【文章內(nèi)容簡介】 9 9 3年初提出的壓縮碼率在 4 Mb／ s～ l 0M b／ s的 MPEG2標準。 4. 3 MPEG－ 1標準 MPEG1標準的目標主要包括以下幾個方面： (1)在聲像質(zhì)量上高于電視電話或電視會議的聲 像質(zhì)量，至少應達到 V H S錄像機或 CDROM的放 像質(zhì)量。 (2)壓縮后的數(shù)據(jù)量能存儲在光盤、數(shù)字錄音帶 或可改寫光盤等媒體中。 (3)壓縮后的數(shù)據(jù)率與目前的計算機網(wǎng)絡傳輸碼 率相匹配，即以 Mb／ s為宜。 (4)在通信網(wǎng)絡上該標準能適應多種通信網(wǎng)絡的 傳輸。 (5)該標準充分考慮到更廣泛的應用領域，例如 電子圖像出版物、電子圖像雙向傳遞、電子圖像編 輯及雙向電子圖像通信等。 標準產(chǎn)生的背景（傳輸?shù)男诺溃? PSTN(ISDN) p 64kb/s（ p:1~32） 64kb/s～ MPEG1 方便計算機處理 互聯(lián)網(wǎng)傳輸 多種通信網(wǎng)絡 1Mb/s～ () 標準的應用場合 MPEG－ 1 低質(zhì)量視頻，可視電話 視頻會議 圖像格式： CIF、 QCIF 非隔行 352 288 30/s 中等質(zhì)量視頻， VCD或 CDROM 會議電視、遠程醫(yī)療 圖像格式： CIF 352 288 25/s SIF 352 240 30/s 兩者具有相同的象素速率 注意：象素速率、碼率、壓縮率、編碼率的計算 標準的編碼、解碼的過程； MPEG－ 1 DCT，量化，熵編碼 游程編碼，運動補償預測編碼 MPEG－ 1是在 基礎上發(fā)展起來的編碼方法基本相同，主要區(qū)別在于將圖像幀分為 I、 P、 B幀，對于不同的圖像幀采用不同的壓縮處理方法，進一步提高壓縮比。 圖像數(shù)據(jù)的組織 MPEG－ 1 運動圖像序列層 幀組層 幀層 塊組層 宏塊層 塊層 幀層 塊組層 宏塊層 塊層 與 標準的特點及相互比較 MPEG－ 1標準是在 的，在很多方面存在類似的地方。具體的差別見前 面的內(nèi)容。 4. 3 MPEG－ 1標準 表 4— 7 MPEG一 1的兩種圖像編碼格式 圖像格式 SIF CIF 掃描參數(shù) 525行／ 60場／ 2:1， 4:3 625行／ 50場／ 2:1， 4:3 亮度有效像素數(shù) 240行／幀， 352像素／行 288行／幀， 352像素／行 色度有效像素數(shù) 120行／幀， 176像素／行 144行／幀， 176像素／行 像素速率 3． 8016 M像素／ s 編碼率 0． 316 bit／像素 8比特量化后的碼率 30． 4128 Mb／ S 光盤中每幀字節(jié)數(shù) 5千字節(jié)／幀 6千字節(jié)／幀 表 4－ 8 CCIR60 MPEG1和 CCIR601 MPEG1 Format PAL NTSC SIF CIF QCIF Frames/s 25/I 30/I 25/P 30/P Lines/frame Y 576 480 288 240 288 144 Cr Cb 288 240 144 120 144 72 Pixels/line Y 720 360 352 176 Cr Cb 360 180 176 88 （ I＝ Interleave Scanning , P＝ Progressive Scanning） 4. 3 MPEG－ 1標準 由表 4— 7可見， MPEG一 1有如下特點： (1)像素速率： 30幀每秒的格式為(352 240+2 176 120) 30＝ ； 25幀每秒的格式為 (352 288+2 176 144) 25＝ 。 兩者具有相同的像素速率。 4. 3 MPEG－ 1標準 (2)8 bit量化后的碼率：像素速率 8 bit／象素 ＝ 8 bit／象素＝ Mb／ s。 如果在計算機網(wǎng)絡中傳輸，按照網(wǎng)絡傳輸容量為 Mb／ s計算，則必需的壓縮比為 ／ s247。 ／ s=。這是理想的壓縮比，考慮到實際情況需加 輔助信息，故壓縮比應更高。 (3)編碼率：它代表經(jīng)過編碼后平均每個像素所用 的比特數(shù)，表明了壓縮的程度。編碼率等于傳輸碼率／ 像素速率＝ Mb／ s247。 M像素每秒＝ ／像素。即量化后的每像素用 8bit編碼，而經(jīng)壓縮后每 個像素僅用 。 MPEG－ 2標準 4． 4． 1 MPEG－ 2標準基本特征 MPEG－ 2是對 MPEG－ 1標準的繼承和發(fā) 展。 MPEG－ 2標準開始于 1990年，全稱為 “活動圖像及有關(guān)聲音信息的通用編碼”，該 標準完成于 1993年底， MPEG－ 2標準 MPEG－ 2標準的特點： 系統(tǒng)部分解決多個視頻、音頻和數(shù)據(jù)基本碼流 的組合問題，產(chǎn)生兩種用于不同環(huán)境下的碼流：節(jié) 目碼流和傳送碼流。節(jié)目碼流是由打包的基本碼流 組合而成，并共享同一個時基信號，用于誤碼相對 較小的環(huán)境，且節(jié)目碼流的包可變也相對較長。傳 送包是將時基相互獨立的打包的基本碼流組合成單 一的碼流，適用于誤碼較多的環(huán)境，傳送包長度固 定 188byte。 按清晰度將圖像分為 4個等級，同時 按使用的工具和方法不同分 5種處理類型。 MPEG－ 2標準 1. MPEG－ 2的型與級 2. 它充分考慮了各種應用的不同要求，同時也巧 3. 妙地解決了特殊性與通用性的問題。具體實現(xiàn)時， 4. MPEG一 2規(guī)定了 4種輸入圖像格式，稱為級(Level) 5. “級’’定義了從有限清晰度的 VCD圖像質(zhì)量到高清晰 6. 度的 HDTV圖像質(zhì)量，即提供了靈活的信源編碼格 7. 式。此外， MPEG一 2還規(guī)定了不同的壓縮處理方 8. 法，稱為型或檔次“ Profile。 Profile Level 簡 單 Simple 主 類 Main SN R Scalable Spatial Scalable 高 類 High 高級 1920 1920108030 19201l5225 4︰ 2︰ 0 I， P， B 80Mb／ S 4︰ 2︰ 2， 4︰ 2︰ 0 I， P， B 100Mb／ S 高 1440級 1440115225 1440108030 4︰ 2︰ 0 I， P， B 60Mb／ S 4︰ 2︰ 0 I， P， B 60Mb／ S 4︰ 2︰ 2， 4︰ 2︰ 0 I， P， B 80Mb／ S 主級 72057625 720480 4︰ 2︰ 0 I， P 15Mb／ S SPML 4︰ 2︰ 0 I， P， B 15Mb／ S MPML 4︰ 2︰ 0 I， P， B 15Mb／ S SNPML 4︰ 2︰ 2， 4︰ 2︰ 0 I， P， B 20Mb／ S HPML 低級 352288 4︰ 2︰ 0 I， P， B 4Mb／ S 4︰ 2︰ 0 I， P， B 4Mb／ S 表 4— 9 MPEG一 2系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 主要檔次／主要等級 (MPM L)涉及的正是數(shù) 字常規(guī)電視，其實用價值最大。低等級相當于 ITU— T的 H． 261的 CIF或 MPEG一 1的 SIF，主要等 級和常規(guī)電視相對應，高 1440等級粗略地與每掃描 行 1440樣點的 HDTV對應，高等級大體上與每掃描 行 1920取樣點的 HDTV對應。在 MPEG一 2系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 中，較高檔次的編碼除使用較低檔次的編碼工具 外，還使用了一些較低檔次沒有使用的附加工具。 因此，較高檔次的編碼器除能解碼本檔次編碼的圖 像外，還能解碼用較低檔次編碼的圖像，即 MPEG 一 2的“檔”之間具有向下兼容性。 2．區(qū)分場和幀 在 MPEG－ 2編碼中為了更好地處理隔行掃描的 電視信號，分別設置了“按幀編碼”和“按場編碼”兩 種模式，并相應地對運動補償也作了擴展。這樣， 常規(guī)隔行電視圖像的壓縮編碼與單純的按幀編碼相 比，其效率顯著提高。例如在某些場合，場間運動 補償可能比幀間運動補償好，而在另外一些場合則 相反。類似地，在某些場合，用于場數(shù)據(jù)的 DCT的 質(zhì)量比用于幀數(shù)據(jù)的 DCT的質(zhì)量可能有所改進。可 見 MPEG－ 2對于場／幀運動補償和場／幀 DCT進 行選擇 (自適應或非自適應 )就成為改進圖像質(zhì)量的 一個關(guān)鍵措施之一。 3. 可分級性 同一檔次的不同級別間的圖像分辨率和視頻碼 率相差甚大。為保持解碼器向下兼容性， MPEG一 2 采用了信噪比可分級性和空間可分級性兩種分級編 碼技術(shù)。信噪比可分級性表示可分級改變 DCT系數(shù) 的量化步長；空間可分級性利用對像素的抽取和內(nèi) 插來實現(xiàn)不同級別的轉(zhuǎn)換，如 1440HDTV信號按 MPEG一 2壓縮編碼后的數(shù)據(jù)流分成兩個子集，對優(yōu) 先權(quán)高的子集解碼后即可獲得常規(guī)電視質(zhì)量的圖像 (主要檔／主要級， 15Mbit／ s碼率 )，相當于 SDTV 圖像；而對兩個子集一起解碼才能獲得 1440HDTV 電視質(zhì)量的圖像。上述過程可用示意圖 4— 13來說 明。 圖 4— 1 3 向下兼容的 MPEG一 2解碼示意圖 MPEG一 2的主要特點表現(xiàn)在使用的靈活性。 根據(jù)應用需要將圖像分成“級”與“類” ， 它的級包括 空域分級、時域分級、 SNR分級和數(shù)據(jù)分流。 空域分級：用于實現(xiàn)不同大小圖像的兼容傳送； 時域分級：主要用于不同幀頻圖像的傳送； SNR分級：主要用于實現(xiàn)不同質(zhì)量的視頻服務兼 容； 數(shù)據(jù)分流：將有關(guān)解碼的重要信息，例如控制信 息，運動矢量， DCT低頻分量等放在一起，占用部 分頻帶以較高的性噪比發(fā)射，以保證接收。而在另外 的頻帶中放置相對次要的數(shù)據(jù)，以較低些的能量發(fā) 射，從而降低總的發(fā)射功率。 MPEG2與 MPEG1比較 MPEG1標準是針對 CIF圖像格式的， MPEG2 與 MPEG1相比，它支持圖像格式符合 議支持逐行掃描，也支持隔行掃描和 16： 9的寬高 比，它充分考慮了各種應用的不同要求，規(guī)定了不 同的壓縮處理方法即“型”以及編碼器輸入端不同的 信源圖像格式即“級”，解決了特殊性和通用性的問 題，它包含了 HDTV的標準，使其應用更加靈活， 更加廣泛；在一個系統(tǒng)碼流中可以有多個視