压缩编码方法.PPT

Outline 視訊原理簡介 視訊檔案格式 MPEG-2視訊壓縮標準簡介 MPEG-4編解碼技術意義 H.264編解碼技術 視訊媒體 視訊原理簡介 視訊檔案格式 MPEG-2視訊壓縮標準簡介 MPEG-4編解碼技術意義 H.264編解碼技術 視訊原理簡介(1/3) 視訊媒體的基本原理是透過人類眼睛的視覺暫留，將一連串的靜態影像做快速而連續的播放。只要播放的速度夠快，肉眼便難以察覺影像與影像之間的變化，而把它視為是連續的視訊訊息。 對於傳統的視訊資料，它是用類比的方式紀錄每張影像的內容(底片)再利用放映機做快速的播放。因此若要利用數位技術處理視訊資料，首先必須要考慮的是視訊資料的數位化，將視訊資料由傳統的類比式資料來源如攝影機經由視訊擷取設備將它轉換成數位化的方式加以儲存。 而對於數位化之後的視訊資料而言，我們首先會面臨到的問題在於資料量過大。由於視訊的原理在於利用肉眼的視覺暫留，因此影像連續播放速度大約需要達到每秒鐘三十張影像。換言之，短短一分鐘長度的影片，轉換成為數位化的視訊資料之後需要儲存30x60=1800張影像。 若以每張影像大小為352x240畫素，每一個畫素用3個bytes來儲存其顏色資訊(高彩)，那麼這一分鐘的影片需要(1800x352x240x3)共435MBytes的儲存空間。 視訊原理簡介(2/3) 觀察到上述對於一分鐘視訊短片的儲存空間計算，我們可以發現影響視訊資料儲存空間的主要因素有下列兩點: 第一、單一影像的儲存空間 第二、儲存影像的張數 因此，要以較少的儲存空間來處理視訊資料首先必須要減少單一影像的儲存空間。 我們可以套用在上一章當中所介紹的關於影像壓縮的部分，利用影像壓縮的技術可以用比較簡潔的方式來儲存每一張單一的影像。 其次，要減少儲存的影像張數，我們可以觀察視訊資料中連續影像之間的關係。 視訊原理簡介(3/3) 由於每秒鐘需要播放連續的30張影像，每一張影像之間的物體移動變化並不曾太大，如此方能利用視覺暫留的原理來達到動態播放的效果而不會造成不連續的現象。 因此，利用這樣的特性，我們不需要將每張影像都紀錄下來，只需要從影像序列當中挑出一些關鍵畫格(Keyframe)利用影像壓縮的方式加以儲存。 而介於關鍵畫格之間的其他畫格，則只需儲存與關鍵畫格影像之間變化的資訊即可。相對於整張影像而言，關鍵畫格問的變化較小，只需少許的儲存空間。 因此原先需要儲存大量的影像資訊，現在只需儲存部分關鍵畫格的影像以及期間各影像的變化即可，如此一來將可以大量的減少資料的儲存量。 舉例而言，像是電視新聞的片段，當主播在播報新聞的時候，往往只有其臉部的表情會有所變化，大部分的背景甚至其上半身都是保持固定不變的狀態，因此對於非關鍵畫格的部分，我們只需紀錄臉部的表情的變化，而保留其它像是背景以及主播上半身的資訊即可，不需紀錄整張影像完整的資訊。 視訊媒體 視訊原理簡介 視訊檔案格式 MPEG-2視訊壓縮標準簡介 MPEG-4編解碼技術意義 H.264編解碼技術 視訊檔案格式 MPEG系列 AVI QuickTime 常見的串流視訊 視訊播放規格 MPEG系列 MPEG系列的壓縮標準當中，依照其目的不同，大致可以區分成下列幾種規格。 以壓縮為主的MPEG-1、MPEG-2 以互動及編輯為目的的MPEG-4 以多媒體資料描述與檢索為目的的MPEG-7等標準 當然 MPEG系列中的不同規格，在壓縮後會產生不同的資料量。 MPEG-1 (1/6) 在MPEG-1的標準當中，主要是以儲存為其應用範疇，因此其位元率訂在大約1．5Mbps。MPEG-1對於書面的解析度以及播放速度的標準分別是 NTSC系統：352x240、30FPS(Frame Per Second) PAL系統：352x288、25FPS 其中 NTSC (National Television System Committee)是美國國家電視畫面播放標準，PAL (Phase Alternation by Line) 則是歐洲電視畫面播放標準。 MPEG-1 (2/6) 在MPEG的標準之中是採用較為符合人類感官知覺的YCrCb色彩模型，因此在視訊資料當中的每一張影像的色彩要先從RGB的色彩模型轉換成利用YCrCb的方式來加以表示。 對於單一影像的壓縮而言，它是採用類似於JPEG的壓縮方式，首先將影像區分成較小的8x8區塊，按著對每一個區塊內的所有畫素進行離散餘弦轉換DCT ( Discrete Cosine Transform )，將原本畫素的色彩值依照其分布的情形轉換成DCT係數。 我們可借由量化( Quantization ) 的方式可以將一些人類視覺上較不敏感的細微變化加以濾除，按著以Zig-Zag的方式將原先約二維資料轉換成一維的序列同時加以編碼儲存。 M