动态图像压缩.ppt
合集下载
数字图像处理图像压缩ppt课件
图像熵值
6
H Pxi log2 Pxi i 1 0.4log2 0.4 0.3log2 0.3 2 0.1log2 0.1
0.06log2 0.06 0.04log2 0.04
2.14bit
平均码长 N与H接近，N H
第七章 图像压缩
7.2 基础知识 7.2.1 数据冗余
• 数据冗余旳概念
数据是用来表达信息旳。假如不同旳措施为表 达给定量旳信息使用了不同旳数据量，那么使用 较多数据量旳措施中，有些数据必然是代表了无 用旳信息，或者是反复地表达了其他数据已表达 旳信息，这就是数据冗余旳概念。
第七章 图像压缩
7.2.1 数据冗余
元素
xi
x1
x2 x3 x4
x5
x6
概率 P(xi) 0.4 0.3 0.1 0.1 0.06 0.04
编码 wi 1 00 011 0100 01010 01011
第七章 图像压缩
x1 0.4
0.4
x2 0.3
0.3
x3 0.1
0.1
x4 0.1
0.1 (0100)
x5 0.06 (01010) 0.1(0101)
例如：原图像数据：234 223 231 238 235 压缩后数据：234 -11 8 7 -3
第七章 图像压缩
7.2.1 数据冗余
• 什么是心理视觉冗余？
这是因为眼睛对全部视觉信息感受旳敏捷度 不同。在正常视觉处理过程中多种信息旳相对主 要程度不同。 有些信息在一般旳视觉过程中与另 外某些信息相比并不那么主要，这些信息被以为 是心理视觉冗余旳，清除这些信息并不会明显降 低图像质量。
• 三种基本旳数据冗余
编码冗余 像素间冗余 心理视觉冗余
6
H Pxi log2 Pxi i 1 0.4log2 0.4 0.3log2 0.3 2 0.1log2 0.1
0.06log2 0.06 0.04log2 0.04
2.14bit
平均码长 N与H接近，N H
第七章 图像压缩
7.2 基础知识 7.2.1 数据冗余
• 数据冗余旳概念
数据是用来表达信息旳。假如不同旳措施为表 达给定量旳信息使用了不同旳数据量，那么使用 较多数据量旳措施中，有些数据必然是代表了无 用旳信息，或者是反复地表达了其他数据已表达 旳信息，这就是数据冗余旳概念。
第七章 图像压缩
7.2.1 数据冗余
元素
xi
x1
x2 x3 x4
x5
x6
概率 P(xi) 0.4 0.3 0.1 0.1 0.06 0.04
编码 wi 1 00 011 0100 01010 01011
第七章 图像压缩
x1 0.4
0.4
x2 0.3
0.3
x3 0.1
0.1
x4 0.1
0.1 (0100)
x5 0.06 (01010) 0.1(0101)
例如：原图像数据：234 223 231 238 235 压缩后数据：234 -11 8 7 -3
第七章 图像压缩
7.2.1 数据冗余
• 什么是心理视觉冗余？
这是因为眼睛对全部视觉信息感受旳敏捷度 不同。在正常视觉处理过程中多种信息旳相对主 要程度不同。 有些信息在一般旳视觉过程中与另 外某些信息相比并不那么主要，这些信息被以为 是心理视觉冗余旳，清除这些信息并不会明显降 低图像质量。
• 三种基本旳数据冗余
编码冗余 像素间冗余 心理视觉冗余
医学图像压缩技术52页PPT
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼Байду номын сангаас的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
医学图像压缩技术
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
医学图像压缩技术
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
冀教版七年级全一册信息技术课件 第9课 动态图像(共13张PPT)
模拟视频信号经过计算机视频卡转换成数字视频信号，才能被计算机 处理。在多媒体作品中使用的视频是指数字视频，它们以文件的形式存储 在计算机中。常用的视频文件格式有AVI、MPEG、WMV等。
数字化处理后的视频有许多优点：可以不失真地进行无限次复制；可 以使用视频编辑软件进行非线性编辑，大大提高了编辑效率，而且能很容 易地实现各种特技效果；可以很方便地把视频融入计算机软件，以实现交 互控制。
2
数字视频压缩
为了看到更清晰的动态图像，我们总是希望多媒体中的动态图像或 画面要尽可能大，颜色要尽可能多。但画面大、颜色多，数据量就必然 大。数据量大对多媒体计算机的档次要求就高，否则播放效果就差。要 解决这些矛盾，就必须对视频信号进行压缩。
视频信号属于动态图像信号。动态图像压缩采用的技术是存储一些 关键帧，而对于关键帧之间的帧，只存储相对于关键帧来讲图像有变化 的数据。在压缩动态图像时，存储的关键帧越多，整个视频的质量就会 越好，但是压缩的倍数就越低。
数字视频压缩最常用的是MPEG压缩标准，其压缩比可以达到100：1 至200：1。其实，经过压缩后的动态图像数据量也是相当可观的，通常 需要使用光盘存储。
3
视频的编辑处理
使用视频编辑软件可以剪辑采集到的视频素材，还可以为视频素材 增加文字标题、声音旁白、背景音乐、视频过渡等效果。利用巧妙构思， 加上相应的编辑技术，当不同的视频片断组接在一起时，就会产生不同 的含义。
4
动画
动画（Animation）和视频一样，都属于动态图像，它也是由一系列 的静止画面按一定的时间顺序排列，并以一定的速度连续播放而形成的。 动画在多媒体中是一种常用的信息表达形式。
动画和视频的产生方式不同。视频是用摄像机拍摄的，而动画一般是 由人工设计、制作生成的特殊场景和事物，是一种非现实的模拟景物。
数字化处理后的视频有许多优点：可以不失真地进行无限次复制；可 以使用视频编辑软件进行非线性编辑，大大提高了编辑效率，而且能很容 易地实现各种特技效果；可以很方便地把视频融入计算机软件，以实现交 互控制。
2
数字视频压缩
为了看到更清晰的动态图像，我们总是希望多媒体中的动态图像或 画面要尽可能大，颜色要尽可能多。但画面大、颜色多，数据量就必然 大。数据量大对多媒体计算机的档次要求就高，否则播放效果就差。要 解决这些矛盾，就必须对视频信号进行压缩。
视频信号属于动态图像信号。动态图像压缩采用的技术是存储一些 关键帧，而对于关键帧之间的帧，只存储相对于关键帧来讲图像有变化 的数据。在压缩动态图像时，存储的关键帧越多，整个视频的质量就会 越好，但是压缩的倍数就越低。
数字视频压缩最常用的是MPEG压缩标准，其压缩比可以达到100：1 至200：1。其实，经过压缩后的动态图像数据量也是相当可观的，通常 需要使用光盘存储。
3
视频的编辑处理
使用视频编辑软件可以剪辑采集到的视频素材，还可以为视频素材 增加文字标题、声音旁白、背景音乐、视频过渡等效果。利用巧妙构思， 加上相应的编辑技术，当不同的视频片断组接在一起时，就会产生不同 的含义。
4
动画
动画（Animation）和视频一样，都属于动态图像，它也是由一系列 的静止画面按一定的时间顺序排列，并以一定的速度连续播放而形成的。 动画在多媒体中是一种常用的信息表达形式。
动画和视频的产生方式不同。视频是用摄像机拍摄的，而动画一般是 由人工设计、制作生成的特殊场景和事物，是一种非现实的模拟景物。
图像压缩原理资料课件
三维立体图像压缩
总结词
三维立体图像提供了更真实的视觉体验，但其数据量巨大，对压缩技术提出了更高的要求。
详细描述
三维立体图像的压缩需要同时考虑空间和深度信息，目前主要采用基于深度学习的方法进行压缩，同时还需要解 决如何保留立体感的问题。
人工智能辅助的图像压缩
总结词
人工智能技术的发展为图像压缩提供了新的思路和方法。
图像压缩的应用
数字电视广播
数字电视广播需要传输大量的视频数 据，图像压缩技术可以有效减少数据 量，提高传输效率和图像质量。
数字电视广播采用MPEG、H.264等图 像压缩标准，实现高效的数据压缩和 传输，满足大规模广播覆盖的需求。
互联网图像传
在互联网上传输图像时，由于带宽限制和网络拥堵，需要采 用图像压缩技术来减小图像文件的大小，加快传输速度。
常见的互联网图像传输格式包括JPEG、PNG等，这些格式采 用不同的压缩算法，以在保证图像质量的前提下尽可能减小 文件大小。
医学影像存储与传
医学影像如CT、MRI等包含大量的数据信息，直接存储和传输成本较高，因此需 要采用图像压缩技术进行压缩。
医学影像压缩对于远程诊断、会诊和医学教育等方面具有重要意义，可以降低存 储成本、加快传输速度并提高图像质量。
有损压缩
有损压缩会丢失一些数据，但压 缩率较高，常用的算法有JPEG、 MPEG等。
图像压缩标准
01
02
03
JPEG
主要用于静态图像压缩， 广泛应用于网络传输和数 字相机等领域。
JPEG2000
相对于JPEG有更高的压缩 比和更好的图像质量，尤 其在处理医学图像和遥感 图像方面有优势。
MPEG
主要用于视频压缩，包括 MPEG-1、MPEG-2、 MPEG-4等，广泛应用于 音视频存储、传输和播放 。
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。
第八章图像压缩ppt课件
信源的平均码长 lavg>=H(X) ；也就是说熵是无失真
编码的下界.
如果所有 I(xk) 都是整数,且l(xk)=I(xk),可以使平均
码长等于熵.
对非等概率分布的信源,采用不等长编码其平均码
长小于等长编码的平均码长.
如果信源中各符号的出现概率相等,信源熵值达到
最大
最新课件
29
编码的分类
根据对象的不同，可以分为静止图像编码、活动图像
8.1 基础知识
数据与信息之间的关系：数据是信息传送的手段；相同数量的信息可
以用不同数量的数据表示；
数据压缩指减少表示给定信息量所需的数据量；
图像压缩所解决的问题是尽量减少表示数字图像时所需的数据量；
n
压缩率： C R 1
n2
相对数据冗余： R D 1 1
CR
在数字图像压缩中,可以确定三种基本的数据冗余: 编码冗余、像
息间的相关性时，是无失真代码平均长度比特数的下限。
例如
x1 , x2 , x3 , x4
X 1 1 1 1
,
,
,
2 4 8 8
N
7
H
(X
)
p
i log
2p
i
4
i
1
说明该信源编码平均码长最短情况下为7/4，不能再小，
否则就会引起错误，而平均码长比此数大许多时，就表明
先被压缩而后被解压缩的输出图像的函数时,就说这个函
数是基于客观保真度准则的.
假设 f x, y 表示输入图像，fˆx, y 表示由对输入先压缩得到的
ˆ
fˆx,的
y 误
xx
编码的下界.
如果所有 I(xk) 都是整数,且l(xk)=I(xk),可以使平均
码长等于熵.
对非等概率分布的信源,采用不等长编码其平均码
长小于等长编码的平均码长.
如果信源中各符号的出现概率相等,信源熵值达到
最大
最新课件
29
编码的分类
根据对象的不同，可以分为静止图像编码、活动图像
8.1 基础知识
数据与信息之间的关系：数据是信息传送的手段；相同数量的信息可
以用不同数量的数据表示；
数据压缩指减少表示给定信息量所需的数据量；
图像压缩所解决的问题是尽量减少表示数字图像时所需的数据量；
n
压缩率： C R 1
n2
相对数据冗余： R D 1 1
CR
在数字图像压缩中,可以确定三种基本的数据冗余: 编码冗余、像
息间的相关性时，是无失真代码平均长度比特数的下限。
例如
x1 , x2 , x3 , x4
X 1 1 1 1
,
,
,
2 4 8 8
N
7
H
(X
)
p
i log
2p
i
4
i
1
说明该信源编码平均码长最短情况下为7/4，不能再小，
否则就会引起错误，而平均码长比此数大许多时，就表明
先被压缩而后被解压缩的输出图像的函数时,就说这个函
数是基于客观保真度准则的.
假设 f x, y 表示输入图像，fˆx, y 表示由对输入先压缩得到的
ˆ
fˆx,的
y 误
xx
图像有损压缩课件
3.图像有损压缩技术
• 3.1 图像有损压缩介绍 • 3.2 常见有损压缩技术
3.1有损压缩介绍
• 虽然人们总是期望无损压缩，但冗余度很少的信息对象用 无损压缩技术并不能得到可接受的结果。当使用的压缩方 法会造成一些信息损失时，关键的问题是看这种损失的影 响。有损压缩经常用于压缩音频、灰度或彩色图像和视频 对象等，因为它们并不要求精确的数据。在由音频、彩色 图像、视频以及其他专门数据组成的多媒体对象中，可以 单独使用有损压缩技术，也可与无损压缩技术共同使用。
傅立叶变换转换到频率域，就只需要几点就可以表示这个
相同的信号。如我们已经看到的那样，原因就是信号只含
有少量的频率成分。这允许在频率域中只用几个数据点就
可以表示信号，而在时间域中表示则需要大量数据点
• 这一技术可以应用到彩色图像上。彩色图像有像素组成， 这些像素具有RGB彩色值。每个像素都带有x，y坐标，对 每种原色使用8x8或者16x16矩阵。在灰度图像中像素具 有灰度值，它的x，y坐标由灰色的幅度组成。为了在 JPEG中压缩灰度图像，每个像素被翻译为亮度或灰度值。
3.2.1预测编码
• 预测编码是根据离散信号之间存在着一定关联性的特点， 利用前面一个或多个信号预测下一个信号进行，然后对实 际值和预测值的差（预测误差）进行编码。如果预测比较 准确，误差就会很小。在同等精度要求的条件下，就可以 用比较少的比特进行编码，达到压缩数据的目的。
• 预测编码中典型的压缩方法有脉冲编码调制（PCM Pulse Code Modulation）、差分脉冲编码调制（DPCM， Differential Pulse Code Modulation）、自适应差分脉冲 编码调制（ADPCM，Adaptive Differential Pulse Code Modulation）等，它们较适合于声音、图像数据的压缩， 因为这些数据由采样得到，相邻样值之间的差相差不会很 大，可以用较少位来表示。
第五部分小波图像压缩技术教学课件
EZW解码
解码过程的主要步骤包括：接收编码器发送的解码信息后，设置阈值， 构造逆量化器。解读位流中包含的位置信息和小波系数信息。
第一次解码 解码器接收到的信息：32/ PNZTPTTTTZTTZZZZZPZZ/1010
重要的小波系数与其量化符号有如下的对应关系：
D 1P N Z T P T T T T Z T T Z Z Z Z Z P Z Z
SPIHT编码的主要步骤
Check the significance of all trees in the LIS according to the type of tree type:
For a tree of type D: If it is significant, output 1, and code its children: • If a child is significant, output 1, then a sign bit and add it to the LSP • If a child is insignificant, output 0 and add it to the end of LIP. • If the children have descendants, move the tree to the end of LIS as type L, otherwise remove it from LIS.
T0 32
EZW编码
2. 主扫描
输入小波系数
是
否
是否为重要系数？
系数正负号？
是否为零树的 子孙系数？
是 不编码
否
是
它的子孙系数
否
存在重要系数？
P
N
Z
小波系数编码流程图
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
– 从两个运动矢量及组合中找出效果最好的一个 作为当前块的运动矢量
2019/10/26
40
双向预测示意图
X
存在于 后一帧图像 (Z)
2019/10/26
Z
存在于 前一帧图像 (X)
Y
41
B图像编码算法框图
2019/10/26
42
IBP压缩效率
• IBP具有不同的压缩效率：
– I图像效率最低，假定比特速率为1 – P图像效率比I图像高一倍，比特速率为0.5 – B图像比P图像高一倍，比特速率为0.25
差值图像在空间上的相关性
• 问题：
– 当图像中物体在移动时，直接计算对应像素的差值会 使差值很大
• 解决方法：
– 进行运动估计和运动补偿
2019/10/26
31
运动补偿的概念示意图
2019/10/26
32
P图像压缩编码框图
2019/10/26
33
运动矢量示意图
2019/10/26
34
搜索窗口示例
(1)运动图像序列：包含一个表头(定义了图像宽、高、像 素长宽比、帧速率、位速率、缓冲区尺寸等重要参数)， 一组或多组图像和序列结束标志；
(2)图片组：由一系列图像组成，可以从运动序列中随机 存取；
(3)图像：由一个亮度信号和两个色度信号组成； (4)块：由一个8X8的亮度信息或色度信息组成； (5)宏块：由一个16X16的亮度信息和两个8X8的色度信
25
(2)空间冗余：像素间的相关性 解决办法： n 使用3种画面：内帧I、预测帧P和内插帧B n 内帧单独编码，经过中度压缩，可以作为随
机访问点； n 预测帧以参考帧(I或P)为基础编码，又作为
后面预测帧的参考帧； n 内插帧以前后两个参考帧为基础编码，本身
不能作为参考帧。内插帧的压缩率最高。
26
frame difference)最小
2019/10/26
36
三种判决准则的计算公式
2019/10/26
37Biblioteka 效果最优的搜索方法：全搜索
• 对搜索窗口中的每个象素均计算其差值 • 最小的差值对应的位置即为运动适量 • 获得的运动矢量是全局最优的 • 缺点：计算量极其庞大，假定窗口大小为
32×32，则：
10
④MPEG-2 Conformance testing ⑤MPEG-2 Software simulation ⑥MPEG-2 Extensions for DSM-CC，数
字存储媒体命令和控制扩展协议 ⑦MPEG-2 AAC，是多声道声音编码算法
标准 ⑧MPEG-2 Extension for real time
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。 5. MPEG-1 Software simulation，给出了用软 件执行MPEG-1标准前3个部分的结果。
7
MPEG-1图像组织结构
在保证图像质量的前提下，仅靠帧内编码很难 达到高压缩比，而满足随机访问条件的最好方法 则是帧内编码。
2
MPEG的任务
针对动态图像编码制定标准，不仅局限于压 缩，而是涉及多媒体数据的采集、加工、 存储、发行、传输、保护等一系列技术标 准的建立。
MPEG的标准
• MPEG-1标准 • MPEG-2标准 • MPEG-4标准 • MPEG-21标准
MPEG-1
MPEG-1的发展过程： 从1988年5月开始启动，编号为
MPEG-1视频压缩算法采用两种基本技 术：
一、基于块的运动补偿预测（以缩减时 间冗余）
二、基于DCT的变换编码（以缩减空间 冗余）
MPEG-2
• MPEG-2标准是一个直接与数字电视广播有关的高 质量图像和声音编码标准。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包 含9个部分： ①MPEG-2 Systems，规定电视图像数据、声音 数据及其他相关数据的同步 ②MPEG-2 Video，规定电视数据的编码和解码 ③MPEG-2 Audio，规定声音数据的编码和解码
MPEG-1将图像编码分成三类： I帧：采用与JPEG相类似的编码方法进行编 码，并且在编码时不必参照其他的帧，其压缩比 是比较低的。 P帧：需要利用前面I帧或P帧信息进行编码 和解码，同时又是后续P帧的参照帧。 B帧：需要利用前面和后面的I帧、P帧信息 进行编码和解码，但它本身不可作为参照帧。
MPEG-1视频压缩算法
services)，例如黄页(yellow pages)； n 广播媒体的选择，例如无线电频道，TV频道等； n 多媒体编辑，例如个人电子新闻服务，多媒体
创作等等 n 潜在应用的应用领域包括：教育、娱乐、新闻、
旅游、医疗、购物等等。
18
MPEG-21
为了解决不同网络之间用户的互通问题， MPEG-21致力为多媒体传输和使用定义一 个标准化的，可互操作的和高度自动化的 开放框架，这个框架考虑到了DRM的要求， 对象的多媒体接入以及使用不同的网络和 终端进行传输等问题，这种框架还会在一 种互操作的模式下位用户提供更丰富的信 息。
当前块
搜索窗口
35
运动矢量与运动搜索
• 寻找运动矢量的过程称为运动搜索
• 对窗口中的部分或全部素位置计算差值， 从中找出差值最小者作为运动矢量
• 目前有三种判决标准
– 绝对差值AE (absolute difference)最小 – 均方误差MSE (mean-square error)最小 – 平均绝对帧差MAD (mean of the absolute
息构成； (6)图像切片：由一个或多个连续的宏块构成。
23
24
MPEG视频压缩算法的基本思路
冗余及解决方法 (1)时间冗余：各帧图像在时间方向上的相关性；
解决方法： n 用帧间预测和运动补偿解决时间冗余 n 用变换编码和预测编码解决空间冗余
MPEG算法面临的问题： n 在保证画面质量前提下每帧单独编码，不 能保证高压缩比； n 为了满足随机访问有最好方法是每帧单独 编码；
28
I图像帧的编码
• 编码算法只去除空间相关性 • 不去除任何时间相关性 • 在编解码过程中，I图像可以独立的编码或
解码 • 编码算法与JPEG类似
2019/10/26
29
I图像编码框图
2019/10/26
30
P图像的编码
• 核心：
– 通过计算两幅图像的差值来消除时间方向的冗余 – 对差值图像用类似JPEG的算法进行处理，进一步去除
13
MPEG-4的目标：
提出一种新的方式来传输、访问和操作 数字视听数（Audiovisual Data）。MPEG4计划为多种通讯规范（如电讯、广播和交 互）提供一种普遍的技术解决方案，最终 消除它们之间的差别。
• MPEG-4文件有6个部分，它们是： ① MPEG-4 Systems 系统标准 ② MPEG-4 Video 电视图像标准 ③ MPEG-4 Audio 声音标准 ④ MPEG-4 Conformance Testing 一致性测试 标准 ⑤ MPEG-4 Reference software 参考软件 ⑥ MPEG-4 Delivery Multimedia Integration Framework (DMIF) 传输多媒体集成框架
ISO/IEC11172，于1992年11月达到国际标 准状态（IS Status），是关于1.5Mbit/s数 据传输的数字存储媒体运动图像及其伴音 编码的国际标准。
• MPEG-1是针对当时具有这种数据传输率的 CD-ROM和网络而开发的，用于在CD-ROM 上存储数字影视和在网络上传输数字影视。
• MPEG-1全称为“信息技术——用于数据速率 高达大约1.5 Mbit/s的数字存储媒体的电视图 像和伴音编码”，由五个部分组成：
6
1. MPEG-1 Systems，规定电视图像数据、声 音数据及其他相关数据的同步
2. MPEG-1 Video, 规定电视数据的编码和解 码，
3. MPEG-1 Audio, 规定声音数据的编码和解码， 4. MPEG-1 Conformance testing，说明如何
15
MPEG-7
MPEG-7的工作于1996年启动，叫做多媒 体内容描述接口(Multimedia Content Description Interface)，
MPEG-7涉及的媒体材料可包括静态图像、 图形、3D模型、声音、话音、电视以及 在多媒体演示中它们之间的组合关系。
16
• MPEG-7 目标： 制定一套描述符标准，用 来描述各种类型的多媒体信息及它们之间 的关系，以便更快更有效地检索信息,满足 实时、非实时以及推拉应用的需求。
MPEG-21标准的用户和用户需求：
MPEG-21中的“用户”是一个广义的概念， 可以是世界各地的个人、消费者、团体、 组织、公司、政府以及其它标准化组织和 主体。
MPEG-21标准的应用范围：
MPEG-21的目标是要为多媒体信息的用 户提供透明而有效的电子交易和使用环境。
MPEG数据流的分层结构
interface for systems decoders，系统解 码器实时接口扩展标准 ⑨ MPEG-2 DSM-CC，一致性扩展测试
11
MPEG-2特点: （1）不仅支持帧编码，而且支持场编码。
（2）具有可分级性，使得它更灵活，适应性 更广泛
MPEG-4
MPEG-4是为视听(audio-visual) 数据的编码和交互播放开发算 法和工具，是一个数据速率很 低的多媒体通信标准。
• MPEG-7 功能：与其他MPEG标准互为补 充。MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4是内容 本身的表示，而MPEG-7是有关内容的信息， 是比特的比特
2019/10/26
40
双向预测示意图
X
存在于 后一帧图像 (Z)
2019/10/26
Z
存在于 前一帧图像 (X)
Y
41
B图像编码算法框图
2019/10/26
42
IBP压缩效率
• IBP具有不同的压缩效率：
– I图像效率最低，假定比特速率为1 – P图像效率比I图像高一倍，比特速率为0.5 – B图像比P图像高一倍，比特速率为0.25
差值图像在空间上的相关性
• 问题：
– 当图像中物体在移动时，直接计算对应像素的差值会 使差值很大
• 解决方法：
– 进行运动估计和运动补偿
2019/10/26
31
运动补偿的概念示意图
2019/10/26
32
P图像压缩编码框图
2019/10/26
33
运动矢量示意图
2019/10/26
34
搜索窗口示例
(1)运动图像序列：包含一个表头(定义了图像宽、高、像 素长宽比、帧速率、位速率、缓冲区尺寸等重要参数)， 一组或多组图像和序列结束标志；
(2)图片组：由一系列图像组成，可以从运动序列中随机 存取；
(3)图像：由一个亮度信号和两个色度信号组成； (4)块：由一个8X8的亮度信息或色度信息组成； (5)宏块：由一个16X16的亮度信息和两个8X8的色度信
25
(2)空间冗余：像素间的相关性 解决办法： n 使用3种画面：内帧I、预测帧P和内插帧B n 内帧单独编码，经过中度压缩，可以作为随
机访问点； n 预测帧以参考帧(I或P)为基础编码，又作为
后面预测帧的参考帧； n 内插帧以前后两个参考帧为基础编码，本身
不能作为参考帧。内插帧的压缩率最高。
26
frame difference)最小
2019/10/26
36
三种判决准则的计算公式
2019/10/26
37Biblioteka 效果最优的搜索方法：全搜索
• 对搜索窗口中的每个象素均计算其差值 • 最小的差值对应的位置即为运动适量 • 获得的运动矢量是全局最优的 • 缺点：计算量极其庞大，假定窗口大小为
32×32，则：
10
④MPEG-2 Conformance testing ⑤MPEG-2 Software simulation ⑥MPEG-2 Extensions for DSM-CC，数
字存储媒体命令和控制扩展协议 ⑦MPEG-2 AAC，是多声道声音编码算法
标准 ⑧MPEG-2 Extension for real time
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。 5. MPEG-1 Software simulation，给出了用软 件执行MPEG-1标准前3个部分的结果。
7
MPEG-1图像组织结构
在保证图像质量的前提下，仅靠帧内编码很难 达到高压缩比，而满足随机访问条件的最好方法 则是帧内编码。
2
MPEG的任务
针对动态图像编码制定标准，不仅局限于压 缩，而是涉及多媒体数据的采集、加工、 存储、发行、传输、保护等一系列技术标 准的建立。
MPEG的标准
• MPEG-1标准 • MPEG-2标准 • MPEG-4标准 • MPEG-21标准
MPEG-1
MPEG-1的发展过程： 从1988年5月开始启动，编号为
MPEG-1视频压缩算法采用两种基本技 术：
一、基于块的运动补偿预测（以缩减时 间冗余）
二、基于DCT的变换编码（以缩减空间 冗余）
MPEG-2
• MPEG-2标准是一个直接与数字电视广播有关的高 质量图像和声音编码标准。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包 含9个部分： ①MPEG-2 Systems，规定电视图像数据、声音 数据及其他相关数据的同步 ②MPEG-2 Video，规定电视数据的编码和解码 ③MPEG-2 Audio，规定声音数据的编码和解码
MPEG-1将图像编码分成三类： I帧：采用与JPEG相类似的编码方法进行编 码，并且在编码时不必参照其他的帧，其压缩比 是比较低的。 P帧：需要利用前面I帧或P帧信息进行编码 和解码，同时又是后续P帧的参照帧。 B帧：需要利用前面和后面的I帧、P帧信息 进行编码和解码，但它本身不可作为参照帧。
MPEG-1视频压缩算法
services)，例如黄页(yellow pages)； n 广播媒体的选择，例如无线电频道，TV频道等； n 多媒体编辑，例如个人电子新闻服务，多媒体
创作等等 n 潜在应用的应用领域包括：教育、娱乐、新闻、
旅游、医疗、购物等等。
18
MPEG-21
为了解决不同网络之间用户的互通问题， MPEG-21致力为多媒体传输和使用定义一 个标准化的，可互操作的和高度自动化的 开放框架，这个框架考虑到了DRM的要求， 对象的多媒体接入以及使用不同的网络和 终端进行传输等问题，这种框架还会在一 种互操作的模式下位用户提供更丰富的信 息。
当前块
搜索窗口
35
运动矢量与运动搜索
• 寻找运动矢量的过程称为运动搜索
• 对窗口中的部分或全部素位置计算差值， 从中找出差值最小者作为运动矢量
• 目前有三种判决标准
– 绝对差值AE (absolute difference)最小 – 均方误差MSE (mean-square error)最小 – 平均绝对帧差MAD (mean of the absolute
息构成； (6)图像切片：由一个或多个连续的宏块构成。
23
24
MPEG视频压缩算法的基本思路
冗余及解决方法 (1)时间冗余：各帧图像在时间方向上的相关性；
解决方法： n 用帧间预测和运动补偿解决时间冗余 n 用变换编码和预测编码解决空间冗余
MPEG算法面临的问题： n 在保证画面质量前提下每帧单独编码，不 能保证高压缩比； n 为了满足随机访问有最好方法是每帧单独 编码；
28
I图像帧的编码
• 编码算法只去除空间相关性 • 不去除任何时间相关性 • 在编解码过程中，I图像可以独立的编码或
解码 • 编码算法与JPEG类似
2019/10/26
29
I图像编码框图
2019/10/26
30
P图像的编码
• 核心：
– 通过计算两幅图像的差值来消除时间方向的冗余 – 对差值图像用类似JPEG的算法进行处理，进一步去除
13
MPEG-4的目标：
提出一种新的方式来传输、访问和操作 数字视听数（Audiovisual Data）。MPEG4计划为多种通讯规范（如电讯、广播和交 互）提供一种普遍的技术解决方案，最终 消除它们之间的差别。
• MPEG-4文件有6个部分，它们是： ① MPEG-4 Systems 系统标准 ② MPEG-4 Video 电视图像标准 ③ MPEG-4 Audio 声音标准 ④ MPEG-4 Conformance Testing 一致性测试 标准 ⑤ MPEG-4 Reference software 参考软件 ⑥ MPEG-4 Delivery Multimedia Integration Framework (DMIF) 传输多媒体集成框架
ISO/IEC11172，于1992年11月达到国际标 准状态（IS Status），是关于1.5Mbit/s数 据传输的数字存储媒体运动图像及其伴音 编码的国际标准。
• MPEG-1是针对当时具有这种数据传输率的 CD-ROM和网络而开发的，用于在CD-ROM 上存储数字影视和在网络上传输数字影视。
• MPEG-1全称为“信息技术——用于数据速率 高达大约1.5 Mbit/s的数字存储媒体的电视图 像和伴音编码”，由五个部分组成：
6
1. MPEG-1 Systems，规定电视图像数据、声 音数据及其他相关数据的同步
2. MPEG-1 Video, 规定电视数据的编码和解 码，
3. MPEG-1 Audio, 规定声音数据的编码和解码， 4. MPEG-1 Conformance testing，说明如何
15
MPEG-7
MPEG-7的工作于1996年启动，叫做多媒 体内容描述接口(Multimedia Content Description Interface)，
MPEG-7涉及的媒体材料可包括静态图像、 图形、3D模型、声音、话音、电视以及 在多媒体演示中它们之间的组合关系。
16
• MPEG-7 目标： 制定一套描述符标准，用 来描述各种类型的多媒体信息及它们之间 的关系，以便更快更有效地检索信息,满足 实时、非实时以及推拉应用的需求。
MPEG-21标准的用户和用户需求：
MPEG-21中的“用户”是一个广义的概念， 可以是世界各地的个人、消费者、团体、 组织、公司、政府以及其它标准化组织和 主体。
MPEG-21标准的应用范围：
MPEG-21的目标是要为多媒体信息的用 户提供透明而有效的电子交易和使用环境。
MPEG数据流的分层结构
interface for systems decoders，系统解 码器实时接口扩展标准 ⑨ MPEG-2 DSM-CC，一致性扩展测试
11
MPEG-2特点: （1）不仅支持帧编码，而且支持场编码。
（2）具有可分级性，使得它更灵活，适应性 更广泛
MPEG-4
MPEG-4是为视听(audio-visual) 数据的编码和交互播放开发算 法和工具，是一个数据速率很 低的多媒体通信标准。
• MPEG-7 功能：与其他MPEG标准互为补 充。MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4是内容 本身的表示，而MPEG-7是有关内容的信息， 是比特的比特