第5章數(shù)字電視的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)0

1、數(shù)字電視原理數(shù)字電視原理第五章第五章 數(shù)字電視的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)12/8/202115.1 5.1 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)的制定：視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)的制定：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO/IEC)和和國(guó)際電信聯(lián)盟國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU) 完成的。完成的。 由上述兩個(gè)國(guó)際組織制定了：由上述兩個(gè)國(guó)際組織制定了：MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4(2) 以及以及MPEG-4 (10)和和H.261、H.262、H.263、H.263+、H.263+、H.264等。等。12/8/2021212/8/2021312/8/20214圖像壓縮編

2、碼標(biāo)準(zhǔn)可分為兩大系列：圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)可分為兩大系列：MPEG-X和和H.26X。MPEG-X是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和國(guó)際電工委員會(huì)和國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)提出提出的標(biāo)準(zhǔn)，的標(biāo)準(zhǔn)，H.26X 是由國(guó)際電信聯(lián)盟是由國(guó)際電信聯(lián)盟 (ITU)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)提出的。標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)提出的。12/8/20215圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)可分為兩大系列：圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)可分為兩大系列：MPEG-X和和H.26X。MPEG-X是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和國(guó)際電工委員會(huì)和國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)提出提出的標(biāo)準(zhǔn)，的標(biāo)準(zhǔn)，H.26X 是由國(guó)際電信聯(lián)盟是由國(guó)際電信聯(lián)盟 (ITU)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)

3、提出的。標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)提出的。12/8/20216超高清晰度成像超高清晰度成像(HRI)建議建議(ITU-R BT.1201)ITU-R BT.1201 建議書(shū)提出了超高清晰度成像建議書(shū)提出了超高清晰度成像(HRI，High Resolution Image)格式和規(guī)范建議。格式和規(guī)范建議。HDTV：1920像素像素1080像素，有像素，有p（逐行）和（逐行）和i（隔行）之分（隔行）之分標(biāo)清電視：標(biāo)清電視：1366像素像素768像素像素2K-TV：2048像素像素1080像素像素4K-TV：4096像素像素2160像素像素8K-TV：7680像素像素4320像素（像素（Ultra-HDTV，超高清

4、電視），超高清電視）12/8/202175.2 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)JPEG的目標(biāo)：的目標(biāo)：JPEG用于用于連續(xù)變化連續(xù)變化的的靜止靜止圖像圖像 連續(xù)變化連續(xù)變化是指是指灰度等級(jí)灰度等級(jí)和和顏色顏色兩方面的連續(xù)變化兩方面的連續(xù)變化靜止圖像數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)靜止圖像數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn) JPEGJoint Photo-Graphic Experts Group聯(lián)合圖像專(zhuān)家組聯(lián)合圖像專(zhuān)家組從從1986年正式開(kāi)始制訂年正式開(kāi)始制訂,由多個(gè)國(guó)際組織聯(lián)合制定由多個(gè)國(guó)際組織聯(lián)合制定:國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織 ISO國(guó)際電報(bào)電話(huà)咨詢(xún)委員會(huì)國(guó)際電報(bào)電話(huà)咨詢(xún)委員會(huì) CCITT(后改為后改為ITU)。 國(guó)際電工委員會(huì)國(guó)際電工委員會(huì)

5、(IEC)也參加合作也參加合作1992年年7月通過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)的第一部分，后又對(duì)有關(guān)測(cè)試月通過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)的第一部分，后又對(duì)有關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)草案標(biāo)準(zhǔn)草案(即標(biāo)準(zhǔn)的第二部分即標(biāo)準(zhǔn)的第二部分)作了進(jìn)一步修改作了進(jìn)一步修改 12/8/202185.2 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)nJPEG包含兩種基本壓縮方法：包含兩種基本壓縮方法：有損壓縮有損壓縮：基于：基于DCT的有損壓縮，又稱(chēng)為基線(xiàn)順序編的有損壓縮，又稱(chēng)為基線(xiàn)順序編解碼解碼(Baseline Sequential Codec)方法方法無(wú)損壓縮無(wú)損壓縮：又稱(chēng)預(yù)測(cè)壓縮方法：又稱(chēng)預(yù)測(cè)壓縮方法nJPEG的圖像壓縮是在的圖像壓縮是在本幀內(nèi)本幀內(nèi)進(jìn)行進(jìn)行, 與前后幀無(wú)關(guān)；與前后幀無(wú)關(guān)

6、；nJPEG可以采用可以采用逐漸浮現(xiàn)重建逐漸浮現(xiàn)重建方式；方式；nJPEG可用于活動(dòng)圖像壓縮編碼，只不過(guò)壓縮方法只限于可用于活動(dòng)圖像壓縮編碼，只不過(guò)壓縮方法只限于幀內(nèi)進(jìn)行，不作運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和幀間差運(yùn)算幀內(nèi)進(jìn)行，不作運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和幀間差運(yùn)算。這種用于活動(dòng)圖。這種用于活動(dòng)圖像的壓縮技術(shù)稱(chēng)作：像的壓縮技術(shù)稱(chēng)作：M-JPEG(Motion-JPEG), 主要用于高主要用于高質(zhì)量圖像壓縮編碼方案中，例如電視臺(tái)節(jié)目編輯中。質(zhì)量圖像壓縮編碼方案中，例如電視臺(tái)節(jié)目編輯中。12/8/202195.2 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)1. 基于基于DCT的編碼器和解碼器的編碼器和解碼器 n編碼器：編碼器： 正向DCT量化器熵編碼器壓縮圖

7、像數(shù)據(jù)專(zhuān)用數(shù)據(jù)表專(zhuān)用數(shù)據(jù)表基于DCT的編碼器源圖像數(shù)據(jù)88方塊12/8/202110n基于基于DCT的的JPEG解碼器：解碼器：5.2 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)n接收端收到的壓縮圖像數(shù)據(jù)應(yīng)包含接收端收到的壓縮圖像數(shù)據(jù)應(yīng)包含重建圖像的專(zhuān)用數(shù)據(jù)表重建圖像的專(zhuān)用數(shù)據(jù)表等數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)12/8/2021115.2 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)nJPEG壓縮流程示意圖壓縮流程示意圖12/8/2021125.2 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)JPEG標(biāo)準(zhǔn)中的像素標(biāo)準(zhǔn)中的像素 1.以以NTSC制為例，它的視頻最高頻率為制為例，它的視頻最高頻率為4.2MHz，故抽，故抽樣頻率可取樣頻率可取8.4MHz至至9MHz 2.NTSC制制行頻行頻 行周期

8、行周期 每行的顯示時(shí)間每行的顯示時(shí)間若設(shè)抽樣頻率若設(shè)抽樣頻率 52559.9415734.252HfHz163.5556HHtsf0.835dHtt0.835 63.555653.069dts9.045sfMHz12/8/202113則則 時(shí)間內(nèi)的抽樣數(shù)時(shí)間內(nèi)的抽樣數(shù)N如下式所示如下式所示 抽樣數(shù)抽樣數(shù)N:一行中的顯示區(qū)或稱(chēng)有效像素區(qū)中的像素?cái)?shù)一行中的顯示區(qū)或稱(chēng)有效像素區(qū)中的像素?cái)?shù) 9.04553.069480sdNftMHzsdt5.2 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)12/8/2021145.2 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)像素形狀的概念像素形狀的概念1.又稱(chēng)為又稱(chēng)為縱橫比縱橫比，按，按JPEG標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定像素縱橫比為標(biāo)

9、準(zhǔn)規(guī)定像素縱橫比為1：1，也就是像素為正方形；也就是像素為正方形；2.例如上述例如上述NTSC制中一行像素為制中一行像素為480個(gè)，若像素縱橫比個(gè)，若像素縱橫比為為1：1，圖像尺寸縱橫比為，圖像尺寸縱橫比為3：4，則一幀圖像應(yīng)有的，則一幀圖像應(yīng)有的行數(shù)為行數(shù)為48034360行；行；3.光柵轉(zhuǎn)換或掃描轉(zhuǎn)換光柵轉(zhuǎn)換或掃描轉(zhuǎn)換：NTSC制一幀圖像為制一幀圖像為525行，其行，其中包含兩場(chǎng)，若扣除兩場(chǎng)的場(chǎng)消隱所需中包含兩場(chǎng)，若扣除兩場(chǎng)的場(chǎng)消隱所需74行，則余行，則余451行行,轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換到360行行,則需要合并。按則需要合并。按 ，則每則每10行需要并成行需要并成8行，這就是圖像光柵處理中常用行，這

10、就是圖像光柵處理中常用的光柵轉(zhuǎn)換或掃描轉(zhuǎn)換。的光柵轉(zhuǎn)換或掃描轉(zhuǎn)換。360/45180%12/8/2021155.2 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)2. DCT變換及其系數(shù)的量化、編碼變換及其系數(shù)的量化、編碼nJPEG標(biāo)準(zhǔn)是將標(biāo)準(zhǔn)是將“二維二維”空間的圖像數(shù)據(jù)用離散余弦變換空間的圖像數(shù)據(jù)用離散余弦變換DCT公式變換到二維頻域成為二維頻率系數(shù)。變換后的系公式變換到二維頻域成為二維頻率系數(shù)。變換后的系數(shù)經(jīng)數(shù)經(jīng)量化矩陣量化矩陣量化量化 亮度量化矩陣亮度量化矩陣 色度量化矩陣色度量化矩陣 16111016244051611212141926586055141316244057695614172229518780621

11、8223756681091037724355564811041139249647887103121 12010172929598112100103991718244799999999182126669999999924265699999999994766999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999912/8/2021165.2 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)n經(jīng)經(jīng)Zig-Zag掃描后，把二維量化系數(shù)轉(zhuǎn)換為一維數(shù)據(jù)序列，掃描后，把二維量化系數(shù)轉(zhuǎn)換為一維數(shù)據(jù)序列，以便進(jìn)行熵編碼以便進(jìn)行熵編碼 這種低頻在前高

12、頻在后這種低頻在前高頻在后Zig-Zag掃描的排列方式也稱(chēng)掃描的排列方式也稱(chēng)帶狀編碼帶狀編碼，因?yàn)樗皖l帶由低到高呈帶狀一致。這和，因?yàn)樗皖l帶由低到高呈帶狀一致。這和量化步長(zhǎng)逐步提高的方式一致，所以也稱(chēng)量化步長(zhǎng)逐步提高的方式一致，所以也稱(chēng)門(mén)限系數(shù)排門(mén)限系數(shù)排列方式。列方式。n對(duì)于直流分量對(duì)于直流分量DC進(jìn)行差分脈沖編碼進(jìn)行差分脈沖編碼n對(duì)交流分量對(duì)交流分量AC進(jìn)行霍夫曼或者游程編碼進(jìn)行霍夫曼或者游程編碼DIFF=DCi-DCi-1DCiDCi-1Bi-1Bi12/8/2021173. 數(shù)據(jù)交換格式數(shù)據(jù)交換格式5.2 JPEG標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)靜像數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后，得到壓縮數(shù)據(jù)流。為了便于交換和靜像數(shù)據(jù)經(jīng)編

13、碼后，得到壓縮數(shù)據(jù)流。為了便于交換和儲(chǔ)存，需要有統(tǒng)一的交換格式，同時(shí)也便于解碼器解碼。儲(chǔ)存，需要有統(tǒng)一的交換格式，同時(shí)也便于解碼器解碼。12/8/202118第一行為第一行為壓縮圖像數(shù)據(jù)壓縮圖像數(shù)據(jù)。圖中。圖中SOI表示圖像開(kāi)始。中間方表示圖像開(kāi)始。中間方框表示一幀圖像數(shù)據(jù)。最后的框表示一幀圖像數(shù)據(jù)。最后的EOI表示圖像結(jié)束。表示圖像結(jié)束。SOI和和EOI均稱(chēng)為標(biāo)記符號(hào)，各占均稱(chēng)為標(biāo)記符號(hào)，各占2字節(jié)字節(jié)(Byte)。12/8/202119 第二行給出幀內(nèi)包含的數(shù)據(jù)內(nèi)容。首先是表雜項(xiàng)，其中第二行給出幀內(nèi)包含的數(shù)據(jù)內(nèi)容。首先是表雜項(xiàng)，其中表即為數(shù)據(jù)表，如量化表、霍夫曼表即為數(shù)據(jù)表，如量化表、霍夫

14、曼DC和和AC表等，雜項(xiàng)即為其表等，雜項(xiàng)即為其它必要的信息。幀頭表示幀頭信息，包含所選方法它必要的信息。幀頭表示幀頭信息，包含所選方法(如基線(xiàn)如基線(xiàn)DCT方法等方法等)、抽樣精度、量化位數(shù)、源圖像行數(shù)、每行抽樣、抽樣精度、量化位數(shù)、源圖像行數(shù)、每行抽樣數(shù)、各分量圖像尺寸比例等。掃描數(shù)、各分量圖像尺寸比例等。掃描1表示掃描數(shù)據(jù)表示掃描數(shù)據(jù)1。12/8/202120第三行的掃描頭第三行的掃描頭(Scan Header)包含掃描起始信息、分量包含掃描起始信息、分量圖像號(hào)碼、該分量圖像的參數(shù)、熵編碼表選擇等內(nèi)容。圖像號(hào)碼、該分量圖像的參數(shù)、熵編碼表選擇等內(nèi)容。ECS0(Entropy Coded Se

15、gment)表示第表示第0段熵編碼。段熵編碼。 第四行用于說(shuō)明初始和結(jié)束的熵編碼段。各編碼段內(nèi)包第四行用于說(shuō)明初始和結(jié)束的熵編碼段。各編碼段內(nèi)包含若干個(gè)最小編碼單元含若干個(gè)最小編碼單元MCU。12/8/2021215.3 MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)nMPEG-1的目標(biāo)的目標(biāo)MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)思想是在標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)思想是在1Mbit/s到到1.5Mbit/s的低的低帶寬條件下，提供盡可能高的圖像質(zhì)量（包括音頻）。帶寬條件下，提供盡可能高的圖像質(zhì)量（包括音頻）。它是針對(duì)它是針對(duì)CD-ROM、光盤(pán)的視頻存儲(chǔ)和放像所制定的、光盤(pán)的視頻存儲(chǔ)和放像所制定的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)。 nVCD使用使用MPEG-

16、1標(biāo)準(zhǔn)，圖像尺寸為標(biāo)準(zhǔn)，圖像尺寸為352288，標(biāo)準(zhǔn)速率，標(biāo)準(zhǔn)速率為為1.2Mbit/snMPEG是活動(dòng)圖像專(zhuān)家組是活動(dòng)圖像專(zhuān)家組(Moving Picture Expert Group)的英文縮寫(xiě)，的英文縮寫(xiě)，MPEG的任務(wù)是開(kāi)發(fā)活動(dòng)圖像及其聲音的數(shù)的任務(wù)是開(kāi)發(fā)活動(dòng)圖像及其聲音的數(shù)字編碼標(biāo)準(zhǔn)，成立于字編碼標(biāo)準(zhǔn)，成立于 1988年。年。n活動(dòng)圖像專(zhuān)家組活動(dòng)圖像專(zhuān)家組(MPEG)在在1991年年11月提出了月提出了ISO 11172標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的建議草案，通稱(chēng)準(zhǔn)的建議草案，通稱(chēng)MPEG-l標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)予標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)予 1992年年 l 1月月被通過(guò)，被通過(guò)， 1993年年 8月公布。月公布。12/8/

17、2021225.3 MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)1. MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容nISO/IEC 11172 包括三大部分包括三大部分:ISO/IEC 11172-1 第一部分第一部分 系統(tǒng)系統(tǒng)ISO/IEC 11172-2 第二部分第二部分 視頻視頻ISO/IEC 11172-3 第三部分第三部分 音頻音頻 nMPEG-l標(biāo)準(zhǔn)可以處理各種類(lèi)型的活動(dòng)圖像，標(biāo)準(zhǔn)可以處理各種類(lèi)型的活動(dòng)圖像，其基本其基本算法對(duì)于壓縮水平方向算法對(duì)于壓縮水平方向 352個(gè)像素、豎直方向個(gè)像素、豎直方向 288個(gè)個(gè)像素的空間分辨力，每秒像素的空間分辨力，每秒 24/25/30幅畫(huà)面的運(yùn)動(dòng)圖像幅畫(huà)面的運(yùn)動(dòng)圖像有很好的效果有

18、很好的效果；n在在MPEG-l標(biāo)準(zhǔn)中的一幀圖像的概念不同于電視中幀標(biāo)準(zhǔn)中的一幀圖像的概念不同于電視中幀的概念，前者一定是逐行掃描的圖像，如果待處理信的概念，前者一定是逐行掃描的圖像，如果待處理信號(hào)是隔行掃描的圖像，則編碼前必須將其轉(zhuǎn)換成逐行號(hào)是隔行掃描的圖像，則編碼前必須將其轉(zhuǎn)換成逐行掃描的格式掃描的格式12/8/2021235.3 MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)nMPEG-1標(biāo)準(zhǔn)采用了一系列技術(shù)以獲得高壓縮比標(biāo)準(zhǔn)采用了一系列技術(shù)以獲得高壓縮比:對(duì)色差信號(hào)進(jìn)行亞采樣，減少數(shù)據(jù)量；對(duì)色差信號(hào)進(jìn)行亞采樣，減少數(shù)據(jù)量；采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)減少幀間冗余度；采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)減少幀間冗余度；做二維做二維DCT變換去除空

19、間相關(guān)性；變換去除空間相關(guān)性；對(duì)對(duì)DCT系數(shù)進(jìn)行量化，舍去不重要的信息，將量化后系數(shù)進(jìn)行量化，舍去不重要的信息，將量化后的的DCT系數(shù)按照頻率重新排序；系數(shù)按照頻率重新排序；將將DCT系數(shù)進(jìn)行變字長(zhǎng)的熵編碼；系數(shù)進(jìn)行變字長(zhǎng)的熵編碼；對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)塊的直流分量對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)塊的直流分量(DC)進(jìn)行預(yù)測(cè)差分編碼；進(jìn)行預(yù)測(cè)差分編碼；12/8/202124n在在 MPEG-l標(biāo)準(zhǔn)中，考慮到標(biāo)準(zhǔn)中，考慮到壓縮比壓縮比和和隨機(jī)存取隨機(jī)存取這對(duì)矛盾，這對(duì)矛盾，一共定義了一共定義了3種圖像類(lèi)型：種圖像類(lèi)型： 1.I幀幀： 幀內(nèi)幀圖像，采用幀內(nèi)編碼，不參照其他圖像。幀內(nèi)幀圖像，采用幀內(nèi)編碼，不參照其他圖像。它作為預(yù)測(cè)基

20、準(zhǔn)的獨(dú)立幀它作為預(yù)測(cè)基準(zhǔn)的獨(dú)立幀。設(shè)置設(shè)置I幀的主要因素是：幀的主要因素是：1）當(dāng)某幀找不到匹配的參考幀時(shí)，就只好進(jìn)行幀內(nèi)編碼，）當(dāng)某幀找不到匹配的參考幀時(shí)，就只好進(jìn)行幀內(nèi)編碼，場(chǎng)景切換就是這種情況的例子；場(chǎng)景切換就是這種情況的例子；2）解碼）解碼I幀不需要參考幀，因而幀不需要參考幀，因而可以在可以在I幀進(jìn)行碼流的切幀進(jìn)行碼流的切換和編輯等操作，提供隨機(jī)存取的插入點(diǎn)換和編輯等操作，提供隨機(jī)存取的插入點(diǎn)；3）長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行預(yù)測(cè)編碼，預(yù)測(cè)誤差會(huì)不斷累積，）長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行預(yù)測(cè)編碼，預(yù)測(cè)誤差會(huì)不斷累積，圖像質(zhì)量不斷下降。為防止解碼圖像損傷的逐漸加劇，圖像質(zhì)量不斷下降。為防止解碼圖像損傷的逐漸加劇，

21、需定時(shí)進(jìn)行幀刷新，即周期性地插入需定時(shí)進(jìn)行幀刷新，即周期性地插入I幀，以便重新幀，以便重新開(kāi)始一個(gè)新的預(yù)測(cè)編碼過(guò)程。開(kāi)始一個(gè)新的預(yù)測(cè)編碼過(guò)程。 12/8/2021252. P幀，又稱(chēng)前向預(yù)測(cè)編碼幀幀，又稱(chēng)前向預(yù)測(cè)編碼幀。 它用前面最近的它用前面最近的I幀或幀或P幀作為參考進(jìn)行前向預(yù)測(cè)，采用幀作為參考進(jìn)行前向預(yù)測(cè)，采用帶運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膸g預(yù)測(cè)編碼方式。由于同時(shí)利用了空間和時(shí)帶運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膸g預(yù)測(cè)編碼方式。由于同時(shí)利用了空間和時(shí)間上的相關(guān)性，所以間上的相關(guān)性，所以P幀比幀比I幀的壓縮效率高。幀的壓縮效率高。P幀也可作為幀也可作為參考幀。參考幀。 3B幀，幀，又稱(chēng)雙向預(yù)測(cè)編碼幀。又稱(chēng)雙向預(yù)測(cè)編碼幀。 它既

22、用源視頻序列中位于前面且已編碼的它既用源視頻序列中位于前面且已編碼的I幀或幀或P幀作為幀作為參考幀，進(jìn)行前向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)，又用位于后面且已編碼的參考幀，進(jìn)行前向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)，又用位于后面且已編碼的I幀或幀或P幀作為參考幀，進(jìn)行后向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)。即幀作為參考幀，進(jìn)行后向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)。即B幀可采用幀可采用幀內(nèi)編碼、前向預(yù)測(cè)編碼、后向預(yù)測(cè)編碼、或雙向預(yù)測(cè)編碼幀內(nèi)編碼、前向預(yù)測(cè)編碼、后向預(yù)測(cè)編碼、或雙向預(yù)測(cè)編碼4種技術(shù)，其壓縮比最高。但種技術(shù)，其壓縮比最高。但B幀不能用作對(duì)其他幀進(jìn)行運(yùn)動(dòng)幀不能用作對(duì)其他幀進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)的參考幀。補(bǔ)償預(yù)測(cè)的參考幀。12/8/202126n幀內(nèi)圖像幀內(nèi)圖像I的壓縮編碼算

23、法框圖的壓縮編碼算法框圖5.3 MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)12/8/2021275.3 MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)n預(yù)測(cè)圖像預(yù)測(cè)圖像P的壓縮編碼算法框圖的壓縮編碼算法框圖12/8/2021285.3 MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)n雙向預(yù)測(cè)圖像雙向預(yù)測(cè)圖像B的壓縮編碼算法框圖的壓縮編碼算法框圖 12/8/2021295.3 MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)nI 幀、幀、P幀和幀和B幀圖像的依賴(lài)關(guān)系幀圖像的依賴(lài)關(guān)系 I幀圖像一般在幀圖像一般在0.5 s（相隔（相隔12幀）幀）左右一幅，它作為左右一幅，它作為 P幀幀和和 B幀圖像的參照?qǐng)D像，要求圖像質(zhì)量較高，否則會(huì)引起誤幀圖像的參照?qǐng)D像，要求圖像質(zhì)量較高，否則會(huì)引起誤差向差向 P

24、幀和幀和 B幀圖像擴(kuò)散，因此幀圖像擴(kuò)散，因此 I幀圖像的量化系數(shù)較小幀圖像的量化系數(shù)較小。兩。兩個(gè)相鄰的個(gè)相鄰的 I幀圖像之間會(huì)插入若干個(gè)幀圖像之間會(huì)插入若干個(gè) P幀圖像，兩個(gè)相鄰的幀圖像，兩個(gè)相鄰的 P幀或幀或 I幀圖像之間會(huì)插入若干個(gè)幀圖像之間會(huì)插入若干個(gè)B幀圖像。幀圖像。12/8/202130應(yīng)該注意的是，應(yīng)該注意的是，圖像的顯示順序和編碼順序并不相同。圖像的顯示順序和編碼順序并不相同。 上圖所示的上圖所示的顯示順序顯示順序排列。排列。 下圖所示為下圖所示為編碼順序編碼順序排列。排列。12/8/2021315.3 MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)n編解碼延時(shí)問(wèn)題編解碼延時(shí)問(wèn)題由于編碼順序和顯示順序之

25、間的差異，帶來(lái)編、解碼由于編碼順序和顯示順序之間的差異，帶來(lái)編、解碼總延時(shí)達(dá)總延時(shí)達(dá)0.81秒時(shí)間。秒時(shí)間。這種延時(shí)對(duì)這種延時(shí)對(duì)廣播性質(zhì)的圖像傳輸廣播性質(zhì)的圖像傳輸不會(huì)帶來(lái)任何影響，不會(huì)帶來(lái)任何影響，因?yàn)橛脩?hù)并不能發(fā)現(xiàn)發(fā)射端與接收端信號(hào)起始時(shí)間的因?yàn)橛脩?hù)并不能發(fā)現(xiàn)發(fā)射端與接收端信號(hào)起始時(shí)間的差異；差異；對(duì)于對(duì)于交互性質(zhì)的圖像傳輸交互性質(zhì)的圖像傳輸，例如，數(shù)字會(huì)議電視則帶，例如，數(shù)字會(huì)議電視則帶來(lái)十分不便。因?yàn)榧追綀D像傳至乙方經(jīng)編碼、解碼要來(lái)十分不便。因?yàn)榧追綀D像傳至乙方經(jīng)編碼、解碼要延時(shí)延時(shí)0.81秒時(shí)間；乙方圖像傳至甲方經(jīng)編碼、解碼秒時(shí)間；乙方圖像傳至甲方經(jīng)編碼、解碼也要延時(shí)也要延時(shí)0.81

26、秒時(shí)間，這樣，如果甲對(duì)乙提一個(gè)問(wèn)秒時(shí)間，這樣，如果甲對(duì)乙提一個(gè)問(wèn)題，則題，則1.62秒以后才能得到回答秒以后才能得到回答 。12/8/2021325.3 MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)n解決編解碼延時(shí)過(guò)長(zhǎng)問(wèn)題解決編解碼延時(shí)過(guò)長(zhǎng)問(wèn)題減少減少B幀使兩個(gè)幀使兩個(gè)I幀之間的幀數(shù)減少，則編、解碼總延幀之間的幀數(shù)減少，則編、解碼總延時(shí)下降，甚至可以把時(shí)下降，甚至可以把B幀、幀、P幀全部取消，這樣，可以幀全部取消，這樣，可以得到得到0延時(shí)延時(shí)。這種方式也稱(chēng)。這種方式也稱(chēng)M-JPEG(Motion-JPEG)方方式。但此時(shí)的壓縮比降到了式。但此時(shí)的壓縮比降到了5:17:1；延時(shí)與壓縮倍數(shù)是互相矛盾的延時(shí)與壓縮倍數(shù)是互相

27、矛盾的12/8/202133 MPEG為了更好地表示編碼比特流，用句法規(guī)定為了更好地表示編碼比特流，用句法規(guī)定了一個(gè)分層結(jié)構(gòu)，共分了一個(gè)分層結(jié)構(gòu)，共分6層，從高到低依次是層，從高到低依次是: 視頻序視頻序列、圖像組（列、圖像組（GOP）、圖像、宏塊條（）、圖像、宏塊條（Slice）、宏塊）、宏塊層層及及像塊層。像塊層。圖像圖像圖像組圖像組視頻序列視頻序列宏塊條宏塊條宏塊宏塊像塊像塊12/8/20213412/8/202135 視頻序列是指構(gòu)成一段或整個(gè)電視節(jié)目的連續(xù)圖像序列，視頻序列是指構(gòu)成一段或整個(gè)電視節(jié)目的連續(xù)圖像序列，是隨機(jī)選取節(jié)目的一個(gè)基本單元是隨機(jī)選取節(jié)目的一個(gè)基本單元。從節(jié)目?jī)?nèi)容看

28、，一個(gè)視頻序。從節(jié)目?jī)?nèi)容看，一個(gè)視頻序列大致對(duì)應(yīng)于一個(gè)鏡頭。切換一個(gè)鏡頭，即表示開(kāi)始一個(gè)新的列大致對(duì)應(yīng)于一個(gè)鏡頭。切換一個(gè)鏡頭，即表示開(kāi)始一個(gè)新的序列。序列。 在視頻序列層，起始碼后是序列頭，它包含有視頻序列參在視頻序列層，起始碼后是序列頭，它包含有視頻序列參數(shù)，如圖像的尺寸大小、幅型比、幀頻、數(shù)碼率、緩沖區(qū)大小數(shù)，如圖像的尺寸大小、幅型比、幀頻、數(shù)碼率、緩沖區(qū)大小等。等。 為了確保能在不同的時(shí)間隨時(shí)進(jìn)入視頻序列，為了確保能在不同的時(shí)間隨時(shí)進(jìn)入視頻序列，MPEG允許允許重復(fù)發(fā)送序列頭。序列擴(kuò)展數(shù)據(jù)后面跟若干個(gè)圖像組層的數(shù)據(jù)。重復(fù)發(fā)送序列頭。序列擴(kuò)展數(shù)據(jù)后面跟若干個(gè)圖像組層的數(shù)據(jù)。視頻序列層以序

29、列結(jié)束碼（視頻序列層以序列結(jié)束碼（SEQEC）結(jié)束。）結(jié)束。12/8/202136 GOP是由一個(gè)視頻序列中連續(xù)的若干幀圖像組成。是由一個(gè)視頻序列中連續(xù)的若干幀圖像組成。每每個(gè)個(gè)GOP由一個(gè)由一個(gè)I幀和一些幀和一些P幀、幀、B幀組成，幀組成，GOP的第一幀一的第一幀一定為定為I幀。幀。12/8/202137 圖像是一個(gè)獨(dú)立的顯示單元，它可以作為一個(gè)整體被顯示圖像是一個(gè)獨(dú)立的顯示單元，它可以作為一個(gè)整體被顯示設(shè)備顯示。設(shè)備顯示。 圖像層包括不同編碼類(lèi)型的圖像，即圖像層包括不同編碼類(lèi)型的圖像，即I、B、P幀。在圖像幀。在圖像層頭中包含了圖像編碼的類(lèi)型和時(shí)間參考信息。層頭中包含了圖像編碼的類(lèi)型和時(shí)間

30、參考信息。 在在MPEG-1中，圖像的掃描方式是逐行的，因而圖像總是中，圖像的掃描方式是逐行的，因而圖像總是幀格式。而在幀格式。而在MPEG-2中，圖像的掃描方式既可以逐行的，也中，圖像的掃描方式既可以逐行的，也可以是隔行的。逐行掃描的圖像只能是幀格式；而隔行掃描的可以是隔行的。逐行掃描的圖像只能是幀格式；而隔行掃描的圖像可以是幀格式，也可以是場(chǎng)格式。圖像可以是幀格式，也可以是場(chǎng)格式。 一個(gè)圖像包含亮度分量和色度分量。在一個(gè)圖像包含亮度分量和色度分量。在MPEG-1中，亮度中，亮度和色度的采樣格式是和色度的采樣格式是4 2 0；而在；而在MPEG-2中，除了這一格中，除了這一格式，還可以采用式，還可以采用4 2 2及及4 4 4的格式。的格式。12/8/202138 每個(gè)宏塊條包括若干個(gè)連續(xù)宏塊，其順序和行掃描順序每個(gè)宏塊條包括若干個(gè)連續(xù)宏塊，其順序和行掃描順序一致。宏塊條可以從