图像编码标准
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二、MPEG—1视频压缩技术 MPEG—1是第一个标准，主要应用于视频信号的数字化压缩存储。码率为1.5Mbps， 图象质量相当于VHS的水平。其主要特点： 1、 MPEG—1将电视图象帧分三类 I、B、P 2、 MPEG—1的码流语法结构
这个语法结构把图象压缩数据码流分为六层，每层或者支持一种信号处理过程， 或者支持一种系统功能。 块： MPEG算法中最小的编码单位，包含8×8个像素，是图象信息之一：Y、U、V。
MPEG—2的图象参数（隔行扫描）
电视制式
PAL（625行/50场） NTSC（525行/60场）
行频（Hz）
15625
15734
取样频率
Y：13.5MHz CB:6.75MHz CR:6.75MHz
每行亮度取样点
864
Biblioteka Baidu858
亮度有效区像素
720像素/行 576行/帧 720像素/行 480行/帧
色度有效区像素
360像素/行 288行/帧 360像素/行 240行/帧
像素传送速率
15 .552兆像素/S
码率（每像素8bit)
124.416Mbps
码率为15Mbps时的压缩比
8.29
码率为2Mbps时的压缩比
62.2
MPEG—2与MPEG—1相比：取样频率和取样点提高一倍，像素的传输率和码率 提高4倍，水平清晰度达到500线。
图象：显示的基本单元。对应于图象序列中的单个帧，他由数据头和若干图象条构成。
图象组：12帧，IBBPBBPBBPBB ……
序列层：最高层，它由一个数据头和若干个图象组组成。数据头包含图象大小、量化 矩阵等信息。
8×8 图象块
16×16 宏块
图象片
……
……… 图象组
图象序列
……… 图象组
一帧图象
3、MPEG—1的系统层 音频、视频以及其他辅助数据在编码后首先形成的码流，这被称为基本码流，
基本级的基本型MP@ML，已被许多芯片采用，SP @ML将在CATV和数字VCR 中采用，美国HDTV采用MP @HL。
MPEG—2标准支持固定比特率传送、可变比特率传送、随机访问、分级解码以 及一些特殊功能，如搜索、暂停、冻结等。 MPEG—2视频标准与MPEG—1兼容， 并于 SDTV、HDTV向上或向下兼容。
第四章 图象压缩编码标准
第一节 MPEG动态图像压缩编码标准
一、MPEG的标准包括三部分：视频、音频、视音频同步 MPEG视频压缩技术是针对运动图象的数据压缩技术。在保证图象质量的前提下， 实现高压缩比的压缩算法。采用帧内图象数据压缩和帧间图象数据压缩技术，用于 减少空域和时域冗余信息。 MPEG算法对视频和音频信息组合起来处理，产生达到 电视质量的视音频压缩格式的MPEG位流，位速率约为1.5Mbps，为MPEG—1标准。
MPEG-2 4 :2:2MP@ML是SONY开发的BetacamSX数字磁带录象机采用的格式， 由一个I帧和一个帧P构成的图像组组成，即IPIPIPIP…IP，所有的数据流进入点都 在I帧。
MPEG—2标准作为计算机可处理的数据格式，主要应用于数字存储媒体、视频 广播和通信。存储媒体可直接与MPEG—2解码器相连，或者通过总线、局域网、 电信通信线路等手段相连。
高（HL）HDTV 1920×1152 ×25 1920×1080 ×30 高1440（H）HDTV 1440 ×1152 ×25 级 1440×1080 ×30 （ 基本（ML） ） 720×480 × 30 720×576 × 25
DV（DVCAM/DVCPRO）是数字磁带录象机的一种帧内编码格式，使用1/4英 寸磁带，采用4 :2:2/4:2:0/4:1:1 的数字分量，8bit量化。 4 :2:2使用的压缩比为3.3：1，码率为50M bps，松下的DVCPRO 50格式数字录象机； 4:1:1使用的压缩比为5：1，码率为25M bps，松下的DVCPRO 25格式数字录象机； 4:2:0使用的压缩比为5：1，码率为25M bps，SONY的DVCAM格式和JVC的DV数 录象机；
色键 R G B
分量记录和输出 S-端子 复合图象信号
Y
局 阵 R-Y 编 码 B-Y
混
混 合
C
合
VIDEO
R G
Y
局 阵 R-Y 编 码 B-Y
数 字 化 编 码
B
AUDIO
A/D转换
分
配 打
SDI / IEEE
包
MPEG伴音
CD伴音两个通道共包含1.4Mbit/秒的数据流。听觉心理学研究表明，采用适 当的压缩技术，此数据流可以压缩到256Kbits/秒而不会感觉到任何失真。MPEG 伴音利用这个结果，尽管一些MPEG压缩器不支持高质量图像。
MPEG伴音编码可以实现3种压缩等级。 等级I 是简单压缩,它是一种听觉心理的亚抽样编码；等级II加入了更高的精 度；等级III加入了非线性量化，Huffman编码和其他实现低速率高保真图像的先 进技术。依次下去的等级提供了高质量和越来越高的压缩率，但要求计算机有越
来越强的压缩能力。MPEG 等级II可经把一个1.4Mbit/秒的立体声数据流压缩到 32Kbit/秒-384Kbit/秒而保持高保真的声音，典型数据为48Kbit/s。等级I的目标是 每个通道192Kbit/秒，等级II的目标是每个通道128Kbit/秒，等级III的目标是每个 通道64Kbit/秒。目标II要达到64Kbit/秒通道时不如等级III效果好，而在128Kbit/通 道，等级II和等级III的效果一样，而且都比等级I效果好。正好上面所说的，每通 道128Kbit/秒或者说256Kbit/秒可以达到很好的保真度。因此，等级II对于高保真 立体声音响是必要的，但也已足够了。
MPEG—1 系统码流
输入音频
音频压缩编码
MPEG—1码流的产生
MPEG—1压缩比大约为100：1 。VCD采用MPEG—1，650MB ----70分钟， 700MB ----80分钟。不能进行精度编辑。
三、MPEG—2视频压缩技术
MPEG—2是运动图象及伴音的通用压缩标准，克服了 MPEG—1许多缺陷，满足 日益增长的多媒体和数字电视的要求分辨率、传输率等技术。如数字存储媒体、会议 电视/可视电话、数字电视、高清晰电视、广播、通信、网络等应用领域。 MPEG—2 VIDEO定义不同的功能档（5档：简单型/SP、信噪比可调型/SNP、空间 可调型/SSP、增强型/HP）， 每档分不同的级（4级） 1、低级LL 352×288 ×25，面向VCR与MPEG—1兼容； 2、基本级ML 720 ×576 ×25 面向视频广播信号； 3、高1440级 H—1440 1440 ×1125×25 面向HDTV； 4、高级 HL 1920 ×1125×25 面向HDTV。
MPEG-2用于宽带传输的图像，图像质量达到电视广播甚至HDTV的标 准，和MPEG-1相比，MPEG-2支持更广的分率和比特率范围，将成为数字 图像磁盘（DVD）和数字电视广播的压缩方式。这些市场将和计算机市场交 织在一起，从而使MPEG-2成为计算机的一种重要的图像压缩标准。这一点 非常重要，因为将MPEG-1的比特流解压缩时需要用到MPEG-2的解压缩器。
块帧内编码的 基本单元。 宏块： MPEG算法中基本编码单元。包含16 ×16个图象块。宏块由四个亮度块、若干
个色差块及附加数据构成。附加数据包括宏块的编号、编码类型、量化参数、 运动矢量等信息。
图象片：图象政内的水平条 ，MPEG编码方案中的基本处理单元。因为条的编码与 相邻部分无关，条是自治单元。
专用
4:2:0
4:2:0
MP@HL 80Mbps 9.33Mb
SSP/H 60Mbps
7Mb
MP@H 60Mbps
7Mb
SNP@ML 15Mbps 1.75Mb
MP@ML 15Mbps
1.75Mb DV格式
SP@ML 15Mbps
SNP@LL 4Mbps 0.47Mb
15Mbit/s MP/LL
L
Mbps 位速率 ； Mb 缓冲器容量
再将其连续的流划分为某种字长的数据包，并加入同步视、音频的时间标记等，最 后形成单一流。由于数据包的包头可以按照语法的规定灵活地设置很多参数，使图 象、声音业务的发送和接受具有极大的灵活性。这一标准只规定码流的语法和解码 过程，对于编码器如何形成码流没做出规定。
输入视频
视频压缩编码 系统时钟
系统复用 与编码
MPEG视频图像压缩算法的缺陷： MPEG算法理论虽然已经非常成熟，但是在技术上却很难克服噪声、雪花和 “鬼影”对压缩图像质量的影响，对于劣质的视频信号源，MPEG算法会将噪声 和缺陷放大，使图像进一步恶化，这就使得MPEG压缩方法对视频节目源有一定 的要求。MPEG压缩标准的压缩比可达200：1.这意味着99％的数据要被丢掉。 因此MPEG压缩法将导致图像细节信息的丢失而产生压缩失真，使压缩图像的质 量有所下降。对于快速变化的背景，叶子沙沙作响的树林，波纹荡漾的水面（特 别是有太阳光反射的水面）。MPEG压缩算法有时反到会产生负面影响，使压缩 后的画面出现马赛克（小方块）现象，MPEG压缩算法对那些低比度、光线柔和、 边缘变化缓慢的视频图像具有最佳的压缩效果。
低（LL） 352×240 × 30 352×288 × 25
增强型 HP 专用 4:2:2
HP@HL 100Mbps 11.67Mb
HP@H 80Mbps 9.33Mb
HP@ML 20Mbps 2.35Mb
功能型（P）
空间可分 信噪比可 型SSP 分型SNP 4:2:0 4:2:0
基本型MP 简单型SP
影响VCD图像质量的主要因素
1、选原版录像节目 由于VCD采用MPEG算法对视频图像进行压缩，因此其图像质量将主要 取决于节目源的质量，因此在制做VCD节目时最好使用高质量的视频节目 源，并尽量使用源带，因为录象带据量从而影响压缩图象的质量，为了提 高信噪比，应尽可能消除来自器材的问题，每复制一次就增加一次背景噪 声，噪声会大大增加。 2、定期清理录像机，提高信号电平 定期清洗录像机磁头，使用屏蔽性能较好的视频电缆，给录像机和电视 机设置公共地线。应该特别注意的是，录像带经录像机重放和视频缆线的 传输后产生的信号失真要比MPEG压缩失真影响与日俱更大。 3、接口选择 在数字信号和模拟信号中，首选数字接口。 在模拟的RGB、YUV、S-Video(Y/C)和复合视频信号中，RGB信号的图像 质量最高，其次是YUV和S-Video,复合视频信号的图像质量最低，一般家用 VHS录像机的输出是复合视频信啧，少数VHS录像机具有S-Video输出端口， 个人VCD制作系统通常使用VHS录像带作为视频节目源，因此其图像质量 必然要比专业音像出版社发行的VCD质量稍有逊色，如果VHS录像布带有 S-Video输出端口，则要尽可能使用S-Video信啧来提高信号源的质量。
MPEG-1支持设置为单声道，双声道，立体声或联合立体声的两个声音通道， 等级II的联合立体声偏差号的高频部分（高于2KHz）结合起来，立体图像整个 保存下来，但仅传输瞬时包络。等级I不支持两和立体声。有些MPEG压缩器不 能产生等时II的伴音流，从而声音保真度较低而且没有联合立体声功能。
四、DV压缩格式
这个语法结构把图象压缩数据码流分为六层，每层或者支持一种信号处理过程， 或者支持一种系统功能。 块： MPEG算法中最小的编码单位，包含8×8个像素，是图象信息之一：Y、U、V。
MPEG—2的图象参数（隔行扫描）
电视制式
PAL（625行/50场） NTSC（525行/60场）
行频（Hz）
15625
15734
取样频率
Y：13.5MHz CB:6.75MHz CR:6.75MHz
每行亮度取样点
864
Biblioteka Baidu858
亮度有效区像素
720像素/行 576行/帧 720像素/行 480行/帧
色度有效区像素
360像素/行 288行/帧 360像素/行 240行/帧
像素传送速率
15 .552兆像素/S
码率（每像素8bit)
124.416Mbps
码率为15Mbps时的压缩比
8.29
码率为2Mbps时的压缩比
62.2
MPEG—2与MPEG—1相比：取样频率和取样点提高一倍，像素的传输率和码率 提高4倍，水平清晰度达到500线。
图象：显示的基本单元。对应于图象序列中的单个帧，他由数据头和若干图象条构成。
图象组：12帧，IBBPBBPBBPBB ……
序列层：最高层，它由一个数据头和若干个图象组组成。数据头包含图象大小、量化 矩阵等信息。
8×8 图象块
16×16 宏块
图象片
……
……… 图象组
图象序列
……… 图象组
一帧图象
3、MPEG—1的系统层 音频、视频以及其他辅助数据在编码后首先形成的码流，这被称为基本码流，
基本级的基本型MP@ML，已被许多芯片采用，SP @ML将在CATV和数字VCR 中采用，美国HDTV采用MP @HL。
MPEG—2标准支持固定比特率传送、可变比特率传送、随机访问、分级解码以 及一些特殊功能，如搜索、暂停、冻结等。 MPEG—2视频标准与MPEG—1兼容， 并于 SDTV、HDTV向上或向下兼容。
第四章 图象压缩编码标准
第一节 MPEG动态图像压缩编码标准
一、MPEG的标准包括三部分：视频、音频、视音频同步 MPEG视频压缩技术是针对运动图象的数据压缩技术。在保证图象质量的前提下， 实现高压缩比的压缩算法。采用帧内图象数据压缩和帧间图象数据压缩技术，用于 减少空域和时域冗余信息。 MPEG算法对视频和音频信息组合起来处理，产生达到 电视质量的视音频压缩格式的MPEG位流，位速率约为1.5Mbps，为MPEG—1标准。
MPEG-2 4 :2:2MP@ML是SONY开发的BetacamSX数字磁带录象机采用的格式， 由一个I帧和一个帧P构成的图像组组成，即IPIPIPIP…IP，所有的数据流进入点都 在I帧。
MPEG—2标准作为计算机可处理的数据格式，主要应用于数字存储媒体、视频 广播和通信。存储媒体可直接与MPEG—2解码器相连，或者通过总线、局域网、 电信通信线路等手段相连。
高（HL）HDTV 1920×1152 ×25 1920×1080 ×30 高1440（H）HDTV 1440 ×1152 ×25 级 1440×1080 ×30 （ 基本（ML） ） 720×480 × 30 720×576 × 25
DV（DVCAM/DVCPRO）是数字磁带录象机的一种帧内编码格式，使用1/4英 寸磁带，采用4 :2:2/4:2:0/4:1:1 的数字分量，8bit量化。 4 :2:2使用的压缩比为3.3：1，码率为50M bps，松下的DVCPRO 50格式数字录象机； 4:1:1使用的压缩比为5：1，码率为25M bps，松下的DVCPRO 25格式数字录象机； 4:2:0使用的压缩比为5：1，码率为25M bps，SONY的DVCAM格式和JVC的DV数 录象机；
色键 R G B
分量记录和输出 S-端子 复合图象信号
Y
局 阵 R-Y 编 码 B-Y
混
混 合
C
合
VIDEO
R G
Y
局 阵 R-Y 编 码 B-Y
数 字 化 编 码
B
AUDIO
A/D转换
分
配 打
SDI / IEEE
包
MPEG伴音
CD伴音两个通道共包含1.4Mbit/秒的数据流。听觉心理学研究表明，采用适 当的压缩技术，此数据流可以压缩到256Kbits/秒而不会感觉到任何失真。MPEG 伴音利用这个结果，尽管一些MPEG压缩器不支持高质量图像。
MPEG伴音编码可以实现3种压缩等级。 等级I 是简单压缩,它是一种听觉心理的亚抽样编码；等级II加入了更高的精 度；等级III加入了非线性量化，Huffman编码和其他实现低速率高保真图像的先 进技术。依次下去的等级提供了高质量和越来越高的压缩率，但要求计算机有越
来越强的压缩能力。MPEG 等级II可经把一个1.4Mbit/秒的立体声数据流压缩到 32Kbit/秒-384Kbit/秒而保持高保真的声音，典型数据为48Kbit/s。等级I的目标是 每个通道192Kbit/秒，等级II的目标是每个通道128Kbit/秒，等级III的目标是每个 通道64Kbit/秒。目标II要达到64Kbit/秒通道时不如等级III效果好，而在128Kbit/通 道，等级II和等级III的效果一样，而且都比等级I效果好。正好上面所说的，每通 道128Kbit/秒或者说256Kbit/秒可以达到很好的保真度。因此，等级II对于高保真 立体声音响是必要的，但也已足够了。
MPEG—1 系统码流
输入音频
音频压缩编码
MPEG—1码流的产生
MPEG—1压缩比大约为100：1 。VCD采用MPEG—1，650MB ----70分钟， 700MB ----80分钟。不能进行精度编辑。
三、MPEG—2视频压缩技术
MPEG—2是运动图象及伴音的通用压缩标准，克服了 MPEG—1许多缺陷，满足 日益增长的多媒体和数字电视的要求分辨率、传输率等技术。如数字存储媒体、会议 电视/可视电话、数字电视、高清晰电视、广播、通信、网络等应用领域。 MPEG—2 VIDEO定义不同的功能档（5档：简单型/SP、信噪比可调型/SNP、空间 可调型/SSP、增强型/HP）， 每档分不同的级（4级） 1、低级LL 352×288 ×25，面向VCR与MPEG—1兼容； 2、基本级ML 720 ×576 ×25 面向视频广播信号； 3、高1440级 H—1440 1440 ×1125×25 面向HDTV； 4、高级 HL 1920 ×1125×25 面向HDTV。
MPEG-2用于宽带传输的图像，图像质量达到电视广播甚至HDTV的标 准，和MPEG-1相比，MPEG-2支持更广的分率和比特率范围，将成为数字 图像磁盘（DVD）和数字电视广播的压缩方式。这些市场将和计算机市场交 织在一起，从而使MPEG-2成为计算机的一种重要的图像压缩标准。这一点 非常重要，因为将MPEG-1的比特流解压缩时需要用到MPEG-2的解压缩器。
块帧内编码的 基本单元。 宏块： MPEG算法中基本编码单元。包含16 ×16个图象块。宏块由四个亮度块、若干
个色差块及附加数据构成。附加数据包括宏块的编号、编码类型、量化参数、 运动矢量等信息。
图象片：图象政内的水平条 ，MPEG编码方案中的基本处理单元。因为条的编码与 相邻部分无关，条是自治单元。
专用
4:2:0
4:2:0
MP@HL 80Mbps 9.33Mb
SSP/H 60Mbps
7Mb
MP@H 60Mbps
7Mb
SNP@ML 15Mbps 1.75Mb
MP@ML 15Mbps
1.75Mb DV格式
SP@ML 15Mbps
SNP@LL 4Mbps 0.47Mb
15Mbit/s MP/LL
L
Mbps 位速率 ； Mb 缓冲器容量
再将其连续的流划分为某种字长的数据包，并加入同步视、音频的时间标记等，最 后形成单一流。由于数据包的包头可以按照语法的规定灵活地设置很多参数，使图 象、声音业务的发送和接受具有极大的灵活性。这一标准只规定码流的语法和解码 过程，对于编码器如何形成码流没做出规定。
输入视频
视频压缩编码 系统时钟
系统复用 与编码
MPEG视频图像压缩算法的缺陷： MPEG算法理论虽然已经非常成熟，但是在技术上却很难克服噪声、雪花和 “鬼影”对压缩图像质量的影响，对于劣质的视频信号源，MPEG算法会将噪声 和缺陷放大，使图像进一步恶化，这就使得MPEG压缩方法对视频节目源有一定 的要求。MPEG压缩标准的压缩比可达200：1.这意味着99％的数据要被丢掉。 因此MPEG压缩法将导致图像细节信息的丢失而产生压缩失真，使压缩图像的质 量有所下降。对于快速变化的背景，叶子沙沙作响的树林，波纹荡漾的水面（特 别是有太阳光反射的水面）。MPEG压缩算法有时反到会产生负面影响，使压缩 后的画面出现马赛克（小方块）现象，MPEG压缩算法对那些低比度、光线柔和、 边缘变化缓慢的视频图像具有最佳的压缩效果。
低（LL） 352×240 × 30 352×288 × 25
增强型 HP 专用 4:2:2
HP@HL 100Mbps 11.67Mb
HP@H 80Mbps 9.33Mb
HP@ML 20Mbps 2.35Mb
功能型（P）
空间可分 信噪比可 型SSP 分型SNP 4:2:0 4:2:0
基本型MP 简单型SP
影响VCD图像质量的主要因素
1、选原版录像节目 由于VCD采用MPEG算法对视频图像进行压缩，因此其图像质量将主要 取决于节目源的质量，因此在制做VCD节目时最好使用高质量的视频节目 源，并尽量使用源带，因为录象带据量从而影响压缩图象的质量，为了提 高信噪比，应尽可能消除来自器材的问题，每复制一次就增加一次背景噪 声，噪声会大大增加。 2、定期清理录像机，提高信号电平 定期清洗录像机磁头，使用屏蔽性能较好的视频电缆，给录像机和电视 机设置公共地线。应该特别注意的是，录像带经录像机重放和视频缆线的 传输后产生的信号失真要比MPEG压缩失真影响与日俱更大。 3、接口选择 在数字信号和模拟信号中，首选数字接口。 在模拟的RGB、YUV、S-Video(Y/C)和复合视频信号中，RGB信号的图像 质量最高，其次是YUV和S-Video,复合视频信号的图像质量最低，一般家用 VHS录像机的输出是复合视频信啧，少数VHS录像机具有S-Video输出端口， 个人VCD制作系统通常使用VHS录像带作为视频节目源，因此其图像质量 必然要比专业音像出版社发行的VCD质量稍有逊色，如果VHS录像布带有 S-Video输出端口，则要尽可能使用S-Video信啧来提高信号源的质量。
MPEG-1支持设置为单声道，双声道，立体声或联合立体声的两个声音通道， 等级II的联合立体声偏差号的高频部分（高于2KHz）结合起来，立体图像整个 保存下来，但仅传输瞬时包络。等级I不支持两和立体声。有些MPEG压缩器不 能产生等时II的伴音流，从而声音保真度较低而且没有联合立体声功能。
四、DV压缩格式