运动图像国际压缩标准MPEG
视频格式相关概念
视频格式相关概念MPEG-2MPEG的全称是运动图像专家组(Moving Picture Experts Group)。
MPEG压缩标准是针对运动图像而设计的、基本方法是——在单位时间内采集并保存第一帧信息，然后就只存储其余帧相对第一帧发生变化的部分，以达到压缩的目的。
MPEG压缩标准可实现帧之间的压缩，其平均压缩比可达50：1，压缩率比较高，且又有统一的格式，兼容性好。
MPEG-2标准是在继以VCD和MP3为代表的MPEG-1产品成功受到到肯定后，于1994年所推出压缩标准，以实现视/音频服务与应用互操作的可能性。
MPEG-2标准是针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定，编码码率从每秒3兆比特～100兆比特，标准的正式规范在ISO/IEC13818中。
MPEG-2不是MPEG -1的简单升级，MPEG-2在系统和传送方面作了更加详细的规定和进一步的完善。
MPEG-2特别适用于广播级的数字电视的编码和传送，被认定为SDTV和HDTV的编码标准。
DVD影碟就是采用MPEG-2压缩标准。
一般采用.mpg、.tp和.ts为后缀的HDTV文件就是采用的MPEG-2压缩的。
MPEG-4近年来，MPEG-4悄悄地在市场上崭露头角，在最新出品的DV（数码摄像机）、PDA、手机，以至于视频点播、卡拉OK、监控系统等产品说明上，都陆续出现“MPEG-4”字眼，一场取代MPEG-2的市场大战似乎即将打响。
MPEG-4于2000年经国际标准组织ITU和ISO审核后，成为国际视频压缩标准之一。
MPEG-4压缩采用了MPEG-4的视频压缩方式，配上MPEG-1的音频压缩方式（MP3），生成了图像质量接近DVD，声音质量接近CD，却有着更高的压缩比。
与以往的“老前辈”MPEG-2相比，MPEG- 4除了具有惊人的数据压缩比，经过MPEG-4的压缩的文件尺寸可以达到MPEG-2的1/3，而仍然保有极佳的音质和画质。
MPEG-2标准介绍
北京海尔集成电路设计有限公司MPEG-2 标准介绍关于MPEG-2应用范围高清晰度电视（HDTV）、DVD、广播电视及其相关产品（机顶盒）等。
数字电视领域的应用加速了它的应用、成熟和发展。
特点由于采用可降低数码率、提高传输效率的信源编码，所以可用相对较少的存储空间来存储视、音频信息，并能较好的恢复。
所支持的图像分辩率最高。
支持包括高速体育运动在内的活动图像。
所支持的应用最为广泛，包括：◆存储媒体中的DVD◆广播电视中的数字广播电视和HDTV◆可应用于交互式（端对端）的点播视频(VOD)和准点播视频(NVOD)能够适配于ATM这种新兴的宽带通信网。
MPEG-2标准简介MPEG-2标准目前分为9个部分，统称为ISO/IEC13818国际标准。
1.系统（13818-1 System）：描述多个视频，音频和数据基本码流合成传输码流和节目码流的方式。
2.视频（13818-2 Video）：描述视频编码方法。
3.音频（13818-3 Audio）：描述音频编码方法。
4.符合测试（13818-4 Compliance）：描述测试一个编码码流是否符合MPEG-2码流的方法。
5.软件（13818-5 Software）：描述了MPEG-2标准的第一、二、三部分的软件实现方法。
6.数字存储媒体-命令与控制（13818-6 DSM-CC）：描述交互式多媒体网络中服务器与用户间的会话信令集。
7.第七部分规定不与MPEG-1音频反向兼容的多通道音频编码。
8.第八部分现已停止。
9.第九部分规定了传送码流的实时接口。
前6个部分均已获得通过，成为正式的国际标准，并在数字电视等领域中得到了广泛的实际应用。
语法概念：类与级类(Profiles)按所使用的编码工具的集合分成五个类◆简单类(SimpleProfile)◆主类(MainProfile)◆信噪比可分级类(SNRScalableProfile)◆空间可分级类(SpatiallyScalableProfile)◆高级类（HighProfile）级(Levels)按编码图像的分辨率分成四个级级输入图像格式图像宽高比应用范围低级(LowLevel)352x240x30主级(MainLevel)720×480×30高级1440（High-1440）1440×1080×304:3HDTV高级（HighLevel）1920×1080×30 16:9应用组合“级”与“类”的关系类规定了可以使用哪些语法元素及如何使用————通用性级规定了这些语法元素的取值范围————特殊性组合级与类的组合：构成MPEG-2视频编码标准在某种特定应用下的子集。
MPEG-IV的标准和应用
MPEG-IV的标准和应用一、MPEG是什么？MPEG是运动图像专家组的简称，全称是ISO/IEC JTC1/SC29/WG11，即国际标准化组织和国际电工委员会第一联合技术组第29分委会第11工作组，负责数字视频、音频和其他媒体的压缩、解压缩、处理和表示等国际技术标准的制定工作，制定的标准推动了VCD、DVD、数字电视、高清晰度数字电视等产品的发展。
JPEG是联合图像专家组的简称，全称是ISO/IEC JTC1/SC29/WG1，即国际标准化组织和国际电工委员会第一联合技术组第29分委会第1工作组，负责静止图像编码国际标准的制定，所制定的J PEG、JBIG、JPEG2000等标准在传真机、数字相机等产品中得到了广泛应用。
二、MPEG制定的标准MPEG-1和MPEG-2是MPEG组织制定的第一代视、音频压缩标准，为VCD、DVD及数字电视和高清晰度电视等产业的飞速发展打下了牢固的基础，曾获得了著名的Emmy奖。
MPEG-4是基于第二代视音频编码技术制定的压缩标准，以视听媒体对象为基本单元，实现数字视音频和图形合成应用、交互式多媒体的集成，目前已经在流式媒体服务等领域开始得到应用。
MPEG-7是多媒体内容描述标准，支持对多媒体资源的组织管理、搜索、过滤、检索，已基本完成。
正在制定的MPEG-21的重点是建立统一的多媒体框架，为从多媒体内容发布到消费所涉及的所有标准提供基础体系，支持连接全球网络的各种设备透明地访问各种多媒体资源。
目前，MPEG系列国际标准已经成为影响最大的多媒体技术标准，对数字电视、视听消费电子产品、多媒体通信等信息产业的重要产品产生了深远影响。
三、MPEG4的特点MPEG（Moving Picture Experts Group）专家组继成功定义了MPEG—1和MPEG—2之后，于1993年7月开始制订全新的MPEG－4标准，并分别于1999年初和2000年初正式公布了版本1和版本2。
运动图像压缩标准
运动图像压缩标准运动图像压缩标准是指对运动图像进行压缩处理时所遵循的一系列规范和标准。
在数字视频传输、存储和处理领域，运动图像压缩是一项重要的技术，它可以有效地减小视频文件的大小，提高视频传输的效率，降低存储成本，并且可以在有限的带宽下实现高质量的视频传输。
本文将介绍几种常见的运动图像压缩标准，以及它们的特点和应用场景。
首先，我们来介绍一下最常见的运动图像压缩标准之一，即MPEG标准。
MPEG标准是由国际标准化组织ISO/IEC的多媒体专家组制定的一系列压缩标准，其中包括了视频压缩标准MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等。
MPEG标准采用了一系列先进的压缩算法，如运动补偿、离散余弦变换（DCT）、运动估计等，能够在保证视频质量的前提下，显著地减小视频文件的大小。
MPEG标准被广泛应用于数字电视、DVD、蓝光光盘等领域。
其次，我们介绍一下H.264/AVC标准。
H.264/AVC标准是一种针对高清视频压缩的标准，它采用了更加先进的压缩算法，如帧内预测、变换编码、熵编码等，能够在保持高清视频质量的同时，进一步减小视频文件的大小。
H.264/AVC标准被广泛应用于蓝光光盘、高清数字电视、视频会议等领域，是当前应用最为广泛的视频压缩标准之一。
除了MPEG和H.264/AVC标准外，还有一些其他的运动图像压缩标准，如VP9、HEVC等。
这些标准在不同的应用场景下具有各自的优势，用户可以根据具体的需求选择合适的压缩标准。
在选择运动图像压缩标准时，需要考虑多个因素。
首先是压缩比，即压缩后的视频文件大小与原始视频文件大小的比值。
压缩比越高，说明压缩效果越好，但也可能导致视频质量的损失。
其次是编码复杂度，即压缩算法的复杂程度。
编码复杂度越高，需要的计算资源和时间就越多。
还有就是解码复杂度，即解压缩时所需的计算资源和时间。
在选择压缩标准时，需要综合考虑这些因素，并根据具体的应用场景做出合适的选择。
总的来说，运动图像压缩标准是数字视频领域中的重要技术之一，它可以有效地减小视频文件的大小，提高视频传输的效率，降低存储成本。
MPEG
MPEG-21:由MPEG-7发展而来
应用:数字节目的网上实时交换协议 开展MPEG-21研究工作的目的是： （1）是否需要和如何将不同的协议、标准、技术 等有机地融合在一起； （2）讨论是否需要制定新的标准；
（3）如果具备了前面两个条件，如何将这些不同 的标准集成在一起。
三、运动图象压缩编码的基本方法
• B图象 (Bidirectional Predictive-Picture) 帧内；正向；反向；双向预测
运动序列流的组成
应用:VCD,MP3,
Window95以后提供MPEG-1软件解码器
MPEG-2:1993年 数字电视压缩标准
数据传输率:4Mbps---15Mbps 三部分:第一部分系统是关于多路音频、视频和数据
的复用和同步的规定；第二部分视频主要涉及各种比 特率的数字视频压缩编解码的规定；第三部分音频扩 充了MPEG-1的音频标准，使之成为多通道音频编码系 统，可达到的环绕声5.1声道。
（一）双向预测编码
单向预测：利用过去帧图象进行正向预测 双向预测：利用过去帧图象进行正向预测， 还可以利用未来帧图象进行反向预测。
过去的图象
正向预测
未来的图象
基于过去图象 的正向预测
插入的图象
基于未来图 象的反向预 测
双向预测示意图
(二)图象的类别 P107
为了在保证图像质量基本不降低而又能够获得高的压 缩比，MPEG专家组定义了三种图象: • I图象 (Intra-Picture) 帧内编码的图象 • P图象 (Predictive-Picture) 帧间正向预测；帧内预测
(a)N-1帧
(b)N帧
运动矢量的概念(三)有效图象块的选定无效图象块 有效图象块
MPEG标准
MPEG视频数据流的结构
运动图象序列
图片
图片组
图片切片
宏块
MPEG-1数据体系结构
块 8 象 素
8象素
运动序列 表头＋图片组＋结束标志
图片组 一系列图像
图象信号分3个部分:
一个亮度信号Y和两个色度信号U、V Y：U：V＝4：2：2。
色度和亮度 的位置关系
亮度信号Y由偶数个行和偶数个列组成， 色度信号U、V分 别取Y信号在水平、垂直方向的1/2。如图所示， 黑点代表 色度U、V位置，亮度Y位置用白圈表示。
多路复合而成的码流假设以介质特定格式存储在 DSM或网络上, 标准不规定介质特定格式。
系统解码器从输入多路复合流中抽取定时信息,并 对输入流进行分流处理, 输出两个基本流分别给视 频和音频解码器。
视频和音频解码器分别解码输出视频和声音信号。
系统、视频、音频和介质4个解码器之间用定 时信息进行同步。
支持的图像标准分辨率：NTSC制为352×240； PAL制为352× 288，每秒30帧画面, CD音质。
使用MPEG-1的压缩算法, 可将一部120分钟长的 电影压缩到1.2GB左右。因此, 它被广泛地应用于 VCD制作。
4.2 MPEG-1标准
MPEG-1的最终目标是解决数字视频和数 字音频等多样压缩数据流的复合和同步问 题。
多路复合流构造为2层: 系统层和压缩层。系统 解码输入的是系统层; 而视频、音频解码器输
入的是压缩层。
系统解码器执行两类操作:
一类是作用在整个多路复合流上的操作,称为复合流操作; 另一类是作用在单个基本流上的操作,称为特定流操作。
系统层分为两个子层:
一个子层称为包(pack),是复合流操作对象; 另一个子层称为组(packet),它用于特定流操作。
运动图像压缩标准 MPEG
加详细的规定和进一步的完善，克服并解决了
MPEG-1不能满足日益增长的多媒体技术、数
字电视技术对分辨率和传输率等方面的技术要
求缺陷。
1.2 MPEG系列标准
与MPEG-1、MPEG-2相比，MPEG-4具
有如下独特的优点：
（1） 基于内容的交互性
（2）高效的压缩性
（3）通用的访问性
MPEG-4的主要应用领域有：因特网
1.2 MPEG系列标准
5.MPEG-21多媒体框架标准
制定MPEG-21标准的目的是建立一个
规范且开放的多媒体传输平台，让所有的多
媒体播放装置都能透过此平台接收多媒体资
料，使用者可以利用各种装置、透过各种网
络环境去获得多媒体内容，而无须知道多媒
体资料的压缩方式及使用的网络环境。同样
地，多媒体内容提供者或服务业者也不会受
输的在视频序列中处于该帧前的I帧或P帧作预
测参考帧，进行前向运动补偿预测；又用后面
的P帧作预测参考帧，进行后向运动补偿预测。
但B帧不能用来作为对其他帧进行运动补偿预
测的参考帧。
1.1 运动图图像压缩编码的基本方法 一个典型的MPEG图像排列如图1-11所示。
图1-11 典型的MPEG图像帧排列
1.2 MPEG系列标准
2.MPEG-2数字电视标准
MPEG-2标准是针对标准数字电视和高
清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层
的详细规定，标准的正式规范在ISO/IEC13818 中，标准名称为“信息技术——电视图像和伴 音信息的通用编码”。MPEG-2不是MPEG-1的 简单升级，MPEG-2在系统和传送方面作了更
1.MPEG-1标准
MPEG-1的标准名称为“信息技术——
mpeg编码标准三大部分
mpeg编码标准三大部分MPEG编码标准包括MPEG-视频、MPEG音频、视频音频同步三大部分。
拓展资料：MPEG格式，它的英文全称为Moving Picture Expert Group，即运动图像专家组格式，家里常看的VCD、SVCD、DVD就是这种格式。
MPEG格式，它的英文全称为Moving Picture Expert Group，即运动图像专家组格式，家里常看的VCD、SVCD、DVD就是这种格式。
MPEG文件格式是运动图像压缩算法的国际标准，它采用了有损压缩方法减少运动图像中的冗余信息，说的更加明白一点就是MPEG 的压缩方法依据是相邻两幅画面绝大多数是相同的，把后续图像中和前面图像有冗余的部分去除，从而达到压缩的目的(其最大压缩比可达到200:1)。
目前MPEG格式有三个压缩标准，分别是MPEG－1、MPEG－2、和MPEG－4，另外，MPEG-7与MPEG-21仍处在研发阶段。
MPEG－1：制定于1992年，它是针对1.5Mbps以下数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音编码而设计的国际标准。
也就是我们通常所见到的VCD制作格式。
使用MPEG-1的压缩算法，可以把一部120分钟长的电影压缩到1.2GB左右大小。
这种视频格式的文件扩展名包括.mpg、.mlv、.mpe、.mpeg及VCD光盘中的.dat文件等。
MPEG－2：制定于1994年，设计目标为高级工业标准的图像质量以及更高的传输率。
这种格式主要应用在DVD/SVCD的制作(压缩)方面，同时在一些HDTV(高清晰电视广播)和一些高要求视频编辑、处理上面也有相当的应用。
使用MPEG-2的压缩算法，可以把一部120分钟长的电影压缩到4到8GB的大小。
这种视频格式的文件扩展名包括.mpg、.mpe、.mpeg、.m2v及DVD光盘上的.vob文件等。
MPEG－4：制定于1998年，MPEG－4是为了播放流式媒体的高质量视频而专门设计的，它可利用很窄的带度，通过帧重建技术，压缩和传输数据，以求使用最少的数据获得最佳的图像质量。
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MPEG
国际标准化组织(International Organization for Standardization，ISO)和国际电工委员 会(International Electro-technical Commission，IEC)联合成立ISO/IEC JTC1/SC29/WG11，负责开发电视图像数据 和声音数据的编码、解码和它们的同步等标 准 MPEG标准主要有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和 正在制定的MPEG-7等。
An MPEG macro block is partitioned into 16×16 pixels for the luminance component and 8×8 pixels for each of the two chrominance components. A macro block is formed of six blocks of 8×8 pixels: first four blocks for the luminance component then the two chrominance blocks.
- which describes the combination of individual data streams into a common stream.
2 视频编码
An image must consist of three components.
- luminance Y - two color difference signals Cr and Cb
MPEG系列
MPEG-1：ISO/IEC 11172 MPEG-2：ISO/IEC 13818 MPEG-4：ISO/IEC 14496 MPEG-7：ISO/IEC 15938 MPEG-21：ISO/IEC 21000
组成
video coding audio coding system definiti尽可能多的冗余，在静 止图像压缩方面，MPEG和JPEG算法几乎是一样的。 首先把图像转换成YUV空间。Y分量被划分成1616的 小块，U及V分量被划分成88；然后，把1616亮度 块再划分成4个88块，这样88块就可以进行DCT变 换。 由一个1616像素的亮度信息和两个88像素的色度 信息组成的块称为宏块。一幅静态图像就是由许多 这样的宏块组成。对于分辨率为352240的NTSC制式 的一幅图像，有2215=330个宏块组成。对于分辨率 是352288的PAL制式的一幅图像，有2218=396个宏 块组成。
I P B D
I帧(帧内图像intra frame),是对整幅图像采用JPEG编 码的图像，是一个独立的帧，其信息由自身画面决 定，不需要参照其他画面而产生，是P图和B图的参 考图。 P图（前向预测帧Predicted Picture）,参照前一幅 I或P图像做运动补偿编码。 B图像(双向预测 Bidirectional Prediction)，它 参照前一幅和后一幅I或P图像做双向运动补偿编码。
Y
U
V
两个色度块（U，V） 4个88的亮度块
宏块的组成
efficient coding
- temporal redundancies of successive images
random access
- images are coded individually.
MPEG supports four types of image coding.
国际标准草案(Draft International Standard，DIS)
- 投票成员国对CD的内容和说明满意之后由委员会草案CD 提升上来的文件
国际标准(International Standard，IS)
- 由投票成员国、ISO的其他部门和其他委员会投票通过之 后出版发布的文件
MPEG标准文件的创建过程
工作文件(Working Draft，WD)
- 工作组(Working Group，WG)准备的工作文件
委员会草案(Committee Draft，CD)
- 从工作组WG准备好的工作文件WD提升上来的文件。这是 ISO文档的最初形式，由ISO内部正式调查研究和投票表决
运动图像国际压缩标准MPEG
2005年fall
1 概述
MPEG(Motion Picture Experts Group)是运动 图像专家小组的英文缩写。这是一个为视频压 缩开发制造与平台独立标准的全球性组织。 MPEG的活动始于1988年。 JPEG和MPEG都是在ISO领导下的专家小组，其 成员也有很大的交叠。JPEG的目标集中于静止 图像压缩，而MPEG的目标是针对活动图像的数 据压缩，但静止图像与活动图像有密切关系。
color subsampling 14 different pixel aspect ratios
- 1:1 - 16:9 - 4:3
refresh frequency
- 23.976Hz, 24Hz, 25Hz, 29.97Hz, 30Hz, 50Hz, 59.94Hz, and 60Hz
MPEG的第一个成果MPEG-1于1992年推出，是VCD的基础。 由于有限的352×288像素分辨率，MPEG-1只适用于家 庭环境，获得的视频质量及数据率相当低。 1995推出MPEG-2。720×576的像素以及更高的分辨率 大大提高了视频质量。 1999年12月发布了MPEG-4。 MPEG-7为多媒体内容描述接口标准。 从MPEG组织成立至今，其任务和方向都发生了很多变 化。MPEG-1和MPEG-2已经是成熟的编码标准，现在的 热点主要集中在MPEG-4 和 MPEG-7上。
I frames (intra coded pictures)
coded without using information about other frames (intraframe coding). An I frame is treated as a still image. Here MPEG falls back on the results of JPEG. Unlike JPEG, real-time compression must be possible. The compression rate is thus the lowest within MPEG. I frames form the anchors for random access.