多媒体技术视频编码标准.pptx

,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,*,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,*,国际视频压缩标准简介,2,主要内容,视频压缩标准发展历史,MPEG,系列压缩标准简介,3,视频压缩标准发展历史,ITU:,ISO/IEC:,H.261,H.262,H.263,H.263+,H.264,MPEG1,MPEG2,MPEG4,(Part2),MPEG7,MPEG21,MPEG4,(Part10),4,视频压缩标准对比,H.261,p,64kb/s,视频编码标准,时间,1990年12月,输入,176144(,QCIF)352,288,(,CIF,),帧速率可变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,8,视频压缩标准对比（续）,MPEG4(Part 2),MPEG4 Visual,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/s64Kb/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,9,视频压缩标准对比（续）,H.264,MPEG4(Part10),MPEG4 AVC,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,MPEG4 Visual,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（,CD DVD）,等多种应用,10,MPEG-1,视频压缩标准,MPEG-1,标准号为,ISO/IEC 11172，,它由五部分组成：,MPEG-1,系统（,MPEG-1 Systems,）：规定视频数据、声音数据及其他相关数据的同步合成技术,MPEG-1,视频编码标准（,MPEG-1 Video）,MPEG-1,音频编码标准（,MPEG-1 Audio）,MPEG-1,一致性测试：详细说明如何测试比特数据流和解码器是否满足,MPEG-1,前3个部分(,Part1，2,和3)中所规定的要求。,MPEG-1,软件模拟：一个技术报告，给出了软件执行,MPEG1,前3个部分的运行结果。,MPEG4(Part10),MPEG1视频压缩算法,MPEG-4 视频压缩标准,视频压缩标准对比（续）,MPEG-4 视频压缩标准,对于DC的量化步长为8,运动补偿帧间预测（单双向预测）DCT 局部算法改进 可伸缩性,视频：35224030，35228825,external to the VOP,described as transparent,MPEG-4 视频压缩标准,to a face or body model.,2022/10/25 22:18:5822:18:5825 October 2022,run-level coding.,VOP is predicted using motion-compensated prediction,MPEG1视频压缩算法,11,MPEG-1,视频压缩标准,输入、输出指标,MPEG,视频,编码器,3522882581.5,3522403081.5,30,Mb/s,1.15Mb/s,26:1,帧规格：,352288,25,帧,8,比特,1.5,表示,4:2:0,12,MPEG1,视频编码器框架,13,MPEG1,视频视频压缩算法,图,MPEG-1 syntax hierarchy,14,MPEG1,视频压缩算法,运动图像序列,图片组（,GOP）,I,B,B,P,B,B,P,图片,条（,Slice）,宏块,Macro Block,16,16,块（,Block）,8,8,分割：,15,MPEG1,视频压缩算法,GOP,的组成：,时间顺序,p,1,p,2,p,3,p,4,p,5,p,6,p,7,编码顺序,p,1,p,4,p,2,p,3,p,7,p,5,p,6,I,帧是一个随机访问点。,B,图像不能作为其它图像的参考帧。,I,帧：,P,帧：单向预测帧,B,帧：双向预测帧,16,MPEG1,视频压缩算法,为了在图像质量和数据速率之间作出调整，,MPEG-1,编码器允许（1）选择,I,帧的频率和位置，（2）选择,I,和,P,之间双向预测帧,B,的数目。,17,GOP,图像组 是一系列要连续编码的图像，一个图像组中至少有一个,I,帧，一个图像组可以以,I,帧或,B,帧开始，而结尾必须为,I,帧或,P,帧。,片,Slice:,每幅图像分成一系列大小可变的块,最大的可为 整幅图像，最小的可为一个宏块,定义片的目的是:在发生误码时,解码器可以丢弃一个片 而不是一幅图像,同时可在片一个层次上定义量化因子对码流校正,MPEG1,视频压缩算法,18,MPEG1,视频压缩算法,19,MPEG1,视频压缩算法,运动补偿技术在宏块一级工作：,I,帧：没有使用运动补偿预测，与,Baseline JPEG,类似，,I,帧可用作预测,P,帧和,B,帧的参考帧。,P,帧：采用一个参考帧的运动补偿的帧间预测编码方式，,当前,P,帧前面的,I,帧和,P,帧作为其参考帧，采用前向预测（,Farword Prediction,）方式。,I,帧可用作预测,P,帧和,B,帧的参考帧。,B,帧：采用两个参考帧的运动补偿的帧间预测编码方式,当前,B,帧前后的,I,帧和,P,帧作为其参考帧，运动估计补偿块可由三种方式获得：前向预测（,Farword Prediction,）方式，后向预测（,backword Prediction,）和双向预测方式（,Bidirection Prediction,，均值）。,B,帧不作参考帧。,20,MPEG1,视频压缩算法,I,图像帧的压缩算法：,在空间方向上（帧内），,MPEG1,压缩采用,JPEG,压缩算法来去掉冗余信息。,21,MPEG1,视频压缩算法,P,图像帧的压缩算法：,对于,P,宏块，,MPEG1,采用运动补偿帧间预测算法来去掉时间轴上的冗余信息。,22,MPEG1,视频编码算法,B,图像帧的压缩算法：,23,MPEG1,视频编码算法,B,图像帧的压缩算法：,24,MPEG1,视频编码算法,I,帧编码,量化,对于,DC,的量化步长为,8,对于,AC,的量化,QDCT(i,j)=8*DCT(i,j)/qQ(i,j),Q,量化矩阵，,q,量化因子，量化因子在片的标题中，也可在每个宏块,25,MPEG1,视频编码算法,DC,量化,对,DC,系数差值编码为（,size,amp,）,amp,表示幅值,size,表示,amp,所需二进制位,Amp,用反码表示，,size,用,Huffman,编码,例,DC,差值为,195,195,(11000011),2,size=8,amp=11000011,size=8 111110,195,的码字,11111011000011,-195,的码字,11111000111100,Huffman,26,MPEG1,视频编码算法,AC,量化,Zigzag,编码，,AC,系数表示为（行程,/,幅度）,对（行程,/,幅度）用,Huffman,编码,27,MPEG1,视频编码算法,P,帧编码,对于,P,帧中的宏块进行编码时有更多的选择,（,1,）决定是否用运动补偿,（,2,）决定对宏块使用帧间编码方式还是帧内 编码方式,（,3,）决定宏块是否被编码,（,4,）决定是否改变量化因子,28,MPEG1,视频编码算法,B,帧编码,对于,B,帧中的宏块进行编码时有更多的选择,（,1,）决定是否使用前向运动补偿，还是后向,运动补偿或者双向运动补偿,（,2,）决定使用帧间编码方式还是帧内编码,（,3,）决定宏块是否被编码,（,4,）决定是否改变量化因子,29,MPEG1视频编码器框架,MPEG-4 视频压缩标准,MPEG-4 视频压缩标准,26 十月 20228:01:02 上午08:01:0210月-22,MPEG-4 视频压缩标准,15、楚塞三湘接，荆门九派通。,MPEG1视频编码算法,可伸缩性能（Scalability）,14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。,MPEG-1软件模拟：一个技术报告，给出了软件执行MPEG1前3个部分的运行结果。,帧规格：352288,I-frame:only intra coded macroblocks,MPEG-4 Visual:面向对象的应用,an object is described as a mesh in 3-D space.,运动补偿或者双向运动补偿,external to the VOP,described as transparent,30,MPEG1,视频编码算法,31,MPEG-2,通用视频压缩标准,MPEG-2,的标准号为,ISO/IEC 13818，,它主要由以下几部分组成：,MPEG-2,系统（,MPEG-1 Systems,）,MPEG-2,视频编码标准（,MPEG-2 Video）,MPEG-2,音频编码标准（,MPEG-2 Audio）,MPEG-2,高级音频编码标准（,MPEG-2 AAC）,与,MPEG-1,一样，,MPEG-2,只规定了码流结构和解码器算法规则，而把实际编码器模型向设计者开放，以提供更多的选择性和自由度。,32,MPEG-2 Video,MPEG-2 Video,与,MPEG-1,的基本编码算法相同，只是增加了如下功能：,（1）能够在很宽的范围内对不同分辨率和不同输出比特率的图像信号有效的进行压缩。,（2）处理隔行扫描的视频信号的能力（场编码）。,（3）多样化的取样模式：4:2:0，4:2:2，4:4:4,（4）可伸缩（,Scalable）,的视频编码模式：,编码时可以在图像质量和数据速率之间作出调整,解码时只对码流的一部分进行解码和对码流的全部进行解码能够分别获得不同质量的重建图像。,33,可伸缩性编码模式,（1）信噪比伸缩性（,Signal-to-Noise Scalability）,（2）,空间分辨率伸缩性（,Spatial Scalability）,（3）,时间分辨率伸缩性（,Temporal Scalability）,绝对值：,均方误差：,平均绝对帧差：,可伸缩性编码模式,可伸缩性编码模式,可伸缩性编码模式,可伸缩性编码模式,可伸缩性编码模式,可伸缩性编码模式,可伸缩性编码模式,下采样,上采样,+,-,可伸缩性编码模式,42,可伸缩性编码模式,可伸缩性编码模式,可伸缩性编码模式,可伸缩性编码模式,可伸缩性编码模式,47,MPEG-4,视频压缩标准,MPEG-4,从1994年开始工作，目标是为视听(,audio-visual),数据的编码和交互播放开发算法和工具，它是一个数据速率很低的多媒体通信标准。,MPEG-4,算法的核心是支持基于内容的(,content-based),的编码和解码功能，也就是对场景中使用分割算法抽取的单独的物理对象进行编码和解码。,48,MPEG-4,视频压缩标准,MPEG-4 Visual:,支持低码率应用,(tens of kbps or less).,支持面向对象或面向内容的编码,(,object-based or content-based coding,),将一个视频场景（,a video scene,）当成前景和背景对象,（,foreground and background objects,）的集合而不仅仅是矩形,帧的序列,.,特点：可以独立编码一个场景中的不同对象；复用场景成分；,不同来源的对象合成一个场景,；更高的交互能力,49,MPEG-4,视频压缩标准,输入格式：,picture size,（,listed in the table,）,frame rate:up to 30 f/s,4:2:0,Y:,Cr:Cb,帧的类型,：,Each frame is coded as an I-or P-frame.,I-frame:only intra coded macroblocks,P-frame:either intra-or inter-coded macroblocks.,MPEG-4 Visual:,面向低码率应用,50,MPEG-4,视频压缩标准,运动估计与补偿,Macroblock size:,16 x 16 or(optionally)8 x 8.,Motion vectors:half-pixel resolution.,变换编码,DCT transform:,对运动补偿后的残差图像编码,quantisation,zigzag scanning,run-level coding.,Variable-length coding,51,MPEG-4,视频压缩标准,MPEG-4 Visual:,面向对象的应用,面向对象编码的概念,如图所示：,场景,:,由一个背景和两,个前景视频对象,VO,(video object),构成,video object plane,(VOP),：,VO,的一个,时间瞬间的快照,(snapshot),Video scene showing multiple video objects,VO3,VO2,VO1,52,MPEG-4,视频压缩标准,形状编码（,Shape coding,）,specify the boundaries of each non-rectangular VOP,binary shape information:,internal to the VOP,described as opaque,external to the VOP,described as transparent,grey scale shape information,that identifies the transparency of the pixel it introduces the possibility of overlapping,semi-transparent VOPs,53,MPEG-4,视频压缩标准,54,MPEG-4,视频压缩标准,运动补偿（,Motion compensation,）,I-VOP:,VOP is encoded without any motion compensation.,P-VOP:,VOP is predicted using motion-compensated prediction,from a past I-or P-VOP.,B-VOP:VOP is predicted using motion-compensated prediction,from a past and a future I-or P-picture(with forward,backward or bidirectional prediction).,55,MPEG-4,视频压缩标准,纹理编码（,Texture coding,）,VOP:coded as texture.,basic tools:,DCT transform;,quantisation of the DCT coefficients;,(quantised DCT coefficients may be predicted from,previously transmitted blocks.),reordering;,variable-length coding.,56,MPEG-4,视频压缩标准,57,MPEG-4,视频压缩标准,可伸缩性能（,Scalability,）,Spatial scalability:,rectangular VOPs in a similar way to MPEG-2,Temporal scalability:individual VOPs.,For example,a background VOP,(encoded without Scalability),a foreground VOP,(encoded with several layers of,temporal Scalability).,decoding a foreground object at a higher frame rate,a background object at a lower frame rate.,58,MPEG-4,视频压缩标准,Sprite coding,A,sprite is a VOP present for the entire duration of a video sequence,A sprite may be encoded and transmitted once at the start of the sequence,For example:a background sprite,only the foreground VOPs need to be coded,for more complex camera movemen(ets.g.zoom or rotation),the decoder:,warp the sprite.,59,MPEG-4,视频压缩标准,60,MPEG-4,视频压缩标准,静止纹理（,Static texture,）,An alternative set of tools to the DCT may be used to code static texture,i.e.texture data that does not change rapidly.The main application for this is to code texture that is mapped onto a 2-D or 3-D surface(described below).Static image texture is,coded efficiently using a wavelet transform.,61,MPEG-4,视频压缩标准,网格和,3D,模型编码（,Mesh and 3D model coding,）,2-D mesh coding:,an object is coded as mesh of triangular patches in a 2-D,plane.,3-D mesh coding:,an object is described as a mesh in 3-D space.,Face and body model coding,a human face or body is rendered at the decoder according,to a face or body model.The model is controlled(moved)by,changing animation parameters.,Static texture is mapped,onto,the model surface.,62,MPEG-4,视频压缩标准,9,、静夜四无邻，荒居旧业贫。,10月-26,10月-26,Monday,October 5,2026,10,、雨中黄叶树，灯下白头人。,16:29:22,16:29:22,16:29,10/5/2026 4:29:22 PM,11,、以我独沈久，愧君相见频。,10月-26,16:29:22,16:29,Oct-26,05-Oct-26,12,、故人江海别，几度隔山川。,16:29:22,16:29:22,16:29,Monday,October 5,2026,13,、乍见翻疑梦，相悲各问年。,10月-26,10月-26,16:29:22,16:29:22,October 5,2026,14,、他乡生白发，旧国见青山。,05 十月 2026,4:29:22 下午,16:29:22,10月-26,15,、比不了得就不比，得不到的就不要。,。,十月 26,4:29 下午,10月-26,16:29,October 5,2026,16,、行动出成果，工作出财富。,2026/10/5 16:29:22,16:29:22,05 October 2026,17,、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。,4:29:22 下午,4:29 下午,16:29:22,10月-26,9,、没有失败，只有暂时停止成功！。,10月-26,10月-26,Monday,October 5,2026,10,、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。,16:29:22,16:29:22,16:29,10/5/2026 4:29:22 PM,11,、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。,10月-26,16:29:22,16:29,Oct-26,05-Oct-26,12,、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。,16:29:22,16:29:22,16:29,Monday,October 5,2026,13,、不知香积寺，数里入云峰。,10月-26,10月-26,16:29:22,16:29:22,October 5,2026,14,、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。,05 十月 2026,4:29:22 下午,16:29:22,10月-26,15,、楚塞三湘接，荆门九派通。,。,十月 26,4:29 下午,10月-26,16:29,October 5,2026,16,、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。,2026/10/5 16:29:22,16:29:22,05 October 2026,17,、空山新雨后，天气晚来秋。,4:29:22 下午,4:29 下午,16:29:22,10月-26,9,、杨柳散和风，青山澹吾虑。,10月-26,10月-26,Monday,October 5,2026,10,、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。,16:29:22,16:29:22,16:29,10/5/2026 4:29:22 PM,11,、越是没有本领的就越加自命不凡。,10月-26,16:29:22,16:29,Oct-26,05-Oct-26,12,、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。,16:29:22,16:29:22,16:29,Monday,October 5,2026,13,、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。,10月-26,10月-26,16:29:22,16:29:22,October 5,2026,14,、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。,05 十月 2026,4:29:22 下午,16:29:22,10月-26,15,、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。,十月 26,4:29 下午,10月-26,16:29,October 5,2026,16,、业余生活要有意义，不要越轨。,2026/10/5 16:29:22,16:29:22,05 October 2026,17,、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。,4:29:22 下午,4:29 下午,16:29:22,10月-26,MOMODA POWERPOINT,Lorem ipsum dolor sit amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blandit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis ut cursus.,感谢您的下载观看,专家告诉,