GB/T 17975.2-2000信息技術(shù)運動圖像及其伴音信號的通用編碼第2部分：視頻

TCS.35.040L71中華人民共和國國家標準GB/T17975.2-2000idtrTuT日.262：1995“信息技術(shù)運動圖像及其伴音信號的通用編碼第2部分:視頻Informationtechnology-GenericcodingofmovingpictureandassociatedaudioinformationPart2:Video2000-07-14發(fā)布2001-03-01實施國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布

GB/T17975.2-2000二前言ITU前言T引言…i.1目的··1.2應(yīng)用……·…1.3型和級1.4可分級和不可分級句法·1圍2引用標準3定義4符號和縮略語4.1算術(shù)運算符4.2邏輯運算符…·4.3關(guān)系運算符…4.4位運算符?…·4.5賦值………4.6助記符·4.75協(xié)定…5.1描述比特流句法的方法….5.2函數(shù)的定義……5.3留、禁用和標記位5.4算術(shù)精度……6視視頻比特流句法和語義……6.1碼視頻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)··6.2視頻比特流句法………6.3視頻比特流語義·7視穎解碼過程………7.1高層句法結(jié)構(gòu)…7.2變字長解碼………7.3反掃描……7.4反量化………………·7.5反DCT7.6運動補償………7.7空間分級…

GB/T17975.2-20007.8SNR分級9O7.9時間分級………………7.10數(shù)據(jù)劃分7.11混合分級…………7.12解碼過程的輸出88.11GB/T17191.2的兼容性1038.22定義的型之間的關(guān)系1038.3定義的級之間的關(guān)系1058.4→分級層….108.5規(guī)定的型、級和層的參數(shù)值…………108.6解碼器兼容性要求……附錄A(標準的附錄）離散余弦變換附錄B(標準的附錄）變長碼表…………112B.1宏塊尋址112B.2宏塊類型115B.3宏塊模式117B.4運動失量118B.5DCT系數(shù)?119附錄C(標準的附錄）視頻緩存校驗器附錄D(提示的附錄）算法支持的特性……131D.1概述…….…131視頻格式·..·.…..D.2131D.3圖像質(zhì)量…132數(shù)據(jù)率控制D.4132D.5短延時模式135D.6隨機選取/信道跳換133D.7可分級性·133D.8兼容性·……·138D.9本標準與GB/T17191.2的區(qū)別139D.11編輯編碼比特流D.12特控模式141D.13誤碼掩蓋142D.14聯(lián)序列149附錄E(提示的附錄）型和級的限定·149E.1型中句法元素的限定149E.2允許的層組合…161

GB/T17975.2-20001988年,國際標準化組織(ISO)和國際電工委員會（IEC）聯(lián)合成立了運動圖像專家小組(MPEG)MPEG小組針對運動圖像及其聲音的壓縮編碼研究制定了若干個標準,如MPEG-2標準。MPEG-2標準適用于高質(zhì)量高碼率的圖像和聲音的壓縮編碼應(yīng)用,MPEG-2標準的第二部分涉及運動圖像的視頻編碼.稱為《信息技術(shù)：運動圖像及其伴音信號的通用編碼方法-視頻部分》。ISO和IEC對MPEG-2視頻標準的標準號為ISO/IEC13818,相應(yīng)的視頻部分的標準號為ISO/IEC13818-2。1TU等同地采用了ISO/IEC13818-2,其采標號為ITU-TH.262.MPEG-2標準是數(shù)字電視廣播、數(shù)字視頻存儲和傳送的基礎(chǔ)標準.運動圖像壓縮編碼是數(shù)字電視及相關(guān)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。在MPEG-2視頻標準中.規(guī)定了視頻數(shù)據(jù)的編碼方法以及重建圖像所需的解碼處理。它給出了應(yīng)用于廣泛領(lǐng)域內(nèi)的通用視頻編碼方案、比特率、圖像分瓣率和質(zhì)量。它的基本編碼算法是運動補償預(yù)測與DCT的混合。編碼的圖像可以是隔行掃描.也可以是逐行掃描。必需的算法要素綜合在單一句法中,并依據(jù)"型"(功能度)和“級”（參數(shù)值)定義了有限數(shù)目的子集，以便于此種通用編碼標準的實際應(yīng)用。國際上,MPEG-2標準已在與圖像與聲音存儲和傳輸相關(guān)的領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。例如：數(shù)字電視廣播(標準清晰度和高清晰度)和數(shù)字聲音廣播、數(shù)字視頻光盤（DVD)、電視節(jié)目和電影資料的數(shù)字保存、在計算機中運動圖像序列的壓縮、存儲和傳送等。MPEG-2標準已成為許多行業(yè)的國際通用標準。如在數(shù)字電視廣播方面，美國、歐洲、日本等已提出了數(shù)字電視廣播標準的國家和地區(qū),其數(shù)字電視廣播標準中的圖像編碼標準都采用MPEG-2標準。為使我國運動圖像的通用編碼標準與國際標準接軌.方便電視節(jié)目和圖像序列的國際交換.方便相應(yīng)領(lǐng)域的技術(shù)交流,利于相關(guān)設(shè)備和產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，在標準制定過程中決定等同采用國際標準ITU-TH.262:1995.7《信息技術(shù):運動圖像及其伴音信號的通用編碼方法——視頻部分》,并包括了1996年11月的兩個修訂本H.262Corrigendum1、H.262Corrigendum2及兩個補充本H.262Amendment1、H.262Amendment2,還包括了1998年2月的兩個補充本H.262Amendment3、H.262Amendment4。在標準起草過程中.起草人把國家標準草案與相應(yīng)的國際標準進行了詳細的對比,力爭達到使該國家標準既忠實于國際標準原文.又符合中文的語言和技術(shù)名詞的行業(yè)習慣用法。本標準在層次劃分,章、條設(shè)立，編寫格式和方法與等同采用的國際標準一致。本標準采用的術(shù)語、定義，其全部技術(shù)內(nèi)容與ITU-TH.262一致。但本標準與等同采用的國際標準存在細微差別。一是在“引用標準”中，對應(yīng)我國已有國家標準的國際標準,已改成我國的國家標準。二是本標準取消了國際標準中的附錄F、附錄G、附錄H。這些變動對本標準無影響。本標準的附錄A、附錄B和附錄C是標準的附錄。本標準的附錄D和附錄E是提示的附錄本標準由廣播電影電視總局提出。本標準由全國信息標準化技術(shù)委員會歸口本標準起草單位：國家廣播電影電視總局廣播科學研究院、北京廣播學院本標準主要起草人：楊杰、張穎輝、張永輝，

GB/T17975.2-2000ITU前言JTU(國際電信聯(lián)盟)是聯(lián)合國在電信領(lǐng)域的一個專門機構(gòu)。ITU電信標準部門(ITU-T)是國際電信聯(lián)盟的一個常設(shè)機構(gòu).ITU-T制定世界電信標準(建議).179個成員國、84個電信運營機構(gòu)、145個科研和工業(yè)組織以及38個國際組織加入ITU-T。WTSC第一號決議(赫爾辛基,1993年)確定了ITU-T成員對建議批準的程序。另外，每四年召開一次的世界電信標準大會，對提交的建議進行討論并確定以后的研究計劃。在ITU-T范圍內(nèi)的某些信息技術(shù)領(lǐng)域中.在與ISO和IEC合作的基礎(chǔ)上制定一些必要的標準。1995年7月10日通過了TTU-T建議H.262。此建議與IEC/ISO13818國際標準等同。

GB/T17975.2-2000工1目的本標準這部分的制定是為了響應(yīng)于對各種應(yīng)用(如數(shù)字存媒體、電視廣播和通信）中活動圖像和伴音的通用編碼方法的日益增長的要求。使用本標準意味著活動視頻可以作為一種計算機數(shù)據(jù)形式進行處理.并且可以存財在各種存財媒體上，可以在現(xiàn)有的和未來的網(wǎng)絡(luò)中傳輸和接收，可以在現(xiàn)有的和將來的廣播信道中分配。1.2應(yīng)用本標準的應(yīng)用包括下列領(lǐng)域，但不限于此。BSS廣播衛(wèi)星業(yè)務(wù)（到戶）CATV有線電視分配(通過光纖網(wǎng)絡(luò)、銅線等）CDAD有線數(shù)字音頻分配DSB數(shù)字聲音廣播(地面和衛(wèi)星廣播）DTTB數(shù)字地面電視廣播EC電子影院ENG電子新聞采集(包括SNG.衛(wèi)星新聞采集)FSS固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)(例如到前端)日TT家庭電視影院IPC個個人間通訊(會議電視，可視電話等)ISM交互式存廣媒體(光盤等)MMM多媒體郵件NCA新聞和時事NDB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫業(yè)務(wù)(通過ATM等)RVS遠端視頻監(jiān)視SSM串行存見媒體(數(shù)字VTR等）T3型和級本標準擬成為一個通用的應(yīng)用于較廣范圍的比特率、分辨率、質(zhì)量和服務(wù)的標準。應(yīng)用包括數(shù)字存廣媒體、電視廣播和通信。在制定本標準過程中,已經(jīng)考慮了典型應(yīng)用的各種要求，建立了必要的算法要素,并且把它們集合成單一句法。因此，本標準便于不同應(yīng)用之間的比特流交換?？寂暗綄崿F(xiàn)本標準全部句法的實用性，我們通過"型"和“級“來約定句法的有限子集。在本標準的第3章中將正式定義這些術(shù)語和其他相關(guān)術(shù)語，“型"是本標準定義的整個比特流句法的一個規(guī)定子集.在一個"型”規(guī)定的句法范圍內(nèi).由于比特流中參數(shù)的取值的不同對編碼器和解碼器的性能要求仍然可能有很大的差異。例如，可以規(guī)定賴幅的寬(大約)為24樣點，高為24行。目前要求能實現(xiàn)處理所有可能賴幅的解碼器是不現(xiàn)實和不經(jīng)濟的為了解決這個問題.在每一型中又定義了“級"。級是對比特流中各參數(shù)進行限定的集合。這些限定可以是對數(shù)量的簡單限制。也可以采用對參數(shù)算法組合加以約束的形式(例如，賴寬乘賴高乘賴頻)。遵循本標準的比特流是使用通用的句法。為獲得完整句法的子集，比特流中包含標志和參數(shù)，它們指示后面的比特流中是否出現(xiàn)句法元素。為了說明對句法的約束(因此要規(guī)定一種型).只需要約束用來

GB/T17975.2-2000說明后面出現(xiàn)的句法元素作出規(guī)定的標志和參數(shù)的值14可分級和不可分級句法全部句法可以分成兩大類：一是不可分級句法，其結(jié)構(gòu)為GB/T17191.2定義的句法的一個超級集合。不可分級句法的主要特點是有隔行視頻信號用的附加壓縮工具。第二類為可分級句法，其主要特性為能夠從整個比特流的各部分中重建有用視頻。這一特性的獲得是借助于以兩層或多層構(gòu)建比特流，并從獨立的低層開始，再增加若干增強層。低層可以用不可分級句法,或者在某些情況下遵循GB/T17191.2句法1A.1不可分級句法概述在不可分級句法中所定義的編碼表示方法能獲得高壓縮比，同時保持好的圖像質(zhì)量。算法不是無損的,因為在編碼中不能保留樣點的精確值。在特定的比特率下要獲得好的圖像質(zhì)量，需要非常高的壓縮比，而僅利用賴內(nèi)圖像編碼是不能實現(xiàn)的。然而純賴內(nèi)圖像編碼可最佳地滿足隨機存取的要求。技術(shù)的選擇要考慮兼顧高質(zhì)量的圖像和高壓縮比,以及對編碼比特流進行隨機存取方面的要求，需要在賴內(nèi)編碼和賴間編碼之間，在減少時間兄余度的因果和非因果方法之間仔細地加以平衡。有許多種技術(shù)方法用于獲得高壓縮比。算法中首先使用基于塊的運動補償，以減少時間元余。運動補償，既應(yīng)用過去的圖像對當前圖像作因果預(yù)測.又應(yīng)用過去和未來的圖像對當前圖像作非因果內(nèi)插預(yù)測。為每個16樣點乘16行的圖像塊定義一個運動矢量。在量化之前對預(yù)測誤差做進一步壓縮.利用離散余弦變換(DCT)去除空間相關(guān)性。量化是去除不重要信息的一個不可逆過程。最后.運動失量與預(yù)測誤差的DCT信息組合在一起.并且使用變字長碼進行編碼。1.4.1.1時間處理因為隨機存取和高效率壓縮之間的要求相互沖突，所以定義了三種主要圖像類型。賴內(nèi)編碼圖像（I圖像）的編碼不需參考其他圖像。這種編碼的圖像在編碼序列中提供解碼開始的存取點，它們的編碼只有中等程度的壓縮。預(yù)測編碼圖像(P圖像)編碼的效率比較高,它使用過去的賴內(nèi)編碼圖像或預(yù)測編碼圖像作為參考進行運動補償?shù)念A(yù)測。通常,它作為進一步預(yù)測的參考。雙向預(yù)測編碼圖像(B圖像)提供最高程度的壓縮，但運動補償需要過去的和未來的參考圖像。雙向預(yù)測編碼圖像永遠不作為別的預(yù)測的參考（除非在空間分級增強層中將結(jié)果圖作為參考)三種類型圖像在序列中的組織是非常靈活的。由編碼器根據(jù)應(yīng)用的要求來選擇。圖11示明三種不同圖像類型之間關(guān)系的一個例子雙向內(nèi)插圖I-1時間上圖像結(jié)構(gòu)示例

GB/T17975.2-20001.4.1.2對隔行視頻的編碼隔行視頻信號的每賴由兩場組成，彼此相隔一個場周期。本標準既允許一個賴按一幅圖像進行編碼,也允許按兩幅圖像對兩場進行編碼。可以在逐賴的基礎(chǔ)上,自適應(yīng)地選擇賴編碼或場編碼。賴編碼是特別適合于運動不快但細節(jié)豐富的視頻場景。能夠從第一場中預(yù)測第二場的場編碼,對有快速運動時會更有效。1.4.1.3運動表示-宏塊如同在GB/T17191.2中選擇16×16宏塊作為運動補償單元.它是從運動信息得到編碼增益和為表示它所需要開銷兩者之間平衡的結(jié)果。對每個宏塊可以以許多不同的方法進行時間預(yù)測。例如,在賴編碼中,從前面參考圖像進行預(yù)測既可以基于賴，也可以基于場.依據(jù)宏塊的類型,對運動矢量信息和其他輔助信息與壓縮過的預(yù)測誤差在每一個宏塊中是一起進行編碼的。將前面的編碼運動失量作基準.對運動矢量進行差分編碼,并使用變字長碼在逐幅圖像的基礎(chǔ)上，能表示運動失量的最大長度是可以逐賴編程的,所以可以滿足大多數(shù)需要的應(yīng)用.而不酒性大多數(shù)正常情況下的系統(tǒng)性能，計算合適的運動矢量是編碼器的任務(wù)。本標準未規(guī)定對此應(yīng)如何做。1.4.1.4空間元余降低原始圖像和預(yù)測誤差信號都有很高的空間元余度。本標準使用基于塊的DCT方法,并配合具有視覺加權(quán)的量化和游程編碼。經(jīng)運動補償?shù)念A(yù)測或內(nèi)插之后，得到的預(yù)測誤差圖像分成8X8的塊。對這些塊進行DCT變換,并在量化之前進行加權(quán)。量化之后許多DCT系數(shù)的值為零.所以可使用二維游程編碼和變字長編碼對剩下的DCT系數(shù)進行高效編碼。1.4.1.5色度格式除了支持GB/T17191.2的4：2·0格式外.本標準還支持4：22和4·4·4色度格式。14.2可可分級擴展在本標準中的可分級工具被設(shè)計用來支持那些單層視頻所不能支持的應(yīng)用系統(tǒng)。在值得注意的應(yīng)用中.所涉及的領(lǐng)域有視頻通信.異步轉(zhuǎn)移模式（ATM)網(wǎng)絡(luò)中視頻的傳送.視頻標準的交互工作.有多種空間、時間和質(zhì)量分辨率的分層視頻業(yè)務(wù)，含有常規(guī)電視的日DTV.允許向更高時間分辨率HDTV過渡的系統(tǒng)等。雖然，解決可分級視頻的簡單辦法是同播技術(shù).這項技術(shù)基于傳輸/存多路獨立的視頻編碼數(shù)據(jù)，但另一種更有效的是分級視頻編碼方法,是將分配給一定視頻的帶寬部分地再用于下一個視頻的編碼。在可分級視頻編碼中假設(shè)給定一個編碼比特流,不同復(fù)雜性的解碼器都能夠進行解碼,并顯示出合適的重建圖像。與單層編碼器相比,可分級編碼器可能會增加復(fù)雜性。不過，本標準提供幾種不同形式的可分級方法,它們以相應(yīng)的復(fù)雜性作不重疊的應(yīng)用。所提供的基本可分級工具有：數(shù)據(jù)分制、SNR可分級、空間分級和時間分級。而且.也支持這些基本可分級工具的組合，稱為混合可分級.在基本可分級的情況下,允許有稱之為較低層和增強層的兩層視頻，而在混合可分級中可以支持多達三層。下面的表I-1至1-3給出各種可分級的一些實例應(yīng)用表11SNR可分級的應(yīng)用較低層增強層應(yīng)用與較低層相同的分解力和格式GB/T14857兩路標準質(zhì)量電視（SDTV）業(yè)務(wù)高清晰度與較低層相同的分解力和格式兩路HDTV質(zhì)量業(yè)務(wù)4：2：0高清晰度4：2：2色度同播視頻制作/分配

GB/T17975.2-2000表1-2空間分級的應(yīng)用增強層逐行（30Hz）CIF/SCIF兼容或分級隔行（30Hz）隔行（30Hz）HDTV/SDTV可分級逐行（30Hz）逐行（30Hz）GB/T17191.2與本標準的兼容性隔行（30Hz）逐行（60Hz）向高分解力逐行HDTV過渡表1-3時間分級的應(yīng)用增強層更高層用逐行（60Hz）逐行（30Hz）逐行（30Hz)向高分耕率遂行HDTV過渡逐行（60Hz）隔行（30Hz）隔行（30Hz）向高分辨率逐行HDTV過渡1.4.2.1空間分級擴展空間分級是在下面的視頻應(yīng)用中使用的工具，這些應(yīng)用包括：電信、視頻標準的交互,視頻數(shù)據(jù)庫瀏覽，標準電視和高清晰度電視的交互工作等;也就是,具有基本共性的視頻系統(tǒng)必需最少有兩種空間分解力的視頻層?？臻g分級包括從單個視頻源產(chǎn)生兩個空間分解力的視頻層。低層本身編碼來提供基本空間分解力.而增強層應(yīng)用經(jīng)空間內(nèi)插的低層.載有輸人視頻源的全空間分解力。較低層和增強層可以都使用本標準,或者較低層使用GB/T17191.2標準，增強層使用本標準。后一種情況更有利于視頻編碼標準之間方便的交互工作。而且，空間分級提供了對每層使用的視頻格式選擇的靈活性?？臻g分級的另外一個優(yōu)點是能夠提供對傳輸誤碼的抵御,因為可以用誤碼特性較好的信道傳輸較低層上較重要的數(shù)據(jù)，而可以用誤碼特性較差的信道傳輸較不重要的增強層數(shù)據(jù)。1.4.2.2SNR分級擴展SNR分級是在下面的視頻應(yīng)用中使用的工具.這些應(yīng)用包括：電信，多種質(zhì)量的視頻業(yè)務(wù)，標準電視和高清晰度電視;也就是,具有基本共性的視頻系統(tǒng)必須具有最少兩種視頻質(zhì)量層。SNR分級包括從單個視頻源產(chǎn)生兩個空間分解力相同但視頻質(zhì)量不同的視頻層。低層本身編碼來提供基本視頻質(zhì)量.而增強層的編碼是為了增強低層。在將增強層加到較低層上時，重新產(chǎn)生輸入視頻的較高質(zhì)量數(shù)據(jù)。低層和增強層可以都使用本標準或者較低層使用GB/T17191.2標準增強層使用本標準。SNR分級的另外一個優(yōu)點是能夠提供對傳輸誤碼的高度抵御能力,因為可以用誤碼特性較好的信道傳輸較低層上較重要的數(shù)據(jù)，而可以用誤碼特性較差的信道傳輸較不重要的增強層數(shù)據(jù)1.4.2.3時間分級擴展時間分級是在從電信到HDTV的各種視頻應(yīng)用中使用的工具。對于這些應(yīng)用,從較低時間分辨率系統(tǒng)向較高時間分養(yǎng)率系統(tǒng)的過渡是必要的。在許多情況中，較低時間分養(yǎng)率視頻系統(tǒng)可以是現(xiàn)存系統(tǒng)或低廉的早期系統(tǒng).逐漸地推進入更復(fù)雜的系統(tǒng)。時間分級包括將視頻賴進行分層，低層本身編碼以提供基本的時間率，增強層依據(jù)對較低層的預(yù)測進行編碼,這些層在解碼和時間復(fù)用后產(chǎn)生視頻源的全時間分辨率。較低時間分辨率系統(tǒng)只能對低層進行解碼,提供基本時間分辨率：而將來更復(fù)雜的系統(tǒng)可以對這兩層進行解碼.提供高時間分辨率視頻，而且保持與早期系統(tǒng)交互工作。時間分級的另外一個優(yōu)點是能夠提供對傳輸誤碼的抵御能力，因為低層上較重要的數(shù)據(jù)可以通過誤碼特性較好的許多信道傳輸，而較不重要的增強層可以通過誤碼特性較差的信道傳輸。

GB/T17975.2-20001.4.2.4數(shù)據(jù)劃分擴展數(shù)據(jù)劃分是在兩個信道用于傳輸或存儲視頻比特流情況下使用的工具，例如是ATM網(wǎng)絡(luò)、地面廣播、磁媒體等情況。比特流劃分給兩個信道,比特流的較重要部分(諸如首標、運動矢量、低頻DCT系數(shù))在誤碼特性較好的信道中傳輸，較不重要的數(shù)據(jù)(諸如高頻DCT系數(shù)）在誤碼特性較差的信道中傳輸。這樣,由于比特流的重要部分得到了較好的保護，使信道誤碼引起的劣化減到最小。不是專用于對數(shù)據(jù)劃分的比特流進行解碼的解碼器，不能對任一信道來的數(shù)據(jù)進行解碼。

中華人民共和國國家標準信息技術(shù)運動圖像及其伴音信號的GB/T17975.2通用編碼第2部分：視頻一2000idtiru-tn.262:1995Informationteehnology-Genericcodingofmovingpictureandassociatedaudioinformation-Part2:Video范圍本標準規(guī)定了數(shù)字存儲媒體和數(shù)字視頻通信用的圖像信息的編碼表示，并且規(guī)定了解碼過程。這種表示支持恒定碼率傳輸、可變碼率傳輸、隨機存取、信道跳換、可分級解碼、比特流編輯、以及諸如快速正放、快速倒放、慢放、暫停和靜像等特殊功能。本標準