多媒體技術(shù)第三課

3.7靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEGJPEG—JointPhotographicExpertsGroup壓縮方法：1.基于DPCM的無(wú)失真編碼低壓縮比2.基于DCT的有失真壓縮〔順序方式〕3.基于DCT的累進(jìn)操作方式4.基于DCT的分層操作方式1精選課件一、基于DPCM的無(wú)失真編碼DPCM熵編碼編碼表預(yù)測(cè)方案預(yù)測(cè)值預(yù)測(cè)方案預(yù)測(cè)值0123非預(yù)測(cè)abc4567a+b-ca+(b-c)/2b+(a-c)/2(a+b)/2axcb壓縮比2:12精選課件

二、基于DCT的有失真壓縮〔順序方式〕霍夫曼/算術(shù)編碼DCT量化器量化表圖像按順序分成8×8子塊，并將取值范圍[0,2P-1]變換為[-2P-1,2P-1-1]〔有符號(hào)數(shù)〕,進(jìn)行DCT變換。P：樣本定義的精度。對(duì)基于DCT的編碼，p取8或12對(duì)基于DPCM的編碼，p取2~16。3精選課件

三、基于DCT的累進(jìn)操作方式對(duì)DCT系數(shù)進(jìn)行屢次掃描，分批編碼。圖像通過(guò)累進(jìn)由粗至細(xì)?！耦l譜選擇法：按頻帶分批編碼。一次掃描，只對(duì)64個(gè)DCT系數(shù)中某些頻帶的系數(shù)進(jìn)行編碼，傳遞，在隨后的掃描中，對(duì)其他頻帶的系數(shù)編碼、傳遞，直到全部系數(shù)處理完畢為止?！癜次槐平ǎ喊次环侄尉幋a。沿著DCT量化系數(shù)有效位方向分段累進(jìn)編碼。第一次掃描只取最高有效位的n位編碼、傳遞，然后對(duì)其余位進(jìn)行編碼、傳遞。4精選課件四、基于DCT的分層操作方式〔1〕將原圖像分辨率降低；〔2〕按對(duì)降低分辨率的圖像進(jìn)行編碼；〔3〕對(duì)低分辨率的編碼圖像解碼插值重建，升高分辨率；〔4〕將分辨率升高的圖像作為原圖像的預(yù)測(cè)值，取其差值進(jìn)行編碼；〔5〕重復(fù)〔3〕〔4〕，直到到達(dá)完整的分辨率。適于用低分辨率設(shè)備處理高分辨率圖像。5精選課件JPEG-2000主要特點(diǎn)單分量〔如灰度〕和多分量〔如彩色〕數(shù)據(jù)的有失真或無(wú)失真壓縮；特定區(qū)域編碼；按照逼真度或分辨率的分層圖像恢復(fù)；圖像中特定區(qū)域的隨機(jī)訪問(wèn)；優(yōu)異的壓縮性能，特別是在高壓縮比時(shí)；良好的誤差恢復(fù)特性。與JPEG相比，有更大的靈活性。特別是對(duì)原始數(shù)據(jù)和壓縮比特流的組織，實(shí)現(xiàn)直接從壓縮比特流中提取并恢復(fù)低分辨率或高分辨率圖像，不必對(duì)全部比特流解碼。6精選課件3.8運(yùn)動(dòng)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)MPEGMPEG-MovingPictureExpertsGroup運(yùn)動(dòng)圖像：靜態(tài)圖像的序列。一、MPEG1視頻數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)圖像切片宏塊Y13246UV5亮度像素色度像素運(yùn)動(dòng)圖像序列圖像組8塊87精選課件圖像序列層：由序列頭、一個(gè)或多個(gè)圖像組和序列結(jié)束碼組成。圖像組層：由頭信息、一幀或連續(xù)假設(shè)干圖像組成的可以隨機(jī)訪問(wèn)的一段以及結(jié)束碼組成。圖像層：包含頭信息和一幀圖像所有的編碼數(shù)據(jù)。切片層：由一個(gè)或多個(gè)相鄰的宏塊組成。宏塊層：由四個(gè)亮度塊和兩個(gè)色度塊構(gòu)成。塊層：MPEG-1中最小的編碼單位。包括DCT系數(shù)和塊結(jié)束標(biāo)志。8精選課件

二、MPEG-1視頻編碼方法MPEG-1：圖像及伴音的壓縮傳輸速率：1.5Mbps

亮度分辨率：亮度360×240，色度180×1201.幀的類型I(intrapicture)幀：圖像數(shù)據(jù)流的隨機(jī)存取點(diǎn)，幀內(nèi)空間壓縮，基于DCT的編碼，1-2比特/像素。P(predictedpicture)幀：由前一個(gè)I幀或P幀預(yù)測(cè)得到的幀。B(bidirectionalpicture)幀：前后作參照進(jìn)行預(yù)測(cè)，雙向預(yù)測(cè)幀IBBBPBBBI圖像組幀結(jié)構(gòu)9精選課件

2.運(yùn)動(dòng)序列流

IBBPBBPBBPBBPBBIBBPBBPBBPBBPBB

顯示順序不同于編解碼順序。在B幀之前必須先恢復(fù)參照幀。解碼順序?yàn)椋?/p>

IPBBPBB

P幀和B幀采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)是一種降低時(shí)間冗余度的有效方法。該技術(shù)假設(shè)每一幀圖像都是以過(guò)去某一幀圖像為原型并經(jīng)過(guò)變換得到的。這種變換是局部的，即圖像上各點(diǎn)的位移方向和大小不必相同。要求運(yùn)動(dòng)向量值必須正確編碼。改善了隨機(jī)訪問(wèn)性能，提高了運(yùn)動(dòng)視頻圖像的質(zhì)量。10精選課件P幀的編碼：P幀允許以前一個(gè)I幀或P幀為參考進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)。B幀的編碼：一種雙向預(yù)測(cè)或插值編碼，可以看作一種時(shí)間上的多分辨率技術(shù)。先對(duì)I幀和P幀進(jìn)行編碼，然后通過(guò)從重建的I幀和P幀插值得到其余的幀，并對(duì)插值誤差進(jìn)行DCT變換編碼。11精選課件MPEG-1視頻編碼器框圖圖像序列幀序重排運(yùn)動(dòng)估測(cè)DCTDCT-1Q-1QVLC復(fù)合器緩沖器調(diào)節(jié)器畫面存儲(chǔ)預(yù)測(cè)宏塊類型運(yùn)動(dòng)矢量MPEG流12精選課件三、MPEG的開(kāi)展MPEG-1〔ISO/IEC11172〕輸出速率：1.5Mbps標(biāo)準(zhǔn)交換格式〔SIF〕的圖像：亮度360×240/360×288，色度180×120/180×144源輸入格式的電視：NTSC352像素×240行/幀×30幀PAL352像素×288行/幀×25幀ISO/IEC11172-1規(guī)定圖像、聲音及其他相關(guān)數(shù)據(jù)的同步ISO/IEC11172-2規(guī)定視頻圖像的編碼和解碼ISO/IEC11172-3規(guī)定聲音的編碼和解碼ISO/IEC11172-4測(cè)試ISO/IEC11172-5軟件模擬13精選課件

2.MPEG-2〔ISO/IEC13818〕高質(zhì)量圖像和聲音編碼標(biāo)準(zhǔn),圖像根本編碼算法與MPEG-1相同。標(biāo)準(zhǔn)分成10個(gè)組成局部，規(guī)定了數(shù)據(jù)的同步數(shù)據(jù)流的組合圖像數(shù)據(jù)的編碼解碼聲音數(shù)據(jù)的編碼解碼〔MPEG-1聲音的擴(kuò)充〕一致性測(cè)試、軟件模擬軟件管理數(shù)據(jù)流的存儲(chǔ)媒體命令和控制擴(kuò)展協(xié)議、多聲道聲音的編碼算法標(biāo)準(zhǔn)〔先進(jìn)聲音編碼〕、解碼器實(shí)時(shí)接口擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)〔適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流〕等。14精選課件MPEG-2主要特點(diǎn)允許隔行掃描和逐行掃描輸入，高清晰度輸入，以及三種不同的色度亞取樣方案〔4：2：0、4：2：2、4：4：4〕；空間和時(shí)間上的分辨率可調(diào)整編碼；適應(yīng)隔行掃描的預(yù)測(cè)方法和塊掃描方式。MPEG-2的電視圖像配置見(jiàn)下表：15精選課件

等級(jí)\配置簡(jiǎn)化型基本型信噪比可調(diào)型空間可調(diào)型高級(jí)型高級(jí)1920x1152x6080MbpsI，P，B

1920x1152x6080MbpsI，P，B高級(jí)11401440x1152x6060MbpsI，P，B1440x1152x6060MbpsI，P，B1440x1152x6060MbpsI，P，B基本級(jí)720x576x3015MbpsI，P720x576x3015MbpsI，P，B720x576x3015MbpsI，P，B720x576x3020MbpsI，P，B低級(jí)352x288x304MbpsI，P，B352x288x304MbpsI，P，B16精選課件

3.MPEG-4(ISO/IEC14496)目的：建立可應(yīng)用于移動(dòng)通信和PSTN低速率多媒體通信標(biāo)準(zhǔn)，支持可視、電子郵件等。特點(diǎn)：提供基于內(nèi)容的交互、高效壓縮和通用訪問(wèn)性。原理：視頻場(chǎng)景為視頻對(duì)象的組合。視頻對(duì)象具有形狀、運(yùn)動(dòng)和紋理等屬性。因而在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、DCT和變長(zhǎng)編碼的根底上采用形狀編碼，編碼器的輸入不是視頻幀，而是視頻對(duì)象平面(VOP)。17精選課件視頻碼流的語(yǔ)法分成五個(gè)層次：視頻會(huì)話(VS)：視頻序列由假設(shè)干VS組成。視頻對(duì)象(VO)：VS由假設(shè)干VO組成。視頻對(duì)象層(VOL)：VOL對(duì)應(yīng)一個(gè)VO的不同空間和時(shí)間分辨率，一個(gè)VO可有假設(shè)干個(gè)VOL。視頻對(duì)象平面組(GOV)：可選層，提供隨機(jī)訪問(wèn)、重同步和數(shù)據(jù)恢復(fù)能力，由假設(shè)干VOP組成。視頻對(duì)象平面(VOP)：為VO或VOL特定時(shí)刻的瞬像，分為I、P、B和S四種。