VOL)。 电视图像对象层(VOL)的信息也包含在编码后的位流 (bitstream)中，信息包括各种电视图像对象层(VOL)的电视图 像在接收端应该如何进行组合，以便重构完整的原始图像序列。 MPEG-4采用内容基编码方法的重要优点是，使用合适的和专门 的对象基移动预测工具(object-based motion prediction
HIGH 1440
(高级1440)
1152 lines/frame
60 frames/s 60 Mb/s
1152 行/帧
60 帧/秒 60 兆比特/秒
MPEG-2的等级
720 samples/line
MAIN (基本级) 576 lines/frame 30 frames/s 15 Mb/s 352 samples/line
预测图像P的压缩编码算法
预测图像的编码也是以图像宏块 (macroblock)为基本编码单元，一个宏 块定义为I×J像素的图像块，一般取 16×16。 预测图像P使用两种类型的参数来表示：一 种参数是当前要编码的图像宏块与参考图像 的宏块之间的差值，另一种参数是宏块的移 动矢量。
预测图象P
运动图像压缩标准
13.1电视图象数据率