圖象壓縮編碼標準

第四章圖象壓縮編碼標準第一節(jié)MPEG動態(tài)圖像壓縮編碼標準一、MPEG的標準包括三部分：視頻、音頻、視音頻同步

MPEG視頻壓縮技術是針對運動圖象的數(shù)據(jù)壓縮技術。在保證圖象質量的前提下，實現(xiàn)高壓縮比的壓縮算法。采用幀內圖象數(shù)據(jù)壓縮和幀間圖象數(shù)據(jù)壓縮技術，用于減少空域和時域冗余信息。MPEG算法對視頻和音頻信息組合起來處理，產生達到電視質量的視音頻壓縮格式的MPEG位流，位速率約為1.5Mbps，為MPEG—1標準。二、MPEG—1視頻壓縮技術MPEG—1是第一個標準，主要應用于視頻信號的數(shù)字化壓縮存儲。碼率為1.5Mbps，圖象質量相當于VHS的水平。其主要特點：1、MPEG—1將電視圖象幀分三類I、B、P2、MPEG—1的碼流語法結構這個語法結構把圖象壓縮數(shù)據(jù)碼流分為六層，每層或者支持一種信號處理過程，或者支持一種系統(tǒng)功能。塊：MPEG算法中最小的編碼單位，包含8×8個像素，是圖象信息之一：Y、U、V。

塊幀內編碼的基本單元。宏塊：MPEG算法中基本編碼單元。包含16×16個圖象塊。宏塊由四個亮度塊、若干個色差塊及附加數(shù)據(jù)構成。附加數(shù)據(jù)包括宏塊的編號、編碼類型、量化參數(shù)、運動矢量等信息。8×8圖象塊16×16宏塊……圖象片一幀圖象………………圖象組圖象組圖象序列圖象片：圖象政內的水平條，MPEG編碼方案中的基本處理單元。因為條的編碼與相鄰部分無關，條是自治單元。圖象：顯示的基本單元。對應于圖象序列中的單個幀，他由數(shù)據(jù)頭和若干圖象條構成。圖象組：12幀，IBBPBBPBBPBB……序列層：最高層，它由一個數(shù)據(jù)頭和若干個圖象組組成。數(shù)據(jù)頭包含圖象大小、量化矩陣等信息。3、MPEG—1的系統(tǒng)層音頻、視頻以及其他輔助數(shù)據(jù)在編碼后首先形成的碼流，這被稱為基本碼流，再將其連續(xù)的流劃分為某種字長的數(shù)據(jù)包，并加入同步視、音頻的時間標記等，最后形成單一流。由于數(shù)據(jù)包的包頭可以按照語法的規(guī)定靈活地設置很多參數(shù)，使圖象、聲音業(yè)務的發(fā)送和接受具有極大的靈活性。這一標準只規(guī)定碼流的語法和解碼過程，對于編碼器如何形成碼流沒做出規(guī)定。輸入視頻輸入音頻視頻壓縮編碼音頻壓縮編碼系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)復用與編碼MPEG—1系統(tǒng)碼流MPEG—1碼流的產生MPEG—1壓縮比大約為100：1。VCD采用MPEG—1，650MB----70分鐘，700MB----80分鐘。不能進行精度編輯。三、MPEG—2視頻壓縮技術MPEG—2是運動圖象及伴音的通用壓縮標準，克服了MPEG—1許多缺陷，滿足日益增長的多媒體和數(shù)字電視的要求分辨率、傳輸率等技術。如數(shù)字存儲媒體、會議電視/可視電話、數(shù)字電視、高清晰電視、廣播、通信、網絡等應用領域。MPEG—2VIDEO定義不同的功能檔（5檔：簡單型/SP、信噪比可調型/SNP、空間可調型/SSP、增強型/HP），每檔分不同的級（4級）1、低級LL352×288×25，面向VCR與MPEG—1兼容；2、基本級ML720×576×25

面向視頻廣播信號；3、高1440級H—14401440×1125×25

面向HDTV；4、高級HL1920×1125×25面向HDTV。

基本級的基本型MP@ML，已被許多芯片采用，SP@ML將在CATV和數(shù)字VCR中采用，美國HDTV采用MP@HL。MPEG—2標準支持固定比特率傳送、可變比特率傳送、隨機訪問、分級解碼以及一些特殊功能，如搜索、暫停、凍結等。MPEG—2視頻標準與MPEG—1兼容，并于SDTV、HDTV向上或向下兼容。MPEG—2標準作為計算機可處理的數(shù)據(jù)格式，主要應用于數(shù)字存儲媒體、視頻廣播和通信。存儲媒體可直接與MPEG—2解碼器相連，或者通過總線、局域網、電信通信線路等手段相連。功能型（P）增強型HP專用4:2:2空間可分型SSP4:2:0信噪比可分型SNP4:2:0基本型MP專用4:2:0簡單型SP4:2:0高（HL）HDTV1920×1152×251920×1080×30HP@HL100Mbps11.67MbMP@HL80Mbps9.33Mb高1440（H）HDTV1440×1152×251440×1080×30HP@H80Mbps9.33MbSSP/H60Mbps7MbMP@H60Mbps7Mb基本（ML）720×480×30720×576×25HP@ML20Mbps2.35MbSNP@ML15Mbps1.75MbMP@ML15Mbps1.75MbDV格式SP@ML15Mbps低（LL）352×240×30352×288×25SNP@LL4Mbps0.47Mb15Mbit/sMP/LL級（L）Mbps

位速率；Mb緩沖器容量MPEG—2的圖象參數(shù)（隔行掃描）電視制式PAL（625行/50場）NTSC（525行/60場）行頻（Hz）1562515734取樣頻率Y：13.5MHzCB:6.75MHzCR:6.75MHz每行亮度取樣點864858亮度有效區(qū)像素720像素/行576行/幀720像素/行480行/幀色度有效區(qū)像素360像素/行288行/幀360像素/行240行/幀像素傳送速率15.552兆像素/S碼率（每像素8bit)124.416Mbps碼率為15Mbps時的壓縮比8.29碼率為2Mbps時的壓縮比62.2MPEG—2與MPEG—1相比：取樣頻率和取樣點提高一倍，像素的傳輸率和碼率提高4倍，水平清晰度達到500線。MPEG視頻圖像壓縮算法的缺陷：MPEG算法理論雖然已經非常成熟，但是在技術上卻很難克服噪聲、雪花和“鬼影”對壓縮圖像質量的影響，對于劣質的視頻信號源，MPEG算法會將噪聲和缺陷放大，使圖像進一步惡化，這就使得MPEG壓縮方法對視頻節(jié)目源有一定的要求。MPEG壓縮標準的壓縮比可達200：1.這意味著99％的數(shù)據(jù)要被丟掉。因此MPEG壓縮法將導致圖像細節(jié)信息的丟失而產生壓縮失真，使壓縮圖像的質量有所下降。對于快速變化的背景，葉子沙沙作響的樹林，波紋蕩漾的水面（特別是有太陽光反射的水面）。MPEG壓縮算法有時反到會產生負面影響，使壓縮后的畫面出現(xiàn)馬賽克（小方塊）現(xiàn)象，MPEG壓縮算法對那些低比度、光線柔和、邊緣變化緩慢的視頻圖像具有最佳的壓縮效果。

MPEG-2用于寬帶傳輸?shù)膱D像，圖像質量達到電視廣播甚至HDTV的標準，和MPEG-1相比，MPEG-2支持更廣的分率和比特率范圍，將成為數(shù)字圖像磁盤（DVD）和數(shù)字電視廣播的壓縮方式。這些市場將和計算機市場交織在一起，從而使MPEG-2成為計算機的一種重要的圖像壓縮標準。這一點非常重要，因為將MPEG-1的比特流解壓縮時需要用到MPEG-2的解壓縮器。

影響VCD圖像質量的主要因素

1、選原版錄像節(jié)目由于VCD采用MPEG算法對視頻圖像進行壓縮，因此其圖像質量將主要取決于節(jié)目源的質量，因此在制做VCD節(jié)目時最好使用高質量的視頻節(jié)目源，并盡量使用源帶，因為錄象帶據(jù)量從而影響壓縮圖象的質量，為了提高信噪比，應盡可能消除來自器材的問題，每復制一次就增加一次背景噪聲，噪聲會大大增加。2、定期清理錄像機，提高信號電平定期清洗錄像機磁頭，使用屏蔽性能較好的視頻電纜，給錄像機和電視機設置公共地線。應該特別注意的是，錄像帶經錄像機重放和視頻纜線的傳輸后產生的信號失真要比MPEG壓縮失真影響與日俱更大。

3、接口選擇在數(shù)字信號和模擬信號中，首選數(shù)字接口。在模擬的RGB、YUV、S-Video(Y/C)和復合視頻信號中，RGB信號的圖像質量最高，其次是YUV和S-Video,復合視頻信號的圖像質量最低，一般家用VHS錄像機的輸出是復合視頻信嘖，少數(shù)VHS錄像機具有S-Video輸出端口，個人VCD制作系統(tǒng)通常使用VHS錄像帶作為視頻節(jié)目源，因此其圖像質量必然要比專業(yè)音像出版社發(fā)行的VCD質量稍有遜色，如果VHS錄像布帶有S-Video輸出端口，則要盡可能使用S-Video信嘖來提高信號源的質量。

MPEG伴音

CD伴音兩個通道共包含1.4Mbit/秒的數(shù)據(jù)流。聽覺心理學研究表明，采用適當?shù)膲嚎s技術，此數(shù)據(jù)流可以壓縮到256Kbits/秒而不會感覺到任何失真。MPEG伴音利用這個結果，盡管一些MPEG壓縮器不支持高質量圖像。

MPEG伴音編碼可以實現(xiàn)3種壓縮等級。等級I是簡單壓縮,它是一種聽覺心理的亞抽樣編碼；等級II加入了更高的精度；等級III加入了非線性量化，Huffman編碼和其他實現(xiàn)低速率高保真圖像的先進技術。依次下去的等級提供了高質量和越來越高的壓縮率，但要求計算機有越來越強的壓縮能力。MPEG等級II可經把一個1.4Mbit/秒的立體聲數(shù)據(jù)流壓縮到32Kbit/秒-384Kbit/秒而保持高保真的聲音，典型數(shù)據(jù)為48Kbit/s。等級I的目標是每個通道192Kbit/秒，等級II的目標是每個通道128Kbit/秒，等級III的目標是每個通道64Kbit/秒。目標II要達到64Kbit/秒通道時不如等級III效果好，而在128Kbit/通道，等級II和等級III的效果一樣，而且都比等級I效果好。正好上面所說的，每通道128Kbit/秒或者說256Kbit/秒可以達到很好的保真度。因此，等級II對于高保真立體聲音響是必要的，但也已足夠了。

MPEG-1支持設置為單聲道，雙聲道，立體聲或聯(lián)合立體聲的兩個聲音通道，等級II的聯(lián)合立體聲偏差號的高頻部分（高于2KHz）結合起來，立體圖像整個保存下來，但僅傳輸瞬時包絡。等級I不支持兩和立體聲。有些MPEG壓縮器不能產生等時II的伴音流，從而聲音保真度較低而且沒有聯(lián)合立體聲功能。

四、DV壓縮格式DV（DVCAM/DVCPRO）是數(shù)字磁帶錄象機的一種幀內編碼格式，使用1/4英寸磁帶，采用4:2:2/4:2:0/4:1:1的數(shù)字分量，8bit量化。4:2:2使用的壓縮比為3.3：1，碼率為50Mbps，松下的