MPEG-2视频技术李晓林

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1、MPEG-2视频技术多媒体开发中心软件所李晓林1讨论内容MPEG-2视频编解码技术一、JPEG图象帧内压缩编码标准二、帧间预测压缩编码标准三、MPEG-2视频码流实体结构四、MPEG视频码流的语法结构五、MPEG视频码流的解码过程六、MPEG视频码流的框架和级别2视频编码技术第一部分JPEG图象帧内压缩编码标准3MPEG-2标准利用电视图象信号的空间冗余和时间冗余，分别采用帧内编码和帧间编码。4图象帧内编码帧内编码是仅利用图象内部特性——空间相关性对图象进行编码。编码的标准是JPEG算法。JPEG是对彩色和灰度图象压缩的公用标

2、准。JPEG的压缩步骤为：DCT变换、量化、熵编码。56图象内容的相关性图象内容存在空间相关性要求变换编码产生的系数相关性弱，能量集中；快速计算。7图象分块编码块8象素8象素图象组块宏块编码单位8离散余弦变换m,n是图象块从坐上角开始的横纵坐标u,v是变换域上从左上角开始的横纵坐标C(u)=C(v)=1或当u=v=0时。9图象分块编码效率减少运算量图象大小为，DCT变换运算量为块大小为M时，DCT变换运算量为计算量之比为，当N=512，M=8时，比值为1/3。利用图象的相关性效率差10图象编码示例——图象块数据11图象编码示例

3、——离散余弦变换结果12选择性丢弃码字分区编码符合图象的自然特性位置固定，省去了位置编码能量集中程度底于阀值编码阀值编码能量较集中需要对象素的位置信息进行编码（游程编码run-length）在需要恒定码率的系统中，需要动态调整阀值门限，保证每一幅图象的比特率恒定。13DCT中分区编码示例14幅度量化自然量化按照MMSE（最小均方误差）准则，量化值和信号的概率密度函数有关。用尽可能少的比特表示信号15图象编码示例——亮度量化矩阵16量化过程就是用DCT系数除以和它相同位置的量化步长数据，取和商值最接近的整数作为量化结果。经过量化

4、后，块右下角的DCT系数大部分变为0，因此通过量化可以丢弃部分数据，实现压缩功能。解码器端有相同的量化表来恢复数据17图象编码示例——量化结果18图象编码示例——图象重建结果19图象编码示例——重建图象误差20码字分配Zigzag扫描Huffman编码21Huffman编码信息熵H定长码Huffan编码思想是对概率大的符号编较短的码，对出现概率小的符号编较长的码。22Huffman编码示例信源概率s10.4s20.3s30.1s40.06s50.04s60.10.10.210010.3010.60110123Huffman编码

5、示例信源概率码字码长自然码S10.411000S20.3002001S30.10113010S40.06010105011S50.04010115100S60.101004101平均码长:0.41+0.32+0.13+0.065+0.045+0.14=2.224Zigzag扫描目的将量化后的二维矩阵数据转化为一维数据序列对象素的位置编码使块中零系数连续的长度较长25Zigzag扫描26直流系数是块DCT系数在坐标(0,0)处的数据。其它位置的数据为交流数据。直流和交流系数分别采用不同的编码方法。27直流系数可变长码

6、编码直流差值分类亮度码字色度码字……………………-3~-2201108~154110111016~315111011110……………………28交流系数编码——RLC码字每个非零交流系数都用两个参数的码子来表示，即非零系数前零的个数和非零系数本身的值。一个码字就是一对（run,level）称为RLC码字。其中run值用可变长码来表示29交流系数范围及分类系数范围分类…………-1~11-3~-228~15416~315…………30交流系数游程Huffman表0的游程分类码长码字0120002201……………………114110012

7、6111001……………………31视频编码技术第二部分帧间预测压缩编码标准32帧间预测编码在MPEG-2标准协议中，发送端只传送一部分图象，其它的图象由解码器依靠已传输的图象来恢复，这就产生了帧间编码。33帧间预测编码简介帧间编码是利用图象之间存在时域相关性，利用过去或将来的图象象素来预测现在的图象数据的编码方法。预测编码又称为差值编码。运动估计：求出运动矢量运动补偿：求出运动补偿值34差值编码原理图象之间内容变化缓慢。导致图象间差值零或接近于零的小差值出现的概率大，大差值出现的概率小，可以进行可变长优化编码。信号幅值概率差值

8、绝对值概率35预测编码示例图过去帧当前帧运动矢量运动估计利用运动矢量得到当前帧的估计相减得到运动补偿解码器e36运动估计匹配标准均方误差MSE最小准则绝对误差MAE最小准则37运动估计算法穷尽搜索法二维对数法三步搜索法38以块/象素为基础的运动估计以块为基础的运动估计接受机简