数字图像处理视频压缩标准

本文主要是介绍数字图像处理视频压缩标准，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

第二十一章视频压缩标准

引言
H.261标准
MPEG-1标准
MPEG-2标准
MPEG-4标准
MPEG-7标准

作业

1. 引言

视频压缩标准是多媒体领域中的重要内容，针对视频会议、网络通讯、数字广播等广泛的应用场合制定了一系列的标准，包括H.261, MPEG-1, MPEG-2等，目前正在制定的标准有, MPEG-4，, MPEG-7。

本章只简单地介绍其基本情况，详细的内容请参照数字视频和多媒体方面的书籍[1][2][3]。

2. H.261标准

H.261是用于视频会议和可视电话业务的以px64kbps, p=1,…,30的速率在综合业务数字网（ISDN）上传送视频信号的压缩标准。例如，64kbps (p=1) 用于低端的可视电话业务，其中视频信号传输占用48 kbps的带宽，剩下的16 kbps用于音频信号；384 kbps（p=6）或更高的速率用于高端的视频会议业务。在ISDN信道上最高传输率为19.2Mbps (p=30)，足以传送VHS质量的视频信号。

H.261颁布于1990年，主要用于双向视频通信，允许的最大编码延迟为150ms。它的输入图象格式为通用（同时适用于625线和525线的视频标准）中间格式CIF (352x288)，低端可用其四分之一大小的QCIF (176x144)格式，桢率为30,15,10,7.5四种，隔行（interlaced）视频，宽高比4:3。

H.261的编码方案是基于DCT和DPCM的预测编码算法，运动每桢图象分成8x8的子块，再组成宏块、块组，宏块由4个8x8的亮度块和2个8x8的色度块组成，每个块组由3x11个宏块组成。每幅QCIF图象有3个块组，每幅CIF图象有12个块组，形成一个多层次的块结构。

H.263是在H.261的基础上针对低码率（低于64kbp）视频压缩提出的标准，与H.261不同的是采用半象素精度运动补偿算法和变长编码，并引进了16种可协商的编码选项用于提高压缩性能和支持新增加的功能[2]。

3. MPEG-1标准

MPEG-1是1992年通过的视频压缩标准，用于CIF格式的视频在速率约1.5Mbps的各种数字存储介质（如CD-ROM,DAT,硬盘及光驱等）上的编码表示，主要应用在交互式多媒体系统中。

MPEG-1算法与H.261算法相似，另外有一些自己的特点。它在1.2Mbps（视频信号）速率下压缩和解压缩CIF格式的视频质量与VHS记录的模拟视频质量相当。它是一种通用标准，在这个标准中，规定了编码位流的表示语法和解码方法，提供的支持操作有运动估计、运动补偿预测、DCT、量化和变长编码。与JPEG不同的是其中没有定义产生合法数据流所需的详细算法，为编码器设计提供了大量的灵活性。MPEG-1的特点有：（1）随机存取，（2）支持快速双向搜索，（3）允许大约1秒的编码/解码延迟，比H.261的150ms内的严格限制松得多。

MPEG-1采用了三种类型的图象：桢内图I（intra-picture），预测图P(Predicted picture)，双向预测图B(Bidrectioanl prediction)。MPEG-1采用桢间运动补偿以提高压缩率。

MPEG-1是针对逐行视频的，输入视频首先要转换为MPEG-1标准输入格式（SIF，352x240,30Hz），采用(Y,Cr,Cb)颜色空间,亮度和色度象素都是8位编码。桢内压缩与JPEG类似.

桢间压缩有两种不同模式：

P-图象

参考前一桢I-图象或P-图象，使用运动补偿前向预测编码。

B-图象

B-图象是MPEG-1的一个主要特点，使用了运动补偿内插编码技术。这可看作为时间多分辨率技术，首先重构I-图象和P-图象（通常占所有图象的1/3），然后从重构的I-图象和P-图象中插补剩余的图象，产生的内插误差用DCT编码。

MPEG-1的位流遵循一种层次的数据结构[1]，包括六层：块、宏块、切片、图象、图象组、序列。切片由宏块组成，主要用于误差恢复；许多切片组成图象，有I-图象、P-图象和B-图象，此外还有D-图象（仅包含DC分量，用于超低速率下提供浏览功能）；由图象组成图象组，再由图象组形成序列。

4. MPEG-2标准

MPEG-2是1993年通过的视频压缩标准，用于高清晰度视频和音频的编码，也包含用于可视电话中的超低码率（8-32kbps）的压缩编码。MPEG-2是MPEG-1的兼容扩展，广泛应用于各种速率（2-20Mbps）和各种分辨率情况下的场合。

MPEG-2不仅接受逐行扫描视频，也可以接受隔行扫描视频，高清晰度视频，提供可伸缩调节的位流，提供改进的量化和编码选项。它包含了多个级别的分辨率：

5. MPEG-4标准

MPEG-4与MPEG-1和 MPEG-2标准区别在于它是基于内容的压缩编码方法，它对一幅图象按内容切分为块，将感兴趣的物体从场景中分割出来进行编码，可以获得高压缩比效果，而且可以支持基于内容的交互。MPEG-4引入视频对象VO(Video Object)和视频对象平面VOP(Video Object Plane)概念来表示内容。视频对象VO的构成依赖于具体的应用和实际系统所处的环境。VO的描述通过三类信息来实现：运动信息、形状信息和纹理信息。

MPEG-4 overview

参见：贺玉文的报告：MPEG-4, MPEG-7简介

6. MPEG-7标准

MPEG-7的目的是定义“多媒体内容描述接口”标准以支持基于内容的视频检索。

MPEG-7 overview

参见：贺玉文的报告：MPEG-4, MPEG-7简介

参考文献

A.M. Tekalp (崔之祜、江春、陈丽鑫译), Digital video processing, Prentice Hall电子工业出版社，1998。
钟玉琢，多媒体技术，（高级），清华大学出版社，1999。
Vasudev Bhaskaran, Konstantinos Konstantinides, Image and video compression standards: algorithms and architectures, Kluwer Academic Publishers, Boston, 1995.