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第九章 运动图像压缩编码 MPEG简介 MPEG(Moving Picture Expert Group)是在1988年由国际标准化组织(International Organization for Standardization，ISO)和国际电工委员会(International Electrotechnical Commission，IEC)联合成立的专家组。 开发电视图像数据和声音数据的编码、解码和它们的同步等标准。 他们开发的标准称为MPEG标准。 MPEG标准是一个面向运动图象压缩的标准系列，到目前为止，已经开发和正在开发的有： MPEG-1：用于数据速率高达大约1.5 Mbit/s的数字存储媒体的活动图像和伴音编码 。 MPEG-2：活动图像和伴音信息的通用编码 。 MPEG-4：甚低位率音视频编码 。 MPEG-7：多媒体内容描述接口标准。 MPEG-21:多媒体框架。 MPEG-1和-2典型的编码参数 MPEG-1压缩标准 用于大约高达1.5Mbps速率的数字存储媒体的运动图象及其伴音编码简称MPEG-1，作为ISO/IEC 11172号建议于1992年通过。 使用MPEG-1的压缩算法, 可将一部120分钟长的电影压缩到1.2GB左右。因此, 它被广泛地应用于VCD制作。 1991年制订，最初为CD-ROM制订 亮度360 X 240，色度180 X 120，每秒30帧 压缩比 100:1 MPEG-1分为5个部分 MPEG系统(11172-1)，定义音频、视频及有关数据的同步； MPEG视频(11172-2)，定义视频数据的编码和重建图象所需的解码过程； MPEG音频(11172-3)，定义音频数据的编码和解码； 一致性测试(11172-4)； 软件模拟(11172-5)，一个技术报告，给出了用软件执行MPEG-1标准前3个部分的结果。 MPEG-1标准的视频数据码流 MPEG-1规定了视频压缩数据码流的语法结构，这个语法结构将视频压缩数据码流分为6层。 MPEG-1视频压缩标准 MPEG-1视频压缩标准 MPEG-1视频压缩标准 MPEG-1视频压缩技术 基本技术 采用运动补偿技术减少帧序列在时间上的冗余（帧间压缩）； 采用DCT压缩技术减少空间上的冗余（帧内压缩） ； 基本的编码、解码算法 编码端： 输入的视频序列先进行预处理（插入、滤波），然后用运动预测来帮助建立当前图像和已传送图像的预测器。 如果用到估计的运动向量，则作为附属信息，减去每块的预测，剩余的进行DCT变换，并对DCT系数进行量化，量化后的系数传送前进行变长度编码。 在为运动估计和预测建立参考图像前，量化后的系数要进行重构，逆DCT变换，并与预测器结合。 解码端： 解码器对变长编码进行解码，重构DCT变换 从以前重构的图像构成预测器并结合起来形成当前图像（也为以后接收到的图像作预测） 后处理插入并滤波结果图像以便显示。 在MPEG中将图象分为3种类型 I-图像帧：帧内编码图像帧，内帧 静态图像，只利用自身信息进行编码，采用JPEG方式 可作为压缩数据流中的随机存取点—快进、快退等 P-图像帧：预测编码图像帧，预测帧 利用最近的前一个I-帧或P-帧作为参考 采用带运动补偿技术的帧间预测进行编码—前向预测 通常作为后续的P-帧或B-帧的预测参考帧 B-图像帧：双向预测编码图像帧，双向帧 既利用过去的I-帧或P-帧(前向)，也利用后来的I-帧或P-帧(后向)作为参考 进行带运动补偿技术的双向预测编码 从不作为预测的参考帧 MPEG-1标准的帧内编码技术 帧内编码技术针对I-图像帧，采用DCT方法 与JPEG压缩方式相同，只是量化器稍有差别 图像压缩过程：以NTSC制式为例 彩色空间转换 将RGB信号转换为亮度Y和色差C信号 每一像素的亮度都传送，而色差信号分为U=Y-R,V=Y-B传送，每传送4个亮度信号才传送一个色差信号，称为YUV 4:1:1格式 经过YUV 4:1:1格式采样后，信息量减少了50％ 例：RGB格式：各8 bit——24bit/像素 YUV 4:1:1格式：Y 8bit,U,V各2bit——12bit/像素 这是压缩图像的第一步措施 MPEG-1标准的帧内编码技术 采用与JPEG相同的压缩编码方式 MPEG-1标准的帧间编码技术 图象组一般由一个I-帧，几个P-帧和若干个B-帧组成。MPEG-1的算法允许编码器选择I-帧的频率和位置。 一般每0.5秒以内必须传送一次I-帧 PAL制式：图象组12帧 NTSC制式：图象组15帧 从I-帧(或P-帧)得到P-帧， P-帧压缩比60:1 从I-帧或P-帧得到B-帧， B-帧压缩可达200:1 MPEG-1算法不对称，压缩比解压缩复杂，慢 编码器需要选择