align=center style="LINE-HEIGHT: 150%; MARGIN-LEFT: 5px; MARGIN-RIGHT: 5px; TEXT-INDENT: 20px"><b><FONT color=#0000ff size=2>视频压缩基本概念</FONT></b></P>
><b><FONT color=#800080 size=2>背景知识</FONT></b></P>
><FONT size=2> 在过去的几年里,关于视颇压缩的争论己成为—个极其热门的话题,但有趣的是,视频信号 的压缩并不是一个新问题。许多人并没有意识到,伴随着1950年代彩色电视的引入,视频 压缩第一次商品化了。三幅分别显示红,蓝,绿的最高分辨串的图象,共占用15MHZ的总带 宽;但被压缩成一路仅占5MHZ的复合信号——3:1的带宽压缩率被引入了。这种方式虽然 简单,但毕竞是压缩了。 当然,这种早期的压缩方式是通过模拟技术实现的。今天,更稳定连续的图象质量,更高的 压缩串可以通过把模拟信号转换为数字信号,利用一些高度复杂的技术来完成的。这些技术 最终带来了更高的压缩效串和更精细的压缩图象处理方法。这些数字技术需要极为强大的计 算能力,直到最近在经济上仍然是不可行的。然而,今天,情况有了变化</FONT><FONT size=2><FONT color=#000000>。 7 {, O! U5 U% w% w4 [- S
><FONT size=2> 通过色度--亮度采样的结合,在不损害图象质量的同时,减少所需带宽得以实现。4:2:2中 的“4”是指4倍于分量数字系统中采用的副载波采样频率。有趣的是,亮度采样频率实际 上是13.5MHZ:数字“4”的使用只是在考虑14.3MHZ NTSC采样频率是遗留下来的历史问题。13.5MH2的采样频率是——个折衷的选择,只是因为它相对525和625线的系统都有整数关系。 采样方式中的“2”是指色差信号Cb,Cr其采样频率刚好是亮度采样频率的一半(6.75mhz)。 人限亮度分辨能力的特点使得这种对分采样频率的方法能够使用:大范围的心理视觉测试己 证实,对于诸如色键等要求苛刻的后期制作类应用环境,6.75MHz的采样频率所能达到的色 度已经足够了。</FONT><FONT color=#000000 size=2>
><FONT size=2> 视额应用中对压缩,减少数据量或者数据传输率的要求可以归纳为以下两种基本要求:</FONT></P>
><FONT size=2> 1),在已存在的基础中加入新的功能。彩色电视就是一个好例宁。它面临的挑战就是将附加 信息(色彩)整合进已存在的黑白信号中.( S. q( Z2 ]7 ~9 Y
><b><FONT color=#800080 size=2>基本流和传输流(ES&TS)</FONT></b></P>0 p' T$ ]5 v% x5 `) f/ Q: y
><FONT size=2> 音视频信号都被压缩成基本流(ES)的形式,然后用ES生成PES,再进一步打包生成TS。 图10展示了这一过程。 解码器标准化 必须要了解一个很关键的问题:MPEG标准只定义了解码器的标准结构。这样,伴随着未来的 编码器计算能力的提高,为图象质量的提高和数据速率的降低提供了发展余地. 类和级 MPEG规范被设计成在其服务的众多应用中是通用的。高达400Gb/s的比特率和16000点*16000 点的图象都可以被定义。为了给实际应用中的许多参数没定可行的界限,制定了一个由“类” 和“级”构成的体系.(表2)所谓的类,是整个比特流语法体系的一个子集。比如说,语法 体系允许按SNR(信噪比)或者空问分辨率进行分级操作,而主类和简单类不使用这部分语 法,所以不提供这个特性。所谓的级,包含了语法许可范围内的各项参数。比如说,主类主 级(MP·ML)允许最高15Mbps的码率,两主类高级(MP·HL)允许最高80Mbps的码率。</FONT></P>3 J* _! x2 G4 W/ i, M) Z5 |
><b><FONT color=#800080 size=2>分级能力</FONT></b></P>" {( |5 e1 ^& [- u& q
><FONT size=2> MPEG的编解码器一起工作并不需要具有可比的图象质量,这是因为规范令解码器具有分级能 力。凭借分级这一方法,简单廉价的解码器可以只对完整比特流中的一部分进行解码,生成 低于完整比特流解码器输出质量的图象。标准允许按SNR或空间分辨率进行分级。 SNR分级是指牺牲SNR性能,对图象质量作出权衡。低比特率的解码器可以提供满分辨率的 图象,但SNR性能要比高比特率的解码器低。 空间分级是指牺牲空间分辨率,对图象质量作出权衡。低比特率接收机的图象输出质量要比 高比特率的低。 为了与标准保持兼容,以11种规定的类/级组合中任意一方式工作的解码器,必须能够处理 在表格中位于其左侧或下方的工作模式的信号。这就是所谓的MPEG-2全兼容性。今天,许 多的产品开发是面向主类主级(MP·ML),也有一些是面向主类高级(MP·HL)的</FONT></P>. Q7 Z0 x! R8 h/ h {! q$ _3 @
><b><FONT color=#800080 size=2>MPEG-2 4:2:2类@主级</FONT></b></P>
><FONT size=2> MPEG-2标准最初被设计用于视频传输,能提供家庭观众可以接受的图象质量。然而,主要是 由于有限的数据率(上限15Mbps)和4:2:0的采样方式,这种图象质量很明显无法用于专业 场合及后期制作等应用领域。由于色度数据的内插,4:2:0的采样方式无法满足工作间在多 代性能方面的要求。即使采用小的GOP(获得可编辑能力)和高达15Mb/s的数据宰仍达不到 要求的图象质量。而大的GOP在各种工作问的帧扫描切换环境中难于处理。</FONT></P>7 F% o: P+ K4 Z* k
><FONT color=#008000><FONT size=2> </FONT></FONT><FONT size=2>4:2:2@ML将比特率的上限扩展到了50Mb/s,并且对4:2:0和4:2:2的色度采样格式都提 供支持。就象MP·ML一样,它并没有因为支持更高级的类和级而带来复杂性方面的负担。</FONT></P>
><FONT size=2> 1994年,一些厂商和用户要求MPEG委员会一个4:2:2类,允许在525和625线的系统上以 50Mbps的速率进行采样,为专业应用提供更高的图象质量。那时,TEKTRONIX公司组织发起 了一个由若干厂商组成的特别论坛,建议MPEG-2标准增加一个新类。甚至在4:2:2类的建 议提出之前,TEKTRONIX公司就已经在MPEG-2标准领域内积极工作,确保诸如11 bits的DC系 数,独立的亮度色度量化表格等特性被包含在MPEG标推内,为将来添加提供更高图象质量 的类作好准备。</FONT></P>. @: `, x8 n) q6 F
><b><FONT color=#800080 size=2>对于4:2:2类的需求</FONT></b></P>
><FONT size=2> 在分析表2的时候,对于新的4:2:2类的需求可能并不直观。毕竟,高达100Mbps的码率己 被HP@HL所覆盖,而且4:2:2的视频显示可以由高级中任何一个高于主类的类实现。那 么,为什么还需要一个额外的类呢?这个问题的答案在于实现的经济性。换言之,也就是构 造一个全兼容的解码器所需的花费。记住,要做到全兼容,解码器必须能处理表格中其左例, 下方所有的类朋组合。这就意味着,为了实现兼容性,工作于HP@HL的解码器就需要处理 ML,LL上的SNR可分级类。但是分级能力非常复杂,通常不为厂商所追求。其中的一个原因, 用简单的话讲就是:这种编解码过程将使编解码电路加倍,基本上可分级解码器的成本也将 加倍。而且,HP@HL采用短GOP结构可以达到20Mbps的最高码率,但并不能提供专业应用 所需要的图象质量,这样,HP@ML就要求在更高级别上的实现,继而还要求空间分级能力。 无论那种情况,专业应用都会背负上额外的成本开销;而在主级中增加一个4:2:2类(MPEG-2 4:2:2@ML),可以很容易地避免这些情况。 1996年1月,MPEG批准了主级中的4:2:2类,并将其定为国际标难。正如在图13所看到的, MPEG-2 4:2:2·ML从几方面扩展了MP·ML的功能。它把码率上限扩展到50Mbps,对4:2:0 和4:2:2的采样格式都提供支持。象MP@ML一样,为了支持更高级的类/级分级能力模型, 他并没有带来复杂性方面的负担。</FONT></P>1 U6 r& ]3 r R' \8 B
><FONT size=2> 表3中被显著标出的类和级都可以被兼容的4:2:2解码器处理。全兼容的MPEG-2 4:2:2@ML 设备,不仅可以对码率高达50Mbps及任意I,B,P组合的图象进行解码,也可以对MP@ML 高至15Mbps的任意I,B,P组合,MP@ML的任意I,B,P组合,SP@ML的任意I,P组合 进行解码。任何被限制在一个固定码率(比如18Mb/s),或者受限于图象类型的一个子集(比 如只能处理I,B),或者没有能力处理4:2:0的4:2:2解码器,都不是完全兼容的4:2:2·ML 解码器。同时要注意,兼容SNR·ML的解码器,无须为了证明兼容性去对4:2:2类进行解 码。</FONT></P>
><FONT size=2> MPEG-2 4:2:2·ML为具有以下要求的应用提供了高效率比的压缩技术:
><b><FONT size=2>MPEG-2 4:2:2·ML到底好不好?</FONT></b></P>
align=left style="LINE-HEIGHT: 200%; MARGIN-LEFT: 5px; MARGIN-RIGHT: 5px; TEXT-INDENT: 20px"><FONT size=2> 1995年2月,TEKTRONIX帮助SMPTE进行了码率在20Mb/s到50Mb/s之间的MPEG-2 4:2:2@ML 专家审看测试。这些测试表明,MPEG-2 4:2:2@ML达到了专业应用领域的要求。通过提供一 些测试序列,协助进行压缩仿真,编辑525/625的测试录象带以及与SMPTE一起组织主观评 价,TEKTRONIX又一次扮演了关键角色.实验结果见表4。 由专家和非专家组成的观看员对525/60和625/50的系统分别进行了主观评价。525/60的测 试研究了大范围的码率和GOP结构:625/50的测试包括了更多种类的测试材料,但码率,GOP 结构,子代数量的组合比较少。测试涵盖了从第一代到第八代的压缩解压缩过程。(这里的 一代是指一个压缩解压缩循环)空间和时间的移位都被引入,以分析图象的重定位效果(可 能在DVE中发生)和多代处理后的图象排列定位。空间移位是指在一二代之间,图象沿水平 方向被移动两个象素点,沿垂直方向移动两个空间扫描行,在五六代之间再移回来。 节目材料包括典型序列,也包括难于压缩的测试材料。测试人员被要求对原始序列和被压缩 序列的图象质量进行分级评分:评分标推从0到100,0表示无劣化,100表示可能的最糟糕 的劣化情况。</FONT></P>
align=left style="LINE-HEIGHT: 200%; MARGIN-LEFT: 5px; MARGIN-RIGHT: 5px; TEXT-INDENT: 20px"><FONT size=2> 从这些测试可以看出同样的趋势:正如所预料的,专家的评价与非专家相比,要求更为苛刻。 在50Mb/s的码率下,可以使用短的GOP结构,比如只有I或IB,经过多代后,仍能保持优 异的图象质量;在30Mb/s的码率下,为了经过多代后仍能保持图象质量,就必须采用IB的 GOP结构;在20Mb/s的码率下,只有使用较长的GOP结构,如IBBP,才可能在有限的几代之 内保持图象质量。这说明,象20Mb/s这样较低的码率可以用于采集,但繁重的多代工作就 应该在较高的30Mb/s或50Mb/s的码率下进行。 对于在每个应用环境中获取效一费的最佳乎衡,码率和GOP结构的灵活性是非常关键的。这 种平衡类似于获得VHS或Beta的成本收益,取得D1的图象质量,同时又没有支持多种磁带 格式的恶梦。</FONT></P># c* f" f* W/ n! l, {
align=left style="LINE-HEIGHT: 200%; MARGIN-LEFT: 5px; MARGIN-RIGHT: 5px; TEXT-INDENT: 20px"><b><FONT color=#800080 size=2>MPEG-2对于广播行业和后期制作的重要意义</FONT></b></P>/ ]- m: J ~* e$ N1 V- Z* \1 X
align=left style="LINE-HEIGHT: 200%; MARGIN-LEFT: 5px; MARGIN-RIGHT: 5px; TEXT-INDENT: 20px"><FONT size=2> 对于广播和后期制作行业来说,MPEG-2有潜力解决年代久远的多种制式难题。为了挖掘这一 潜力,我们必须时刻注意应用的要求和特点。考虑以下图14中的应用示例吧。</FONT></P>5 M$ M5 Q" ^( D* X) L' `1 y+ |
align=left style="LINE-HEIGHT: 200%; MARGIN-LEFT: 5px; MARGIN-RIGHT: 5px; TEXT-INDENT: 20px"><b><FONT color=#800080 size=2>新闻与采集</FONT></b></P>
align=left style="LINE-HEIGHT: 200%; MARGIN-LEFT: 5px; MARGIN-RIGHT: 5px; TEXT-INDENT: 20px"><FONT size=2> 这一应用要求高画质的场视频采集和有限数量的多代性能(新闻应用)。更可能是用于有以 下特性的摄录象机:便于携带,重量轻,以电池为电源(有合理的电池寿命),合理的价格 (由于掉进河里或摔在卡车上,我们可能要定期更换)。所有这些特性可以通过低码率(带 来低功耗,低价线路)和简单的GOP结构(低价线路,易于编辑)。</FONT></P>4 V- T! h1 _$ n w
align=left style="LINE-HEIGHT: 200%; MARGIN-LEFT: 5px; MARGIN-RIGHT: 5px; TEXT-INDENT: 20px"><b><FONT color=#800080 size=2>归档</FONT></b></P>
align=left style="LINE-HEIGHT: 200%; MARGIN-LEFT: 5px; MARGIN-RIGHT: 5px; TEXT-INDENT: 20px"><FONT size=2> 这种应用要求高质量,或至少相对于原材料没有质量损失。可以通过使用较高的码率和IB 的GOP结构来获取优异的图象质量。</FONT></P>
align=left style="LINE-HEIGHT: 200%; MARGIN-LEFT: 5px; MARGIN-RIGHT: 5px; TEXT-INDENT: 20px"><b><FONT color=#800080 size=2>后期处理</FONT></b></P>
align=left style="LINE-HEIGHT: 200%; MARGIN-LEFT: 5px; MARGIN-RIGHT: 5px; TEXT-INDENT: 20px"><FONT size=2> 这种应用要求优异的图象质量和高的可编辑能力。50Mb/s的码率和只有I帧的GOP结构是合 理的选择。</FONT></P>: D3 d* ~2 b; p- u, y; ?
align=left style="LINE-HEIGHT: 200%; MARGIN-LEFT: 5px; MARGIN-RIGHT: 5px; TEXT-INDENT: 20px"><b><FONT color=#800080 size=2>传输</FONT></b></P>
>太長了</P><
>又不是源代碼</P><
>以後有空再看吧</P>
>太長了</P>& Q$ Q- \5 v% }. \5 I( P3 L# ?
>又不是源代碼</P>! d4 q! x; G0 P$ p0 Y
>以後有空再看吧</P></DIV>
>[em01]</P><
> 太长了 !!!!!!</P>
>版都是HTML源码。; b" \" E% E( R6 \4 I& }| 欢迎光临 数学建模社区-数学中国 (http://www.madio.net/) | Powered by Discuz! X2.5 |