视频压缩技术

视频压缩技术FrankSun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=1~30）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（VideoES）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=1~30）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（JointPhotographicExpertsGroup）联合图像专家组MPEG（MovingPhotographicExpertsGroup）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=1~30）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=1~30），为了满足会议和可视电话的需要

（p*64kbps（p=1~30）指编码后码率）采用CIF（CommonIntermediateFormat）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，GroupofBlock）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=36.5MbpsQCIF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，ElementBitStream）PES（分组基本码流，PacketElementaryStream）TS（复用后的传送码流，TransportStream）和PS（复用后的节目码流，ProgramStream）第20页，共22页。视频压缩编码标准MPEG-2标