MPEG2介绍.ppt

By ZQL 图像编码时的顺序：IBBPBBBP 图像传送时的顺序：IPBBPBBB 图像恢复时的顺序：IBBPBBBP MPEG-2视频压缩方案中关键技术介绍 余弦变换DCT 量化器 之型扫描与游程编码 熵编码 运动估计 运动补偿 * * MPEG2简介 Moving Picture Experts Group 制定与1994年 目标：标准的图象质量以及更高的传输率 系列：MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4 MPEG-7和MPEG-21都在研究中 MPEG2的发展 第一阶段：对MPEG-1增加了低采样频率，有16KHZ，22.05KHZ，以及24KHZ。 第二阶段：对MPEG-1实施了向后兼容的多声道扩展，将其称为MPEG-2 BC。支持单声道，双声道，多声道等编码。并附加“低频加重”扩展声道，从而达到五声道编码。 第三阶段：向后不兼容，将其称为MPEG-2 AAC先进音频编码。采样频率可以低至8KHZ；而高至96KHZ范围内的1-48个通道可选的高音质音频编码。 MPEG2压缩原理 空间相关性 一个像素通常与它周围的某些像素在亮度和色度上存在一定的关系 时间相关性 一个情节常常由若干帧连续图像组成的图像序列构成，一个图像序列中前后帧图像间也存在一定的关系 MPEG2编码原理 相关概念 帧：每一帧都是一幅静止的图像。 场：对于隔行视频信号，场就是一帧中相隔行的集合。 MPEG-2中的三类编码图像 MPEG2编码原理 MPEG-2的编码码流（ES）的六个层次 视频序列层 （Sequence） 序列指构成某路节目的图像序列，序列起始码后的序列头中包含了图像尺寸，宽高比，图像速率等信息。序列扩展中包含了一些附加数据。为保证能随时进入图像序列，序列头是重复发送的。 图像组层 （GOP, Group of Picture） 一个图像组由相互间有预测和生成关系的一组I、P、B图像构成，但头一帧图像总是I帧。GOP头中包含了时间信息。 图像层 （Picture） 分为I、P、B三类。PIC头中包含了图像编码的类型和时间参考信息。 像条层 （Slice） 一个像条包括一定数量的宏块，其顺序与扫描顺序一致。一个像条必须在同一宏块行内。 宏块层 （Macro Block） 像块层 （Block） 像块是MPEG-2码流的最底层，是DCT变换的基本单元。一个像块由8x8个抽样值构成。 MPEG2编码原理 亮度与色度信号 由输入视频分离出三基色R、G、B 转换成亮度与色度信号Y、Cb、Cr 公式 Y=0.30R+0.60G+0.10B Cr=0.625(R-Y)+0.5 Cb=0.5(R-Y)+0.5 像块（Block） 亮度和色度信号样点分别被分割成8*8的像素块，即为像块。 宏块（Macro Block, MB） 同一个区域的若干个像块构成一个宏块。 宏块结构 4:2:0宏块 4:2:2宏块 4:4:4宏块 一个典型的MPEG图像编码器的组成框图 离散余弦变换（DCT ） 什么是DCT 它是一种空间变换，在MPEG-2中DCT以8x8的像块为单位进行，生成的是8x8的DCT系数数据块。 DCT变换的最大特点 对于一般的图像都能够将像块的能量集中于少数低频DCT系数上，即生成8x8DCT系数块中，仅左上角的少量低频系数数值较大，其余系数的数值很小，这样就可能只编码和传输少数系数而不严重影响图像质量。 作用 DCT不能直接对图像产生压缩作用，但对图像的能量具有很好的集中效果，为压缩打下了基础。 量化器 目的 量化是针对DCT处理结果（即DCT系数）进行压缩。 量化过程 就是以某个量化步长，去除不必要的DCT系数，从而降低传输比特率 。 量化精度 量化步长的大小称为量化精度，量化步长越小，量化精度就越细。 原理 量化以人眼的生理特性为依据。人眼对低频分量和亮度信号比较敏感，而对高频分量和色度信号不太敏感。因此，对亮度系数和低频分量采用较细的量化，色度系数和高频分量采用较粗的量化。 由于DCT系数表左上方对应于图像的低频分量，右下方对应于图像的高频分量，所以量化步长左上方小、右下方大。这样，经量化之后所得的数据一般都集中在左上方，右下方高频系数多数为零，从而达到压缩DCT系数的目的。 之型扫描与游程编码 目的 DCT变换产生的是一8x8的二维数组，为进行传输，还须将其转换为一维排列方式。 二维到一维的转换方式（扫描方式） 之型扫描(Zig-Zag) 交替扫描 之型扫描 由于经量化后，大多数非零DCT系数集中于8x8二维矩阵的左上角，即低频分量区。 之型扫描后，这些非零DCT系数就集中于一维排列数组的前部，后面跟着长串的量化为零的DCT系数，这些就为游程编码创造了条件。