数字视频信息 处理与传输1专业课数字视频压缩标准数字视频压缩标准 图像压缩国际标准图像压缩国际标准 近十年来，图像编码技术得到了迅速发展近十年来，图像编码技术得到了迅速发展和广泛应用，并且日臻成熟，其标志就是几个和广泛应用，并且日臻成熟，其标志就是几个图像压缩国际标准的制定。即关于静止图像的图像压缩国际标准的制定。即关于静止图像的编码标准编码标准JPEGJPEG和和JPEG2000JPEG2000、关于电话、关于电话/ /会议电视会议电视的视频编码标准的视频编码标准H.261,H.263H.261,H.263和关于活动图像的和关于活动图像的编码标准编码标准MPEG-1MPEG-1，MPEG-2, MPEG-4 MPEG-2, MPEG-4 和和 H.264H.264等。等。 JPEG JPEG (Joint Photographic Expert Group)(Joint Photographic Expert Group) MPEGMPEG (Motion Picture Experts Group) (Motion Picture Experts Group)2专业课图像压缩国际标准图像压缩国际标准标准标准 标题标题 起止起止日期日期 目标目标比特率比特率应用场合应用场合 主要主要编码技术编码技术 JPEG JPEG 连续连续色调色调静态静态图像图像1986.31986.31992.101992.10 压缩比压缩比为为2 23030因特网因特网数字照相数字照相图像图像/ /视频视频 编辑编辑 DCTDCT知觉量化知觉量化霍夫曼编码霍夫曼编码算术编码算术编码 JPEG2000JPEG2000新一代新一代静态图静态图像编码像编码标准标准 1996.21996.22000.122000.12 压缩比压缩比为为2 25050因特网因特网移动通信移动通信数字照相数字照相遥感遥感传真传真数字图书馆数字图书馆JPEGJPEG所有技术所有技术小波变换小波变换EBCOTEBCOTROIROI编码编码可扩展编码可扩展编码3专业课图像压缩国际标准图像压缩国际标准标准标准 标题标题 目标目标比特率比特率应用场合应用场合 主要主要编码技术编码技术 MPEG-1 MPEG-1 运动图像运动图像及其伴音及其伴音不超过不超过1.5Mb/s1.5Mb/s 光盘存储光盘存储VCD VCD 视频监控视频监控 JPEGJPEG所有技术所有技术自适应量化自适应量化运动补偿预测运动补偿预测MPEG-2MPEG-2 运动图像运动图像及其伴音及其伴音1.51.535Mb/s35Mb/s 数字高清数字高清 晰度电视晰度电视高品质视频高品质视频卫星卫星/有线电视有线电视地面广播地面广播MPEG-1MPEG-1所有技术所有技术基于帧基于帧/ /场的场的 运动补偿运动补偿扩展编码扩展编码容错编码容错编码 4专业课图像压缩国际标准图像压缩国际标准标准标准 标题标题 目标目标比特率比特率应用场合应用场合 主要主要编码技术编码技术 MPEG-4MPEG-4音视频音视频对象的对象的通用编码通用编码 8kb/s8kb/s35Mb/s35Mb/s 因特网因特网交互式视频交互式视频2D/3D2D/3D计算机图形计算机图形移动通信移动通信 MPEG-2MPEG-2所有技术所有技术小波变换小波变换运动估计运动估计/ /补偿补偿可扩展编码可扩展编码位图形状编码位图形状编码对象编码对象编码动态网络编码动态网络编码 MPEG-7MPEG-7多媒体多媒体描述接口描述接口多媒体数据库等多媒体数据库等 MPEG-21MPEG-21多媒体多媒体框架框架 5专业课图像压缩国际标准图像压缩国际标准标准标准 标题标题 目标目标比特率比特率应用场合应用场合 主要主要编码技术编码技术 H.261H.261 P Px64kb/sx64kb/s的音视频的音视频服务服务P Px64kb/sx64kb/s( (p p:1:130)30) ISDNISDN视频会议视频会议 DCTDCT自适应量化自适应量化运动补偿预测运动补偿预测运动估计运动估计霍夫曼编码霍夫曼编码H.263H.263低比特率低比特率通信的通信的视频编码视频编码 8kb/s8kb/s1.5Mb/s1.5Mb/s POTSPOTS视频电话视频电话桌面视频电话桌面视频电话移动视频电话移动视频电话 H.261H.261所有技术所有技术双向运动补偿双向运动补偿半像素运动估计半像素运动估计高级运动估计高级运动估计重叠运动补偿重叠运动补偿算术编码算术编码 6专业课数字视频压缩标准数字视频压缩标准静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准1 1、 JPEG JPEG 国际静止图像压缩标准国际静止图像压缩标准7专业课6.2 6.2 静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准JPEGJPEG是是是是面面面面向向向向静静静静态态态态图图图图像像像像编编编编码码码码的的的的国国国国际际际际标标标标准准准准。在在在在相相相相同同同同图图图图像像像像质质质质量量量量条条条条件件件件下下下下， JPEGJPEG文文文文件件件件拥拥拥拥有有有有比比比比其其其其他他他他图图图图像像像像文文文文件件件件格格格格式式式式更更更更高高高高的的的的压压压压缩缩缩缩比比比比。JPEGJPEG目目目目前前前前被被被被广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用于于于于多多多多媒媒媒媒体体体体和和和和网网网网络络络络程程程程序序序序中中中中，是是是是现现现现今今今今万万万万维维维维网网网网中中中中使使使使用用用用最最最最广广广广泛泛泛泛的的的的两两两两种种种种图图图图像像像像文文文文件件件件格格格格式式式式之之之之一一一一。JPEGJPEG是是是是一一一一种种种种有有有有损损损损压压压压缩缩缩缩， 即即即即在在在在压压压压缩缩缩缩过过过过程程程程中中中中会会会会丢丢丢丢失失失失数数数数据据据据，每每每每次次次次编编编编辑辑辑辑JPEGJPEG图图图图像像像像后后后后，图图图图像像像像就就就就会会会会被被被被重复压缩一次，损失就会有所增加。重复压缩一次，损失就会有所增加。重复压缩一次，损失就会有所增加。重复压缩一次，损失就会有所增加。8专业课6.2 6.2 静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准JPEGJPEG允许四种编码模式允许四种编码模式允许四种编码模式允许四种编码模式： （1 1） 顺序式（顺序式（顺序式（顺序式（SequentialSequential）DCTDCT方式：方式：方式：方式：从左到右、从上到下对图像顺序进行基从左到右、从上到下对图像顺序进行基从左到右、从上到下对图像顺序进行基从左到右、从上到下对图像顺序进行基于离散余弦变换（于离散余弦变换（于离散余弦变换（于离散余弦变换（DCTDCT）的编码。）的编码。）的编码。）的编码。DCTDCT理论理论理论理论上是可逆的，但在计算时存在误差，因而基上是可逆的，但在计算时存在误差，因而基上是可逆的，但在计算时存在误差，因而基上是可逆的，但在计算时存在误差，因而基于于于于DCTDCT的编码模式是一种有损编码。的编码模式是一种有损编码。的编码模式是一种有损编码。的编码模式是一种有损编码。9专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准（2 2 2 2） 渐进式（渐进式（渐进式（渐进式（ProgressiveProgressiveProgressiveProgressive）DCTDCTDCTDCT方式：方式：方式：方式：基于基于基于基于DCTDCTDCTDCT，对图像分层次进行处理，从模，对图像分层次进行处理，从模，对图像分层次进行处理，从模，对图像分层次进行处理，从模糊到清晰地传输图像（与糊到清晰地传输图像（与糊到清晰地传输图像（与糊到清晰地传输图像（与GIFGIFGIFGIF文件的交错方式文件的交错方式文件的交错方式文件的交错方式类似）。有两种实现方法，一种是频谱选择类似）。有两种实现方法，一种是频谱选择类似）。有两种实现方法，一种是频谱选择类似）。有两种实现方法，一种是频谱选择法，即按法，即按法，即按法，即按Z Z Z Z形扫描的序号将形扫描的序号将形扫描的序号将形扫描的序号将DCTDCTDCTDCT量化序数分成量化序数分成量化序数分成量化序数分成几个频段，每个频段对应一次扫描，几个频段，每个频段对应一次扫描，几个频段，每个频段对应一次扫描，几个频段，每个频段对应一次扫描， 每块均每块均每块均每块均先传送低频扫描数据，得到原图概貌，再依先传送低频扫描数据，得到原图概貌，再依先传送低频扫描数据，得到原图概貌，再依先传送低频扫描数据，得到原图概貌，再依次传送高频扫描数据，使图像逐渐清晰；另次传送高频扫描数据，使图像逐渐清晰；另次传送高频扫描数据，使图像逐渐清晰；另次传送高频扫描数据，使图像逐渐清晰；另一种是逐次逼近法，即每次扫描全部一种是逐次逼近法，即每次扫描全部一种是逐次逼近法，即每次扫描全部一种是逐次逼近法，即每次扫描全部DCTDCTDCTDCT量化量化量化量化序数，但每次的表示精度逐渐提高。序数，但每次的表示精度逐渐提高。序数，但每次的表示精度逐渐提高。序数，但每次的表示精度逐渐提高。10专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准（3 3） 无失真（无失真（无失真（无失真（LosslessLossless）方式：）方式：）方式：）方式： 使使使使用用用用线线线线性性性性预预预预测测测测器器器器，如如如如DPCMDPCM， 而而而而不不不不是是是是基基基基于于于于DCTDCT。 （4 4） 分层（分层（分层（分层（HierarchicalHierarchical）方式：）方式：）方式：）方式：在在在在空空空空间间间间域域域域将将将将源源源源图图图图像像像像以以以以不不不不同同同同的的的的分分分分辨辨辨辨率率率率表表表表示示示示，每每每每个个个个分分分分辨辨辨辨率率率率对对对对应应应应一一一一次次次次扫扫扫扫描描描描， 处处处处理理理理时时时时可可可可以以以以基基基基于于于于DCTDCT或或或或预预预预测测测测编编编编码码码码，可可可可以以以以是是是是渐渐渐渐进进进进式式式式，也也也也可可可可以以以以是是是是顺序式。顺序式。顺序式。顺序式。11专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准JPEGJPEGJPEGJPEG定义了三种系统：定义了三种系统：定义了三种系统：定义了三种系统：基本系统（基本系统（基本系统（基本系统（Baseline SystemBaseline SystemBaseline SystemBaseline System）扩展系统（扩展系统（扩展系统（扩展系统（Extended SystemExtended SystemExtended SystemExtended System）失真压缩系统（失真压缩系统（失真压缩系统（失真压缩系统（Lossless SystemLossless SystemLossless SystemLossless System） 一个符合一个符合一个符合一个符合JPEGJPEGJPEGJPEG标准的编解码器至少要满标准的编解码器至少要满标准的编解码器至少要满标准的编解码器至少要满足基本系统的技术指标。足基本系统的技术指标。足基本系统的技术指标。足基本系统的技术指标。 基本的基本的基本的基本的JPEGJPEGJPEGJPEG算法属算法属算法属算法属于变换类编码，下面针对基于于变换类编码，下面针对基于于变换类编码，下面针对基于于变换类编码，下面针对基于DCTDCTDCTDCT的顺序式基的顺序式基的顺序式基的顺序式基本系统编码来说明本系统编码来说明本系统编码来说明本系统编码来说明JPEGJPEGJPEGJPEG的编码方法。的编码方法。的编码方法。的编码方法。 12专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准JPEGJPEGJPEGJPEG编码编码编码编码/ / / /解码器的流程解码器的流程解码器的流程解码器的流程13专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准JPEGJPEG压缩算法的压缩算法的实现步骤实现步骤：离散余弦变换（离散余弦变换（DCTDCT）；）；量化（量化（QuantizationQuantization）；）；Z Z字型编码（字型编码（ZigZag ScanZigZag Scan）；）；使用差分脉冲编码调制（使用差分脉冲编码调制（DPCMDPCM）对直流系数（对直流系数（DCDC）进行编码；）进行编码；使用游程长度编码（使用游程长度编码（RLERLE）对交流系数（对交流系数（ACAC）进行编码；）进行编码；熵编码熵编码(Entropy Coding)(Entropy Coding)。14专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准JPEGJPEG编码算法过程编码算法过程编码算法过程编码算法过程15专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准1 1、数据分块、数据分块 对图像进行编码前，将每个分量图像分割成对图像进行编码前，将每个分量图像分割成不重叠的不重叠的8 88 8像素块，像素块， 每一个每一个8 88 8像素块称为像素块称为一个数据单元（一个数据单元（DUDU）。在彩色图像中，）。在彩色图像中， JPEGJPEG分分别压缩图像的每个彩色分量。虽然别压缩图像的每个彩色分量。虽然JPEGJPEG可以压缩可以压缩通常的红绿蓝分量，但在通常的红绿蓝分量，但在YCbCrYCbCr空间的压缩效果空间的压缩效果会更好。这是因为人眼对色彩的变化不如对亮度会更好。这是因为人眼对色彩的变化不如对亮度的变化敏感，因而对色彩的编码可以比对亮度的的变化敏感，因而对色彩的编码可以比对亮度的编码粗糙些，这主要体现在不同的采样频率和量编码粗糙些，这主要体现在不同的采样频率和量化精度上。因此，编码前一般先将图像从化精度上。因此，编码前一般先将图像从RGBRGB空空间转换到间转换到YCbCrYCbCr空间，再把各分量图像分割成空间，再把各分量图像分割成8 88 8数据块。数据块。 16专业课 在在对对图图像像采采样样时时，可可以以采采用用不不同同的的采采样样频频率率，这这种种技技术术称称为为二二次次采采样样。由由于于亮亮度度比比色色彩彩更更重重要要，因因而而对对Y Y分分量量的的采采样样频频率率可可高高于于对对C Cb b、C Cr r的的采采样样频频率率，这这样样有有利利于于节节省省存存储储空空间间。常常用用的的采采样样方方案案有有YUV422YUV422和和YUV411YUV411。把把采采样样频频率率最最低低的的分分量量图图像像中中一一个个DUDU所所对对应应的的像像区区上上覆覆盖盖的的所所有有各各分分量量上上的的DUDU按按顺顺序序编编组组为为一一个个最最小小编编码码单单元元（MCUMCU）。对对灰灰度度图图像像而而言言，只只有有一一个个Y Y分分量量，MCUMCU就就是是一一个个数数据据单单元元。而而对对彩彩色色图图像像而而言言，以以4:1:14:1:1的的采采样样方方案案为为例例，则则一一个个MCUMCU由由4 4个个Y Y分分量量的的DUDU、1 1个个C Cb b分量的分量的DUDU和和1 1个个C Cr r分量的分量的DUDU组成。组成。 静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准17专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准2 2、离散余弦变换（、离散余弦变换（DCTDCT） 对每个对每个88的数据块进行的数据块进行DCT后，后， 得得到的到的64个系数代表了该图像块的频率成分，个系数代表了该图像块的频率成分，其中低频分量集中在左上角，其中低频分量集中在左上角， 高频分量分高频分量分布在右下角。布在右下角。其中其中 F(0,0)(F(0,0)(即第一行第一即第一行第一列元素列元素) )代表了代表了直流直流(DC)(DC)系数系数, ,即即8*88*8子块的子块的平均值平均值, ,要对它单独编码要对它单独编码, ,其余其余63个叫交流个叫交流（AC）系数。系数。 18专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准由于两个相邻的由于两个相邻的8*8子块的子块的DC系数相差很系数相差很小小,所以对它们采用所以对它们采用差分编码差分编码DPCM,可以提可以提高压缩比高压缩比,也就是说对相邻的子块也就是说对相邻的子块DC系数的系数的差值进行编码。差值进行编码。8*8的其它的其它63个元素是个元素是交流交流(AC)系数系数,采用采用行程编码行程编码。19专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准 DCDC系数占原来数组能量的系数占原来数组能量的 93%93%。 20专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准3、系数量化、系数量化 在在DCT处理中得到的处理中得到的64个系数中，低频分个系数中，低频分量包含了图像亮度等主要信息。在从空间域到量包含了图像亮度等主要信息。在从空间域到频域的变换中，图像中的缓慢变化比快速变化频域的变换中，图像中的缓慢变化比快速变化更易引起人眼的注意，更易引起人眼的注意， 所以在重建图像时，低所以在重建图像时，低频分量的重要性高于高频分量。因而在编码时频分量的重要性高于高频分量。因而在编码时可以忽略高频分量，可以忽略高频分量， 从而达到压缩的目的，这从而达到压缩的目的，这也是量化的根据和目的。也是量化的根据和目的。 21专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准表表表表1 1 亮度量化矩阵亮度量化矩阵亮度量化矩阵亮度量化矩阵 表表表表2 2 色度量化矩阵色度量化矩阵色度量化矩阵色度量化矩阵 161110162440516112121419265860551413162440576956141722295187806218223756681091077243555648110411924964788710312112101729295981121001099 1718244799999999182126669999999924265699999999994766999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999922专业课 在在JPEG标标准准中中，用用具具有有64个个独独立立元元素素的的量量化化表表来来规规定定DCT域域中中相相应应的的64个个系系数数的的量量化化精精度度，使使得得对对某某个个系系数数的的具具体体量量化化阶阶取取决决于于人人眼眼对对该该频频率率分分量量的的视视觉觉敏敏感感程程度度。理理论论上上，对对不不同同的的空空间间分分辨辨率率、数数据据精精度度等等情情况况，应应该该有有不不同同的的量量化化表表。不不过过，一一般般采采用用上上述述量量化化表表，可可取取得得较较好好的的视视觉觉效效果果。之之所所以以用用两两张张量量化化表表，是是因因为为Y分分量量比比Cb和和Cr更更重重要要些些，因因而而对对Y采采用用细细量化，而对量化，而对Cb和和Cr采用粗量化。采用粗量化。静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准23专业课量量化化就就是是用用DCT变变换换后后的的系系数数除除以以量量化化表表中中相相对对应应的的量量化化阶阶后后四四舍舍五五入入取取整整。由由于于量量化化表表中中左左上上角角的的值值较较小小，而而右右下下角角的的值值较较大大， 因因而而起起到到了了保保持持低低频频分分量量、 抑制高频分量的作用。抑制高频分量的作用。 静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准24专业课图图 源图像亮度数据块源图像亮度数据块 静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准25专业课图 量化结果 静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准26专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准4 4、Z Z字型扫描字型扫描 为了保证低频分量先出现为了保证低频分量先出现, ,高频分量后高频分量后出现，以增加行程中连续出现，以增加行程中连续”0 0”的个数的个数, ,这这6363个元素采用了个元素采用了”Z Z”字型字型(Zig(ZigZag)Zag)的排列的排列方法，可使大多出现在右下角的方法，可使大多出现在右下角的“0 0”值能值能够连续起来。然后再对直流够连续起来。然后再对直流(DC)(DC)系数进行差系数进行差分编码分编码DPCMDPCM，交流，交流(AC)(AC)系数采用行程编码。系数采用行程编码。27专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准Z Z扫描模型扫描模型015614152728247131626294238121725304143911182431404453101923323945525420223338465155602134374750565961353648495758626328专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准5 5、熵编码、熵编码、熵编码、熵编码直流系数（直流系数（直流系数（直流系数（DCDC）编码）编码）编码）编码 8 X 8图像块经过图像块经过DCT变换之后得到的变换之后得到的DC直流系数有两个特点，一是系数的数值直流系数有两个特点，一是系数的数值比较大，二是相邻比较大，二是相邻8 X 8图像块的图像块的DC系数值系数值变化不大。根据这个特点，变化不大。根据这个特点，JPEG算法使用算法使用了差分脉冲调制编码（了差分脉冲调制编码（DPCM）技术，）技术，即用即用前一数据块的同一分量的前一数据块的同一分量的DC系数作为当前系数作为当前块的预测值，再块的预测值，再对相邻图像块之间量化对相邻图像块之间量化DC系数的差值进行系数的差值进行Huffman编码编码。29专业课 若若DC系系数数的的动动态态范范围围为为-1024+1024，则则差差值值的的动动态态范范围围为为-2047+2047。如如果果为为每每个个差差值值赋赋予予一一个个码码字字，则则码码表表过过于于庞庞大大。因因此此，JPEG对对 码码 表表 进进 行行 了了 简简 化化 ， 采采 用用 “前前 缀缀 码码（SSSS）+ 尾尾码码”来来表表示示。前前缀缀码码指指明明了了尾尾码码的的有有效效位位数数B，可可以以根根据据DIFF从从表表中中查查出出前前缀缀码码对对应应的的哈哈夫夫曼曼编编码码。尾尾码码的的取取值值取取决决于于DC系系数数的的差差值值和和前前缀缀码码。如如果果DC系系数数的的差差值值DIFF大大于于等等于于0，则则尾尾码码的的码码字字为为DIFF的的B位位原码；否则，取原码；否则，取DIFF的的B位反码。位反码。 静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准30专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准 使用熵编码还可以对使用熵编码还可以对DPCM编码后的直流编码后的直流DC系数和系数和RLE编码后的交流编码后的交流AC系数作进一系数作进一步的压缩，在步的压缩，在JPEG有损压缩算法中，使用有损压缩算法中，使用霍夫曼编码器来减少熵。使用霍夫曼编码器霍夫曼编码器来减少熵。使用霍夫曼编码器的理由是可以使用很简单的查表的理由是可以使用很简单的查表(lookup table)方法进行编码。方法进行编码。31专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准压缩数据符号时，霍夫曼编码器对出现频度压缩数据符号时，霍夫曼编码器对出现频度压缩数据符号时，霍夫曼编码器对出现频度压缩数据符号时，霍夫曼编码器对出现频度比较高的符号分配比较短的代码，而对出现比较高的符号分配比较短的代码，而对出现比较高的符号分配比较短的代码，而对出现比较高的符号分配比较短的代码，而对出现频度较低的符号分配比较长的代码。这种可频度较低的符号分配比较长的代码。这种可频度较低的符号分配比较长的代码。这种可频度较低的符号分配比较长的代码。这种可变长度霍夫曼表可以事先进行定义。变长度霍夫曼表可以事先进行定义。变长度霍夫曼表可以事先进行定义。变长度霍夫曼表可以事先进行定义。32专业课表表 图像分量为图像分量为8位时位时DC系数差值的典型哈夫曼编码表系数差值的典型哈夫曼编码表 33专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准交流系数（交流系数（交流系数（交流系数（ACAC）编码）编码）编码）编码 量化后量化后AC系数的特点是系数的特点是1 X 64矢量中包矢量中包含有许多含有许多“0”系数，并且许多系数，并且许多“0”是连续是连续的，因此使用简单和直观的行程编码的，因此使用简单和直观的行程编码（RLE）对它们进行编码。）对它们进行编码。JPEG使用了使用了1个个字节的高字节的高4位来表示连续位来表示连续“0”的个数，而使的个数，而使用它的低用它的低4位来表示编码下一个非位来表示编码下一个非“0”系数系数所需的位数，跟在它后面的量化所需的位数，跟在它后面的量化AC系数的数系数的数值。值。34专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准 经经经经Z Z Z Z形排列后的形排列后的形排列后的形排列后的ACACACAC系数，更有可能出现系数，更有可能出现系数，更有可能出现系数，更有可能出现连续连续连续连续0 0 0 0组成的字符串，组成的字符串，组成的字符串，组成的字符串， 从而对其进行行程编从而对其进行行程编从而对其进行行程编从而对其进行行程编码将有利于压缩数据。码将有利于压缩数据。码将有利于压缩数据。码将有利于压缩数据。JPEGJPEGJPEGJPEG将一个非零将一个非零将一个非零将一个非零DCDCDCDC系系系系数及其前面的数及其前面的数及其前面的数及其前面的0 0 0 0行程长度（连续行程长度（连续行程长度（连续行程长度（连续0 0 0 0的个数）的的个数）的的个数）的的个数）的组合称为一个事件。组合称为一个事件。组合称为一个事件。组合称为一个事件。35专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准 将每个事件编码表示为将每个事件编码表示为将每个事件编码表示为将每个事件编码表示为“NNNN/SSSS+NNNN/SSSS+NNNN/SSSS+NNNN/SSSS+尾码尾码尾码尾码”， 其中，其中，其中，其中， NNNNNNNNNNNNNNNN为为为为0 0 0 0行程的长度，行程的长度，行程的长度，行程的长度，SSSSSSSSSSSSSSSS表示尾码的有效位数表示尾码的有效位数表示尾码的有效位数表示尾码的有效位数B B B B（即当前非（即当前非（即当前非（即当前非0 0 0 0系数所占的比特数），如果非零系数所占的比特数），如果非零系数所占的比特数），如果非零系数所占的比特数），如果非零ACACACAC系数系数系数系数大于等于大于等于大于等于大于等于0 0 0 0， 则尾码的码字为该系数的则尾码的码字为该系数的则尾码的码字为该系数的则尾码的码字为该系数的B B B B位原码，位原码，位原码，位原码， 否则，取该系数的否则，取该系数的否则，取该系数的否则，取该系数的B B B B位反码。位反码。位反码。位反码。36专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准 由于只用由于只用由于只用由于只用4 4位表示位表示位表示位表示0 0行程的长度，故在行程的长度，故在行程的长度，故在行程的长度，故在JPEGJPEG编码中，最大编码中，最大编码中，最大编码中，最大0 0行程只能等于行程只能等于行程只能等于行程只能等于1515。当。当。当。当0 0行程长度大于行程长度大于行程长度大于行程长度大于1616时，需要将其分开多次编码，时，需要将其分开多次编码，时，需要将其分开多次编码，时，需要将其分开多次编码， 即对前面的每即对前面的每即对前面的每即对前面的每1616个个个个0 0以以以以“ “F/0F/0” ”表示，对剩余表示，对剩余表示，对剩余表示，对剩余的继续编码。的继续编码。的继续编码。的继续编码。37专业课表表 AC系数的尾码位数表系数的尾码位数表 SSSSAC系数的尾码位数表系数的尾码位数表 001-1,12-3, -2, 2, 3 3-7-4, 47 4-15-8, 815 5-31-16, 1631 6-63-17, 1763 7-127-64, 64127 8-255-128, 128255 9-511256, 256511 10-1023-512, 5121023 38专业课表表 亮度亮度AC系数码表系数码表 39专业课续表续表 40专业课续表续表 41专业课表表 色差色差AC系数编码系数编码 42专业课续表续表 43专业课续表续表 44专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准JPEG图像数据片段图像数据片段 45专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准FFD8: 图像开始标记（SOI），标识压缩数据的开 始，标记是用来标识压缩数据格式中的不同 的结构单元的，所有的标记都是由1个FF字 节和1个不等于0或FF的字节组成的，本文所 分析的标记都是典型且必须的。FFE0: 应用数据标记(APP0)，标识应用数据段的开 始。0010: 应用数据段长度参数(Lp) ,该参数本身长度为 两个字节，其值表示应用数据段包含的字 数，但是不包括APP0的两个字节，这里长 度为16个字节。46专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准4A46494600: 文件标识符，即JFIF + NUL的ASCII 码。0101: 文件版本号，一般为0101或0102。01: 表示X和Y的密度单位，值为0，无单位， 值为1，单位为“点数/英寸”，值为2，单位为 “点数/厘米”。0060: 表示X轴方向密度。0060: 表示Y轴方向密度。47专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准00: 表示缩略图水平像素数目，一般为00。00: 表示缩略图垂直像素数目，一般为00。FFD8: 定义量化表标记(DQT)，标明量化表说 明参数的开始，可能有多个该标记，分 别用来表示量化表0.量化表1. . ,量化表 n，这里表示量化表0。48专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准0043: 表示长度参数(Ld)，该参数本身长度为 两个字节，其值表示量化表包含的字节 数，但是不包括DQT的两个字节，这里 长度为67个字节。49专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准00: 前4位为量化表元素精度参数(Pq)，值0表示 量化表元素精度为8位，值1表示量化表元素 精度为16位；后4位为量化表目标标识符(Tq) 指定位于解码器中的4个可能目标中的1个用 于安装量化表，这里指定目标0。0806060706050838323C2E33332: 以上为量化表元素(Q r共有64个。FFDB: 定义量化表标记(DQT，这里表示量化表1。50专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准2、 JPEG 2000 国际静止图像压缩标准国际静止图像压缩标准 多媒体应用的发展，对图像压缩技术提出了更多媒体应用的发展，对图像压缩技术提出了更多媒体应用的发展，对图像压缩技术提出了更多媒体应用的发展，对图像压缩技术提出了更高的要求，传统的高的要求，传统的高的要求，传统的高的要求，传统的JPEGJPEGJPEGJPEG已无法满足人们对多媒体图已无法满足人们对多媒体图已无法满足人们对多媒体图已无法满足人们对多媒体图像的进一步需要，主要表现为以下不足：像的进一步需要，主要表现为以下不足：像的进一步需要，主要表现为以下不足：像的进一步需要，主要表现为以下不足：低比特率压缩性能低比特率压缩性能低比特率压缩性能低比特率压缩性能：目前的目前的目前的目前的JPEGJPEGJPEGJPEG标准在中高速比特标准在中高速比特标准在中高速比特标准在中高速比特率的情况下，有较好的率失真性能，但是，当比特率的情况下，有较好的率失真性能，但是，当比特率的情况下，有较好的率失真性能，但是，当比特率的情况下，有较好的率失真性能，但是，当比特率低于率低于率低于率低于0.25bpp0.25bpp0.25bpp0.25bpp时，方块效应显著，视觉失真很大。时，方块效应显著，视觉失真很大。时，方块效应显著，视觉失真很大。时，方块效应显著，视觉失真很大。无损和有损压缩无损和有损压缩无损和有损压缩无损和有损压缩：目前的目前的目前的目前的JPEGJPEGJPEGJPEG标准不能在同一个标准不能在同一个标准不能在同一个标准不能在同一个压缩码流中同时提供无损和有损两种压缩编码方压缩码流中同时提供无损和有损两种压缩编码方压缩码流中同时提供无损和有损两种压缩编码方压缩码流中同时提供无损和有损两种压缩编码方式。式。式。式。51专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准单一的解码过程单一的解码过程：目前的：目前的JPEGJPEG有有4444中模式，大部分中模式，大部分模式是针对不同的应用提出的，没有通用性，这给模式是针对不同的应用提出的，没有通用性，这给交换、传输压缩图像数据带来很大的麻烦。交换、传输压缩图像数据带来很大的麻烦。噪声环境下的传输噪声环境下的传输：在噪声环境下，传输：在噪声环境下，传输JPEGJPEG压缩压缩码流产生误码时，图像恢复质量将很差。码流产生误码时，图像恢复质量将很差。计算机图形计算机图形：当前的标准对自然图像的压缩性能较：当前的标准对自然图像的压缩性能较好，但是处理由计算机绘制的图形，其压缩性能变好，但是处理由计算机绘制的图形，其压缩性能变差。差。复合文档复合文档：使用：使用JPEGJPEG对包含有文字、图像等内容的对包含有文字、图像等内容的复合文档，如复合文档，如HTMLHTML等进行压缩，效果不好。等进行压缩，效果不好。52专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准 另一方面，小波技术日益发展成熟。小波变换另一方面，小波技术日益发展成熟。小波变换另一方面，小波技术日益发展成熟。小波变换另一方面，小波技术日益发展成熟。小波变换的一个最大特点就是能够同时在时域和频域上反映的一个最大特点就是能够同时在时域和频域上反映的一个最大特点就是能够同时在时域和频域上反映的一个最大特点就是能够同时在时域和频域上反映信号的局部特性。图像经过小波变换后，被分解成信号的局部特性。图像经过小波变换后，被分解成信号的局部特性。图像经过小波变换后，被分解成信号的局部特性。图像经过小波变换后，被分解成不同频段的子带不同频段的子带不同频段的子带不同频段的子带, , , , 根据人类视觉特性，对不同频段根据人类视觉特性，对不同频段根据人类视觉特性，对不同频段根据人类视觉特性，对不同频段的数据进行粗细不同的量化处理，可达到较好的压的数据进行粗细不同的量化处理，可达到较好的压的数据进行粗细不同的量化处理，可达到较好的压的数据进行粗细不同的量化处理，可达到较好的压缩效果。此外，小波变换快速算法简单、运行速度缩效果。此外，小波变换快速算法简单、运行速度缩效果。此外，小波变换快速算法简单、运行速度缩效果。此外，小波变换快速算法简单、运行速度快，从而，小波技术成为当前图像压缩领域的研究快，从而，小波技术成为当前图像压缩领域的研究快，从而，小波技术成为当前图像压缩领域的研究快，从而，小波技术成为当前图像压缩领域的研究热点，涌现出许多优秀的基于小波变换的图像压缩热点，涌现出许多优秀的基于小波变换的图像压缩热点，涌现出许多优秀的基于小波变换的图像压缩热点，涌现出许多优秀的基于小波变换的图像压缩算法，不仅大大提高了压缩性能，而且还增强了压算法，不仅大大提高了压缩性能，而且还增强了压算法，不仅大大提高了压缩性能，而且还增强了压算法，不仅大大提高了压缩性能，而且还增强了压缩码流的功能。缩码流的功能。缩码流的功能。缩码流的功能。53专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准 综上，随着多媒体技术和网络的发展，原综上，随着多媒体技术和网络的发展，原综上，随着多媒体技术和网络的发展，原综上，随着多媒体技术和网络的发展，原有的图像压缩标准已不能满足应用的需要，同有的图像压缩标准已不能满足应用的需要，同有的图像压缩标准已不能满足应用的需要，同有的图像压缩标准已不能满足应用的需要，同时，基于小波变换的图像压缩算法日益成熟，时，基于小波变换的图像压缩算法日益成熟，时，基于小波变换的图像压缩算法日益成熟，时，基于小波变换的图像压缩算法日益成熟，为新压缩标准的制定提供了解决方案，新一代为新压缩标准的制定提供了解决方案，新一代为新压缩标准的制定提供了解决方案，新一代为新压缩标准的制定提供了解决方案，新一代的图像压缩标准的图像压缩标准的图像压缩标准的图像压缩标准JPEG2000JPEG2000JPEG2000JPEG2000应运而生。应运而生。应运而生。应运而生。 54专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准 二、二、JPEG2000JPEG2000图像编码系统和解码系统图像编码系统和解码系统图像编码系统和解码系统图像编码系统和解码系统55专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准56专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准三、三、三、三、JPEG2000JPEG2000JPEG2000JPEG2000的关键技术的关键技术的关键技术的关键技术 为了实现上述特点，为了实现上述特点，为了实现上述特点，为了实现上述特点，JPEG2000JPEG2000JPEG2000JPEG2000采用多种技采用多种技采用多种技采用多种技术，本文对其中主要的关键技术，如压缩码流术，本文对其中主要的关键技术，如压缩码流术，本文对其中主要的关键技术，如压缩码流术，本文对其中主要的关键技术，如压缩码流的可分级技术，的可分级技术，的可分级技术，的可分级技术，ROIROIROIROI（Region of InterestRegion of InterestRegion of InterestRegion of Interest）区）区）区）区域处理，随机存取码流数据，码流的容错技术域处理，随机存取码流数据，码流的容错技术域处理，随机存取码流数据，码流的容错技术域处理，随机存取码流数据，码流的容错技术等作以介绍。等作以介绍。等作以介绍。等作以介绍。 57专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准1 1 1 1、压缩码流的可分级性、压缩码流的可分级性、压缩码流的可分级性、压缩码流的可分级性 许多应用希望解码器能够解码出具有不同质量许多应用希望解码器能够解码出具有不同质量许多应用希望解码器能够解码出具有不同质量许多应用希望解码器能够解码出具有不同质量或者分辨率的图像，为了满足这一要求，或者分辨率的图像，为了满足这一要求，或者分辨率的图像，为了满足这一要求，或者分辨率的图像，为了满足这一要求，JPEG2000JPEG2000JPEG2000JPEG2000图像编码系统采用图像编码系统采用图像编码系统采用图像编码系统采用EBCOTEBCOTEBCOTEBCOT算法思想，使得压缩码流算法思想，使得压缩码流算法思想，使得压缩码流算法思想，使得压缩码流同时具有质量可分级性和分辨率可分级性。图像的同时具有质量可分级性和分辨率可分级性。图像的同时具有质量可分级性和分辨率可分级性。图像的同时具有质量可分级性和分辨率可分级性。图像的可分级压缩编码是指通过编码，可获取多于一个质可分级压缩编码是指通过编码，可获取多于一个质可分级压缩编码是指通过编码，可获取多于一个质可分级压缩编码是指通过编码，可获取多于一个质量级或者分辨率级的图像。量级或者分辨率级的图像。量级或者分辨率级的图像。量级或者分辨率级的图像。 58专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准质量可分级性质量可分级性 质量可分级性，也称信噪比（质量可分级性，也称信噪比（SNR）可分）可分级性，是指解码系统对同一个压缩码流源进行级性，是指解码系统对同一个压缩码流源进行解码，可获得至少两层或两层以上具有相同大解码，可获得至少两层或两层以上具有相同大小，不同质量的图像。其中，较低层提供基本小，不同质量的图像。其中，较低层提供基本的图像质量，高层，即增强层，在低层的基础的图像质量，高层，即增强层，在低层的基础上改善图像质量。上改善图像质量。59专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准质量可分级性质量可分级性(a) 0.0625bpp (b) 0.25bpp(a) 0.0625bpp (b) 0.25bpp图图 质量可分级示意图质量可分级示意图60专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准分辨率可分级性分辨率可分级性 分辨率可分级性，也称空间可分级性，是分辨率可分级性，也称空间可分级性，是指解码系统对同一个压缩码流源进行解码，可指解码系统对同一个压缩码流源进行解码，可获得至少两层或两层以上具有不同大小的图像。获得至少两层或两层以上具有不同大小的图像。其中，较低层提供基本的图像分辨率，高层即其中，较低层提供基本的图像分辨率，高层即增强层在低层的基础上增加图像的分辨率。增强层在低层的基础上增加图像的分辨率。 61专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准分辨率可分级性分辨率可分级性(a) (a) 分辨率级为分辨率级为0 0级级 (b) (b) 分辨率级为分辨率级为1 1级级图图 分辨率可分级示意图分辨率可分级示意图62专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准2、感兴趣区域处理（、感兴趣区域处理（ROI，Region of Interest） 在处理图像时，通常，我们只对其中的部分在处理图像时，通常，我们只对其中的部分区域感兴趣，对这样的区域往往有较高的质量要区域感兴趣，对这样的区域往往有较高的质量要求，有时甚至希望是无损压缩，求，有时甚至希望是无损压缩， 称此区域为称此区域为ROI区域。为了得到较高的压缩效率，我们可把图像区域。为了得到较高的压缩效率，我们可把图像的其他部分看成是背景，分配较少的比特数，而的其他部分看成是背景，分配较少的比特数，而给给ROI区域分配较多的比特数。在传输图像的压缩区域分配较多的比特数。在传输图像的压缩码流时，码流时，ROI区域可先于图像的其他部分被传输，区域可先于图像的其他部分被传输，如果压缩码流被截取，则在一定程度上可保证如果压缩码流被截取，则在一定程度上可保证ROI的质量。的质量。63专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准感兴趣区域处理感兴趣区域处理 (a) 0.0625bpp (b) 0.25bpp(a) 0.0625bpp (b) 0.25bpp (c) 0.5bpp (d) 2.0bpp(c) 0.5bpp (d) 2.0bppROIROI区域编码示意图区域编码示意图64专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准3 3、抗误码性能、抗误码性能、抗误码性能、抗误码性能 通常，无线通讯信道上有很大的噪声干扰，往通常，无线通讯信道上有很大的噪声干扰，往往会形成随机的或者迸发性的比特错误。在互联网往会形成随机的或者迸发性的比特错误。在互联网上，由于堵塞也会产生丢失数据包的错误。因此，上，由于堵塞也会产生丢失数据包的错误。因此，要求在这种环境中传输的数据码流具有较强的容错要求在这种环境中传输的数据码流具有较强的容错性。在性。在JPEG2000JPEG2000标准中，采取了一些措施，来提高标准中，采取了一些措施，来提高图像压缩码流的抗误码性能。图像压缩码流的抗误码性能。分块编码分块编码：对量化后的子带系数分成若干个小的编：对量化后的子带系数分成若干个小的编码单元码单元码块，对每个码块进行独立的编解码。码块，对每个码块进行独立的编解码。这样，当一个码块的位流发生比特错误时，只会把这样，当一个码块的位流发生比特错误时，只会把错误引起的影响限制在本码块中，不会造成误码的错误引起的影响限制在本码块中，不会造成误码的传播。传播。65专业课静态图像压缩国际标准静态图像压缩国际标准算术编码的终止处理算术编码的终止处理算术编码的终止处理算术编码的终止处理：在进行嵌入式码块编码时，：在进行嵌入式码块编码时，：在进行嵌入式码块编码时，：在进行嵌入式码块编码时，允许算术编码器在每个编码通道上终止，重新初始允许算术编码器在每个编码通道上终止，重新初始允许算术编码器在每个编码通道上终止，重新初始允许算术编码器在每个编码通道上终止，重新初始化上下文。这样，解码器发现错误时，可终止该编化上下文。这样，解码器发现错误时，可终止该编化上下文。这样，解码器发现错误时，可终止该编化上下文。这样，解码器发现错误时，可终止该编码通道的解码，对后面的编码通道位流继续执行正码通道的解码，对后面的编码通道位流继续执行正码通道的解码，对后面的编码通道位流继续执行正码通道的解码，对后面的编码通道位流继续执行正确的解码过程。确的解码过程。确的解码过程。确的解码过程。压缩码流格式中的抗误码处理压缩码流格式中的抗误码处理压缩码流格式中的抗误码处理压缩码流格式中的抗误码处理：在形成最终的压缩：在形成最终的压缩：在形成最终的压缩：在形成最终的压缩码流时，采用了称为包（码流时，采用了称为包（码流时，采用了称为包（码流时，采用了称为包（packetpacketpacketpacket）的结构单元，用）的结构单元，用）的结构单元，用）的结构单元，用来存放压缩位流数据。每个包的数据前面含有再同来存放压缩位流数据。每个包的数据前面含有再同来存放压缩位流数据。每个包的数据前面含有再同来存放压缩位流数据。每个包的数据前面含有再同步信息标志，允许发生错误后重新恢复同步。步信息标志，允许发生错误后重新恢复同步。步信息标志，允许发生错误后重新恢复同步。步信息标志，允许发生错误后重新恢复同步。66专业课数字视频压缩标准数字视频压缩标准 MPEG MPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 视频数据的特点视频数据的特点 镜头的时间冗余特性；镜头的时间冗余特性； 图像的空间冗余特性；图像的空间冗余特性； 人眼的视觉冗余特性。人眼的视觉冗余特性。 视频压缩编码的出发点视频压缩编码的出发点 基于块的运动估计以消除时间冗余；基于块的运动估计以消除时间冗余； 基于变换的方法以是能量更加集中；基于变换的方法以是能量更加集中； 针对性的量化方法视觉冗余特性；针对性的量化方法视觉冗余特性； 基于频谱重排以消除统计冗余。基于频谱重排以消除统计冗余。67专业课数字视频压缩标准数字视频压缩标准一、一、一、一、MPEG-1MPEG-1MPEG-1MPEG-1视频压缩标准视频压缩标准视频压缩标准视频压缩标准 MPEG-1MPEG-1MPEG-1MPEG-1是由是由是由是由ISO/IEC ISO/IEC ISO/IEC ISO/IEC 于于于于1991 1991 1991 1991 年提出年提出年提出年提出的的的的，正式名称为正式名称为正式名称为正式名称为“用于数字存储媒体的用于数字存储媒体的用于数字存储媒体的用于数字存储媒体的1.5 Mbit/s 1.5 Mbit/s 1.5 Mbit/s 1.5 Mbit/s 以下的活动图像及相关音频编码以下的活动图像及相关音频编码以下的活动图像及相关音频编码以下的活动图像及相关音频编码”（ISO/IEC ISO/IEC ISO/IEC ISO/IEC 11172111721117211172）。）。）。）。其中的数字存储媒体包括光盘其中的数字存储媒体包括光盘其中的数字存储媒体包括光盘其中的数字存储媒体包括光盘（CDCDCDCD），视频光盘（），视频光盘（），视频光盘（），视频光盘（VCDVCDVCDVCD），其中分配比特的），其中分配比特的），其中分配比特的），其中分配比特的方案是在方案是在方案是在方案是在1.5Mbps 1.5Mbps 1.5Mbps 1.5Mbps 的数据传输中的数据传输中的数据传输中的数据传输中1.2Mbps1.2Mbps1.2Mbps1.2Mbps用于用于用于用于编码视频，编码视频，编码视频，编码视频，256Kbps 256Kbps 256Kbps 256Kbps 用于立体声用于立体声用于立体声用于立体声。68专业课数字视频压缩标准数字视频压缩标准MPEG-1MPEG-1MPEG-1MPEG-1包括五个部分：包括五个部分：包括五个部分：包括五个部分：系统、视频、音频、一致性、及软件系统、视频、音频、一致性、及软件系统、视频、音频、一致性、及软件系统、视频、音频、一致性、及软件。 在在在在MPEG-1MPEG-1MPEG-1MPEG-1只采用只采用只采用只采用逐行扫描方式逐行扫描方式逐行扫描方式逐行扫描方式，采用，采用，采用，采用4 4 4 4 ：2 2 2 2 ：0 0 0 0的亚采样格式，其源输入格式是的亚采样格式，其源输入格式是的亚采样格式，其源输入格式是的亚采样格式，其源输入格式是SIFSIFSIFSIF，有，有，有，有 352 x 352 x 352 x 352 x 288 x 25288 x 25288 x 25288 x 25 和和和和 352 x 288 x 30352 x 288 x 30352 x 288 x 30352 x 288 x 30 两种格式。两种格式。两种格式。两种格式。69专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准1 1 1 1、 MPEGMPEGMPEGMPEG1 1 1 1编码器原理编码器原理编码器原理编码器原理 70专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准MPEG-1MPEG-1MPEG-1MPEG-1采用两种压缩方法：采用两种压缩方法：采用两种压缩方法：采用两种压缩方法：帧帧帧帧内内内内压压压压缩缩缩缩算算算算法法法法：采采采采用用用用与与与与JPEGJPEGJPEGJPEG压压压压缩缩缩缩算算算算法法法法大大大大致致致致相相相相同同同同的的的的方方方方法法法法，即即即即基基基基于于于于DCTDCTDCTDCT的的的的变变变变换换换换编编编编码码码码技技技技术术术术，用用用用以以以以减减减减少少少少空间冗余信息。空间冗余信息。空间冗余信息。空间冗余信息。帧帧帧帧间间间间压压压压缩缩缩缩算算算算法法法法：采采采采用用用用运运运运动动动动补补补补偿偿偿偿算算算算法法法法、预预预预测测测测编编编编码码码码方方方方法法法法、以以以以及及及及差差差差补补补补法法法法等等等等编编编编码码码码方方方方法法法法。帧帧帧帧间间间间编编编编码码码码技技技技术术术术可以减少时间冗余信息。可以减少时间冗余信息。可以减少时间冗余信息。可以减少时间冗余信息。 71专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准2 2、MPEGMPEG1 1视频帧的定义视频帧的定义 72专业课6.3 MPEG6.3 MPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 3 3、MPEG-1MPEG-1码流结构码流结构 73专业课6.3 MPEG6.3 MPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准视频帧的重排视频帧的重排 74专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准例题：例题：1 1、MPEGMPEG1 1编码时三种类型图像（编码时三种类型图像（I I帧、帧、P P帧和帧和B B帧）的关系为：帧）的关系为：I B B B P B B B P B B BI B B B P B B B P B B B，请，请排列出编码器实际的编码图像顺序。排列出编码器实际的编码图像顺序。 75专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准3 3 3 3、MPEGMPEGMPEGMPEG1 1 1 1视频压缩编码算法视频压缩编码算法视频压缩编码算法视频压缩编码算法 在在在在MPEG-1 MPEG-1 MPEG-1 MPEG-1 编码中，为了支持随机访问与高编码中，为了支持随机访问与高编码中，为了支持随机访问与高编码中，为了支持随机访问与高效压缩的要求，定义了三种编码类型：效压缩的要求，定义了三种编码类型：效压缩的要求，定义了三种编码类型：效压缩的要求，定义了三种编码类型： I I I I帧图像帧图像帧图像帧图像编码编码编码编码( ( ( (帧内图像帧内图像帧内图像帧内图像) ) ) )、 P P P P帧图像帧图像帧图像帧图像编码编码编码编码（预测图像）、（预测图像）、（预测图像）、（预测图像）、 B B B B帧图像帧图像帧图像帧图像编码编码编码编码（差补图或双向预测图像）。（差补图或双向预测图像）。（差补图或双向预测图像）。（差补图或双向预测图像）。 D D D D帧图像编码帧图像编码帧图像编码帧图像编码（直流分量图像）（直流分量图像）（直流分量图像）（直流分量图像）这三种类型的帧按某种方式组织在一这三种类型的帧按某种方式组织在一这三种类型的帧按某种方式组织在一这三种类型的帧按某种方式组织在一起就构成了起就构成了起就构成了起就构成了GOPGOP。76专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 77专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准I I I I 帧图像的编码帧图像的编码帧图像的编码帧图像的编码 I I I I帧帧帧帧图图图图像像像像是是是是利利利利用用用用图图图图像像像像的的的的空空空空间间间间相相相相关关关关性性性性进进进进行行行行压压压压缩缩缩缩，其其其其压压压压缩缩缩缩编编编编码码码码采采采采用用用用类类类类似似似似JPEGJPEGJPEGJPEG压压压压缩缩缩缩算算算算法法法法, , , ,同同同同时时时时I I I I帧帧帧帧图图图图像像像像又又又又是是是是P P P P帧帧帧帧图图图图像像像像和和和和B B B B帧帧帧帧图图图图像像像像的的的的参参参参考考考考图图图图像像像像，所所所所以以以以I I I I帧图像压缩率不高，压缩倍数在帧图像压缩率不高，压缩倍数在帧图像压缩率不高，压缩倍数在帧图像压缩率不高，压缩倍数在8 8 8 8倍左右。倍左右。倍左右。倍左右。 78专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 帧帧帧帧内内内内图图图图像像像像I I I I不不不不参参参参照照照照任任任任何何何何过过过过去去去去的的的的或或或或者者者者将将将将来来来来的的的的其其其其它它它它图图图图像像像像帧帧帧帧，压压压压缩缩缩缩编编编编码码码码采采采采用用用用类类类类似似似似JPEGJPEGJPEGJPEG压压压压缩缩缩缩算算算算法法法法：如如如如果果果果电电电电视视视视图图图图像像像像是是是是用用用用RGBRGBRGBRGB空空空空间间间间表表表表示示示示的的的的，则则则则首首首首先先先先把把把把它它它它转转转转换换换换成成成成YCrCbYCrCbYCrCbYCrCb空空空空间间间间表表表表示示示示的的的的图图图图像像像像。每每每每个个个个图图图图像像像像平平平平面面面面分分分分成成成成8 8 8 88 8 8 8的的的的图图图图块块块块，对对对对每每每每个个个个图图图图块块块块进进进进行行行行离离离离散散散散余余余余弦弦弦弦变变变变换换换换DCTDCTDCTDCT。DCTDCTDCTDCT变变变变换换换换后后后后经经经经过过过过量量量量化化化化的的的的交交交交流流流流分分分分量量量量系系系系数数数数后后后后进进进进行行行行Z Z Z Z扫扫扫扫描描描描，然然然然后后后后再再再再使使使使用用用用无无无无损损损损压压压压缩缩缩缩技技技技术术术术进进进进行行行行编码。编码。编码。编码。79专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 DCTDCTDCTDCT变变变变换换换换后后后后经经经经过过过过量量量量化化化化的的的的直直直直流流流流分分分分量量量量系系系系数数数数采采采采用用用用差差差差分分分分脉脉脉脉冲冲冲冲编编编编码码码码DPCMDPCMDPCMDPCM，交交交交流流流流分分分分量量量量系系系系数数数数采采采采用用用用游游游游程程程程编编编编码码码码RLERLERLERLE，然然然然后后后后再再再再采采采采用用用用霍霍霍霍夫夫夫夫曼曼曼曼(Huffman)(Huffman)(Huffman)(Huffman)编编编编码码码码或或或或者者者者用用用用算算算算术术术术编编编编码码码码。具具具具体体体体算算算算法法法法如如如如前前前前面面面面介介介介绍绍绍绍的的的的JPEGJPEGJPEGJPEG时时时时所所所所述，它的编码框图下图所示述，它的编码框图下图所示述，它的编码框图下图所示述，它的编码框图下图所示 80专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准I I 帧编码帧编码帧编码帧编码81专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准P P P P 帧图像的编码帧图像的编码帧图像的编码帧图像的编码 P P P P帧帧帧帧图图图图像像像像是是是是参参参参考考考考过过过过去去去去的的的的I I I I帧帧帧帧图图图图像像像像（帧帧帧帧内内内内图图图图像像像像）或或或或者者者者过过过过去去去去的的的的预预预预测测测测得得得得到到到到P P P P帧帧帧帧图图图图像像像像用用用用运运运运动动动动补补补补偿偿偿偿预预预预测测测测技技技技术术术术进进进进行行行行编编编编码码码码，这这这这些些些些预预预预测测测测图图图图像像像像通通通通常常常常作作作作为为为为进进进进一一一一步步步步预测的参考帧，预测图像的编码效率较高。预测的参考帧，预测图像的编码效率较高。预测的参考帧，预测图像的编码效率较高。预测的参考帧，预测图像的编码效率较高。 82专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 P P P P帧帧帧帧图图图图像像像像的的的的编编编编码码码码也也也也是是是是以以以以图图图图像像像像宏宏宏宏块块块块为为为为基基基基本本本本编编编编码码码码单单单单元元元元。预预预预测测测测编编编编码码码码的的的的基基基基础础础础是是是是运运运运动动动动估估估估值值值值，它它它它将将将将直直直直接接接接影影影影响响响响到到到到整整整整个个个个系系系系统统统统的的的的编编编编码码码码效效效效率率率率和和和和压压压压缩缩缩缩性性性性能能能能，因因因因此此此此希希希希望望望望找找找找到到到到一一一一种种种种预预预预测测测测精精精精度度度度高高高高同同同同时时时时计计计计算算算算量量量量又又又又小小小小的的的的运动估值算法。运动估值算法。运动估值算法。运动估值算法。 83专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 84专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 P P 帧编码帧编码帧编码帧编码85专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 P P P P帧编码时帧编码时帧编码时帧编码时, , , ,编码器需要对每一个宏块作以编码器需要对每一个宏块作以编码器需要对每一个宏块作以编码器需要对每一个宏块作以下选择下选择下选择下选择: : : :(1)(1)(1)(1)决定是否作运动补偿决定是否作运动补偿决定是否作运动补偿决定是否作运动补偿(MC/No-MC)(MC/No-MC)(MC/No-MC)(MC/No-MC)，即是将，即是将，即是将，即是将 运动矢量发送出去，还是设其为运动矢量发送出去，还是设其为运动矢量发送出去，还是设其为运动矢量发送出去，还是设其为0 0 0 0。在许多。在许多。在许多。在许多 情况下情况下情况下情况下, , , ,使用非零的运动矢量并不比使用零使用非零的运动矢量并不比使用零使用非零的运动矢量并不比使用零使用非零的运动矢量并不比使用零 值的运动矢量所形成的误差少多少。而非值的运动矢量所形成的误差少多少。而非值的运动矢量所形成的误差少多少。而非值的运动矢量所形成的误差少多少。而非 零运动矢量需要额外的编码比特，因此这零运动矢量需要额外的编码比特，因此这零运动矢量需要额外的编码比特，因此这零运动矢量需要额外的编码比特，因此这 时可设运动矢量为时可设运动矢量为时可设运动矢量为时可设运动矢量为0 0 0 0，这样可以提高编码效，这样可以提高编码效，这样可以提高编码效，这样可以提高编码效 率。率。率。率。86专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准(2)(2)(2)(2)决定采用帧内编码还是帧间编码，即是采决定采用帧内编码还是帧间编码，即是采决定采用帧内编码还是帧间编码，即是采决定采用帧内编码还是帧间编码，即是采 用帧内宏块编码还是利用运动矢量预测编用帧内宏块编码还是利用运动矢量预测编用帧内宏块编码还是利用运动矢量预测编用帧内宏块编码还是利用运动矢量预测编 码。在许多情况下，某些宏块采用帧内编码。在许多情况下，某些宏块采用帧内编码。在许多情况下，某些宏块采用帧内编码。在许多情况下，某些宏块采用帧内编 码方式也许会用更少的比特。这通常发生码方式也许会用更少的比特。这通常发生码方式也许会用更少的比特。这通常发生码方式也许会用更少的比特。这通常发生 在由于运动十分剧烈而导致运动估计失败在由于运动十分剧烈而导致运动估计失败在由于运动十分剧烈而导致运动估计失败在由于运动十分剧烈而导致运动估计失败 的情况。的情况。的情况。的情况。87专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准(3)(3)(3)(3)决定宏块要不要编码。有时在量化后，宏决定宏块要不要编码。有时在量化后，宏决定宏块要不要编码。有时在量化后，宏决定宏块要不要编码。有时在量化后，宏 块中所有的块中所有的块中所有的块中所有的DCTDCTDCTDCT系数都是系数都是系数都是系数都是0 0 0 0，这种宏块就不，这种宏块就不，这种宏块就不，这种宏块就不 需要被编码。在对这种宏块解码时，只需需要被编码。在对这种宏块解码时，只需需要被编码。在对这种宏块解码时，只需需要被编码。在对这种宏块解码时，只需 要从过去的帧中把对应的宏块复制到这个要从过去的帧中把对应的宏块复制到这个要从过去的帧中把对应的宏块复制到这个要从过去的帧中把对应的宏块复制到这个 宏块就行了。宏块就行了。宏块就行了。宏块就行了。(4)(4)(4)(4)决定量化等级是否符合要求，是否需要改决定量化等级是否符合要求，是否需要改决定量化等级是否符合要求，是否需要改决定量化等级是否符合要求，是否需要改 变。变。变。变。88专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 B B B B 帧图像的编码帧图像的编码帧图像的编码帧图像的编码 B B B B帧帧帧帧图图图图像像像像( ( ( (或或或或称称称称双双双双向向向向图图图图) ) ) )在在在在预预预预测测测测时时时时，既既既既可可可可使使使使用用用用前前前前向向向向预预预预测测测测方方方方式式式式，也也也也可可可可使使使使用用用用后后后后向向向向预预预预测测测测方方方方式式式式，或或或或同同同同时时时时使使使使用用用用双双双双向向向向预预预预测测测测后后后后取取取取平平平平均均均均方方方方式式式式（双双双双向向向向帧帧帧帧间间间间预预预预测测测测），取取取取决决决决于于于于哪哪哪哪一一一一种种种种方方方方式式式式下下下下表表表表示示示示该该该该宏宏宏宏块块块块所所所所需需需需的的的的信信信信息息息息量量量量为为为为最最最最少少少少。使使使使用用用用双双双双向向向向预预预预测测测测后后后后，可可可可以以以以使使使使那那那那些些些些在在在在前前前前一一一一帧帧帧帧中中中中预预预预测测测测不不不不到到到到的的的的内内内内容容容容很很很很好好好好地地地地在在在在后后后后一一一一帧帧帧帧中中中中预预预预测测测测到到到到，而而而而且且且且通通通通过过过过预预预预测测测测后后后后取取取取平平平平均均均均，非非非非常常常常有有有有效效效效地地地地减减减减少少少少了了了了预预预预测测测测噪噪噪噪声声声声的的的的影影影影响响响响。它它它它的的的的压压压压缩缩缩缩效效效效率率率率最最最最高高高高，但但但但双双双双向预测图像不作为预测的参考图像。向预测图像不作为预测的参考图像。向预测图像不作为预测的参考图像。向预测图像不作为预测的参考图像。89专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 B B B B 帧编码帧编码帧编码帧编码90专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 类似于类似于类似于类似于P P P P帧，帧，帧，帧，B B B B帧在编码前同样要作一系列帧在编码前同样要作一系列帧在编码前同样要作一系列帧在编码前同样要作一系列的决定的决定的决定的决定, , , ,其流程如下其流程如下其流程如下其流程如下: : : :(1)(1)(1)(1)决定运动补偿模式，即前向，后向及插值决定运动补偿模式，即前向，后向及插值决定运动补偿模式，即前向，后向及插值决定运动补偿模式，即前向，后向及插值 运动补偿中哪个能达到最佳。运动补偿中哪个能达到最佳。运动补偿中哪个能达到最佳。运动补偿中哪个能达到最佳。 宏块运动补偿模式的选择是基于代价函数的宏块运动补偿模式的选择是基于代价函数的宏块运动补偿模式的选择是基于代价函数的宏块运动补偿模式的选择是基于代价函数的最小值。代价函数是运动补偿宏块和当前宏块的最小值。代价函数是运动补偿宏块和当前宏块的最小值。代价函数是运动补偿宏块和当前宏块的最小值。代价函数是运动补偿宏块和当前宏块的亮度差的均方误差。解码器通过一种简单的方法亮度差的均方误差。解码器通过一种简单的方法亮度差的均方误差。解码器通过一种简单的方法亮度差的均方误差。解码器通过一种简单的方法为前向运动补偿计算最佳运动补偿宏块。然后再为前向运动补偿计算最佳运动补偿宏块。然后再为前向运动补偿计算最佳运动补偿宏块。然后再为前向运动补偿计算最佳运动补偿宏块。然后再为后向运动补偿计算最佳运动补偿宏块。最后再为后向运动补偿计算最佳运动补偿宏块。最后再为后向运动补偿计算最佳运动补偿宏块。最后再为后向运动补偿计算最佳运动补偿宏块。最后再求两种运动补偿宏块的均值，从而产生宏块的插求两种运动补偿宏块的均值，从而产生宏块的插求两种运动补偿宏块的均值，从而产生宏块的插求两种运动补偿宏块的均值，从而产生宏块的插值。然后再选择它与当前宏块均方误差最小的方值。然后再选择它与当前宏块均方误差最小的方值。然后再选择它与当前宏块均方误差最小的方值。然后再选择它与当前宏块均方误差最小的方式。如果找不出最小值，就选取宏块插值方式。式。如果找不出最小值，就选取宏块插值方式。式。如果找不出最小值，就选取宏块插值方式。式。如果找不出最小值，就选取宏块插值方式。91专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准(2)(2)(2)(2)决定采用帧内决定采用帧内决定采用帧内决定采用帧内/ / / /帧间编码。帧间编码。帧间编码。帧间编码。 即即即即宏宏宏宏块块块块类类类类型型型型是是是是帧帧帧帧内内内内编编编编码码码码还还还还是是是是使使使使用用用用运运运运动动动动矢矢矢矢量量量量作作作作运运运运动动动动补补补补偿偿偿偿编编编编码码码码。计计计计算算算算方方方方法法法法和和和和P P P P帧帧帧帧的的的的类类类类似似似似，解解解解码码码码器器器器计计计计算算算算差差差差分分分分宏宏宏宏块块块块和和和和当当当当前前前前宏宏宏宏块块块块的的的的变变变变化化化化。如如如如果果果果两两两两者者者者的的的的变变变变化化化化相相相相同同同同则则则则选选选选择择择择非非非非帧帧帧帧内内内内编编编编码码码码( ( ( (参参参参考考考考该该该该节节节节的的的的流程序图分析流程序图分析流程序图分析流程序图分析) ) ) )。92专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准(3)(3)(3)(3)如如如如果果果果宏宏宏宏块块块块类类类类型型型型是是是是非非非非帧帧帧帧内内内内宏宏宏宏块块块块，则则则则要要要要决决决决定定定定这这这这 个个个个宏宏宏宏块块块块是是是是否否否否编编编编码码码码，即即即即残残残残差差差差是是是是否否否否大大大大得得得得足足足足以以以以采采采采 用用用用DCTDCTDCTDCT变变变变换换换换。解解解解码码码码器器器器根根根根据据据据量量量量化化化化的的的的结结结结果果果果选选选选择择择择编编编编 码码码码与与与与否否否否, , , ,当当当当所所所所有有有有量量量量化化化化系系系系数数数数都都都都为为为为零零零零时时时时, , , ,则则则则这这这这个个个个 块块块块不不不不用用用用编编编编码码码码. . . .如如如如果果果果宏宏宏宏块块块块中中中中没没没没有有有有编编编编码码码码的的的的块块块块, , , ,则则则则 这这这这个个个个宏宏宏宏块块块块不不不不需需需需编编编编码码码码 , , , ,否否否否则则则则该该该该宏宏宏宏块块块块需需需需要要要要编编编编 码。码。码。码。(4)(4)(4)(4)决决决决定定定定量量量量化化化化尺尺尺尺寸寸寸寸是是是是否否否否满满满满足足足足要要要要求求求求，是是是是否否否否需需需需要要要要改改改改 变尺寸。变尺寸。变尺寸。变尺寸。93专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准D D D D 帧编码帧编码帧编码帧编码 D D D D帧帧帧帧图图图图像像像像只只只只包包包包含含含含有有有有直直直直流流流流分分分分量量量量的的的的图图图图像像像像，也也也也称称称称为为为为直直直直流流流流图图图图像像像像，它它它它是是是是专专专专门门门门为为为为快快快快速速速速播播播播放放放放和和和和快快快快速速速速检检检检索索索索功功功功能能能能而而而而设设设设计计计计的的的的，但但但但由由由由于于于于它它它它不不不不能能能能作作作作为为为为其其其其它它它它帧帧帧帧的的的的预预预预测帧，一次使用不多。测帧，一次使用不多。测帧，一次使用不多。测帧，一次使用不多。94专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准二、二、MPEG-2MPEG-2视频压缩标准视频压缩标准 MPEG-2 MPEG-2 标准的发展始于标准的发展始于1990 1990 年，其正年，其正式名称为式名称为“通用活动图像及其伴音编码通用活动图像及其伴音编码”(ISO/IEC 13818)(ISO/IEC 13818)。MPEG-2 MPEG-2 是一个通用多媒体是一个通用多媒体编码标准，具有更为广阔的应用范围和更高的编码标准，具有更为广阔的应用范围和更高的编码质量，其应用范围包括数字储存，高清晰编码质量，其应用范围包括数字储存，高清晰数字电视，高质量视频通信。根据应用不同，数字电视，高质量视频通信。根据应用不同，MPEG-2MPEG-2的码率范围为的码率范围为 1.51.5100 Mbit/s100 Mbit/s。一般。一般情况下，只有码率超过情况下，只有码率超过4Mbit/s4Mbit/s的的MPEG-2MPEG-2视频，视频，其质量才能明显优于其质量才能明显优于MPEG-1MPEG-1。95专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 根根据据其其档档次次与与级级别别的的不不同同， MPEG-2支支持持分分辨辨率率由由高高到到低低的的多多种种图图像像类类型型，支支持持三三种种采采样样格格式式，即即 4 4 4 4 ：2 2 2 2 ：0 0 0 0、4 4 4 4 ：2 2 2 2 ：2 2 2 2、 4 4 4 4 ：4 4 4 4 ：4 4 4 4 。 可可可可采采采采用用用用逐逐逐逐行行行行扫扫扫扫描描描描方方方方式式式式也也也也可可可可采采采采用用用用隔隔隔隔行行行行扫扫扫扫描描描描方方方方式式式式。 MPEG-2采采用用不不同同档档次次与与级级别共别共20中组合，选取其中中组合，选取其中11中作为应用选择。中作为应用选择。96专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准MPEG-297专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 在在应应用用方方面面与与MPEG-1 的的不不同同之之处处在在于于，MPEG-1 是是为为一一台台计计算算机机的的CD 上上以以较较低低的的码码率率存存储储和和播播放放视视频频而而定定制制的的。MPEG-2 用用于于高高于于4Mbps的的码码率率的的存存储储和和播播放放更更高高质质量量的的视视频频。 MPEG-2 标标准准制制定定初初衷衷是是为为高高清清数数字字电视电视HDTV 标准而开发的并可以用于其他方面。标准而开发的并可以用于其他方面。98专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 从某种程度上来说，从某种程度上来说，从某种程度上来说，从某种程度上来说，MPEG-2 MPEG-2 MPEG-2 MPEG-2 可视为一组可视为一组可视为一组可视为一组MPEG-1 MPEG-1 MPEG-1 MPEG-1 的最高级编码标准，但其编码流程从本的最高级编码标准，但其编码流程从本的最高级编码标准，但其编码流程从本的最高级编码标准，但其编码流程从本质上与质上与质上与质上与MPEG-1 MPEG-1 MPEG-1 MPEG-1 是相同的。是相同的。是相同的。是相同的。MPEG-2 MPEG-2 MPEG-2 MPEG-2 与与与与 MPEG-1MPEG-1MPEG-1MPEG-1编码的相同点：编码的相同点：编码的相同点：编码的相同点：1)1) I- I- I- I-帧编码模式相同，都是采用帧编码模式相同，都是采用帧编码模式相同，都是采用帧编码模式相同，都是采用8 8 8 88 8 8 8 的的的的DCT DCT DCT DCT 变换；变换；变换；变换；2) P2) P2) P2) P以及以及以及以及B B B B 帧都是采用半象素的运动补偿；帧都是采用半象素的运动补偿；帧都是采用半象素的运动补偿；帧都是采用半象素的运动补偿；3) 3) 3) 3) 编码编码编码编码 MV MV MV MV 时所用的预测方法相同。时所用的预测方法相同。时所用的预测方法相同。时所用的预测方法相同。99专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准MPEG-2 MPEG-2 MPEG-2 MPEG-2 与与与与 MPEG-1MPEG-1MPEG-1MPEG-1编码的不同点：编码的不同点：编码的不同点：编码的不同点：1 1、MPEG1MPEG1只只处处理理逐逐行行扫扫描描的的序序列列，而而MPEG2MPEG2的的目目 标标 时时 支支 持持 高高 分分 辨辨 率率 的的 隔隔 行行 扫扫 描描 的的 序序 列（列（ BT.601 = 4CIF BT.601 = 4CIF ）2 2、更更先先进进的的运运动动估估计计方方法法（帧帧/ /场场预预测测模模式式） 以提高隔行扫描序列的运动估计精度以提高隔行扫描序列的运动估计精度3 3、针针对对隔隔行行扫扫描描序序列列开开发发了了不不同同的的DCTDCT模模式式和和 扫描方法扫描方法4 4、MPEG2MPEG2具有各种模式的可伸缩性具有各种模式的可伸缩性5 5、MPEG2MPEG2具具有有不不同同级级别别和和层层次次的的方方法法，每每个个方方 法均可用于不同的应用。法均可用于不同的应用。 100专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准101专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准MPEG-2MPEG-2编码模式编码模式基于帧的编码基于帧的编码基于场的编码基于场的编码102专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准DCTDCT扫描模式扫描模式u Zig ZigZagZag扫描模式扫描模式u 交错扫描模式交错扫描模式 ：更加注重利用水平方向的更加注重利用水平方向的 相关性。因为隔行扫描其相关性。因为隔行扫描其 水平方向相关性较强。水平方向相关性较强。103专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准MPEG-2MPEG-2中中可伸缩的编码可伸缩的编码( Scalable ( Scalable Video Video Coding ) Coding ) Why we need SVC?Why we need SVC? MPEG-2 MPEG-2的应用的应用 ( (数字广播、数字广播、HDTVHDTV、DVD)DVD) 码率不同、不同用户、需求不同码率不同、不同用户、需求不同104专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准MPEG-2MPEG-2中可伸缩的编码中可伸缩的编码 (1) SNR(1) SNR可伸缩可伸缩(2) (2) 空间可伸缩空间可伸缩(3) (3) 时间可伸缩时间可伸缩(4) (4) 混合可伸缩混合可伸缩105专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准SNRSNR可伸缩可伸缩 和和 空间可伸缩空间可伸缩106专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准数据分割：一个基本层和多个增强层数据分割：一个基本层和多个增强层基本层基本层可通过独立编码、传输和解码获得基本可通过独立编码、传输和解码获得基本 的传输质量；的传输质量；增强层增强层的编码和解码依赖于基层及其之前的增的编码和解码依赖于基层及其之前的增 强层强层107专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准108专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准三、三、MPEG-4MPEG-4视频压缩标准视频压缩标准 MPEG-4MPEG-4MPEG-4MPEG-4标标标标准准准准于于于于1999199919991999年年年年发发发发布布布布。它它它它不不不不仅仅仅仅针针针针对对对对一一一一定定定定比比比比特特特特率率率率下下下下的的的的视视视视频频频频、音音音音频频频频编编编编码码码码，更更更更加加加加注注注注重重重重多多多多媒媒媒媒体体体体系系系系统统统统的的的的交交交交互互互互性性性性和和和和灵灵灵灵活活活活性性性性。这这这这个个个个标标标标准准准准主主主主要要要要应应应应用用用用于于于于视视视视像像像像电电电电话话话话、视视视视像像像像电电电电子子子子邮邮邮邮件件件件等等等等，对对对对传传传传输输输输速速速速率率率率要要要要求求求求较较较较低低低低，在在在在4800-6400bit/s4800-6400bit/s4800-6400bit/s4800-6400bit/s之之之之间间间间，分分分分辨率为辨率为辨率为辨率为176176176176144144144144。109专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 MPEG-4MPEG-4MPEG-4MPEG-4利利利利用用用用很很很很窄窄窄窄的的的的带带带带宽宽宽宽，通通通通过过过过帧帧帧帧重重重重建建建建技技技技术术术术、数数数数据据据据压压压压缩缩缩缩，以以以以求求求求用用用用最最最最少少少少的的的的数数数数据据据据获获获获得得得得最最最最佳佳佳佳的的的的图图图图像像像像质质质质量量量量。利利利利用用用用MPEG-4MPEG-4MPEG-4MPEG-4的的的的高高高高压压压压缩缩缩缩率率率率和和和和高高高高的的的的图图图图像像像像还还还还原原原原质质质质量量量量可可可可以以以以把把把把DVDDVDDVDDVD里里里里面面面面的的的的MPEG-2MPEG-2MPEG-2MPEG-2视视视视频频频频文文文文件件件件转转转转换换换换为为为为体体体体积积积积更更更更小小小小的的的的视视视视频频频频文文文文件件件件。经经经经过过过过这这这这样样样样处处处处理理理理，图图图图像像像像的的的的视视视视频频频频质质质质量量量量下下下下降降降降不不不不大大大大，但但但但数数数数据据据据可可可可缩缩缩缩小小小小几几几几倍倍倍倍，可可可可以以以以很很很很方方方方便便便便地地地地用用用用CD-ROMCD-ROMCD-ROMCD-ROM来来来来保保保保存存存存DVDDVDDVDDVD上的数据。上的数据。上的数据。上的数据。 110专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准1 1、MPEG-4MPEG-4标准目标标准目标(1) (1) 专门用于专门用于64kbps64kbps以下甚低码率的音视频以下甚低码率的音视频 编码编码( (高压缩率高压缩率) )(2) (2) 适用于移动通讯、个人通讯、固定公用适用于移动通讯、个人通讯、固定公用 通讯网和电视电话通讯网和电视电话( (质量可调性质量可调性) )(3) (3) 提供互动性，基于内容的编码提供互动性，基于内容的编码2 2、 MPEG-4 MPEG-4视频编码的特点视频编码的特点(1) (1) 基于对象的编码基于对象的编码( (音视频对象音视频对象A/VO)A/VO)(2) (2) 提供互动性提供互动性(3) (3) 自然视频于计算机生成媒体的整合自然视频于计算机生成媒体的整合 111专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准112专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 MPEGMPEG4 4以以对对象象为为基基本本编编码码单单位位，对对一一系系列列VOPVOP的的纹纹理理、形形状状和和运运动动信信息息进进行行编编码码。首首先先编编码码器器的的对对象象分分割割单单元元分分析析输输入入视视频频，按按照照方方法法把把视视频频分分割割成成多多个个VOVO，然然后后编编码码器器对对每每个个视视频频对对象象VOPVOP进进行行纹纹理理、形形状状和和运运动动信信息息编编码码，最最终终利用码流复用器组织码流。利用码流复用器组织码流。 113专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准114专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 115专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 116专业课 视视视视频频频频对对对对象象象象平平平平面面面面是是是是MPEG-4MPEG-4MPEG-4MPEG-4视视视视频频频频压压压压缩缩缩缩处处处处理理理理的的的的基基基基本本本本单单单单元元元元。一一一一个个个个视视视视频频频频对对对对象象象象平平平平面面面面由由由由一一一一个个个个矩矩矩矩形形形形窗窗窗窗（如如如如图图图图所所所所示示示示的的的的VOPVOPVOPVOP窗窗窗窗）框框框框定定定定，矩矩矩矩形形形形窗窗窗窗包包包包含含含含了了了了组组组组成成成成视视视视频频频频对对对对象象象象平平平平面面面面的的的的最最最最少少少少数数数数量量量量的的的的宏宏宏宏块块块块。图图图图1 1 1 1中中中中的的的的参参参参考考考考窗窗窗窗是是是是原原原原始始始始帧帧帧帧的的的的大大大大小小小小，VOPVOPVOPVOP窗窗窗窗是是是是MPEG-4MPEG-4MPEG-4MPEG-4编编编编码码码码前前前前的的的的处处处处理理理理得得得得到到到到的的的的最最最最小小小小矩矩矩矩形形形形窗窗窗窗，图图图图中中中中还还还还标标标标定定定定了了了了宏宏宏宏块块块块的的的的三三三三种种种种类类类类型型型型：外外外外部宏块，边缘宏块和内部宏块。部宏块，边缘宏块和内部宏块。部宏块，边缘宏块和内部宏块。部宏块，边缘宏块和内部宏块。MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准117专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准118专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准为了支持基于对象的编码，为了支持基于对象的编码，为了支持基于对象的编码，为了支持基于对象的编码，MPEG-4MPEG-4MPEG-4MPEG-4标准引入标准引入标准引入标准引入了视频对象平面（了视频对象平面（了视频对象平面（了视频对象平面（VOPVOPVOPVOP）的概念）的概念）的概念）的概念 119专业课任意形状的区域编码：任意形状的区域编码：任意形状的区域编码：任意形状的区域编码：MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准120专业课纹理编码：纹理编码：纹理编码：纹理编码：MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准121专业课SpriteSpriteSpriteSprite技术技术技术技术MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准122专业课VOP填充模块填充模块 与与与与以以以以前前前前的的的的视视视视频频频频压压压压缩缩缩缩MPEG-1MPEG-1MPEG-1MPEG-1、MPEG-2MPEG-2MPEG-2MPEG-2标标标标准准准准一一一一样样样样，MPEG-4MPEG-4MPEG-4MPEG-4也也也也采采采采用用用用了了了了运运运运动动动动预预预预测测测测补补补补偿偿偿偿技技技技术术术术来来来来消消消消除除除除视视视视频频频频序序序序列列列列中中中中的的的的时时时时间间间间冗冗冗冗余余余余。这这这这个个个个过过过过程程程程包包包包括括括括一一一一个个个个搜搜搜搜索索索索算算算算法法法法用用用用于于于于搜搜搜搜索索索索被被被被编编编编码码码码宏宏宏宏块块块块（块块块块）在在在在参参参参考考考考帧帧帧帧中中中中最最最最好好好好的的的的匹匹匹匹配配配配。为为为为了了了了实实实实现现现现基基基基于于于于VOPVOPVOPVOP的的的的运运运运动动动动估估估估计计计计，位位位位于于于于VOPVOPVOPVOP边边边边缘缘缘缘上上上上的的的的宏宏宏宏块块块块（块块块块）的的的的运运运运动动动动估估估估计计计计应应应应调调调调整整整整为为为为多多多多边边边边形形形形匹匹匹匹配配配配。为为为为了了了了使使使使任任任任意意意意形形形形状状状状VOPVOPVOPVOP的的的的运运运运动动动动补补补补偿偿偿偿更更更更加加加加精精精精确确确确，MPEG-4MPEG-4MPEG-4MPEG-4给给给给出出出出了了了了一一一一种种种种特特特特殊的填充技术基于宏块的重复填充。殊的填充技术基于宏块的重复填充。殊的填充技术基于宏块的重复填充。殊的填充技术基于宏块的重复填充。 MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准123专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准MPEGMPEG4 4采用采用纹理编码纹理编码、形状编码形状编码和和运动矢量编码运动矢量编码。124专业课MPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准 The MPEG -4 视频数据结构视频数据结构 125专业课The MPEG -4 Video Data Structure VS0VS1.Vo0Vo1.VOL 0VOL 1.VOP 0VOP 1.VOP 0VOP 1.Video SessionVideo ObjectVideo Object LayerVideo Object planeBased layer bitstreamEnhan. Layer bitstreamMPEGMPEG数字视频压缩标准数字视频压缩标准126专业课数字视频压缩标准数字视频压缩标准四、四、四、四、MPEG-7MPEG-7MPEG-7MPEG-7视频压缩标准视频压缩标准视频压缩标准视频压缩标准 MPEG-7MPEG-7MPEG-7MPEG-7标准正式名为标准正式名为标准正式名为标准正式名为“多媒体内容描述接多媒体内容描述接多媒体内容描述接多媒体内容描述接口口口口” 。它对各种类型的多媒体规定一种标准。它对各种类型的多媒体规定一种标准。它对各种类型的多媒体规定一种标准。它对各种类型的多媒体规定一种标准化的描述。这种描述使得不管多媒体资料采用化的描述。这种描述使得不管多媒体资料采用化的描述。这种描述使得不管多媒体资料采用化的描述。这种描述使得不管多媒体资料采用哪种格式或压缩形式，只要加上了这种描述就哪种格式或压缩形式，只要加上了这种描述就哪种格式或压缩形式，只要加上了这种描述就哪种格式或压缩形式，只要加上了这种描述就可以检索这种多媒体数据。可以检索这种多媒体数据。可以检索这种多媒体数据。可以检索这种多媒体数据。127专业课数字视频压缩标准数字视频压缩标准五、五、五、五、MPEG-21MPEG-21MPEG-21MPEG-21视频压缩标准视频压缩标准视频压缩标准视频压缩标准 MPEG-21 MPEG-21 MPEG-21 MPEG-21标准标准标准标准ISO/IECISO/IECISO/IECISO/IEC在在在在1999199919991999年年年年10101010月的月的月的月的MPEGMPEGMPEGMPEG会议上提出了会议上提出了会议上提出了会议上提出了“多媒体框架多媒体框架多媒体框架多媒体框架”的概念，同年的概念，同年的概念，同年的概念，同年12121212月的月的月的月的MPEGMPEGMPEGMPEG会议确定了会议确定了会议确定了会议确定了MPEG-21MPEG-21MPEG-21MPEG-21的正式名称是的正式名称是的正式名称是的正式名称是“多媒体框架多媒体框架多媒体框架多媒体框架”或或或或“数字视听框架数字视听框架数字视听框架数字视听框架”，它以将标，它以将标，它以将标，它以将标准集成起来支持协调的技术以管理多媒体商务准集成起来支持协调的技术以管理多媒体商务准集成起来支持协调的技术以管理多媒体商务准集成起来支持协调的技术以管理多媒体商务为目标，目的就是理解如何将不同的技术和标为目标，目的就是理解如何将不同的技术和标为目标，目的就是理解如何将不同的技术和标为目标，目的就是理解如何将不同的技术和标准结合在一起需要什么新的标准以及完成不同准结合在一起需要什么新的标准以及完成不同准结合在一起需要什么新的标准以及完成不同准结合在一起需要什么新的标准以及完成不同标准的结合工作。标准的结合工作。标准的结合工作。标准的结合工作。 128专业课H.26XH.26X数字视频压缩标准数字视频压缩标准 一、一、一、一、H.261H.261H.261H.261视频压缩标准视频压缩标准视频压缩标准视频压缩标准 129专业课H.26XH.26X数字视频压缩标准数字视频压缩标准 130专业课H.26XH.26X数字视频压缩标准数字视频压缩标准 131专业课H.26XH.26X数字视频压缩标准数字视频压缩标准 132专业课H.26XH.26X数字视频压缩标准数字视频压缩标准 133专业课H.26XH.26X数字视频压缩标准数字视频压缩标准 134专业课H.26XH.26X数字视频压缩标准数字视频压缩标准二、二、H.263H.263视频压缩标准视频压缩标准 135专业课H.26XH.26X数字视频压缩标准数字视频压缩标准 136专业课H.26XH.26X数字视频压缩标准数字视频压缩标准 137专业课