圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)

圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容一、JPEG和JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)二、MPEG標(biāo)準(zhǔn)H.261、H.263、H.264（會(huì)議電視）JPEG、JPEG2000（靜止圖像）MPEG-1（VCD）MPEG-2（數(shù)字電視）MPEG-4（多媒體通信）JPEG

JPEG是聯(lián)合圖像專家組的縮寫（JointPhotographicExpertsGroup）主要用于計(jì)算機(jī)靜止圖像的壓縮，在用于活動(dòng)圖像時(shí)，其算法僅限于幀內(nèi)，便于編輯。JPEG標(biāo)準(zhǔn)的算法是基于DCT(離散余弦變換)和可變長編碼。JEPG壓縮編碼算法的計(jì)算步驟

1、正交離散余弦變換2、量化3、Z字形編碼4、使用差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）對直流系數(shù)DC進(jìn)行編碼5、使用行程長度編碼對交流系數(shù)（AC）進(jìn)行編碼6、熵編碼JPEG2000特點(diǎn)高壓縮比連續(xù)色調(diào)圖像壓縮和二值圖像壓縮無失真壓縮和有失真壓縮漸進(jìn)傳輸：先傳輸圖像的輪廓，然后逐步傳輸數(shù)據(jù)，不斷提高圖像質(zhì)量，以滿足用戶的需要。固定比特率、固定尺寸對碼流的隨機(jī)訪問和隨機(jī)處理MPEG的基本理論MPEG（MovingPictureExpertGroup）“活動(dòng)圖像專家組”包括三個(gè)部分：系統(tǒng)：視頻：音頻：

特點(diǎn)（1）在圖象和聲音的質(zhì)量上高于可視電話和會(huì)議電視的聲象質(zhì)量，至少應(yīng)達(dá)到VHS家用錄象機(jī)的聲象質(zhì)量。（2）壓縮后的數(shù)碼率應(yīng)能存儲(chǔ)在光盤、數(shù)字錄音帶DAT或可寫磁光盤等媒體中。（3）壓縮后的碼率應(yīng)與目前的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸碼率相適配，即為1.2Mbps-1.5Mbps。（4）在通信網(wǎng)絡(luò)上它能適應(yīng)多種通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸。MPEG-2MPEG-2的壓縮比可達(dá)50:1壓縮后的數(shù)字活動(dòng)圖像信號(hào)和相應(yīng)音頻信號(hào)碼率可達(dá)幾Mb/s。組成第一系統(tǒng)部分：主要涉及多路音頻、視頻和數(shù)據(jù)的復(fù)用和同步；

第二視頻部分：主要涉及各種比特率的數(shù)字視頻編碼；

第三音頻部分：擴(kuò)充了MPEG-1的音頻標(biāo)準(zhǔn)，使之成為多通道音頻編碼系統(tǒng)，達(dá)到了5.1聲道之多。特點(diǎn)支持不同分辨率格式之間的兼容。MPEG-2以空間和時(shí)間可分級(jí)方法提供空間和時(shí)間不同分辨率視頻格式之間的兼容。MPEG-2后向兼容MPEG-1。MPEG-2圖象格式不僅包括了MPEG-1的圖象格式，還包括了符合CCIR.601的SDTV數(shù)字演播室圖象格式和HDTV數(shù)字演播室圖象格式。MPEG的視頻數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)Ⅰ圖像序列層（VideoSequencelayer）Ⅱ圖像組層（GroupofPicture）Ⅲ圖像層（Picture）Ⅳ宏塊條/片層（Slice）Ⅴ宏塊層（Macroblock）Ⅵ塊層（Blocklayer）MPEG的視頻數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)

①圖像序列：：是一個(gè)被處理的連續(xù)圖像，是由圖像組構(gòu)成的，它包含序列頭、若干個(gè)圖像組層的數(shù)據(jù)以及序列終止符。

②圖像組(GOP)

：圖像組是為方便隨機(jī)存取而加的，其結(jié)構(gòu)和長度均為可變的，圖像組是隨機(jī)存取視頻單位，它由定義的一組或多組幀內(nèi)編碼幀（I幀）或非幀內(nèi)編碼幀（P幀或B幀）圖像構(gòu)成。每組包括組頭，圖像層數(shù)據(jù)，時(shí)間信息。③圖像：圖像是獨(dú)立的顯示單位，也是基本編碼單位，由圖像頭和宏塊條層數(shù)據(jù)組成。在MPEG-2中，圖像可以是逐行的，或隔行的，MPEG-1是逐行的。④宏塊條：包含若干個(gè)連續(xù)的宏塊，是重新同步單位。宏塊條的設(shè)置是防止誤碼的擴(kuò)散。⑤宏塊：宏塊層由宏塊頭加塊層數(shù)據(jù)組成，圖像以亮度數(shù)據(jù)矩陣為基準(zhǔn)分為16×16像素的宏塊，宏塊是進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)幕締挝弧Ｒ粋€(gè)宏塊包含４個(gè)8×8的亮度塊，還包含㈠兩個(gè)8×8色度塊(R-Y和B-Y各一個(gè)，4:2:0取樣時(shí))、㈡四個(gè)8×8色度塊(R-Y和B-Y各兩個(gè)，4:2:2取樣)或㈢八個(gè)8×8色度塊(R-Y和B-Y各四個(gè)，4:4:4取樣時(shí))。

⑥塊：塊是MPEG碼流的最底層，每個(gè)塊是一個(gè)8×8像素的數(shù)據(jù)矩陣。每個(gè)塊中只含有一種信號(hào)元素，即它或是亮度數(shù)據(jù)矩陣，或是某中色度數(shù)據(jù)矩陣。塊是進(jìn)行DCT運(yùn)算的單位，宏塊在進(jìn)行DCT運(yùn)算之前要被分成若干個(gè)塊。MPEG-2的壓縮步驟1、離散余弦變換。2、量化器。3、Z字形掃描與游程編碼。4、熵編碼。5、運(yùn)動(dòng)估值6、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償視頻序列都可以分為兩層：基本層增強(qiáng)層基本層提供了視頻序列的基本信息增強(qiáng)層提供了視頻序列更高的分辨率和細(xì)節(jié)；基本層可以單獨(dú)傳輸和解碼，而增強(qiáng)層則必須與基本層一起傳輸和解碼。

五類簡單類：與MainProfile相同，只是不用B幀，這是為了節(jié)約RAM；主類：圖像質(zhì)量合乎一定要求，允許有一定損傷，不具有可分級(jí)性；信噪比可選類：比MainProfile改進(jìn)之處是信噪比可分級(jí)；

空間尺寸可選類：空間分辨率方面也可分級(jí)；高質(zhì)量類：支持4∶2∶2并全面可分級(jí)(宏塊的組成是：4個(gè)Y塊+2個(gè)Cb塊+2個(gè)Cr塊)；四級(jí)LowLevel(低級(jí))：類似H.261中的CIF格式；

WainLevel(主級(jí))：相應(yīng)于普通電視High1440Level(高1440級(jí))：大致相當(dāng)于具有每行1440個(gè)采樣的HDTV；HighLevel(高級(jí))：大致相當(dāng)于每行1920個(gè)采樣的HDTV。MPEG中的三種圖像類型即碼流組成三種圖像類型

MPEG是基于DCT、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和Huffman編碼算法的，在壓縮中使用了幀內(nèi)壓縮和幀間壓縮兩種方式。MPEG使用三種類型的圖像，即：

I幀

P幀B幀

I幀是幀內(nèi)壓縮由于I幀不依賴于其他幀，所以是隨機(jī)存取的入點(diǎn)，同時(shí)是解碼中的基準(zhǔn)幀。一個(gè)圖像組總是以I幀開頭的，I幀壓縮可以得到6:1的壓縮比。P幀根據(jù)前面的I幀或P幀進(jìn)行預(yù)測(向前預(yù)測)，使用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法進(jìn)行壓縮，因而壓縮比要比I幀高，數(shù)據(jù)量平均達(dá)到I幀的1/3左右。P幀是對前后的B幀和后繼的P幀進(jìn)行解碼的基準(zhǔn)幀。P幀本身是有誤差的，如果P幀的前一個(gè)基準(zhǔn)幀也是P幀，就會(huì)造成誤差傳播。B幀基于前后的兩個(gè)I、P幀或P、P幀，它使用雙向預(yù)測，數(shù)據(jù)量平均可以達(dá)到I幀的1/9左右。B幀本身不作為基準(zhǔn)，因此可以在提供更高的壓縮比的情況下不傳播誤差。

②碼流組成一個(gè)GOP（圖像組）由一串I、B、P幀組成，起始為I幀。GOP的長度是一個(gè)I幀到下一個(gè)I幀的間隔，一般是一秒內(nèi)有兩個(gè)I幀，用來作為隨機(jī)存取的入口。

在MPEG-2中沒有規(guī)定GOP的結(jié)構(gòu)，幀重復(fù)方式可以是I、P，I、B，I、B、P，I、B、B、P，甚至全部是I幀。B幀和P幀要求計(jì)算機(jī)有更強(qiáng)的功能。有些壓縮器不能產(chǎn)生B幀或者連P幀也不能產(chǎn)生，則圖像的壓縮結(jié)果將有很明顯的間斷。在MPEG-1中，每個(gè)I幀圖像含有152Kb，P幀圖像含有80Kb，B幀圖像含有23Kb，一個(gè)典型GOP由1個(gè)I幀、3個(gè)P幀、8個(gè)B幀組成。它有以下幾個(gè)任務(wù)：

(1)對音頻、視頻、數(shù)據(jù)、控制等基本比特流起系統(tǒng)復(fù)用的作用。

(2)提供用于恢復(fù)時(shí)間基準(zhǔn)的時(shí)間標(biāo)志，緩沖