中山大学信息科学与技术学院

中山大学信息科学与技术学院,黄剑多媒体技术基础,2006年国际视频压缩标准简介计算机科学系黄剑www.cs.sysu.edu.cn/[e-mail]多媒体技术基础中山大学信息科学与技术学院,黄剑多媒体技术基础,2006年主要内容•视频压缩标准发展历史•H.26X系列压缩标准简介•MPEG系列压缩标准简介中山大学信息科学与技术学院,黄剑多媒体技术基础,2006年视频压缩标准发展历史ITU:ISO/IEC:H.261H.262H.263H.263+H.264MPEG1MPEG2MPEG4(Part2)MPEG7MPEG21MPEG4(Part10)中山大学信息科学与技术学院,黄剑多媒体技术基础,2006年MPEG是什么•MPEG(MovingPictureExpertGroup)是在1988年由国际标准化组织(InternationalOrganizationforStandardization，ISO)和国际电工委员会(InternationalElectrotechnicalCommission，IEC)联合成立的专家组，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。这个专家组开发的标准称为MPEG标准，到目前为止，已经开发和正在开发的MPEG标准有：–MPEG-1：数字电视标准，1992年正式发布。–MPEG-2：数字电视标准。–MPEG-3：已于1992年7月合并到高清晰度电视(High-DefinitionTV，HDTV)工作组。–MPEG-4：多媒体应用标准(1999年发布)。–MPEG-5：直至1998年9月还没有见到定义。–MPEG-6：直至1998年9月还没有见到定义。–MPEG-7：多媒体内容描述接口标准(正在研究)。中山大学信息科学与技术学院,黄剑多媒体技术基础,2006年•MPEG-1和-2标准已经正式发布，并且得到广泛应用。例如，CD-交互系统，在网络上的数字声音广播、数字电视广播和影视点播等。表8-01是MPEG-1和-2的典型编码参数。中山大学信息科学与技术学院,黄剑多媒体技术基础,2006年MPEG文件的创建过程•与其他ISO标准文件一样，MPEG标准文件的创建过程分成4个阶段：–工作文件(WorkingDraft，WD)：工作组(WorkingGroup，WG)准备的工作文件–委员会草案(CommitteeDraft，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，它由ISO内部正式调查研究和投票表决。–国际标准草案(DraftInternationalStandard，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(InternationalStandard，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。中山大学信息科学与技术学院,黄剑多媒体技术基础,2006年视频压缩标准对比H.261p×64kb/s视频编码标准时间1990年12月输入176×144(QCIF)352×288(CIF)帧速率可变=30输出p×64kb/s(p=1,2,…,32)压缩率20~30小于MPEG1压缩算法运动补偿帧间预测与分块DCT相结合的混合编码应用可视电话、视频会议等对称应用中山大学信息科学与技术学院,黄剑多媒体技术基础,2006年视频压缩标准对比（续）MPEG1数据传输速率为1.5Mb/s的数字存储媒体运动图像及其伴音编码标准时间1993年8月输入视频：352×240×30，352×288×25音频：32、44.1、48kHz的线性PCM输出1.5Mb/s、32-384Kb/s(音频)压缩率20~30压缩算法运动补偿帧间预测（单向预测＋双向预测）＋DCT应用VCD、MP3、局域网视频传输中山大学信息科学与技术学院,黄剑多媒体技术基础,2006年视频压缩标准对比（续）MPEG2H.262运动图像及其伴音通用编码标准时间1994年11月输入352×288～1920×1152采用频率为16、22.05、24、32、44.1、48kHz的线性PCM、支持5.1声道输出1.5－80Mb/s、8-640Kb/s(音频)压缩率30－40压缩算法运动补偿帧间预测（单双向预测）＋DCT、可伸缩性、前向兼容应用DVD、DVB、HDTV中山大学信息科学与技术学院,黄剑多媒体技术基础,2006年视频压缩标准对比（续）H.263H.263+甚低码率通信的视频编码标准时间1996年3月、1998年1月输入QCIF、CIF、128×96(SubQCIF)、704×576(4CIF)、1408×1152(16CIF)输出30kb/s～压缩率H.263+H.263MPEG2压缩算法运动补偿帧间预测（单双向预测）＋DCT局部算法改进可伸缩性应用通用电话交换网、局域网的视频通信中山大学信息科学与技术学院,黄剑多媒体技术基础,2006年视频压缩标准对比（续）MPEG4(Part2)MPEG4Visual甚低码率活动图像及其伴音编码标准时间1999年输入≧176×144的多种分辨率格式输出4.6Kb/s～64Kb/s压缩率≧100压缩算法基于对象的新一代编码技术，注重交互性，即可包含自然对象，又可包含人工合成对象应用可应用范围很广、目前多用于因特网视频传输、流媒体应用中山大学信息科学与技术学院,黄剑多媒体技术基础,2006年视频压缩标准对比（续）H.264MPEG4(Part10)MPEG4AVC时间2003年5月输入多种分辨率格式输出压缩率压缩率最高的视频压缩标准，比MPEG4Visual节约50％的码率压缩算法基于传统框架的混合编码系统，只是做了局部优化。更注重编码效率和可靠性应用视频广播、视频通信和存储媒体（CDDVD）等多种应用中山大学信息科学与技术学院,黄剑多媒体技术基础,2006年MPEG-1视频压缩标准MPEG-1处理的是标准图像交换格式(StandardInterchangeformat，SIF)或者称为源输入格式(SourceInputFormat，SIF)的电视，即NTSC制为352像素x240行/帧x30帧/秒，PAL制为352像素x288行/帧x25帧/秒，压缩的输出速率定义在1.5Mbit/s以下。这个标准主要是针对当时具有这种数据传输率的CD-ROM和网络而开发的，用于在CD-ROM上存储数字影视和在网络上传输数字影视。MPEG-1的标准号为ISO/IEC11172，标准名称为“信息技术——用于数据速率高达大约1.5Mbit/s的数字存储媒体的电视图像和伴音编码”Informationtechnology—Codingofmovingpicturesandassociatedaudiofordigitalstoragemediaatuptoabout1.5Mbit/s)。中山大学信息科学与技术学院,黄剑多媒体技术基础,2006年MPEG-1视频压缩标准MPEG-1已于1991年底被ISO/IEC采纳，由五个部分组成：①MPEG-1系统，写成MPEG-1Systems，规定电视图像数据、声音数据及其他相关数据的同步，标准名是ISO/IEC11172-1：1993Informationtechnology—Codingofmovingpicturesandassociatedaudiofordigitalstoragemediaatuptoabout1.5Mbit/s—Part1：Systems。②MPEG-1电视图像，写成MPEG-1Video,规定电视数据的编码和解码，标准名是ISO/IEC11172-2：1993Informationtechnology—Codingofmovingpicturesandassociatedaudiofordigitalstoragemediaatuptoabout1.5Mbit/s—Part2：Video。③MPEG-1声音，写成MPEG-1Audio,规定声音数据的编码和解码，标准名是ISO/IEC11172-3：1993Informationtechnology—Codingofmovingpicturesandassociatedaudiofordigitalstoragemediaatuptoabout1.5Mbit/s—Part3：Audio。中山大学信息科学与技术学院,黄剑多媒体技术基础,2006年④MPEG-1一致性测试，写成MPEG-1Conformancetesting，标准名是ISO/IEC11172-4：1995Informationtechnology—Codingofmovingpicturesandassociatedaudiofordigitalstoragemediaatuptoabout1.5Mbit/s—Part4：Conformancetesting。这个标准详细说明如何测试比特数据流(bitstreams)和解码器是否满足MPEG-1前3个部分(Part1，2和3)中所规定的要求。这些测试可由厂商和用户实施。⑤MPEG-1软件模拟，写成MPEG-1Softwaresimulation，标准名是ISO/IECTR11172-5Informationtechnology—Codingofmovingpicturesandassociatedaudiofordigitalstoragemediauptoabout1.5Mbit/s—Part5：Softwaresimulation。实际上，这部分的内容不是一个标准，而是一个技术报告，给出了用软件执行MPEG-1标准前3个部分的结果。MPEG-1译码器方框图中山大学信息科学与技术学院,黄剑多媒体技术基础,2006年MPEG-2数字电视标准•MPEG-2标准从1990年开始研究，1994发布DIS。•它是一个直接与数字电视广播有关的高质量图像和声音编码标准。•MPEG-2可以说是MPEG-1的扩充，因为它们的基本编码算法都相同。但MPEG-2增加了许多MPEG-1所没有的功能：–例如增加了隔行扫描电视的编码，–提供了位速率的可变性能(scalability)功能。–MPEG-2要达到的最基本目标是：位速率为4～9Mbit/s，最高达15Mbit/s。中山大学信息科学与技术学院,黄剑多媒体技术基础,2006年•MPEG-2的标准号为ISO/IEC13818，标准名称为“信息技术�电视图像和伴音信息的通用编码(Informationtechnology—Genericcodingofmovingpicturesandassociatedaudioinformation)”。MPEG-2包含10个部分：①MPEG-2系统，写成MPEG-2Systems，规定电视图像数据、声音数据及其他相关数据的同步，标准名是ISO/IEC13818-1：1996Informationtechnology—Genericcodingofmovingpicturesandassociatedaudioinformation：Systems。中山大学信息科学与技术学院,黄剑多媒体技术基础,2006年•MPEG-2的系统模型如图所示。这个标准主要是用来定义电视图像数据、声音数据和其他数据的组合，把这些数据组合成一个或者多个适合于存储或者传输的基本数据流。数据流有两种形式：–一种称为程序数据流(ProgramStream，PS)•程序数据流是组合一个或者多个规格化的即包化基本数据流(PacketisedElementaryStreams，PES)而生成的一种数据流，用在出现错误相对比较少的环境下，适合使用软件处理的应用；–另一种称为传输数据流(TransportStream，TS)。•传输数据流也是组合一个或者多个PES而生成的一种数据流，它用在出现错误相对比较多的环境下，例如在有损失或者有噪声的传输系统中。图MPEG-2的系统模型中山大学信息科学