电视原理课件第04章
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电视原理课件第04章
2020/11/28
电视原理课件第04章
4.1 JPEG标准
ý4.1.1 JPEG
JPEG(Joint Photographic Experts Group)是联合照片(静止)图像专家组的英 文缩写。
电视原理课件第04章
JPEG标准包括两种基本压缩方法。 (1)有损压缩方法：它是以DCT变换为 基础的压缩方法，其压缩比较高，是JPEG
MPEG(Moving Picture Experts Group)是ISO和IEC两个国际组织的 联合技术委员会(JTCI)领导下的运动 图像专家组的英文缩写。
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ý4.3.1 MPEG-1
MPEG专家组于1992年制定了MPEG1 标 准 。 标 准 的 文 件 编 号 为 ISO/IEC11172 。 MPEG-1
(2)主级(Main Level，ML) ML对应于ITU-R601建议的信源格式， 即720×480×29.97或720×576×25，最大 允许输出码率为15Mbit/s，其高型的码率 是20Mbit/s。 (3)高H-1440级(High-1440 Level) H-1440属于高清晰度发展道路上的准 高清晰度级，没有得到实际应用。
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图4-1 JPEG编解码原理框图
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š1．DCT
输 入 端 把 原 始 图 像 分 成 8×8 像 素 块 (Block)之后送入DCT变换器，目的是去除 图像数据的空间冗余。
š2．
利用人眼的视觉特性设计量化表。
š3．
在编码之前，需要把二维的变换系数 矩阵转换为一维序列。
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图4-8MPEG-2压缩编码原理框图
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(4)当B2作为B帧进入编码器时，开关 K1 在下方，K2 在上方，K3 在右方，K4 在 中间。
š3．图像组(Group of Pictures，GOP)
在图4-9所示的图像序列中，每 12帧 中包含1个I帧、3个P帧和8个B帧，称为一 个图像组(GOP)。
电视原理课件第04章
Ê(1)
底层的编码在帧内/帧间判决、自适应 量化和缓存调整方面和不分级编码类似。
Ê(2)
在增强层编码中，首先对底层输出的 量化后的DCT系数进行反量化，然后用未 量化的DCT系数和反量化后的DCT系数相 减求差值，得到修正系数。
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š3．时间可分级(Temporal Scalability)
Ê(2)
MPEG-2以空间和时间可分级方法提 供空间和时间不同分辨率视频格式之间的 兼容。
电视原理课件第04章
Ê(3)MPEG-1与MPEG-2
在 许 多 情 况 下 ， MPEG-2 表 示 成 MPEG-1的一个超集。
Ê(4)MPEG-2
MPEG-2 已 广 泛 应 用 于 DVD ， SDTV 和 HDTV中。
(2)在图像组层中，GOP头中给出了时 间码和紧跟在I幀后面的B图像的预测特性 等信息。
电视原理课件第04章
(3)在图像层中，图像头中给出了时间 参考信息、图像编码类型和VBV(视频缓存 校验器)延时等信息。
(4)在像条层中，像条头中给出了像条 垂直位置、量化因子码等信息。
(5)在宏块层中，其中的宏块类型码中 给出了宏块属性、运动矢量。
MPEG-2分为许多个部分，其中主要
第 一 部 分 系 统 (ISO/IEC13818-1) ， 是 关于多路音频、视频和数据的复用和同步
第 二 部 分 视 频 (ISO/IEC13818-2) ， 主 要涉及各种比特率的数字视频压缩编解码
电视原理课件第04章
第三部分音频(ISO/IEC13818-3)，扩 充了MPEG-1的音频标准，使之成为多通 道音频编码系统，可达到的环绕声5.1声道。
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图4-9图像序列原始顺序
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ý4.4.4
经过编码器编码后，6个视频层次构 成的编码视频码流称为视频基本码流(ES)， 图4-11所示为简化的基本码流结构图。
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图4-11 视频基本码流结构
电视原理课件第04章
(1)在视频序列层中，一个编码的视频 序列由一个序列信头开始，后面跟随一个 图像组头，然后是由许多图像(I，P和B)组 成的一系列GOP，视频序列结束于一个序 列终止码。
(2)无损压缩方法，又称预测压缩方法， 是以二维DPCM为基础的压缩方式，解码 后能完全精确地恢复原图像采样值，其压
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JPEG标准还包括多种工作模式。
Ê(1) Ê(2) Ê(3)分级模式
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ý4.1.2 JPEG压缩编码算法
基 于 DCT 的 JPEG 编 解 码 原 理 框 图如图4-1所示。
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ý4.2.1
H.261与H.263的图像格式如表4-13所 示。
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其 中 ， CIF(Common Intermediate Format)为通用中间格式，QCIF (Quarter CIF)为1/4通用中间格式，SQCIF为扩展的 通用中间格式，4CIF为4倍的通用中间格 式，16CIF为16倍的通用中间格式。
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ý4.2.2 H.261
在H.261算法中，不仅使用了JPEG算 法中的帧内压缩，还使用了帧间预测和运 动补偿技术。下面简单介绍H.261编码算法。 H.261编码器框图如图4-3所示。
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图4-3 H.261编码器框图
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4.3 MPEG标准简介
在MPEG-2压缩编码算法中，不仅包 括 了 JPEG 算 法 中 的 DCT 、 自 适 应 量 化 和 熵编码等一系列帧内编码方法，更重要的 是利用了帧间运动补偿技术。
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š1．I，P和B
Ê(1)帧内编码图像(Intra Picture) Ê(2) 前 向 预 测 编 码 图 像 (Predicated
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MPEG-1标准的目标主要包括以下几
(1)在图像和声音的质量上必须高于可 视电话和会议电视的声像质量，至少应达 到VHS
(2)压缩后的数码率应能存储在光盘、 数字录音带DAT或可写磁光盘等媒体中；
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(3)压缩后的码率应与目前的计算 机网络传输码率相适配，为1.2～ 1.5Mbit/s
(6)最后一层是块层，给出了其DCT系 数。
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ý4.4.5 MPEG-2的可分级编码
分级(Scalability)编码使原本一体的码 流呈现一种分级结构，使其中的部分码流 可单独解码，从而可得到不同的分辨率和 所需的码率。
可分级编解码的意义在于其码流的独 立分层及可分层叠加，从而使该码流适应 不同环境的传输信道和不同用户需求的能 力大大增加。
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Ê(3)信杂比可分级型SNR(SNR Scalable)
Ê(4) 空 间 可 分 级 型 (Spatial Scalable
Profile，SSP)
Ê(5)高型(High Profile，HP) Ê(6)4∶2∶2型(4∶2∶2Profile) Ê(7)多视点型(Mulitiview Profile，MVP)
š4．
混合可分级性(Hybrid Scalability)是 空间、SNR和时间可分级的混合，产生两 个以上的视频层，以支持更多需求的应用。 下面介绍混合可分级在数字电视领域中的 应用。
Ê(1)空间和SNR
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Ê(2) Ê(3)时间和SNR
š5．
在信道和发射功率受到限制时，往往 希望能够在比较差的条件下收到质量略差 些的图像，而不致于根本没有图像。
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ý4.1.3
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4.2 H.261标准
H.261标准主要应用在综合业务数字 网ISDN上传输电视电话会议等低码率的多 媒体领域。1990年12月国际电报电话咨询 委员会(CCITT)通过了H.261建议书，即 “采用p×64kbit/s的声像业务的图像编解 码”，其中p=1,2,…，32
Picture)
Ê(3) 双 向 预 测 编 码 图 像 (Bidrectional
Picture)
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š2．
(1) (2)当输入的第一帧作为I帧图像进入 图4-8所示的编码器中时，开关K1，K2和 K4在上方，K3 在左方。 (3)当P4作为P帧进入编码器时，开关 K1，K2和K4切换到下方，K3还在左方。
级表示MPEG-2编码器输入端的信源 图像格式。
Ê(1)低级(Low Level，LL)
LL级对应的输入信源格式是CIF格式， 约 是 601 标 准 中 的 信 源 格 式 的 1/4 ， 即 352×248×30 或 352×288×25 ， 相 应 编 码 的最大输出码率为4Mbit/s。
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Ê(4)高级(High Level，HL)
HL对应高清晰度电视的信源格式， 即1920×1080×30或1920×1152×25，最 大输出码率为80Mbit/s，其高型的码率是 100Mbit/s
š2．型(Profile)
Ê(1)简单型(Simple Profile，SP) Ê(2)主型(Main Profile，MP)
电视原理课件第04章
MPEG-2中的可分级编解码主要包 括以下几种：空间分级 (Spatial Scalability)、时间分级(Temporal Scalability)、SNR分级(SNR Scalability) 和数据划分(Data Partitioning)等。
š1． š2．SNR可分级(SNR Scalability)
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š5．
宏块是运动预测的基本单元。运动估 计以宏块为单位，借此得到最佳匹配宏块 的运动矢量。运动预测只对亮度阵列进行， 对应的色差阵列其运动估计使用和亮度阵 列相同的运动矢量。
š6．块(像块)
块或称像块，是DCT变换的基本单元。
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ý4.4.3
MPEG算法达到了很高的压缩比，但 仍保持了很好的图像质量，单靠帧内编码 是不可能达到的。在MPEG压缩编码中， 主要通过DCT变换和运动预测技术来压缩 空间冗余和时间冗余。
第 一 部 分 系 统 (ISO/IEC11172-1) ， 是 关于数字视频、数字音频和辅助数据等多
电视172-2)，是 关于位速率约为1.5Mbit/s的视频信号的压
第三部分音频(ISO/IEC11172-3)，是 关于每通道位速率为64kbit/s，128kbit/s和 192kbit/s的数字音频信号的压缩编码的规
(4)在通信网络上能适应多种通信 网络的传输。
电视原理课件第04章
ý4.3.2 MPEG-2
MPEG-2是由ISO/IEC的MPEG专家 组与ITU-T(国际电信联盟电信标准化部门) 的ATV的图像编码专家组共同开发的，所 以MPEG-2标准也是ITU-T的建议。
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Ê(1)MPEG-2
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š4．
为了消除码字中的统计冗余，采用可 变长熵编码。
具体的编码方法如下。 (1)首先对系数序列分组，把每个非零 系数和它前面相邻的全部零系数分在一组 内。
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(２) [ (符号1)，(符号2)]
相应的交流系数(AC Coefficient)组表
[(Run ，Size)，(Amplitude) ] (3)
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4.4 MPEG-2 视频
ý4.4.1 MPEG-2
MPEG-2标准支持不同性能和不同复 杂性的解码器，覆盖广泛的应用范围，充 分考虑了各种应用的不同要求，有较强的 通用性。
MPEG-2还规定了不同的压缩处理方 法，称为型(Profile)。
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š1．级(Level)
电视原理课件第04章
ý4.4.2
š1．
视频序列也称图像序列，它是随机选 取节目的一个基本单元。
š2．
图像组是将一个图像序列中连续的几 个图像组成一个小组，简称为GOP。
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š3．
图像是一个独立的显示单元，也是图 像编码的基本单元，可分为I，P和B三种 编码图像。
š4．
像条是发生误码且不可纠正时，数据 重新获得同步，从而能正常解码的基本单 元。
2020/11/28
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4.1 JPEG标准
ý4.1.1 JPEG
JPEG(Joint Photographic Experts Group)是联合照片(静止)图像专家组的英 文缩写。
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JPEG标准包括两种基本压缩方法。 (1)有损压缩方法：它是以DCT变换为 基础的压缩方法，其压缩比较高，是JPEG
MPEG(Moving Picture Experts Group)是ISO和IEC两个国际组织的 联合技术委员会(JTCI)领导下的运动 图像专家组的英文缩写。
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ý4.3.1 MPEG-1
MPEG专家组于1992年制定了MPEG1 标 准 。 标 准 的 文 件 编 号 为 ISO/IEC11172 。 MPEG-1
(2)主级(Main Level，ML) ML对应于ITU-R601建议的信源格式， 即720×480×29.97或720×576×25，最大 允许输出码率为15Mbit/s，其高型的码率 是20Mbit/s。 (3)高H-1440级(High-1440 Level) H-1440属于高清晰度发展道路上的准 高清晰度级，没有得到实际应用。
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图4-1 JPEG编解码原理框图
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š1．DCT
输 入 端 把 原 始 图 像 分 成 8×8 像 素 块 (Block)之后送入DCT变换器，目的是去除 图像数据的空间冗余。
š2．
利用人眼的视觉特性设计量化表。
š3．
在编码之前，需要把二维的变换系数 矩阵转换为一维序列。
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图4-8MPEG-2压缩编码原理框图
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(4)当B2作为B帧进入编码器时，开关 K1 在下方，K2 在上方，K3 在右方，K4 在 中间。
š3．图像组(Group of Pictures，GOP)
在图4-9所示的图像序列中，每 12帧 中包含1个I帧、3个P帧和8个B帧，称为一 个图像组(GOP)。
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Ê(1)
底层的编码在帧内/帧间判决、自适应 量化和缓存调整方面和不分级编码类似。
Ê(2)
在增强层编码中，首先对底层输出的 量化后的DCT系数进行反量化，然后用未 量化的DCT系数和反量化后的DCT系数相 减求差值，得到修正系数。
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š3．时间可分级(Temporal Scalability)
Ê(2)
MPEG-2以空间和时间可分级方法提 供空间和时间不同分辨率视频格式之间的 兼容。
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Ê(3)MPEG-1与MPEG-2
在 许 多 情 况 下 ， MPEG-2 表 示 成 MPEG-1的一个超集。
Ê(4)MPEG-2
MPEG-2 已 广 泛 应 用 于 DVD ， SDTV 和 HDTV中。
(2)在图像组层中，GOP头中给出了时 间码和紧跟在I幀后面的B图像的预测特性 等信息。
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(3)在图像层中，图像头中给出了时间 参考信息、图像编码类型和VBV(视频缓存 校验器)延时等信息。
(4)在像条层中，像条头中给出了像条 垂直位置、量化因子码等信息。
(5)在宏块层中，其中的宏块类型码中 给出了宏块属性、运动矢量。
MPEG-2分为许多个部分，其中主要
第 一 部 分 系 统 (ISO/IEC13818-1) ， 是 关于多路音频、视频和数据的复用和同步
第 二 部 分 视 频 (ISO/IEC13818-2) ， 主 要涉及各种比特率的数字视频压缩编解码
电视原理课件第04章
第三部分音频(ISO/IEC13818-3)，扩 充了MPEG-1的音频标准，使之成为多通 道音频编码系统，可达到的环绕声5.1声道。
电视原理课件第04章
图4-9图像序列原始顺序
电视原理课件第04章
ý4.4.4
经过编码器编码后，6个视频层次构 成的编码视频码流称为视频基本码流(ES)， 图4-11所示为简化的基本码流结构图。
电视原理课件第04章
图4-11 视频基本码流结构
电视原理课件第04章
(1)在视频序列层中，一个编码的视频 序列由一个序列信头开始，后面跟随一个 图像组头，然后是由许多图像(I，P和B)组 成的一系列GOP，视频序列结束于一个序 列终止码。
(2)无损压缩方法，又称预测压缩方法， 是以二维DPCM为基础的压缩方式，解码 后能完全精确地恢复原图像采样值，其压
电视原理课件第04章
JPEG标准还包括多种工作模式。
Ê(1) Ê(2) Ê(3)分级模式
电视原理课件第04章
ý4.1.2 JPEG压缩编码算法
基 于 DCT 的 JPEG 编 解 码 原 理 框 图如图4-1所示。
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ý4.2.1
H.261与H.263的图像格式如表4-13所 示。
电视原理课件第04章
电视原理课件第04章
其 中 ， CIF(Common Intermediate Format)为通用中间格式，QCIF (Quarter CIF)为1/4通用中间格式，SQCIF为扩展的 通用中间格式，4CIF为4倍的通用中间格 式，16CIF为16倍的通用中间格式。
电视原理课件第04章
ý4.2.2 H.261
在H.261算法中，不仅使用了JPEG算 法中的帧内压缩，还使用了帧间预测和运 动补偿技术。下面简单介绍H.261编码算法。 H.261编码器框图如图4-3所示。
电视原理课件第04章
图4-3 H.261编码器框图
电视原理课件第04章
4.3 MPEG标准简介
在MPEG-2压缩编码算法中，不仅包 括 了 JPEG 算 法 中 的 DCT 、 自 适 应 量 化 和 熵编码等一系列帧内编码方法，更重要的 是利用了帧间运动补偿技术。
电视原理课件第04章
š1．I，P和B
Ê(1)帧内编码图像(Intra Picture) Ê(2) 前 向 预 测 编 码 图 像 (Predicated
电视原理课件第04章
MPEG-1标准的目标主要包括以下几
(1)在图像和声音的质量上必须高于可 视电话和会议电视的声像质量，至少应达 到VHS
(2)压缩后的数码率应能存储在光盘、 数字录音带DAT或可写磁光盘等媒体中；
电视原理课件第04章
(3)压缩后的码率应与目前的计算 机网络传输码率相适配，为1.2～ 1.5Mbit/s
(6)最后一层是块层，给出了其DCT系 数。
电视原理课件第04章
ý4.4.5 MPEG-2的可分级编码
分级(Scalability)编码使原本一体的码 流呈现一种分级结构，使其中的部分码流 可单独解码，从而可得到不同的分辨率和 所需的码率。
可分级编解码的意义在于其码流的独 立分层及可分层叠加，从而使该码流适应 不同环境的传输信道和不同用户需求的能 力大大增加。
电视原理课件第04章
Ê(3)信杂比可分级型SNR(SNR Scalable)
Ê(4) 空 间 可 分 级 型 (Spatial Scalable
Profile，SSP)
Ê(5)高型(High Profile，HP) Ê(6)4∶2∶2型(4∶2∶2Profile) Ê(7)多视点型(Mulitiview Profile，MVP)
š4．
混合可分级性(Hybrid Scalability)是 空间、SNR和时间可分级的混合，产生两 个以上的视频层，以支持更多需求的应用。 下面介绍混合可分级在数字电视领域中的 应用。
Ê(1)空间和SNR
电视原理课件第04章
Ê(2) Ê(3)时间和SNR
š5．
在信道和发射功率受到限制时，往往 希望能够在比较差的条件下收到质量略差 些的图像，而不致于根本没有图像。
电视原理课件第04章
ý4.1.3
电视原理课件第04章
4.2 H.261标准
H.261标准主要应用在综合业务数字 网ISDN上传输电视电话会议等低码率的多 媒体领域。1990年12月国际电报电话咨询 委员会(CCITT)通过了H.261建议书，即 “采用p×64kbit/s的声像业务的图像编解 码”，其中p=1,2,…，32
Picture)
Ê(3) 双 向 预 测 编 码 图 像 (Bidrectional
Picture)
电视原理课件第04章
š2．
(1) (2)当输入的第一帧作为I帧图像进入 图4-8所示的编码器中时，开关K1，K2和 K4在上方，K3 在左方。 (3)当P4作为P帧进入编码器时，开关 K1，K2和K4切换到下方，K3还在左方。
级表示MPEG-2编码器输入端的信源 图像格式。
Ê(1)低级(Low Level，LL)
LL级对应的输入信源格式是CIF格式， 约 是 601 标 准 中 的 信 源 格 式 的 1/4 ， 即 352×248×30 或 352×288×25 ， 相 应 编 码 的最大输出码率为4Mbit/s。
电视原理课件第04章
电视原理课件第04章
Ê(4)高级(High Level，HL)
HL对应高清晰度电视的信源格式， 即1920×1080×30或1920×1152×25，最 大输出码率为80Mbit/s，其高型的码率是 100Mbit/s
š2．型(Profile)
Ê(1)简单型(Simple Profile，SP) Ê(2)主型(Main Profile，MP)
电视原理课件第04章
MPEG-2中的可分级编解码主要包 括以下几种：空间分级 (Spatial Scalability)、时间分级(Temporal Scalability)、SNR分级(SNR Scalability) 和数据划分(Data Partitioning)等。
š1． š2．SNR可分级(SNR Scalability)
电视原理课件第04章
š5．
宏块是运动预测的基本单元。运动估 计以宏块为单位，借此得到最佳匹配宏块 的运动矢量。运动预测只对亮度阵列进行， 对应的色差阵列其运动估计使用和亮度阵 列相同的运动矢量。
š6．块(像块)
块或称像块，是DCT变换的基本单元。
电视原理课件第04章
ý4.4.3
MPEG算法达到了很高的压缩比，但 仍保持了很好的图像质量，单靠帧内编码 是不可能达到的。在MPEG压缩编码中， 主要通过DCT变换和运动预测技术来压缩 空间冗余和时间冗余。
第 一 部 分 系 统 (ISO/IEC11172-1) ， 是 关于数字视频、数字音频和辅助数据等多
电视172-2)，是 关于位速率约为1.5Mbit/s的视频信号的压
第三部分音频(ISO/IEC11172-3)，是 关于每通道位速率为64kbit/s，128kbit/s和 192kbit/s的数字音频信号的压缩编码的规
(4)在通信网络上能适应多种通信 网络的传输。
电视原理课件第04章
ý4.3.2 MPEG-2
MPEG-2是由ISO/IEC的MPEG专家 组与ITU-T(国际电信联盟电信标准化部门) 的ATV的图像编码专家组共同开发的，所 以MPEG-2标准也是ITU-T的建议。
电视原理课件第04章
Ê(1)MPEG-2
电视原理课件第04章
š4．
为了消除码字中的统计冗余，采用可 变长熵编码。
具体的编码方法如下。 (1)首先对系数序列分组，把每个非零 系数和它前面相邻的全部零系数分在一组 内。
电视原理课件第04章
(２) [ (符号1)，(符号2)]
相应的交流系数(AC Coefficient)组表
[(Run ，Size)，(Amplitude) ] (3)
电视原理课件第04章
4.4 MPEG-2 视频
ý4.4.1 MPEG-2
MPEG-2标准支持不同性能和不同复 杂性的解码器，覆盖广泛的应用范围，充 分考虑了各种应用的不同要求，有较强的 通用性。
MPEG-2还规定了不同的压缩处理方 法，称为型(Profile)。
电视原理课件第04章
š1．级(Level)
电视原理课件第04章
ý4.4.2
š1．
视频序列也称图像序列，它是随机选 取节目的一个基本单元。
š2．
图像组是将一个图像序列中连续的几 个图像组成一个小组，简称为GOP。
电视原理课件第04章
š3．
图像是一个独立的显示单元，也是图 像编码的基本单元，可分为I，P和B三种 编码图像。
š4．
像条是发生误码且不可纠正时，数据 重新获得同步，从而能正常解码的基本单 元。