多媒体第四讲第2章

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1、2.4运动图像压缩标准MPEG2.4.1MPEG标准简介MPEG标准是面向运动图像压缩的一个系列标准。最初MPEG专家组的工作项目是3个，即在1.5Mbps，10Mbps，40Mbps传输速率下对图像编码，分别命名为MPEG-1，MPEG-2，MPEG-3。MPEG-3后被取消。为了满足不同的应用要求，MPEG又将陆续增加其他一些标准MPEG-4，MPEG-7，MPEG-21。2MPEG算法编码过程和解码过程是一种非镜象对称算法(不对称)，解码过程要比编码过程相对简单些。MPEG-1和MPEG-2只规定

2、了解码的方案，重点将解码算法标准化。因而用硬件实现MPEG算法时，人们首先实现MPEG的解码器，如C-Cube公司CL450解码器系列。最近几年，随着MPC性能的提高，软件解压功能也逐渐得到支持。32.4.2MPEG-1系统“用于数字存储媒体运动图像及其伴音速率为1.5Mbps的压缩编码”简称MPEG-1，作为ISO/IEC11172号建议于1992年通过。主要用于在CD-ROM存储运动视频图像，它针对标准分辨率(NTSC制为352×240；PAL制为352×288)的图像进行压缩，每秒30帧画面，具备

3、CD音质。它还用于数字电话网络上的视频传输，如非对称数字用户线路(ADSL)、视频点播、教育网络等。使用MPEG-1的压缩算法，可将一部120分钟长的电影压缩到1.2GB左右。因此，它被广泛地应用于VCD制作。4MPEG-1分为5个部分(1)MPEG系统(11172-1)，定义音频、视频及有关数据的同步；(2)MPEG视频(11172-2)，定义视频数据的编码和重建图像所需的解码过程，亮度信号分辨率为360×240，色度信号分辨率为180×120；(3)MPEG音频(11172-3)，定义音频数据的编码

4、和解码；(4)一致性测试(11172-4)；(5)软件模拟(11172-5)。5MPEG标准只规定了功能和性能方面的要求和指标，并未指定具体的编码器/解码器的体系结构或具体实现。可供参考的一个典型的编码器/解码器原型如图。6比较PTS比较PTS系统解码抽取SCR缓冲器、解码和展现系统时钟STC数字存储介质DSM视频输入音频输入组装画面(按系统时钟STC采样、加时间戳PTS)组装音频(按系统时钟STC采样、加时间戳PTS)多路复合系统代码缓冲器编码编码系统时钟STC缓冲器、解码和展现视频输出音频输出按系统

5、时钟参考SCR采样6MPEG-1编解码器原型：多路复合而成的码流假设以介质特定格式存储在数字存储介质(DSM)或网络上，标准不规定介质特定格式。系统解码器从输入多路复合流中抽取定时信息，并对输入流进行分流处理，输出两个基本流分别给视频和音频解码器。视频和音频解码器分别解码输出视频和声音信号。7系统、视频、音频和介质4个解码器之间用定时信息进行同步。多路复合流构造为2层：系统层和压缩层。系统解码输入的是系统层；而视频、音频解码器输入的是压缩层。8系统解码器执行两类操作：一类是作用在整个多路复合流上的操作，

6、称为复合流操作；一类是作用在单个基本流上的操作，称为特定流操作。系统层分为两个子层：一个子层称为包(pack)，是复合流操作对象；一个子层称为组(packet)，它用于特定流操作。9MPEG音频标准的特点：音频信号采样率可以是32kHz，44.1kHz或48kHz。压缩后的比特流可以按以下4种模式之一支持单声道或双声道：提供给单音频通道的单声道模式；提供给两个独立的单音频通道的双-单声道模式；提供给立体声通道的立体声模式；联合立体声模式，利用立体声通道之间的关联或通道之间相位差的无关性，或者对两者同时利

7、用。10MPEG音频标准提供3个独立的压缩层次，用户可在复杂性和压缩质量之间权衡选择。层1最简单，使用比特率384kbps，主要用于DCC；层2的复杂度中等，使用比特率192kbps左右，主要应用于数字广播的音频编码、CD-ROM上的音频信号以及CD-I和VCD。层3最为复杂，使用比特率64kbps，尤其适用于ISDN上的音频传输，有损压缩但音质保持逼真效果。MP3音乐是利用MPEGAudioLayer3的技术，声音采用1：10甚至1：12的压缩率。11压缩后的比特流具有预定义的比特率之一。MPEG音频

8、标准也支持用户使用预定义的比特率之外的比特率。编码后的比特流支持循环冗余校验(CRC)。MPEG音频标准还支持在比特流中载带附加信息。122.4.3MPEG-1视频数据流的结构图2.16MPEG-1数据体系结构运动图像序列图像组图像图像切片宏块块8像素8像素13MPEG-1数据流的结构：运动图像序列图像组图像组由一系列图像组成，可以从运动序列中随机存取图像图像信号分3个部分：一个亮度信号Y和两个色度信号U、V14图2.17色度和亮度的位置关