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。
视频图像压缩标准主要有哪些，各自的优缺点 及适用范围 作者：李佳璘 韩妮娜 宋亚希
近10年来，图像编码技术得到了迅速发展和广泛应用，关且日臻成 熟，其标志就是几个关于图像编码的国际标准的制定，即国际标准化组 织ISO和国际电工委员会IEC关于静止图像的编码标准JPEG、准的有H261,H.263和 ISO/IEC关于活动图像的编码标准MPEG-1，MPEG-2和MPEG-4等。这些标 准图像编码算法融合了各种性能优良的图像编码方法，代表了目前图像 编码的发展水平。 1、JPEG（Joint Photographic Expert Group） JPEG是ISO/IEC联合图像专家组制定的静止图像压缩标准，是适用 于连续色调（包括灰度和彩色）静止图像压缩算法的国际标准。JPEC算 法共有4种运行模式，其中一种是基于空间预测（DPCM）的无损压缩算 法，另外3种是基于DCT的有损压缩算法。 1）无损压缩算法，可以保证无失真地重建原始图像。 2）基于DCT的顺序模式，按从上到下，从左到右的顺序对图像进行 编码，称为基本系统。 3）基于DCT的递进模式，指对一幅图像按由粗到细对图像进行编 码。 4）分层模式。以各种分辨率对图像进行编码，可以根据不同的要 求，获得不同分辨率的图像。 2、JPEG-2000 与以往的JPEG标准相比，JPEG-2000压缩率比JPEG高约30%，它有许 多原先的标准所不可比拟的优点。JPEG-2000与传统JPEG最大的不同， 在于它放弃了JPEG所采用的以DCT变换为主的分块编码方式，而改为以 小波变换为主的多分辨率编码方式。 首先，JPEG-2000能实现无损压缩（lossless compression）。在 实际应用中，有一些重要的图像，如卫星遥感图像、医学图像、文物照 片等，通常需要进行无损压缩。对图像进行无损编码的经典方法——预 测法已经发展成熟，并作为一个标准写入了JPEG-2000中。JPEG2000还有一个很好的优点就是误码鲁棒性（robustness to bit error）好。因此使用JPEG-2000的系统稳定性好，运行平稳，抗干扰性 好，易于操作。 JPEG-2000能实现渐进运输（progressive transmission），这是 JPEG-2000的 一个极其重要的特征。它可以先传输图像的轮廓，然后逐 步传输数据，不断提高图像质量，以满足用户的需要，这在网络传输中
具有非常重大的意义。使用JPEG-2000下载一个图片，用户可先看到这 个图片的轮廓或缩影，然后再决定是否下载。而且，下载时可以根据用 户需要和带宽来决定下载图像质量的好坏，从而控制数据量的大小。 PEG-2000另一个极其重要的优点就是感兴趣区（ROI，Region Of Interest）特性。用户在处理的图像中可以指定感兴趣区，对这些区域 进行压缩时可以指定特定的压缩质量，或在恢复时指定特定的解压缩要 求，这给人们带来了极大的方便。在有些情况下，图像中只有一小块区 域对用户是有用的，对这些区域采用高压缩比。在保证不丢失重要信息 的同时，又能有效地压缩数据量，这就是感兴趣区的编码方案所采取的 压缩策略。基于感兴趣区压缩方法的优点，在于它结合了接收方对压缩 的主观要求，实现了交互式压缩。 3、MPEG-1 国际标准化组织ISO/IEC的运动图像专家组MPEG（Moving Picture Expert Group）一直致力于运动图像及其伴音编码标准化工作，并制定 了一系列关于一般活动图像的国际标准。1993年制定的MPEG-1标准是针 对15Mbit/s速率的数字存储媒体运动图像及其伴音编码制定的国际标 准，该标准的制定使得基于CD-ROM的数字视频以及MP3等产品成为可 能。MPEG-1的带宽最多为15Mbit/s，其中11Mbit/s用于视频， 128Kbit/s用于音频，其余带宽用于MPEG系统本身。 为了追求高的压缩效率，去除图像序列的时间冗余度，同时满足多 媒体等应用所必须的随机存取要求，MPEG-1视频把图像编码分成I帧、P 帧、B帧和D帧共4种类型。I帧为帧内编码帧（intra coded frame）， 编码时采用类似JPEG的帧内DCT编码，I帧的压缩率是几种编码类型中最 低的。P帧为预测编码帧（predictive coded rame），采用前向运动补 偿预测和误差的DCT编码，由其前面的I或P帧进行预测。B帧为双向预测 编码帧（bi-directionally predictive coded frame），采用双向运 动补偿预测和误差的DCT编码，由前面和后面的I或P帧进行预测，所以B 帧的压缩效率最高。D帧为直流编码帧（DC coded frame），只包含每 个块的直流分量。MPEG-1采用运动补偿支除图像序列时间轴上的冗余 度，可使对P帧和B帧图像的压缩倍数比I帧提高很多。 4、MPEG-2 MPEG组织1995年推出的MPEG-2标准是在MPEG-1标准基础上的进一步扩展 和改进，主要是针对数字视频广播、高清晰度电视和数字视盘等制定的 4～9Mbit/s运动图像及其伴音的编码标准，MPEG-2是数字电视机顶盒与 DVD等产品的基础。MPEG-2系统要求必须与MPEG-l系统向下兼容，因此 其语法的最大特点在于兼容性好并可扩展。MPEG-2的目标与MPEG-1相 同，仍然是提高压缩比，改善音频、视频质量，采用的核心技术还是分 块DCT和帧间运动补偿预测技术。MPEG-2视频允许数据速率高达 100Mbit/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
7、H.263 1995年，ITU-T总结当时国际上视频图像编码的最新进展，针对低 比特率视频应用制定了H.263标准，该标准被公认为是以像素为基础的 采用第一代编码技术的混合编码方案所能达到的最佳结果。随后几年 中，ITU-T又对其进行了多次补充，以提高编码效率，增强编码功能。 补充修订的版本有1998年的H263＋，2000年的H263＋＋。H263系 列标准特别适合于PSTN网络、无线网络与因特网等环境下的视频传输。 H.263已被几种可视电话采纳为终端标准，如支持PSTN与无线网的 H324，支持N-ISDN的H.320，支持B-ISDN的H310等。H263信源编 码算法的核心仍然是H261标准中采用的DPCM/DCT混和编码算法，原理 框图也和H261十分相似。 8、MPEG-7与MPEG-21 MPEG-7是为“多媒体内容描述接口”，是用于信息表示的，PEG-7 是“基于语义的表示”。MPEG-7定义了一个描述符标准集，用于描述各 种类型的多媒体信息，与之相应的描述方案可以用于规范多媒体描述符 的生成和不同描述符之间的有机联系。 这些描述符与指定的多媒体对象的内容紧密联系，采用提取对象特 征的方法为实现基于内容和语义的准确检索提供接口。在此基础上， MPEG-7定义了一种描述定义语言(DDL，Description Definition Language)用于指定和生成描述方案，即希望提出新的视频、音频信息 表示方式，它既不同于基于波形和基于压缩的表示方式(如MPEG-1和 MPEG-2)，又不同于基于对象的表示方式(MPEG-4)。这一表示方式允许 对信息的含义进行一定程度的解释，它可以被一个设备或计算机解码器 存取。MPEG-7的目的在于提供一个标准化的核心技，以便描述多媒环境 下的视频和音频内容，最终使视频和音频搜集像文本搜集一样简单方 便。 MPEG-7可以描述的多媒体对象范围极其广泛，其核心部分DDL 语言将充分吸收现有的各种媒体描述语言的特点，以达到对多媒体数据 的普遍适应性。MPEG-4中提出的基于对象编码的思想将成为对多媒体数 据库中的视频、音频对象进行处理（包括特征提取、压缩编码等）的基 本手段。而MPEG-7的多媒体内容描述功能对MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4起 到性能提高和功能扩展的作用。