图像压缩编码标准.pptx

图像压缩编码标准图像压缩编码标准图像图像图像图像压缩压缩压缩压缩编码编码编码编码标准标准标准标准静止静止运动运动JPEG2000JPEGITU制定：制定：H.26X（H.261、H.263、H.264）ISO、IEC制定：制定：MPEG-x（MPEG-1、2、4、7）分类：分类：一、图像尺寸的规定及帧类型定义亮度：Y 720像素色差:CB、CR 360像素欧洲、我国：720像素*576行美国、日本：720像素*480行像素减半丢掉一场MPEG-1 SIF：360像素*288行宏块：16*16像素360不能被16整除SIF：360像素SIF有效像素区362像素*288行SIF有效像素区362像素*288行H.261 公用中间格式 CIF（common intermedia format）视频编码图像格式一览表图像帧I帧P帧B帧D帧图像的传输顺序和显示顺序不同二、H.26x建议1、H.261建议H.261又称为P*64，其中P为64kb/s的取值范围，是1到30的可变参数，它最初是针对在ISDN上实现电信会议应用特别是面对面的可视电话和视频会议而设计的，色度采用4:2:0采样。H.261规定图象输入格式有两种：CIF和QCIF。1、2 CIF当P=6 CIF、QCIF图像层P(Picture layer)块组层GOB(group of block layer)宏块层MB(macro block layer)块层B(block layer)结构组成：H.261数据结构图：2、H.263建议H.263H.263是由ITU-T制定的视频会议用的低码率视频编码标准，属于视频编解码器基于之前的视频编码国际标准（H.261，MPEG-1和H.262MPEG-2），H.263的性能有了革命性的提高。它的第一版于1995年完成，在所有码率下都优于之前的H.261。H.263是基于运动补偿的DPCM的混合编码，在运动补偿的DPCM混合编码，在运动搜索的基础上进行运动补偿，然后运用DCT变换和“之”字形扫描 编码，从而得到输出码流。H.263在H.261建议的基础上，将运动矢量的搜索增加为半象素点搜索；同时又增加了无限制运动矢量、基于语法的算术编码、高级预测技术和PB帧编码等四个高级选项；从而达到了进一步降低码速率和提高编码质量的目的。：(1)H.263的运动补偿使用半象素精度，而H.261则用全象素精度和循环滤波；(2)数据流层次结构的某些部分在H.263中是可选的，使得编解码可以配置成更低的数据率或更好的纠错能力；(3)H.263包含四个可协商的选项以改善性能；(4)H.263采用无限制的运动向量以及基于语法的算术编码；(5)采用事先预测和与MPEG中的P-B帧一样的帧预测方法；(6)H.263支持5种分辨率，即除了支持H.261中所支持的QCIF和CIF外，还支持SQCIF、4CIF和16CIF，SQCIF相当于QCIF一半的分辨率，而4CIF和16CIF分别为CIF的4倍和16倍。编码模式：3、H.263+、H.263+H.263v2H.263v2（通常也叫做H.263+H.263+或者1998年版H.263）是ITU-T H.263 视频编码标准第二版的非正式名称。它保持了原先版本H.263的所有技术，但是通过增加了几个附录显著的提高了编码效率并提供了其它的一些能力，例如增强了抵抗传输信道的数据丢失的能力（Robustness）。H.263+项目于1998年2月在ITU正式通过。接下来一个被称为H.263+的项目被随即推出，在H.263+的基础上增加了更多的新的功能。H.263+（亦称H.263v3或2000版H.263）于2000年底完成。H.263+新增几种编码模式用于提高压缩比l增强的PB帧l高级帧内编码模式l块效应消除滤波器l分级编码模式l分片结构模式l附加增强信息模式l参考帧重取样H.263+在H.263+基础上新增三种编码模式主要用于增强抗误码性能及增强编码效率4、H.264H.264/MPEG-4 AVC是一种面向块的基于运动补偿的编解码器标准。由ITU-T视频编码专家组与ISO/IEC联合工作组即动态图像专家组（MPEG）联合组成的联合视频组（JVT，Joint Video Team）开发。因ITU-T H.264H.264标准和 ISO/IEC MPEG-4 AVCAVC标准（正式名称是ISO/IEC 14496-10 MPEG-4第十部分，高级视频编码）有相同的技术内容，故被共同管理。H.264因其是蓝光盘的一种编解码标准而著名，所有蓝光盘播放器都必须能解码H.264。它也被广泛用于网络流数据源如Vimeo、YouTube、以及iTunes Store，网络软件如Adobe Flash Player和Microsoft Silverlight，以及各种HDTV陆基广播（ATSC，ISDB-T，DVB-T或DVB-T2），线缆（DVB-C）以及卫星（DVB-S和DVB-S2）。H.264/AVC项目意图创建一种视频标准。与旧标准相比，它能够在更低带宽下提供优质视频（换言之，只有MPEG-2，H.263或MPEG-4第2部分的一半带宽或更少），也不增加太多设计复杂度使得无法实现或实现成本过高。另一目的是提供足够的灵活性以在各种应用、网络及系统中使用，包括高、低带宽，高、低视频分辨率，广播，DVD存储，RTP/IP网络，以及ITU-T多媒体电话系统。H.264 的主要优点包括:1.在相同的重建图像质量下，H.264 比H.263+和MPEG-4(SP)减小50%码率。2.对信道时延的适应性较强，既可工作于低时延模式以满足实时业务，如会议电视等；又可工作于无时延限制的场合，如视频存储等。3.提高网络适应性，采用“网络友好”的结构和语法，加强对误码和丢包的处理，提高解码器的差错恢复能力。4.在编/解码器中采用复杂度可分级设计，在图像质量和编码处理之间可分级，以适应不同复杂度的应用。相对于先期的视频压缩标准，H.264 引入了很多先进的技术，包括44 整数变换、空域内的帧内预测、1/4 象素精度的运动估计、多参考帧与多种大小块的帧间预测技术等。新技术带来了较高的压缩比，同时大大提高了算法的复杂度。H.264相比于H.261、H.263，具有的特点l帧间预测l帧内预测l分层设计l高精度、多模式运动估计l4*4块的整数变换l统一的VLCl面向IP和无线环境传输结构：H.264 标准的推出，是视频编码标准的一次里程碑式的重要进步，它与现有的MPEG-2、MPEG-4 SP 及H.263相比，具有明显的优越性，特别是在编码效率上的提高，使之能用于许多新的领域。尽管H.264 的算法复杂度是现有编码压缩标准的4 倍以上，随着集成电路技术的快速发展，以及受到业界几乎所有主流视频相关设备/产品厂商的支持，H.264 的商业应用已经在全世界迅速推广。三、MPEG标准MPEG是活动图像专家组(Moving Picture Exports Group)的缩写，于1988年成立，是为数字视/音频制定压缩标准的专家组，目前已拥有300多名成员，包括IBM、SUN、BBC、NEC、INTEL、AT&T等世界知名公司。MPEG组织最初得到的授权是制定用于“活动图像”编码的各种标准，随后扩充为“及其伴随的音频”及其组合编码。后来针对不同的应用需求，解除了“用于数字存储媒体”的限制，成为现在制定“活动图像和音频编码”标准的组织。MPEG组织制定的各个标准都有不同的目标和应用，目前已提出MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21标准。MPEG-21：将标准集成起来相互支持和协调以管理多媒体MPEG-1：1992年正式发布的数字电视标准MPEG-2：数字电视标准MPEG-3：于1992年合并到高清晰度电视（HDTV）工作组MPEG-4：1999年发布的多媒体应用标准MPEG-7：多媒体内容描述接口标准MPEG标准分类：1、MPEG-1标准MPEG-1标准于1993年8月公布，用于传输1.5Mbps数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音的编码。原来的主要目标是在CD光盘上记录图像，后来被广泛应用在VCD光盘。该标准包括五个部分：第一部分说明了如何根据第二部分（视频）以及第三部分（音频）的规定，对音频和视频进行复合编码。第四部分说明了检验解码器或编码器的输出比特流符合前三部分规定的过程。第五部分是一个用完整的C语言实现的编码和解码器。高压缩比该标准从颁布的那一刻起，MPEG-1取得一连串的成功，如VCD和MP3的大量使用，Windows95以后的版本都带有一个MPEG-1软件解码器，可携式MPEG-1摄像机等等。其中,MP3是“MPEG Audio Layer-3”的缩写Layer-3相比于Layer-1、Layer-2具有最好的压缩率2、MPEG-2标准MPEG-2的标准号为ISO/IEC13818，标准名称为“信息技术电视图像和伴音信息通用编码”。它是声音和图像信号数字化的基础标准，将广泛用于数字电视（包括HDTV）及数字声音广播、数字图像与声音信号的传输，多媒体等领域。MPEG组织于1994年推出MPEG-2压缩标准，以实现视/音频服务与应用互操作的可能性。MPEG-2标准是针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定，编码码率从每秒3兆比特100兆比特，标准的正式规范在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG-1的简单升级，MPEG-2在系统和传送方面作了更加详细的规定和进一步的完善。MPEG-2特别适用于广播级的数字电视的编码和传送，被认定为SDTV和HDTV的编码标准。MPEG-2与MPEG-1的不同部分：lMPEG-2支持隔行扫描视频格式l输入、出图像色彩分量之比可以是4:2:0、4:2:2、4:4:4l可直接对隔行扫描视频信号进行处理l在空间、时间分辨率和信噪比方面可分级性l码流结构的可分级性l输出码率可恒定也可变化主要应用：视音频资料的保存电视节目的非线性编辑系统一卫星传输二三3、MPEG-4标准运动图像专家组MPEG 于1999年2月正式公布了MPEG-4（ISO/IEC14496）标准第一版本。同年年底MPEG-4第二版亦告底定，且于2000年年初正式成为国际标准。MPEGMPEG-4-4是一套用于音频、视频信息的压缩编码标准，由国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）下属的“动态图像专家组”（Moving Picture Experts Group，即MPEG）制定，第一版在1998年10月通过，第二版在1999年12月通过。MPEG-4格式的主要用途在于网上流、光盘、语音传送（视频电话），以及电视广播。MPEG-4包含了MPEG-1及MPEG-2的绝大部份功能及其他格式的长处，并加入及扩充对虚拟现实模型语言（VRML，Virtual Reality Modeling Language）的支持，面向对象的合成文件（包括音效，视频及VRML对象），以及数字版权管理（DRM）及其他交互功能。而MPEG-4比MPEG-2更先进的其中一个特点，就是不再使用宏区块做图像分析，而是以图像上个体为变化记录，因此尽管图像变化速度很快、码率不足时，也不会出现方块画面。MPEG-4系统的一般框架是：对自然或合成的视听内容的表示；对视听内容数据流的管理，如多点、同步、缓冲管理等；对灵活性的支持和对系统不同部分的配置。与MPEG-1、MPEG-2相比，MPEG-4具有如下独特的优点：基于内容的交互性高效的压缩性一通用的访问性二三主要应用：1因特网视音频广播2无线通信6电子游戏4电视电话5计算机图形、动画与仿真 3静止图像压缩压缩方式播放器MP44、MPEG-7标准MPEG-7标准被称为“多媒体内容描述接口”，为各类多媒体信息提供一种标准化的描述，这种描述将与内容本身有关，允许快速和有效的查询用户感兴趣的资料。它将扩展现有内容识别专用解决方案的有限的能力，特别是它还包括了更多的数据类型。换而言之，MPEG-7规定一个用于描述各种不同类型多媒体信息的描述符的标准集合。该标准于1998年10月提出。MPEG-7标准组成：lMPEG-7系统lMPEG-7描述定义语言lMPEG-7音频lMPEG-7视频lMPEG-7属性实体和多媒体描述结构lMPEG-7参考软件lMPEG-7一致性MPEG-7目标：1、支持多种音频、视觉描述2、提供一种描述多媒体材料的方法3支持数据管理的灵活性、数据资源的全球化和互操作性MPEG-7的应用领域很广，包括：数字图书馆。例如，图像目录、音乐词典等。多媒体目录服务。例如，黄页等。广播式媒体的选择。例如，无线电频道、TV频道等。个人电子新闻服务、多媒体创作等。教育、娱乐、新闻、旅游、医疗和电子商务等。5、MPEG-21标准互联网改变了物质商品交换的商业模式，这就是“电子商务”。新的市场必然带来新的问题：如何获取数字视频、音频以及合成图形等“数字商品”，如何保护多媒体内容的知识产权，如何为用户提供透明的媒体信息服务，如何检索内容，如何保证服务质量等。此外，有许多数字媒体(图片、音乐等)是由用户个人生成、使用的。这些“内容供应者”同商业内容供应商一样关心相同的事情：内容的管理和重定位、各种权利的保护、非授权存取和修改的保护、商业机密与个人隐私的保护等。目前虽然建立了传输和数字媒体消费的基础结构并确定了与此相关的诸多要素，但这些要素、规范之间还没有一个明确的关系描述方法，迫切需要一种结构或框架保证数字媒体消费的简单性，很好地处理“数字类消费”中诸要素之间的关系。MPEG-21就是在这种情况下提出的。制定MPEG-21标准的目的是：(1)将不同的协议、标准、技术等有机地融合在一起；(2)制定新的标准；(3)将这些不同的标准集成在一起。MPEG-21标准其实就是一些关键技术的集成，通过这种集成环境就对全球数字媒体资源进行透明和增强管理，实现内容描述、创建、发布、使用、识别、收费管理、产权保护、用户隐私权保护、终端和网络资源抽取、事件报告等功能。任何与MPEG-21多媒体框架标准环境交互或使用MPEG-21数字项实体的个人或团体都可以看作是用户。从纯技术角度来看，MPEG-21对于“内容供应商”和“消费者”没有任何区别。MPEG-21多媒体框架标准包括如下用户需求：(1)内容传送和价值交换的安全性；(2)数字项的理解；(3)内容的个性化；(4)价值链中的商业规则；(5)兼容实体的操作；(6)其它多媒体框架的引入；(7)对MPEG之外标准的兼容和支持；(8)一般规则的遵从；(9)MPEG-21标准功能及各个部分通信性能的测试；(10)价值链中媒体数据的增强使用；(11)用户隐私的保护；(12)数据项完整性的保证；(13)内容与交易的跟踪；(14)商业处理过程视图的提供；(15)通用商业内容处理库标准的提供；(16)长线投资时商业与技术独立发展的考虑；(17)用户权利的保护，包括：服务的可靠性、债务与保险、损失与破坏、付费处理与风险防范等；(18)新商业模型的建立和使用。