视频压缩技术.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,视频压缩技术,Frank Sun,第1页，共22页。,数字视频,数字电视,优势,失真小、噪声低、质量高,易处理、易校正,容量大、节目多,举例：,CATV频道中，550MHz到750MHz的带宽中,如果传送模拟电视，每个节目需要8MHz带宽，则只能传送25套节目；,如果传送数字电视，采用64QAM调制，频谱利用率为5.3，每路节目用MPEG-2压缩为4Mbps，实际只需4/5.3=0.75MHz带宽，传送节目数大约是模拟电视的11倍,第2页，共22页。,数字视频,数字电视PCM原理,模拟转数字，需要取样、量化、编码三步,取样：连续,离散（时间上）,量化：无数个幅值有限多个幅值（空间上）,编码：将量化后的信号用0或1表示，也成脉冲编码调制PCM编码,A/D变换指模拟转数字，即为上述过程；相反，D/A变换指数字转模拟，是上述过程的逆过程,第3页，共22页。,数字视频,数字电视信号取样,时间取样：N帧/秒,如果是逐行扫描，一帧则为一场；如果是隔行扫描，一帧包括一顶场和一底场,空间取样：像素,一帧中，同一行由多个取样点（像素）构成,注意：时间取样和空间取样并非是取样的两种选择方式，而是取样的前后两个步骤，先按照时间取样，再按照空间取样,第4页，共22页。,数字视频,黑白电视,每个像素只需要用一个幅值来表示其亮度,彩色电视,每个像素需要用三个值表示其亮度与色度,RGB法,YCbCr法,原理：人类视觉系统对亮度比对色度更敏感，因此使亮度和色度分离。,第5页，共22页。,数字视频,彩色电视取样格式,4:2:0这种格式广泛应用于数字电视、会议电视、DVD等，对人的感觉而言，这种和前两种类似，最适合于数字压缩,第6页，共22页。,数字视频,数字电视信号的编码参数,量化值（Qp）,每个取样值采取8bit表示，即256个灰度级,取样频率（fs）,例1：CCIR601建议的电视国际标准为：每幅画面625/50(625行，每秒50场)和525/60的电视系统取样品率为：,fs=13.5MHz（Y信号）,fs=6.75MHz（Cb、Cr信号）,倘若采用4:2:2格式时，电视信号总码率为：,13.5*8+6.75*8*2=216Mbps,第7页，共22页。,数字视频,数字电视信号的编码参数,取样频率（fs）,例2：当会议电视采用CIF格式时，帧频为25帧/秒，总码率为：,352*288*25*8=20.28Mbps,例3：高级宽屏幕的HDTV（1250*1920），取4:2:0格式，亮度fs=72MHz，色度fs=36MHz，总码率为：,72*8+36*8/4=648Mbps,对于上述电视信号，218Mbps、20.28Mbps、648Mbps都是没有经过压缩的码率,第8页，共22页。,平衡、图像增强和增益控制等技术,1个Cb块和1个Cr快,（p*64kbps（p=130）指编码后码率）,B:双向预测（Bi-predicted）图像，参考前后两方向的图像,压缩后的音频基本码流（Audio,失真小、噪声低、质量高,基本码流（Video ES）和音频,144*176*8*30*1.,数字电视信号的编码参数,如果传送模拟电视，每个节目需要8MHz带宽，则只能传送25套节目；,（p*64kbps（p=130）指编码后码率）,每个块又分为8*8个像素,每个像素只需要用一个幅值来表示其亮度,A/D变换指模拟转数字，即为上述过程；,33个MB（宏块，MacroBlock）,数字视频,视频处理,图像采集,由图像传感器实现，目前图像传感器,主要有CCD和CMOS,视频预处理,采集过程，即将实际景物转为图像信号过程中，总会,引入各种噪声和畸变失真，因此需要对图像进行预处,理，包括采用：伽马校正、图像插值、图像校正、白,平衡、图像增强和增益控制等技术,第9页，共22页。,数字视频,视频质量,主观法,客观法,第10页，共22页。,视频压缩编码基本原理,预测编码,变换编码,熵编码,第11页，共22页。,视频压缩编码标准,几个名词,JPEG（Joint Photographic Experts Group）联合图像专家组,MPEG（Moving Photographic Experts Group）活动图像专家组,第12页，共22页。,ES：由视频压缩编码后的视频,理，包括采用：伽马校正、图像插值、图像校正、白,相反，D/A变换指数字转模拟，是上述过程的逆过程,28Mbps、648Mbps都是没有经过压缩的码率,4:2:0这种格式广泛应用于数字电视、会议电视、DVD等，对人的感觉而言，这种和前两种类似，最适合于数字压缩,分为I、P、B三种图像类型,取样：连续离散（时间上）,主要有CCD和CMOS,数字电视信号的编码参数,（p*64kbps（p=130）指编码后码率）,理，包括采用：伽马校正、图像插值、图像校正、白,4:2:0这种格式广泛应用于数字电视、会议电视、DVD等，对人的感觉而言，这种和前两种类似，最适合于数字压缩,TS、PS：若干个节目的PES复用,视频压缩编码标准,H.261标准,CCITT发布的，码率为p*64kbps（p=130），为了满足会议和可视电话的需要,（p*64kbps（p=130）指编码后码率）,采用CIF（Common Intermediate Format）格式,第13页，共22页。,视频压缩编码标准,CIF/QCIF格式中的视频信号结构,1幅CIF格式的图像分为,12个GOB,（块组，Group of Block）,1个块组分为,33个MB,（宏块，MacroBlock）,1个宏块分为,4个亮度块、,1个Cb块和1个Cr快,每个块又分为8*8个像素,QCIF格式的图像包含,3个GOB,第14页，共22页。,视频压缩编码标准,不论是CIF格式还是QCIF格式，帧频都约等于30（29.97帧/秒），量化值取8bit，彩色格式为4:2:0，则：,CIF格式码率：,288*352*8*30*1.5=36.5Mbps,QCIF格式码率：,144*176*8*30*1.5=9.1Mbps,第15页，共22页。,视频压缩编码标准,H.263标准,共有5中图像格式,第16页，共22页。,视频压缩编码标准,MPEG-1标准,功能特点：,视频压缩编码，压缩后码率为1.5Mbps，用于视频播放和视频存储；编码前必须将视频图像转换成逐行扫描图像；,录像机正放、暂停、快进、快退、慢放、随机存储功能,第17页，共22页。,视频压缩编码标准,MPEG-1标准,图像类型：,分为I、P、B三种图像类型,I:帧内（Intra）图像，帧内编码，可作为其它参考帧,P:预测（Predicted）图像，帧间编码，参考前一副I或P图像，作为运动补偿,B:双向预测（Bi-predicted）图像，参考前后两方向的图像,第18页，共22页。,视频压缩编码标准,MPEG-2标准,包括9个部分，主要有：,ISO/IEC13818-1 系统: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,ISO/IEC13818-2 视频:描述视频编码方法,ISO/IEC13818-3 音频:音频，描述与MPEG-1音频标准反向兼容的音频编码方法,ISO/IEC13818-4 符合性:描述测试一个编码码流是否符合MPEG-2码流的方法,第19页，共22页。,视频压缩编码标准,MPEG-2标准,编码复用系统,MPEG-2码流分为三层：,ES（基本流，Element Bit Stream）,PES（分组基本码流，Packet Elementary Stream）,TS（复用后的传送码流，Transport Stream）和PS（复用后的节目码流，Program Stream）,第20页，共22页。,视频压缩编码标准,MPEG-2标准,编码复用系统,ES：由视频压缩编码后的视频,基本码流（Video ES）和音频,压缩后的音频基本码流（Audio,ES）组成,PES：把音、视频ES分别打包，,组成的分组长度可变,TS、PS：若干个节目的PES复用,后输出为传输流TS和节目流PS，,分别用于传输和存储,第21页，共22页。,视频压缩编码标准,MPEG-2标准,档次（Profile）和级别（Level）,按所使用编码工具的集合分成5个档次,按编码图像的分辨率分成4个级别,第22页，共22页。,