第四章视音频编码国际标准

MPEG-2码率压缩的基本方法
1、去除逆程：864×625→720×576 2、去掉色度信号垂直方向上的多余信息：
4:2:2→4:2:0 3、对图像进行DCT变换，按人眼的生理和 心理特性进行量化，进行之字形读出，零 游程编码。 4、霍夫曼编码（熵编码）。 5、把图像分成I、P、B帧进行不同方式的 预测编码。 6、运动补偿预测编码。
相当； （2）复杂度低，算法的复杂度比H.264明显
低，软、硬件实现成本都低于H.264； （3）掌握主要知识产权，专利授权模式简
单，费用低。 应用：高清晰度和高质量数字电视广播、
网络电视、数字存储媒体和其他相关应用。
4.3 图像压缩的H.261标准
1、H.261的目标：可视电话、电视 会议 要求：实时性好，最小时延、低码率
广泛的应用于广播电视、DVD、高清晰度电 视等。
⑶ MPEG-4
目标：基于对象的压缩编码、具有内容 的交互性与高效的压缩性
数码率：100kb/s～10Mb/s 特点：低码率、高还原图像质量、用最
少的数据量获得最佳的图像质量。 应用：包括实时视听通信、多媒体通信、
远程监测/监视、VOD、家庭购物/娱乐等。 如：DVDRIP等等。
三种类型：I帧、P帧和B帧 ⑴ I帧――（帧内编码帧）
仅利用该帧本身的数据进行帧内编码。 作为P帧、B帧的预测帧。解码时必须先找 到I帧才能正确解码。
二、MPEG-1/MPEG-2标准中的 3种编码类型图像
⑵ P帧――（前向预测编码帧） 利用前边最近的I帧或P帧作为参考，进
行帧间预测编码。且P帧可作为B帧或后面的 P帧的预测帧。 ⑶ B帧――（双向预测内插编码帧）
（2）在存储媒体方面，可使用多种存储媒体，如存
储在光盘上、数字录音带DAT或可写磁光盘等媒体 中。
（3）在传输码率方面，应与计算机网络的传输码率
相适配，即为1.2Mb/s -1.5Mb/s。
（4）在通信网络方面，应能适应多种网络的传输，
如ISDN（综合业务数据网）、LAN局域网（本地网） 等。
图像格式：属低分辨率
利用前面和后面的I帧、P帧作为参考进 行帧间预测编码。B帧不再作为其它帧编码 的预测帧。
前向预测图像P压缩编码算法
双向预测图像B的压缩编码算法
三、图像帧的排列
即I、P、B三种帧如何排列、传输。 两个I帧之间组成一个图像组GOP，GOP
的长度是可变的。
编码和传输顺序为: I1 P4 B2 B3 P7 B5 B6
⑶ TS（传送包）
固定长度为188B的包。TS流是各传输系 统之间的连接形式，是传输设备间的基 本接口。
TS包结构侧重于传输方面的结构和说明。
TS包连接头的格式
同步码：OX47---0100 0111 包识别(PID)：用于指示包的种类。在TS码流生成时， 每一类业务（视频、音频、数据等）的基本码流均被赋 予一个不同的识别号。相当于各类码流的地址。
⑷ MPEG-7
名称 ：“多媒体内容描述接口” 目标：扩展现有系统有限的查询能力，即确立
各种类型的多媒体信息描述方法的标准化。 应用范围包括：
① 具有“海洋信息”的数字图书馆； ② 多媒体目录、广告检索服务； ③ 广播AV信道的选择； ④ 多媒体编辑以及网络应用； ⑤ 电子贸易等。
MPEG-2规定了4种运动补偿预测方式： 帧运动补偿预测、场运动补偿预测、 16×8运动补偿预测和双基预测。
4、MPEG-2增加了可分级性
MPEG-1不分级。 MPEG-2采用了分级编码体系，将图像的
编码码流分为基本层和一个或多个增强 层，允许解码器对编码码流的部分或全 部码流进行解码。 ① 空间可分级 ② 信噪比SNR可分级 ③ 时间可分级
第四章 视音频编码国际标准
4.1 视频压缩编码国际标准简介
ITU-T（国际电信联盟远程通信标准化组织) ISO/IEC (国际标准化组织/国际电工委员会) H.26x系列：H.261、H.262、H.263、H.264 JPEG： MPEG系列：MPEG-1、MPEG-2 、MPEG-4、
MPEG-7、 MPEG-21
3、MPEG标准
MPEG是“活动图像专家组”的缩写 主要有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、
MPEG-7和MPEG-21等。
⑴ MPEG-1
MPEG-1标准主要是为数字存储媒介（DSM） 中的视频、音频信息压缩而提出的
数码率不超过1.5Mb/s（在1Mb/s～ 1.5Mb/s）
“包结构”---复用过程中数字信息数据放置位 置的结构。
MPEG-2中是将整个包中的净荷都分配给同一 路的信息，不同路的信息不会出现在同一个包 中，而包中信息的性质在本包的包头中说明。
2、MPEG-2简化的系统结构
⑴ MPEG-2系统结构
系统描述了单一视频、音频基本码流的多路复合过程。
① 视、音频数据经各自的编码器形成视 频、音频基本码流（ES）
主类/主级 MP@ML 简单类/主级 SP@ML 主类/高级 MP@ML 空间可分级类/高1440级 SSP@H1440L
⑵ 图像格式：
2、MPEG-2有按帧编码和按场编码两种模式
MPEG-1是逐行扫描，只对帧进行DCT变换编码。 MPEG-2支持逐行扫描、隔行扫描方式。
所以有按帧的DCT编码和按场的DVT编码两种模式。 MPEG-2逐行扫描方式时，像块选择同MPEG-1，为
逐行8×8； 隔行扫描方式时，像块选择可为逐行（两场
像素）8×8；也可为隔行（同一场的像素）8×8。 编码器根据帧/场自适应DCT预测来自动选择。
3、MPEG-2规定了4种运动补偿预测方式
MPEG-1只采用基于帧的运动补偿预测 （16×16像素）。
内容：包括系统、视频、音频、数字 版权管理等四个主要技术标准和一致 性测试等支撑标准。 2006年3月，发布了AVS标准中视频部 分《信息技术 先进音视频编码》， 编号为GB/T 20090.2-2006。
4、AVS-- 《信息技术 先进音视频编码》
特点： （1）编码效率是MPEG-2的2～3倍，与H.264
② 视、音频的基本码流经过打包形成打 包的基本码流（PES）
③ 打包的基本码流经过两种复用形成节 目码流（PS）和传输码流（TS）。
复用过程有两个步骤：
将视、音频基本码流分别按一定的格式 分组打成一个又一个的小包，叫打包的 基本码流PES 。
复用。将视频PES、音频PES复用成一路 PS节目流或TS传输流。
⑷ 单套节目TS流的产生过程
3、节目专用信息(PSI信息)
四、MPEG视频码流的分层结构
图像序列层 图像组层 图像（帧）层 像条层 宏块层 像块层
各层与信号的关系：
① 图像序列层：指整个一个被处理的连续图像 ② 帧组（图像组）层：指相互间有预测和生成
关系的一组图像，即一个GOP。 ③ 图像层（帧层）：表明每帧内的安排。 ④ 宏块条层（像条层）：作用是提供同步。 ⑤ 宏块层：表示一个宏块的结构。 ⑥ 像块层：它可以是8×8的像素，也可以是
节目码流——适用于传输环境好、误码 少的环境中传输或存储媒介，节目码流 PS的包长度相对较长，且是可变的。
传输码流——适用于噪声干扰大、误码 比较大的传输环境或存储媒介。传输码 流TS流的包长度是固定的，总是188拜特 （字节）。
⑵ PES的组成
PES是打包的基本码流，是编码器和解码 器的直接连接形式。P64
支持15帧/秒 、10帧/秒、7.5帧/秒
⑵ 视频信号的传输码率：
标称数码率：P×64Kb/s，其中P为1～30的整 数，对应数码率从64Kb/s～1.29Mb/s。
当p取1～2时，只支持QCIF视频格式，信号的
传输码率达到64Kb/s～ 128kb/s，只能传清晰度 不太高的图像，一般用于窄带可视电话、静止图 像传送。 当p=6时，支持CIF视频格式，码率384 kb/s， 可以传输清晰度尚好的图像，适用于电视会议。
⑸ MPEG-21
目标：建立一个交互式多媒体框架，跨 越大范围内不同的网络和设备，使用户 能够透明而广泛地使用多媒体资源。
功能：通过网络或设备，存取、使用并 交互多媒体对象；实现多种业务模型， 包括在价值链中对版权和支付交易的自 动管理；对内容使用者隐私的尊重。
4、AVS– 《信息技术 先进音视频编码》
SIF（标准输入格式）—对应NTSC制 525/60/2:1/4:3 352×240
CIF（共用中间格式）—对应PAL制 625/50/2:1/4:3 352×288
2、MPEG-2
组成：有9个部分组成，主要的三个部分 为： ① 系统部分：主要涉及多路音频、视 频和数据的复用和同步； ② 视频部分：主要涉及各种比特率的 数字视频编码； ③ 音频部分：扩充了MPEG-1的音频标 准，使之成为多通道音频编码系统，达 到了5.1声道之多。
2、H.261主要技术参数 ⑴ 图像格式： ⑵ 视频信号的传输码率：
⑴ 图像格式：
H.261与H.263的图像格式：
其中：CIF:公用中间格式--352×288 QCIF :1/4 CIF--176×144 SQCIF:扩展的CIF；4CIF:4倍的CIF； 16CIF:16倍的CIF。 基本帧频：30帧/秒
8×8DCT系数或重组数据。
各层与信号处理的关系：
图像序列层——节目的随机进入点。 帧组层——视频编辑的随机进入点。 图像层——编码处理的单元。I、P、B帧的
处理单元。 像条层——用于同步的单元。 宏块层——运动补偿处理的单元。 像块层——基本处理单元—DCT处理单元。
五、MPEG-1/2视频编码原理及关键技术 编码电路
具有CD的音质，与VHS（家用录像机）相 当的画质。
典型应用：VCD
⑵ MPEG-2
名称：“运动图像及有关声音信息的通用 编码”，它是一种高质量的视音频压缩标 准。
提供广播级的视像和CD级的音质，可提供 5.1声道环绕声和多达7个伴音声道。
数码率在4Mb/s～80Mb/s之间，最高可达 100Mb/s
4.4 视频压缩MPEG-2国际标准
一、概述

MPEG的任务是给用于数字存储媒
介、电视广播和通信等应用场合的视频
和音频数据压缩制定一种通用的数字编
码标准。
1、MPEG-1
包括三个部分：①系统、②视频、③音频。 主要目标：
（1）在声像质量上，要高于电视电话、电视会议，
至少应达到VHS录像机或CD-ROM的放像质量。
七、MPEG-2的系统传送层
MPEG-2的系统部分涉及如何将一个或多 个图像、声音及其它数据的基本码流组 合成适合于存储或传输的单路和多路复 合码流。
1、数字复用与解复用
数字电视中均采用时分复用（TDM）的方式进 行单路和多路节目传送流的复用。
在多路数字信号间实现TDM的过程成为数字复 用，其逆过程为数字解复用。
1、H.261简介
针对可视电话、会议电视和窄带综合 业务数据网（ISDN）等要求实时编解 码和低延时应用提出的一个编码标准。
标称数码率为P×64Kb/s，P--1～30， 数码率从64Kb/s～1.29Mb/s。
2、JPEG标准简介
主要用于对静止图像的压缩。 如：卫星图片的传输与存储；
图像文献资料的处理与存储； 彩色传真、彩色印刷图片及新 闻图片的传输与存储等。
六、MPEG-2和MPEG-1的区别
1、MPEG-2定义了“类” 与“级”的概念 ⑴ 类和级： 类--所使用的编码工具的集合分成“类”
（型）
分5类：简单类、主类、信噪比可分级类（SNR）、 空间可分级类（SS）、高级类
级--图像的输入格式（分辨率或格式）称为Baidu Nhomakorabea级。
有：低级、主级、高级-1440、高级。
特点：
支持不同分辨率格式之间的兼容。 低清晰度、标准清晰度、高清晰度
应用： MPEG-2已在多媒体技术和广播电视
领域中得到广泛的应用。如美国的ATSC、 欧洲的DVB、日本的ISDB数字电视广播系 统都把MPEG-2作为信源编码标准。
二、MPEG-1/MPEG-2标准中的 3种编码类型图像