1、 MPEG-1標準是世界上: 第一個集成視、音頻編碼標準； 第一個只定義解碼器（接收機）的標準； 第一個獨立于視頻格式（Video Format） （NTSC/ PAL/SECAM）的視頻編碼； 第一個由對音頻和視頻感興趣的所有工業界聯 合制定的標準； 第一個完全以軟件方式制定的標準； 第一個包括一個軟件實施的標準。 91 目前MPEG-1標準的應用情況： （1）Video CD（VCD）； （2）用于 PC的MPEG-1標準的音頻和視頻格式； （3）用于Windows 95/98/NT的MPEG-1軟件解 碼器； （4）廣泛應用于網絡的音樂的MPEG-1音頻（第三層，MP3）； （5）“數字

2、音頻廣播” （DAB）中采用的MPEG-1音頻 (在歐洲和 加拿大采納； （6）使用MPEG-1標準的視頻攝像機。 信息工程學院 2009 CUC 92 信息工程學院 2009 CUC 由于MPEG-1的1.5 Mbps速率的圖像質量不能滿足廣播 電視對圖像質量的要求，于是MPEG專家組制定了MPEG-2。 MPEG-2是由ISO/IEC之下的MPEG專家組與ITU（國際電 信聯盟電信標準化部門）的ATV的圖像編碼專家組一起共同 開發的，所以MPEG-2標準也是ITU-T的建議。標準的制訂工 作于1990年開始，全稱為“運動圖像及有關聲音信息的通用 編碼”，并于1994年公布。 MPEG-2廣

3、泛應用于DVD、SDTV 和 HDTV中。美國的 ATSC、歐洲的DVB、日本的ISDB都已把MPEG-2作為信源編碼 標準。我國制定的數字衛星電視和數字有線電視的標準 中，也已經采用了MPEG-2標準。 93 MPEG-1與MPEG-2 （1）標準組成 第一系統部分，關于多路音頻、視頻和資料的復用和同步的規定； 第二視頻部分，主要涉及各種比特率的數字視頻壓縮編碼的規定； 第三音頻部分，數字音頻信號的壓縮編碼的規定。 （2）兼容性 MPEG-2標準支持不同分辨率格式之間的兼容。 符合規定的MPEG-2視頻譯碼器，應能夠譯碼MPEG-1比特流，即后向 兼容MPEG-1。MPEG-2提供的空間可分

4、級方法允許在低分辨率即底層 中使用MPEG-1編碼，即兼容MPEG-1。 信息工程學院 2009 CUC 94 信息工程學院 2009 CUC MPEG-1關鍵詞： 碼率1.5Mbps； 二、MPEG2 的型和級 （3）區別 掌握！ 色度格式4:2:0； 只能處理CIF格式； 只能處理逐行格式； 主要用于VCD； 為了解決通用性和特殊性的矛盾： 規定了四種輸入圖像格式（分辨率），稱為級(Levels: 分為低級、主級、高1440級和高級。 不同的壓縮處理方法，稱為類或型（Profiles）: 分為簡單類、主類、信雜比可分級類、空間可分級類和高類。 MPEG-2關鍵詞： 兼容MPEG-1； 音頻

5、編碼分3層，第三層為MP3的應用。 碼率、分辨率不固定，包括高清； 色度格式擴展，包括4：2：2和4：4：4 ； 逐行、隔行皆可處理； 主要用于廣播電視，是三大數字電視制式的信源壓縮標準； 95 級提供了靈活的信源格式，型提供了不同的壓縮質量！ 信息工程學院 2009 CUC 96 信息工程學院 2009 CUC 16 級提供了靈活的信源格式，型提供了不同的壓縮質量！ 級 參數 Simple Main SNR Scalable I,P和B 4:2:0 類 Spatial Scalable I,P和B 4:2:0 High 三、MPEG-1/ MPEG-2的視頻結構 MPEG對視頻資料規定了層次

6、結構，共分為六 層。 最高層是視頻序列（Video Sequence）、其 次是圖像組（Group of Pictures）、圖像 （Pictures）、像條（Slice）、宏塊 (Macroblock，最低層是像塊（Block）。 幀類型 抽樣格式 樣點數/行 行數/幀 幀/秒 最大比特率 （Mbps） 樣點數/行 行數/幀 幀/秒 最大比特率 （Mbps） 樣點數/行 行數/幀 幀/秒 最大比特率 （Mbps） 樣點數/行 行數/幀 幀/秒 最大比特率 （Mbps） I和P 4:2:0 I,P和B 4:2:0 1920 1152 25 80 1440 1152 25 60 I,P和B 4:

7、2:0或4:2:2 1920 1152 25 100 High High1440 1440 1152 25 60 720 576 25 15 1440 1152 25 80 720 576 25 20 Main 720 576 30 15 720 576 25 15 352 288 25 4 Low 97 信息工程學院 2009 CUC 98 信息工程學院 2009 CUC 視頻序列層(Sequence） 圖像組層(GOP 圖像層 (Picture） 像條層 (Slice 宏塊層 (Macro block 塊層 (Block 1視頻序列（VS） 視頻序列也稱圖像序列，它是隨機選取節目的一個基本

8、單元。 從節目內容看，一個視頻序列大致對應于一個鏡頭，切換一個 鏡頭，即表示開始一個新的序列。 2圖像組(GOP 圖像組是將一個圖像序列中連續的幾個圖像組成一個小組，簡 稱為GOP。它是對編碼后的視頻碼流進行編輯的存取基本單元。 3.圖像(P 圖像是一個獨立的顯示單元，也是圖像編碼的基本單元。可分 為I、P、B三種編碼圖像，分別對應三種壓縮編碼模式，即幀內 壓縮編碼（I幀編碼）、前向預測編碼（P幀編碼）和雙向預測 編碼（B幀編碼）。 88 99 信息工程學院 2009 CUC 100 信息工程學院 2009 CUC 4像條(SLICE 像條由一系列連續的宏塊組成。像條是發生誤碼后且不可糾 正時

9、，數據重新獲得同步從而能正常譯碼的基本單元。 5宏塊(MB 宏塊是運動預測的基本單元。運動估計以宏塊為單位得到最佳 匹配宏塊的運動向量。運動預測只對亮度數組進行，色差數組 使用和亮度數組相同的運動向量。 一個宏塊由一個1616像素的亮度數組和同區域內的Cb、Cr 色 差數組共同組成。由于在MPEG-1中圖像的色度格式是4:2:0,由 6個塊組成，其中4個亮度塊和2個色度塊。 在MPEG-2中圖像的色度格式還包括4:2:2和4:4:4格式。因 此，一個宏塊又由許多88的塊組成。 6 塊 塊是DCT變換的基本單元。一幅圖像以亮度數據數組為基準 被分成為若干個88像素的數組，簡稱為塊。可以是亮度塊或

10、 色差信號塊。 0 2 Y 1 4 3 Cb Cr 5 0 2 Y 1 3 4 6 Cb 5 7 Cr 101 信息工程學院 2009 CUC 102 信息工程學院 2009 CUC 17 四、I、B、P幀編碼原理 掌握！ MPEG標準中三種類型圖像:I幀/P幀/B幀 I幀(Intra coded picture:幀內圖,僅利用該幀圖象本身信息進行編 碼,即直接進行DCT變換,量化和熵編碼.屬于中等壓縮. P幀(Predictive-coded picture :預測圖,根據前面最靠近的I幀或 者另一個P幀進行預測,屬于前向預測. 由于使用運動補償,P幀比I幀壓縮更大,并可作為后面P/B幀的基

11、準.會 傳播誤碼. B幀(Bidirectionally predictive-coded picture: 雙向預測圖,它既用過去的幀作基準,也用未來的幀作基準,即前向和 后向預測都有. B幀壓縮最大,且不傳播誤碼. 103 信息工程學院 2009 CUC 104 信息工程學院 2009 CUC I圖像幀的壓縮算法： 圖像組(GOP 前向預測 I1 B2 B3 P4 B5 B6 P7 B8 B9 P10 B11 B12 I13 B14 B15 P16 在空間方向上 （內幀），采 用JPEG壓縮算 法來去掉冗余 信息。 后向預測 105 信息工程學院 2009 CUC 106 信息工程學院 2

12、009 CUC P圖像幀的壓縮算法： 對于P宏塊，采 用運動補償幀 間預測算法來 去掉時間軸上 的冗余信息。 B圖像幀的壓縮算法： 107 信息工程學院 2009 CUC 108 信息工程學院 2009 CUC 18 五、編碼器工作原理 圖像組(GOP 前向預測 I1 B2 B3 P4 B5 B6 P7 B8 B9 P10 B11 B12 I13 B14 B15 P16 后向預測 109 信息工程學院 2009 CUC 110 信息工程學院 2009 CUC 由于B幀是雙向預測幀(前向預測和后向預測，在后向預測 時，需要用它將來的一個幀作為參考幀。因此需要把原始圖像 順序重新排列后再送入編碼器，這稱為幀重排。 例如P4作為B2和B3的后向預測參考幀，應該排在B2和B3之 前。按編碼順序重排后的圖像序列 掌握！ MPEG圖像壓縮編碼 掌握！ MPEG算法達到了很高的壓縮比，但仍保持了很好的圖像質 量，單靠幀內編碼是不可能達到的。 在MPEG壓縮編碼中，主要是通過采用DCT變換配合量化和運 動預測技術來分別去除空間冗余和時間冗余： 即先通過運動估計和運動補償來提高去除圖像序列間的時間 冗余的強度，再通過預測來去除圖像序列間的時間冗余，然后