GB/T 17191.2-1997信息技術具有1.5Mbit/s數據傳輸率的數字存儲媒體運動圖像及其伴音的編碼第2部分：視頻

ICS35.040L71中華人民共和國國家標準GB/T17191.2-1997idtISo/IEC11172-2：1993信息技術具有1.5Mbit/s數據傳輸率的數字存儲媒體運動圖像及其伴音的編碼第2部分：視頻Informationtechnology-Codingofmovingpicturesandassociated.audiofordigitalstoragemediaatuptoabout1.5Mbit/s-Part2:Video1997-12-26發(fā)布1998-08-01實施國家技術監(jiān)督局發(fā)布

GB/T17191.2-1997前言ISO/IEC前言引言1概述1.1范圍1.2引用標準2技術要素2.1定義“。"····2.22符號與縮略語2.3描述位流的語法規(guī)則………2.4要求……··附錄A(標準的附錄)8×8離散余弦逆變換附錄B(標準的附錄）可變長碼表附錄C(標準的附錄）視頻緩沖校驗器oooooooo附錄D(提示的附錄)視頻編碼指南附錄E(提示的附錄）參考文獻。。oo。o。oo。附錄F(提示的附錄)專利持有者名單88

GB/T17191.2-1997前吉本標準等同采用國際標準ISO/IEC11172-2：1993《信息技術具有1.5Mbit/s數據傳輸率的數字存儲媒體運動圖像及其伴音的編碼-第2部分：視頻》。GB/T17191在(信息技術具有1.5Mbit/s數據傳輸率的數字存儲媒體運動圖像及其伴音的編碼》總標題下,目前包括以下4個部分：第1部分：系統(tǒng)；第2部分：視頻：第3部分：音頻;第4部分：一致性測試。本標準的附錄A、附錄B、附錄C是標準的附錄;附錄D、附錄E、附錄F是提示的附錄本標準由中華人民共和國電子工業(yè)部提出。本標準由電子工業(yè)部標準化研究所歸口本標準起草單位：清華大學。本標準主要起草人：鐘玉球、智西湖。

GB/T17191.2-1997ISO/IEC前言ISO(國際標準化組織)和IC(國際電工委員會)是世界性的標準化專門機構。國家成員體(它們都是IS(或IEC的成員國)通過國際組織建立的各個技術委員會參與制定針對特定技術范圍的國際標椎。ISO和IEC的各技術委員會在共同感興趣的領域內進行合作。與ISO和IEC有聯系的其他官方和非官方國際組織也可參與國際標準的制定工作。對于信息技術,ISO和IEC建立了一個聯合技術委員會，即ISO/IECJTCl。由聯合技術委員會提出的國際標準草案需分發(fā)給國家成員體進行表決。發(fā)布一項國際標準，至少需要75%的參與表決的國家成員體投標贊成。國際標準ISO/IEC11172-2:1993是由ISO/IECJTCl"信息技術"聯合技術委員會制定的.ISO/IEC11172在《信息技術——具有1.5Mbit/s數據傳輸率的數字存儲媒體運動圖像及其伴音的編碼》總標題下，目前包括以下4個部分：-第1部分：系統(tǒng)；-第2部分：視頻：第3部分：音頻；-第4部分：一致性測試、附錄A、附錄B、附錄C構成標準的一部分，附錄D、附錄E、附錄F僅提供參考信息

GB/T17191.2-1997注：對MPEG視頻部分總貌感興趣的讀者應先讀本引言，接著讀附錄D，最后再回到第1章和第2章。0.1日的本標準是為了滿足不斷增長的對在各種存儲媒體上壓縮視顛的一個統(tǒng)一的表達格式的需求而制定的,如CD.DAT、溫盤和光盤驅動等。本標準的規(guī)定可用于位流速率在1.5Mbit/s附近的壓縮視頻序列的編碼表示。使用本標準意味著運動視頻可作為計算機數據進行操作，并可通過現有的和將來的網絡進行傳送和接收。編碼表示可用于625線和525線電視系統(tǒng)，也為用于工作站和個人機的顯示提供了靈活本標準主要是按照能提供連續(xù)的、傳輸速率約1.5Mbit/s的存儲媒體而制定的。。但因采用的方法是一般通用的，故可用于更廣的范圍內。0.1.1編碼參數制定本標準的意圖是定義一種具有很高靈活性的適用于多種不同應用的源編碼算法。為此目的，位流中包含了許多定義編碼位流和解碼器特性的參數。對此可給出一個例子：算法對于圖像來說適用于各種大小和長寬比，以及信道和設備可工作于很大的位速率范圍內。因本標準可表示的位流的特性范圍很大，又定義了一個所謂的“約束參數”的這些編碼參數的子集定義約束參數的目標是對一個廣泛的有用參數范圍提供指導。滿足本子集的約束并不是本標準的要求。位流中一個標志位用來指明位流是否是約束參數的。0.1.2約束參數匯總圖片寬度小于或等于768像素點田片高皮小于或等于576線圖片范圍小于或等于396宏塊你索速率小于或等于396X25宏塊/秒圖片速率小于或等干30H2小于-64~+63.5像察（使用半像察天量）運動天量范圍Lbackwardf.codeandforward3-—Jfcode<=4(見表D7）入緩沖大小(在VBV模式下)小于或等于327680bit位速率小于或等于1856000bit/s(靜態(tài)位速率)0-2算法概述本標準定義的編碼表示可獲得高的壓縮比，同時可保持良好的圖像質量。由于在編碼過程中并不是保存精確的像素值，所以算法不是無損的。編碼技術的選擇是基于要求高質量的圖片和高的壓縮比與對編碼位流的隨機操作的需求之間的權衡。以比較滿意的位速率達到良好的圖片質量需要很高的壓縮比對此僅用鎖內編碼是無法完成的。然而對隨機操作的需求用純粹的賴內編碼卻能獲得最滿意的結果。這

GB/T17191.2-1997需要在內和頓間編碼之間，遞歸和非遞歸縮減時間元余之間進行仔細的權衡、為達到高壓縮比采用了一系列的技術。其中第一個幾乎與本標準無關，就是為信號選擇一個合適的分辨率。再一個就是利用基于塊的運動補償來減少時間元余的算法。運動補償用來根據前幅圖對當前圖進行因果預測，根據后繼圖對當前圖的非因果預測，或者根據前序圖和后繼圖對當前圖進行插值預測。運動矢量是針對每一16×16(像素×線)的圖像區(qū)域定義的。差值信號,即預測差，利用離散余弦變換(DCT）作進一步壓縮以消除空間相關性,然后進行量化。在量化過程中要丟掉一些不太重要的信息因而這是不可逆過程。最后，運動矢量與DCT信息相結合，用變長碼進行編碼。0.2.1時域處理因為對隨機操作的要求和高效壓縮的要求是相互沖突的，因而定義了三種主要的圖類型。內編碼圖(I圖)編碼時無需參考其他圖,它給編碼序列的解碼的起始提供操作點，但僅能獲得中等的編碼壓縮比。預測編碼圖(P圖)利用根據過去的內和預測編碼圖的運動補償預測，可作更有效的編碼。P圖還可用作進一步預測的參考。雙向預測編碼圖(B圖)能提供最大限度的壓縮,然而需要過去和將來的參考圖作為運動補償。雙向預測編碼圖不能用作預測的參考。序列中三種類型圖的組織是非常靈活的。這個選擇依賴于對應用的要求，留給編碼器去作。圖1說明了三種不同類型圖之間的關系。雙向預測圖1時域圖結構示例本標準中定義的第四種圖類型是D圖,它提供一種簡單而有有限質量的快放模式0.2.2運動補償一一宏塊選擇16×16的宏塊作為運動補償單位是在使用運動信息所帶來的編碼效率的提高與其需要的附加存儲開銷之間折棗的結果。每一宏塊可以是多種不同類型中的一種。例如，頓內編碼、向前預測編碼、向后預測編碼以及雙向預測編碼宏塊均允許存在于雙向預測編碼圖中。依照宏塊類型,運動矢量信息和其他附加信息同壓縮的預測誤差信號一樣存儲于每一宏塊中。運動矢量的編碼同上一個已編碼的運動天量不同，它使用變長碼。失量可表示的最大長度可以圖——圖為基礎進行編程，以滿足最迫切的應用，從而在一般的情況下無需折棗系統(tǒng)的性能。計算合適的運動矢量是編碼器的任務。在本標準中沒有規(guī)定如何去作。0.2.3減少空間元余原始圖像和預測差值信號都有很高的空間元余。本標準使用一種基于塊的視覺加權量化和行程編碼的DCT方法。作為內編碼宏塊的原始圖像以及作為預測編碼宏塊的預測誤差的8×8塊先變換到DCT域并進行比例變換，然后進行量化。量化后許多系數值為0,于是利用二維游程和變長碼來對剩余的系數進行有效化編碼。

GB/T17191.2-19970.3編碼本標準中設有規(guī)定編碼過程。它規(guī)定了位流的語法和語義以及解碼器中的信號處理。編碼器必須在圖像質量和編碼效率上尋求速度和費用間的權衡上作許多選擇。本章簡明描述了一-個編碼器需要完成的功能。圖2示出了主要的功能塊。節(jié)器倉國回目緩沖器輸入源隆DCT圖你存儲/預測器其中：DCT離散余弦變換；DCT高散余弦逆變換：量化：Q-——逆量化：VLC-變長碼。圖2簡化的視頻編碼器框圖輸入的視頻信號必須經數字化并表示成一個亮度信號和兩個色彩差值信號（Y,C。,C,）然后可進行預處理和格式轉換以選擇一合適的窗口、分辨率和輸入格式。本標準要求色差信號(C。和C,)和亮度信號在垂直和水平方向上按2：1進行子采樣，并在必要時以非隔行掃描信號進行重格式化。碼器必須為每幅圖選擇其類型。確定圖類型之后，編碼器需估計圖中16×16宏塊的運動矢量。P圖中每一非賴內宏塊需一個失量，而B圖中則需一個或兩個矢量。如果用B圖，編碼前有必要對圖序列順序做一些調整。因為B圖的編碼用到雙向運動補償預測,它只有在其后繼的參考圖(I圖或P圖)解碼之后才能夠解碼。因此，編碼器對圖像順序重新做了調整，使得圖像按解碼器解碼的順序到達解碼器。解碼器之后又重新恢復正解的順序，-幅圖內編碼的基本單位是宏塊。在每幅圖中宏塊按順序編碼,從左到右,從上到下。每一宏塊包含6個8×8的塊：4個亮度塊,1個Cb色度塊，一個Cr色度塊(見圖3)。注意,由4個亮度塊覆蓋的圖像區(qū)域同每一色度塊覆蓋的區(qū)域相重合。這是為滿足人類視覺系統(tǒng)的靈敏度而進行的色度信息子采樣造成的、Cb圖3宏塊結構首先對一給定宏塊，選擇編碼模式。它取決于圖像類型,局部的運動補償預測的有效性，以及塊內信號的性質。其次,按照編碼模式，形成塊內容運動補償預測要依賴過去和/或將來的參考圖。從當前宏塊

GB/T17191.2-1997的實際值減去預測值形成差值信號。第三把這些差值信號分成8×8的塊（4個亮度塊和2個色度塊）并對每一塊進行離散余弦變換。對每一結果的8×8DCT系數塊進行量化，并對二維的塊進行"Z"字掃描，把其轉化成一維量化的DCT系數串。第四,對宏塊的附加信息（模式、運動失量等)和量化的系數數據進行編碼。為達最高的編碼效率，對不同數據元素定義一些變長碼表。對量化系數數據使用變長編碼：使用不同的圖像類型和變長碼的一個后果是總的數據速率是可變的。在固定速率信道的應用中，可使用一個FIFO的緩沖器來緩沖編碼器對信道的輸出。應監(jiān)視該緩沖器的狀態(tài)來控制編碼器產生的位數?？刂屏炕^程是控制位速率的最直接方法。本標準中規(guī)定了一個緩沖系統(tǒng)的抽象模型(視頻緩沖檢驗器)用以約束用于一幅圖的位數最大變化量。這樣確保可用一個已知容量的緩沖器對位串流解碼。到此圖像的編碼表示已經完成。編碼器的最后一步是通過解碼再次產生I圖和P圖以用作后續(xù)圖像編碼的參考圖。量化數據經逆量化，并對每塊進行8×8DCT逆變換。產生的預測誤差信號再回加到預測信號上，并限制在要求的范圍內，以產生解碼參考圖。0.4解碼解碼是編碼的逆操作，它比編碼要簡單許多，因為無需進行運動估值，所要的選擇也很少。在本標準中定義了解碼過程。下面是對位流的一種可能解碼方法的簡要概述。圖4中示出了主要的功能塊，量化器步長圖你線沖器一-MUX1視頻編碼重建的輸比特流人圖像運動天量圖像存儲/預測器共中：DCT離散余弦逆變換越量化：MUX老路分解：MD可變長解碼圖4基本視頻解碼器框圖對于固定速率的應用，信道以恒定速率對FIFO緩沖器填充位流。解碼器讀該緩沖器并依據定義的語法對位流中的數據元素進行解碼。解碼器讀位流過程中識別編碼圖像起始和圖像的類型。它按順序解碼圖像中的每一宏塊。如果有宏塊類型和運動矢量的話,則用解碼器已存儲的過去和將來的參考圖作為基礎構造當前宏塊的預測。系數數據經過解碼和逆量化，每一8×8的系數塊經DCT逆變換(見附錄A所述）結果加到預測信號上并限制在規(guī)定的范圍內。當圖中的所有宏塊經處理之后，圖像就重構起來了。如果它是I圖或P圖則它是后繼圖的參考圖并加以存儲，替代存儲最久的參考圖。在圖像被顯示前它們可能需要作從編碼的順序到自然的顯示順序的調整。調整順序之后，圖像以數字形式作為后處理之用·并以應用選定的任何方式進行顯示。

cB/T17191.2-19970.5編碼視頻位流的結構本標準規(guī)定了編碼視頻位流的語法。該語法含有6層，每層支持-一個信號處理或籽一個系統(tǒng)功能：語義層功能序列層隨機存取單元：上下文圖像組層隨機存取單元視頻圖像層初始編碼單元片層重同步單元宏塊層運動補償單元快層DCT單元0.6算法所支持的特性使用數字存儲媒體上壓縮視頻的應用程序，除能進行正常的序列播放操作外，還要求能進行一系列的其他操作。編碼位流的設計支持這一系列的操作。0.6.1隨機操作隨機操作是存儲媒體上視頻的一個極重要的特征,它要求任一圖像可在有限時間內進行解碼。這意味著位流中存在操作點,即可識別的信息段，它不需參考其他段數據即可解碼。每秒的空間內可有兩個隨機操作點(內圖)而不會嚴重損害圖像質量。0.6.2快速搜索依賴于存儲媒體，有可能從編碼位流中掃描操作點(在具體應用目錄的幫助下或不在本標準范圍內的其他信息的幫助下)以獲得快速正放或快速倒放的效果。0.6.3反向播放-些應用可能要求視頻信號能進行逆順序播放，這可通過先用解碼器的存儲器存儲解碼后的紫個圖組，然后再按逆序進行播放。編碼器可通過縮短圖組長度使這一特征的實現更簡單。0.6.4魯棒性絕大多數的數字存儲媒體和信道都是會出錯的。應該使用合適的信道編碼方案.這已超出本標準的范圍了。然而在本標準中定義的壓縮方案對殘差具有魯棒性。子圖的結構使得解碼器可從數據錯誤恢復過來并對解碼重新同步。因而壓縮數據的錯誤會導致解碼圖像中的錯誤受到限制。解碼器可使用隱含的策略來掩藏這些誤差。0.6.5編輯對高效編碼和容易編輯的要求是有沖突的。編碼結構和語法的設計并沒有以簡化任何圖像的編輯為主要目標。不過，編碼中包含了一些特征從而能夠對編碼數據進行編輯。

中華人民共和國國家標準信息技術具有1.5Mbit/s數據傳輸率的數字存儲媒體運動圖像SE/T17191-2-1997及其伴音的編碼第2部分：視頻idtIsO/IEc11172-2:1993Informationtechnology-Codingofmovingpicturesandassociatedaudiofordigitalstoragemediaatuptoabout1.5Mbit/s-Part2:Video1概述1.1范圍本標準規(guī)定了數字存儲媒體中視頻的編碼表示以及解碼處理。表示方法除了支持一些特殊功能，如隨機操作、快速正放、快速倒放、常速倒放、停頓以及圖像靜止之外.也支持常速正放。本標準與標準525線、625線電視格式是兼容的，它給個人計算機、工作站的顯示使用提供了靈活性。GB/T17191主要適用于支持連續(xù)傳送速率約1