【文章內容簡介】 Expert Group），任務是制定用于數(shù)字存儲媒介中活動圖像及伴音的標碼標準。 1991年 11月提出了 。 1992年通過了 ISO11172號建議，即 MPEG標準。 MPEG標準主要由視頻、音頻和系統(tǒng)三個部分組成，是一個完整的多媒體壓縮編碼方案。 MPEG標準闡明了編解碼過程，嚴格規(guī)定了編碼后產生的數(shù)據(jù)流的句法結構，但是并沒有規(guī)定編解碼的算法。 2022/2/14 MPEG標準 ? 1． MPEG1標準 ? MPEG1標準為 像及其伴音的編碼。標準主要包括：系統(tǒng)、視頻、音頻、一致性、參考軟件等五部分，這五部分的簡單描述如下。 2022/2/14 MPEG標準 ? 1． MPEG1標準 ? 第一部分： MPEG1系統(tǒng)，主要描述如何將符合該標準的視頻和音頻的一路或多路數(shù)據(jù)流與定時信息相結合，形成單一的復合流。 ? 第二部分： MPEG1視頻，描述視頻編碼方法，以便存儲壓縮的數(shù)字視頻。 ? 第三部分： MPEG1音頻，描述高質量的音頻的編碼表示和高質量音頻信號的解碼方法。 ? 第四部分： 一致性，描述測試一個編碼碼流是否符合MPEG1碼流的方法。 ? 第五部分： 參考軟件。 2022/2/14 MPEG標準 ? MPEG1的目的是滿足各種存儲媒體對壓縮視頻的統(tǒng)一格式的需要，可用于 625線和 525線電視系統(tǒng)，對傳輸速率 、活動圖像編碼表示，如 VCD、光盤及計算機磁盤存儲等。下面僅介紹視頻和系統(tǒng)部分。 2022/2/14 MPEG標準 ? 1）編碼圖像格式 ? MPEG1處理對象是逐行掃描的圖像，對于隔行掃描的圖像源，必須在編碼前先轉換為非隔行格式。輸入的視頻信號必須是數(shù)字化的一個亮度信號和兩個色差信號（ Y， Cb ， Cr），經過預處理和格式轉換選擇一個合適的窗口、分辨率和輸入格式，要求色差信號和亮度信號在垂直和水平方向按 2： 1進行抽樣。MPEG1編碼技術的選擇是基于高質量的連續(xù)活動圖像、高壓縮比以及對編碼比特流的隨機操作需求之間的平衡。為此定義了四種編碼幀： I幀、 P幀、 B幀和 D幀。 2022/2/14 MPEG標準 ? I幀： 采用幀內編碼方法，無需參考其它幀，是獨立壓縮的，給出編碼序列的解碼的起始操作點，滿足隨機操作的要求，但是僅能獲得中等的壓縮比。 ? P幀： 采用預測編碼的方法，利用過去的 I幀和 P幀進行運動補償預測，可以得到更有效的編碼。 ? B幀： 采用雙向預測方法，能夠提供最大限度的壓縮。它需要用過去和將來的參考幀 I幀或 P幀進行運動補償，但是 B幀本身不能用作為預測參考幀。 ? D幀： 僅含有 DCT的直流分量。在 D幀組成的序列中不含其它類型的圖。 2022/2/14 MPEG標準 ? 2）編解碼 ? MPEG1沒有規(guī)定編碼過程，僅規(guī)定了比特流的語法和語義，以及解碼器中的信號處理。在有 B幀時，要有兩個幀存儲器分別存儲過去和將來的兩個參考幀，以便進行雙向運動補償。編碼器設計必須在圖像質量、編碼速率以及編碼效率之間進行綜合考慮，選擇合適的編碼工作模式和控制參數(shù)。在一些具體模塊的實現(xiàn)上，標準開放，例如運動矢量的估計算法、圖像的刷新機制、編碼控制等可以根據(jù)情況由設計者自行選用。 2022/2/14 MPEG標準 ? 編碼時輸入的視頻信號的每一幅圖像都包括一個亮度分量和兩個色差分量，編碼器必須首先為每幀選擇其類型。如果用到 B幀，則編碼時必須對圖像的順序先進行調整，因為 B幀在預測時要利用它過去的 I幀和 P幀作為參考幀。編碼時的基本單元是宏塊，它包括六個 的子塊，其中四個是亮度塊，剩下的一個是色差信號 Cr，另一個是色差信號 Cb。宏塊是運動補償預測的基本單元、最小的量化步長選擇單元以及編碼控制單元。對于每個宏塊，要決定它的編碼模式，然后進行相應的處理。子塊則是 DCT、量化以及 “ Z”字形掃描和 VLC編碼輸出的基本單元。 88?2022/2/14 MPEG標準 ? 解碼是編碼的逆操作，由于無需運動估計，因此比編碼簡單。只要根據(jù)接收到的碼流的語義進行相應的處理即可。當一幅圖像所有的宏塊都處理完畢，則整個圖像被重建。如果編碼序列包括 B幀，則解碼后還應按顯示順序重新排序后才能進行顯示。 2022/2/14 MPEG標準 ? 3）編碼視頻流的結構 ? MPEG1編碼視頻比特流的構成共分為六層，最高層為序列層，下面依次為圖像組層、圖像層、宏塊條層、宏塊層和最低的塊層。由若干相連的宏塊可以組成宏塊條層，并且設置同步標志，便于在解碼端實現(xiàn)重同步；由若干圖像幀可以組成圖像組層，形成便于隨機存取的單元；由若干圖像組可組成視頻序列，便于形成特定的視頻節(jié)目。 2022/2/14 MPEG標準 ? 圖像組是視頻隨機存取單元，長度隨意，可以包含一個或多個 I幀。編碼器可根據(jù)需要選擇圖像組的長度以及 I、 P、 B幀出現(xiàn)的頻率和位置。在要求能隨機播放、快進、快倒等應用場合，可以使用較短的圖像組。 MPEG1可以在兩個參考幀 I幀和 P幀之間安排任意幅 B幀。插入的B幀越多，編碼效率越高，但編碼器所需要的存儲器也越多，處理的實時性也越差。對于大多數(shù)景物而言，在參考幀之間插入兩個 B幀比較適宜。一般每秒鐘使用兩次 I幀，即在每 15幀中安排一次 I幀。 2022/2/14 MPEG標準 ? 2． MPEG2標準 ? MPEG2標準是 MPEG于 1995年推出的第二個國際標準，標準號是 ISO/IEC 13818，題目是通用的活動圖像及其伴音的編碼。它主要包括：系統(tǒng)、視頻、音頻、一致性、參考軟件、數(shù)字存儲媒體的命令與控制（ DSMCC）、高級音頻編碼、 10bit視頻編碼、實時接口等 9個部分。 2022/2/14 MPEG標準 ? 視頻部分和 ITUT的 ，作為一個通用的編碼標準，它的應用范圍更廣，既包括標準數(shù)字電視、高清晰度電視，也包括 MPEG1的工作范圍。 MPEG1成為MPEG2的一個子集，即 MPEG2的解碼器可以對 MPEG1碼流進行編碼。 MPEG2的視頻編碼方案與 MPEG1相類似，在編碼比特流的分層次組織上也有類似的地方。根據(jù)應用的不同， MPEG2的碼率范圍為 ~100Mbit/s，一般情況下，只有碼率超過 4Mbit/s的 MPEG2視頻質量才能明顯優(yōu)于MPEG1。 MPEG2在區(qū)別不同應用的編碼參數(shù)上使用了所謂 Profile和 Level。國內的技術翻譯上將其稱為檔次和級別，或稱為型和級。表 MPEG2的型和級。 2022/2/14 2． MPEG2標準 ? 1）基于場或基于幀的 DCT ? 為了更好地適應隔行掃描視頻信號的特點，在 DCT和運動估計算法中對幀和場進行了不同的處理。 MPEG2在把宏塊數(shù)據(jù)分割為塊的時候，可以選擇按幀分割或按場分割，相應地就可以在幀或場的模式下進行 DCT編碼，以便在不同的情況下適當?shù)貙ψ訅K的空間冗余度加以利用，從而得到最佳的壓縮效果。當序列是逐行時，或者圖像是場方式時，采用的分割方式與 MPEG1相同；但對于隔行掃描的幀圖像，既可以采用上述按幀的分割方式，也可以采用按場的隔行分割方式。選擇的標準的依據(jù)是幀的行間相關系數(shù)和場的行間相關系數(shù)的大小。一般而言，對于靜止或緩變圖像和區(qū)域宜采用按幀的 DCT編碼；反之，對于大的運動區(qū)域，則宜采用按場的 DCT編碼。 2022/2/14 2． MPEG2標準 ? MPEG2規(guī)定了四種圖像的運動預測方式和補償方式，即基于幀的預測模式、基于場的預測模式、 16 8的運動補償以及雙場（ DualPrime）預測模式。在具體使用時，必須考慮編碼是針對幀格式圖像還是場格式圖像。 2022/2/14 2． MPEG2標準 ? 2)編碼的可分級性 ? 為了擴大應用范圍和增強對各種信道的適應性， MPEG2引入了三種編碼的可分級性、即 空間可分級性、時間可分級性以及信噪比（ SNR）可分級性 ?？煞旨壘幋a的特點是整個碼流被分為基本碼流和增強碼流兩部分，基本碼流可以提供一般質量的重建圖像，但如果解碼器 “ 疊加 ” 上增強部分的碼流，就可以將圖像質量提高很多?？煞旨壘幋a的優(yōu)點是同時提供不同的編碼服務水平，例如可以在一個公共的信道實現(xiàn) HDTV（ High Definition Television，高清晰度電視）和SDTV的同播，以供不同水平的接收機使用，但代價是要增加一定的額外碼字。此外， MPEG2還允許空間分級、時間分級以及 SNR分級等以各種方式結合，形成多層次的分級擴展。 2022/2/14 3． MPEG4標準 ? MPEG4是 1999年 12月通過的一個適應各種多媒體應用的 “ 視聽對象的編碼 ” 標準，國際標號是 ISO/IEC14496。它主要包括：系統(tǒng)、視覺信息、音頻、一致性、參考軟件、多媒體傳送集成框架、優(yōu)化軟件、 IP中的一致性、參考硬件描述等 9個部分。 ? 與 MPEG MPEG2不同， MPEG4不僅僅著眼于定義不同碼流下具體的壓縮編碼標準，而是更多地強調多媒體通信的靈活性和交互性。一方面 MPEG4要求有高效的壓縮編碼方法，另一方面 MPEG4要求有獨立于網絡的基于視頻、音頻對象的交互性。 2022/2/14 3． MPEG4標準 ? 1）場景描述 ? 在目前的音頻和視頻應用中，圖像是矩形像素的序列，音頻是聲波強弱的數(shù)字表示。在 MPEG4中任何一個場景被理解為由若干視音頻對象組成。 MPEG4能夠提供多種工具，把一組對象組合為一個場景。此時所必需的組合信息就構成了場景描述（ Scene Description）信息，并且可以將他們編碼，與各種視音頻（ AV）對象一起傳輸。場景描述信息具體定義了所有視音頻對象在場景中的組織和同步參數(shù)。 2022/2/14 3． MPEG4標準 ? 2）可視信息的編碼 ? MPEG4同時支持自然和合成可視信息（如圖形、計算機動畫等）的編碼。對于自然視頻的編碼， MPEG4仍然采用了預測、變換同時使用的混合編碼的框架。在和，例如基于內容的編碼，允許對任意形狀視頻對象進行編碼。 ? MPEG4標準為可視視頻編碼提供了一個包含多種工具和多種算法的工具集，供用戶選擇，對各種應用提供不同的解決方法，以下是其中的幾例。 2022/2/14 3． MPEG4標準 ? （ 1）自然與綜合圖像的混合編碼； ? （ 2）各種隱式 2D網格的高效率壓縮； ? （ 3）各種圖像和視頻的信息內容基（ contentbased） ? 編