MPEG视频编码I课件.ppt
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- MPEG 视频 编码 课件
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1、第11章 MPEG视频编码 ISlide 1内 容1.MPEG概述2.MPEG-13.MPEG-21.MPEG概述Moving Picture Experts GroupISO/IEC JTC1/SC29 WG11Slide 3MPEG-1标准MPEG-1标准(ISO/IEC11172).1992年发布。用于1.5Mbps数据传输率的运动图像及其伴音的编码。主要应用于 VCD,MP3音乐等.MPEG-1在JPEG和H.261等优秀标准的基础上,对参加竞争的14个方案,通过反复协调而得到统一,从而成为先进、合理、质量高、成本低的优秀标准.MPEG-1促进了大规模集成电路专用芯片的发展,为多媒体技
2、术和产品的繁荣立下了功劳。Slide 4MPEG-1 Requirements 在大约1.5Mb/s数码率的情况下,获得质量可接受的A/V信息;适合于CD-ROM,DAT,硬盘,可写光盘等数字存储介质;可在N-ISDN、LAN等通信网络上传输1 random access 2 fast forward/backward search3 reverse playback 4 A/V synchronization5 robustness to errors 6 small encoding/decoding delay7 editability 8 format flexibility9 cos
3、t tradeoffSlide 5MPEG-1的内容ISO/IEC11172-1:system audio,video,data等如何组织成一个复合的比特流;如何同步等.ISO/IEC11172-2:video video 信号的压缩编码ISO/IEC11172-3:audio audio 信号的压缩编码ISO/IEC11172-4:Conformance testing MPEG-1的一致性测试ISO/IEC11172-5:Software simulation MPEG-1软件模拟Slide 6MPEG-2标准MPEG-2标准(ISO/IEC13818).1994年发布。主要针对数字电视特
4、别是高清晰度电视(HDTV)的视频及伴音信号,典型传输速率为10Mbps,与MPEG-1兼容,适用于1.5Mbps60Mbps甚至更高速率的编码范围。Slide 7MPEG-2标准(续)以MPEG-2作为视音频压缩标准的数字卫星电视已在欧美形成了很大市场;美国高级电视联盟(ATV Grand Alliance)和欧洲数字视频广播计划(Digital Video Broadcast Project)先后决定将MPEG-2用于高清晰度电视(HDTV)广播中;新一代的数字视盘DVD采用MPEG-2作为其视音频压缩标准(注:欧、美、日在视频方面采用MPEG-2标准,而在音频方面则采用AC-3标准)。S
5、lide 8MPEG-4标准MPEG-4 标准(ISO/IEC l4496).“Coding of audio-visual objects”2019年5月形成国际标准(版本1),2019-2019形成版本2,是一种基于对象的视(音)频编码标准,目标是支持各种多媒体应用(主要侧重于对多媒体信息内容的访问)主要目标 compression and manipulation of audio and visual objects,the web page paradigm applied to audio and video!Slide 9MPEG-7标准MPEG-7标准(ISO/IEC l593
6、8).2 0 1 9 年 9 月 形 成。它 是“多 媒 体 内 容 描 述 接 口”(Multimedia Content Description Interface)的标准,该标准将确定各种类型的多媒体信息的标准描述方法,可应用于数字图书馆、各种多媒体目录服务、广播媒体的选择,以及多媒体编辑等领域。Slide 10MPEG-21标准MPEG-21总体上来讲是一个支持通过异构网络和设备使用户透明而广泛地使用多媒体资源的标准,其目标是建立一个交互的多媒体框架。支持以下功能:通过网络和/或设备存取、使用并交互操作多媒体对象。实现多种业务模型,包括在价值链中对版权和支付交易的自动管理。对内容使用者
7、隐私的尊重。MPEG-21技术报告向人们描绘了一幅未来的多媒体环境场景,这个环境能够支持各种不同的应用领域,不同用户可以使用和传送所有类型的数字内容。2 MPEG-1视频编码Slide 12MPEG-1视频压缩的基本方法 在空间域:采用JPEG(Joint Photographic Experts Group)压缩算法来去掉画面内部的冗余信息。在时间域:采用运动补偿(motion compensation)算法来去掉画面之间的冗余信息。Slide 13MPEG-1视频编/解码总框图预处理压缩编码存储和/或传输解码数字视频CCIR 601后处理显示预处理与画面分类Slide 15CCIR 601
8、(PAL)的预处理亚采样滤波器13031U,V/8-29088138880-29Y/256i-3 i-2 i-1 i i+1 i+2 i+3720 x576360 x576720 x288360 x288180 x288YU,V352x288(SIF)176x144(SIF)Slide 16MPEG-1画面预处理中的亚采样1 使用滤波器对亮度(色度)象素进行平滑处理:-29088138880-29Y/256i-3 i-2 i-1 i i+1 i+2 i+31331U,V/8亚采样前:10 12 20 30 35 15 19 11 11 19 26 45 80 90 92 902 采用亚采样降低
9、分辨率5923/256=23平滑处理:亚采样后:12 32 23 9 12 49 95 92Slide 17画面的分类Intra-picture(I画面)不需要参考其它画面而独立进行压缩编码的画面;Predicted-picture(P画面)参考前面已编码的 I 或 P画面进行预测编码的画面;Bidirectional-picture(B画面)既参考前面的I或P画面、又参考后面的I或P画面进行双向预测编码的画面DC coefficient-picture(D画面)仅使用画面中每个块的 DC系数进行编码,用作正/反向快速搜索.单独进行编码与存储(仅MPEG-1使用)。Slide 18MPEG 的
10、画面组(GOP)视频画面序列被分成一个一个画面组(Grupe Of Pictures,GOP)GOP中的画面数目一般为1015.每个GOP中至少包含一个I画面,可没有B画面,甚至没有P画面Slide 19画面的重新排序画面的显示顺序是:I B B P B B P B B P 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 画面的编码顺序是:I P B B P B B P B B 1 4 2 3 7 5 6 10 8 9因此,每一个GOP中的画面在编码前和解码后都必须重排序BBPBBPIB 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10例例BGOP(Group of Pictures)P编码器结构及I画面的
11、处理Slide 21调节器SIF格式的视频画面画面缓冲与重排运动估计DCTQVLCBufferMUXQ-1IDCT+画面存储及预测预测画面运动矢量差分画面视频比特流q解码的差分画面MPEG-1编码器框图I画面独立编码,类似于JPEGP画面和B画面应进行运动估计,求出12个运动矢量P画面和B画面采用帧间预测编码,被编码的是差分图象Slide 22I 画面压缩编码的流程 Slide 23P 画面压缩编码的流程 Slide 24双向预测宏块的编码过程运动矢量运动矢量Slide 25宏块的大小与组成宏块的大小与组成宏块(macro block)的组成:012345Y(16x16)U(8x8)V(8x8
12、)宏块有2种情况:可预测宏块:与参考画面中的某个宏块有位移关系 不可预测宏块:与参考画面中的任何宏块都找不到位移关系Slide 26可预测宏块Motion vectorForward prediction:前向预测宏块(I or P picture)(P picture)Bidirectional prediction:双向预测宏块(I or P picture)(I or P picture)(B picture)被编码宏块被编码宏块参考画面参考画面参考画面Slide 273131搜索范围MPEG-1的运动矢量估计搜索范围(7种可选)31,63,127,.,2047?搜索精度(2种可选)0.
13、5 pel,1 pel搜索策略(自定)全面搜索(31x31)搜索次数=(31-16+1)2=256 对数搜索法(31x31)搜索次数=9x5=45 菱形搜索法宏块Slide 28菱形搜索(DS)Slide 29小结1:编码器的主要操作 1为 GOP中的 I画面、P画面和 B画面重新排序 2为 P画面和 B画面中的每个 MB(宏块)估算运动矢量 3确定每个 MB的宏块类型(MTYPE)4如果选择自适应量化的话,设置量化因子 MQUANT。Slide 30小结2:I,P,B 三种画面的比较压缩后,3种画面比特数目的比较:IPB例如:I画面:300 kb P画面:100-65 kb B画面:18-7
14、 kb关于B画面 优点:预测效果好,压缩效率高,缺点:复杂,需要较大的缓冲器,增加了编码延迟。Slide 31小结3:视频比特流的层次结构DCT单位运动补偿单位重新同步单位主编码单位随机存取单元video编辑单位随机存取单元contextSlide 32小结4:MPEG-1的视频数据流格式SeqSeqSeqSeqSequence LayerCBPb5.AddrTypeMotionVectorQScaleb0Block LayerGOPGOP.SeqSCVideoParamBitstreamParamQT,miscGOP Layerbitrate,bufsizewidth,height,aspe
15、ct ratio,picture ratePictPict.GOPSCGOPParamTimeCodePicture Layerhours,minutes,secondsSliceSlice.PSCTypeBufferParamEncodeParamSlice LayerI,P,BMBMB.SSCQScaleVertPosMacro-block Layerwhich line does this slice start on?Slide 33与H.261的区别Source format H.261 only supports CIF(352288)and QCIF(176144)source
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