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1、第十章 视频压缩基础,内容,概述运动补偿H.261H.263,1.概述,视频压缩编码的标准,ITU-T标准用于ISDN视频会议的 H.261(Px64)标准用于PSTN可视电话的 H.263标准用于ATM/B-ISDN视频会议的 H.262标准ISO/IEC 国际标准用于VCD的ISO 11172(MPEG-1 video)标准用于数字电视和DVD的ISO/IEC 13818(MPEG-2 video)标准用于交互式多媒体应用的视听编码标准 MPEG-4企业(公司)标准:AVI,QuickTime,RealVideo,视频压缩编码的国际标准,MPEG-7,视频流码率的计算,宽:pixels(1
2、60,320,640,720,1280,1920,)长:pixels(120,240,480,485,720,1080,)量化位数:bits(1,4,8,15,16,24,)fps:frames per second(5,15,20,24,30,)压缩率:(1,6,24,),长宽量化位数fps,压缩率,=bits/sec,视频数据量,视频数据压缩编码的依据,每一帧画面内部的信息有很强的相关性;相邻画面之间有高度的相容性;运动可以估测（Motion Estimation）;人眼的视觉特性有利于数据的压缩.,视频压缩编码技术的评价准则,码率(bitrate)重建图像的质量编码/解码延时错误修复能力
3、算法复杂程度,视频压缩的基本方法,在空间域:采用JPEG(Joint Photographic Experts Group)压缩算法来去掉画面内部的冗余信息。在时间域:采用运动补偿(motion compensation)算法来去掉画面之间的冗余信息。,H.261,H.261是ITU-T 于19841989 年制定的视频编码标准。针对可视电话和视频会议等业务。目的：在窄带ISDN 上实现速率P*64 kbps 的双向声像业务,其中P=130。只支持两种图像格式:CIF(352 288 像素)和QCIF(176 144 像素)。技术特征帧包括I帧（Intra-frames）和P帧（Inter-f
4、rames）；16 16 微块的运动补偿、8 8 DCT、标量量化、Z-Z 扫描、游程编码和变长编码的编码结构。H.261 是视频编码的一个里程碑，对后续标准有较大的影响。现有的一系列视频编码标准的编码方法都是基于H.261 中的混合编码方法和编码结构。H.261的特点优点：低复杂度，延迟低于150ms缺点：低压缩比性能、缺乏灵活性,H.263,H.263 标准是ITU-T 于1996年制定的视频编码标准。针对低比特率（低于64Kb/s）视频应用；目标：在许多方面上通过视频编码算法和处理性能的提高，从而比H.261 较大地提高编码性能。H.263 支持图像的格式有:SubQCIF(128 96
5、 像素)、QCIF、CIF、4CIF(704 576 像素)和16CIF(1408 1152 像素)。技术特征使用了半像素运动矢量和重新设计的可变长编码(VLC)表；更多的帧大小和可选的编码模式；运动向量预测。H.263+：H.263的修改版本修改量化模式；运动向量范围：取决于帧尺寸；修改半像素插值算法更多的输入视频格式等。,2.运动补偿,运动矢量,运动矢量,由于画面内容有连贯性,因此当前画面的内容可以看作是前面画面部分内容的位移(运动)。,宏块的划分,画面各处的运动矢量(幅度、方向)各不相同，因此，画面应细分成块(宏块)，以宏块为单位，找出两帧画面中相应宏块之间的位移关系运动矢量,宏块的大小
6、与组成,宏块(macro block)的组成:,宏块有2种情况：可预测宏块:与参考画面中的某个宏块有位移关系不可预测宏块:与参考画面中的任何宏块都找不到位移关系,运动矢量的估计,reference,target,编码宏块,最佳匹配宏块,搜索范围,运动矢量,运动矢量估计算法,基本原理:,假设一个初始矢量,最佳匹配准则(“方差和”最小/“绝对误差和”最小):,运动矢量估计,搜索范围:2P+1搜索精度(2种可选)0.5 pel,1 pel搜索策略(自定)全面搜索对数搜索法层次搜索法,Sequential Search,for(l=1;l=ilow,宏块,对数搜索法（3步搜索法）,搜索范围,每一步测试
7、8个搜索点,并逐步缩小搜索步长,层次搜索,Sample 1/2,Sample 1/2,Motion Estimation,Motion Estimation,Motion Estimation,Motion Vector,Level 2 Motion Vector estimate,Level 1 Motion Vector estimate,H.261,图像格式,H.261 Frame Sequence,Two types of image frames are defined:Intra-frames(I-frames)and Inter-frames(P-frames):I-frames
8、 are treated as independent images.Transform coding method similar to JPEG is applied within each I-frame,hence“Intra.P-frames are not independent:coded by a forward predictive coding method(prediction from a previous P-frame is allowed，not just from a previous I-frame).,Intra-frame(I-frame)Coding,I
9、nter-frame(P-frame)Coding,H.261的量化,step_size:262DC of Intra frame:8,H.261 Encoder,I,P1,P1,D1,1,H.261 Decoder,宏块组（GOB）,GOB中宏块的编码顺序,CIF,QCIF,H.261 Video Bitstream,H.263,H.263,H.263 is an improved standard for low bit-rate.Like H.261,it uses the transform coding for intra-frames and predictive coding for inter-frames.Advanced Options:Half-pixel precision in motion compensation Unrestricted motion vectors Syntax-based arithmetic coding Advanced prediction and PB-frames,Video Formats Supported by H.263,图像分块,运动补偿,半像素运动补偿,不受限运动矢量,扩大运动矢量范围允许运动矢量超出图像边界，超出部分用边界像素代替,先进预测模式,PB帧模式,
