运动图像压缩标准

DVD数据率估算
电视图像的数据率压缩成平均为3.5 Mb/s ～ 4.7 Mb/s时非专家难于区分电 视图像在压缩前后的之间差别。 按照数字电视信号的平均数据传输率为4.1 Mb/s来计算，压缩比要达到：
125/4.10=31:1
10.2数据压缩算法
种类 统计
特性
内容
压缩方法 变换编码，预测编码
SNR scalable(信 支持基本配置(Main Profile)提供的所有功能和信噪比 噪比可变) 可变编码(SNR scalable coding)算法(2层) 子采样格式：YUV：4:2:0 Main (基本) Simple (简化) 非可变速率编码算法支持随机存取，B图像预测方式 子采样格式：YUV：4:2:0 除不支持基本配置(Main Profile)提供的B图像预测功能 外，基本配置的其他所有功能都支持 子采样格式：YUV：4:2:0
空间分辨率可变性(Spatial Scalability)
图像的空间分辨率的折中，对于低速率的接受器使用比 较低的图像分辨率，而对于数据率比较高的接受器使用 比较高的图像分辨率
时间分辨率可变性(Temporal Scalability)
图像在时间方向上分辨率的折中
MPEG-2的配置
tools)可以明显提高场景中电视图像对象的压缩效率。
电视图像编码方案
MPEG-4 Video验证模型对每个电视图像对象(VO)的形状、 移动和纹理信息进行编码形成单独的VOL层，以便能够单独对 电视图像对象(VO)进行解码。 如果输入图像序列只包含标准的矩形图像，就不需要形状编码， 在这种情况下，MPEG-4 Video使用的编码算法结构也就与 MPEG-1和MPEG-2使用的算法结构相同。 MPEG-4 Video验证模型对每个电视图像对象区(VOP)进行 编码使用的压缩算法是在MPEG-1和MPEG-2 Video标准的 基础上开发的，它也是以图像块为基础的混合DPCM和变换编 码技术(hybrid DPCM/Transform coding)。 MPEG-4编码算法也定义了帧内电视图像对象区(I-VOP)编 码方式和帧间电视图像对象区预测(P-VOP)编码方式，它也 支持双向预测电视图像对象区(B-VOP)方式。 在对电视图像对象区(VOP)的形状编码之后，颜色图像序列分 割成宏块进行编码
图象分类
帧内图像I，预测图像P和双向预测图像B
帧内图象压缩
I图象压缩基本过程
如果电视图像是用RGB空间表示的，则首先把它转换成 YCrCb空间表示的图像。 每个图像平面分成8×8的图块，对每个图块进行离散余弦变换 DCT(discrete Cosine Transform)。 DCT变换后经过量化的交流分量系数按照Zig-zag的形状排序， 然后再使用无损压缩技术进行编码。 DCT变换后经过量化的直流分量系数用差分脉冲编码 DPCM(Differential Pulse Code Modulation)，交流 分量系数用行程长度编码RLE(run-length encoding)， 然后再用霍夫曼(Huffman)编码或者用算术编码。

Cr (R-Y):


Cb (B-Y):


总计: 27兆样本/秒×10比特/样本 = 270兆比特/秒
10.1电视图象数据率
如屏幕分辨率为720x480，子采样是4:1:1则
亮度(Y): 720×480×30×10= 104 Mb/s (NTSC) 720×576×25×10 = 104 Mb/s (PAL) 色差(Cr，Cb) 2×360×240×30×10= 52 Mb/s (NTSC) 2×360×288×25×10 =52 Mb/s (PAL) 总计: ～ 156 Mb/s
如果每个样本的采样精度由10比特降为8比特，彩 色数字电视信号的数据传输率就降为125 Mb/s。
VCD数据率估算
Video-CD存储器来存储数字电视，数据传输率可达到 1.4112 Mb/s，其中电视信号的数据传输率为1.15 Mb/s 如果存储125Mb/s的数字电视信号就需要对它进行高度压缩， 压缩比高达125/1.15 = 109:1 把NTSC和PAL数字电视转换成公用中分辨率格式CIF的数字 电视，相当于VHS(Video Home System)的质量： 352×240×30×8×1.5= 30 Mb/s (NTSC) 352×288×25×8×1.5 = 30 Mb/s (PAL)。 彩色电视信号存储到CD盘上所需要的压缩比为： 30/1.15 = 26:1。 是MPEG-1技术所能获得的压缩比。
4:2:0 1440×115 2×60 60 Mb/s I, P, B
4:2:0, 4:2:2 1440×115 2×60 60 Mb/s I, P, B
MPEG-2配置与等级
(等级＼ 配置)
Main (基本级)
Simple (简化型)
4:2:0 720×576 ×30 15 Mb/s I, P
Main (基本型)
帧间预测，移动补偿 轮廓编码，区域分割 基于知识的编码 非线性量化，位分配
空间冗余 像素间的相关性
时间冗余 时间方向上的相关性 图像本身的构造 收发两端对人物的共 有认识 人的视觉特性
图像构造冗余 知识冗余 视觉冗余
其他
不确定性因素
视频压缩基本方法
① 在空间方向上，图像数据压缩采用 JPEG(Joint Photographic Experts Group)压缩算法来去掉冗余信息。 ② 在时间方向上，图像数据压缩采用移动 补偿(motion compensation)算法来去 掉冗余信息。
720 样本/行
576 行/帧 30 帧/秒 15 兆比特/秒 352 样本/行
LOW
(低级)
288 lines/frame
30 frames/s 4 Mb/s
288 行/帧
30 帧/秒 4 兆比特/秒
MPEG-2配置与等级
(等级＼配 置)
High (高级)
Simple (简化型)
Main (基本型)
亮度(Y):
858样本/行×525行/帧×30帧/秒×10比特/样本 = 135兆比特/ 秒(NTSC) 864样本/行×625行/帧×25帧/秒×10比特/样本 = 135兆比特/ 秒(PAL) 429样本/行×525行/帧×30帧/秒×10比特/样本 = 68兆比特/秒 (NTSC) 429样本/行×625行/帧×25帧/秒×10比特/样本 = 68兆比特/秒 (PAL) 429样本/行×525行/帧×30帧/秒×10比特/样本 = 68兆比特/秒 (NTSC) 429样本/行×625行/帧×25帧/秒×10比特/样本 = 68兆比特/秒 (PAL)
4:2:0 352×288 ×30 4 Mb/s I, P, B
MPEG-4编码标准
MPEG-4 Video编码算法支持由MPEG-1和 MPEG-2提供的所有功能，包括对各种输入格式 下的标准矩形图像、帧速率、位速率和隔行扫描图 像源的支持。 MPEG-4 Video算法的核心是支持内容基 (content-based)的编码和解码功能，也就是对 场景中使用分割算法抽取的单独的物理对象进行编 码和解码。 实现预想的内容基交互等功能，MPEG-4 Video 验证模型引进了一个叫做“电视图像对象区 (Video Object Plane，VOP)”的概念 。
配置(Profile)
High (高档)
算法(Algorithms)
支持由空间分辨率可变配置(Spatial Scalable Profile) 提供的所有功能和其他规定功能 子采样格式：YUV 4:2:2 用于进一步提高图像质量
Spatial scalable (空间分辨率)
支持信噪比可变配置(SNR Scalable Profile)提供的所 有功能和空间分辨率可变(Spatial scalable coding)算 法(2层)。子采样格式：YUV：4:2:0
电视图像对象区
电视图象对象区
编码器输入的是任意形状的图像区，图像区的形状和位置也可随 帧的变化而改变。 属于相同物理对象的连续的电视图像对象区(VOP)组成电视图像 对象(Video Objects，VO)。 MPEG-4可单独对属于相同电视图像对象(VO)的电视图像区 (VOP)的形状、移动(motion)和纹理(texture)信息进编码和 传送，或者把它们编码成一个单独的电视图像对象层(Video Object Layer，VOL)。 电视图像对象层(VOL)的信息也包含在编码后的位流 (bitstream)中，信息包括各种电视图像对象层(VOL)的电视图 像在接收端应该如何进行组合，以便重构完整的原始图像序列。 MPEG-4采用内容基编码方法的重要优点是，使用合适的和专门 的对象基移动预测工具(object-based motion prediction
HIGH 1440
(高级1440)
1152 lines/frame
60 frames/s 60 Mb/s
1152 行/帧
60 帧/秒 60 兆比特/秒
MPEG-2的等级
720 samples/line
MAIN (基本级) 576 lines/frame 30 frames/s 15 Mb/s 352 samples/line
预测图像P的压缩编码算法
预测图像的编码也是以图像宏块 (macroblock)为基本编码单元，一个宏 块定义为I×J像素的图像块，一般取 16×16。 预测图像P使用两种类型的参数来表示：一 种参数是当前要编码的图像宏块与参考图像 的宏块之间的差值，另一种参数是宏块的移 动矢量。
预测图象P
运动图像压缩标准
13.1电视图象数据率