I图像帧的压缩算法：
在空间方向 上（内帧） ，MPEG－ 1压缩采用 JPEG压缩 算法来去掉 冗余信息。
30
MPEG1视频压缩算法
P图像帧的压缩算法：
对于P宏块 ，MPEG－1 采用运动补 偿帧间预测 算法来去掉 时间轴上的 冗余信息。
31
MPEG1视频压缩算法
运动矢量的概念
32
MPEG1视频压缩算法
27Biblioteka PEG1视频压缩算法为了在图像质量和数据速率之间作出调整，MPEG编码器 允许（1）选择内帧I的频率和位置，（2）选择I和P之间双 向预测帧B的数目。
视频类型 MPEG-1 CIF
I 150000b
P 50000b
B 20000b
平均 38000b
MPEG-2 601
400000b
200000b
输出
甚低码 ≧ 100 率 活 动 压缩率 图 像 及 压缩算法 基于对象的新一代编码技术，注重交 其伴音 互性，即可包含自然对象，又可包含 编码标 人工合成对象 准 可应用范围很广、目前多用于因特网 应用 视频传输、流媒体应用
8
视频压缩标准对比（续）
H.264
MPEG4 (Part10) MPEG4 AVC
压缩算法 运动补偿帧间预测（单双向预测）＋ 应用
DCT、可伸缩性、前向兼容 DVD、DVB、HDTV
6
视频压缩标准对比（续）
H.263 H.263+
甚低码 率通信 的视频 编码标 准
时间
输入
1996年3月、1998年1月
QCIF、CIF、128×96(SubQCIF)、 704×576(4CIF)、1408×1152(16CIF)
10
MPEG-1视频压缩标准
输入、输出指标：
352×288×25×8×1.5
30Mb/s 352×240×30×8×1.5
MPEG视频 编码器
26 : 1
1.15Mb/s
11
MPEG1视频压缩算法
运动补偿帧间预测(temporal) ＋ DCT(spatial)
12
Frame 1
13
Frame 2
基于块的运动矢量估值算法——块匹配法
33
MPEG1视频编码算法
块匹配法（Block Matching Algorithm）需要解 决两个关键问题： （1）匹配准则 （2）搜索算法
34
MPEG1视频编码算法
BMA中常用的匹配准则： 绝对值： 均方误差： 平均绝对 帧差：
35
MPEG1视频编码算法
时间
输入
2003年5月
多种分辨率格式
输出
压缩率
压缩率最高的视频压缩标准，比 MPEG4 Visual节约50％的码率 做了局部优化。更注重编码效率和可 靠性 视频广播、视频通信和存储媒体（CD DVD）等多种应用
9
压缩算法 基于传统框架的混合编码系统，只是
应用
MPEG-1视频压缩标准
•
• • •
•
5
视频压缩标准对比（续）
MPEG2 H.262
运动图 像及其 伴音通 用编码 标准
时间
输入
1994年11月
352×288～1920×1152 采用频率为16、22.05、24、32、44.1、 48kHz的线性PCM、支持5.1声道 1.5－80Mb/s、8-640 Kb/s(音频) 30－40
输出 压缩率
51
H.261的信源编码框架
52
H.261的信源编码算法
• 一、将预测误差或输入图像划分成为8*8的象素 块。进一步，将4个亮度像块和两个在空间位置 上与之重叠的色差像块符合成一个16*16的宏块 （MB）。 • 二、对于帧序列中的第一副图像或景物变换后的 第一副图像，采用帧内变换编码：利用8*8的 DCT实现。各DCT系数经过线性量化、变长编码 后进入缓冲器，根据缓冲器的上溢和下溢，来反 馈调节量化器的量化步长，以控制视频编码位流 使之与信倒速率相匹配。
20
4×4 Block Size
21
Sub－pixel Motion Estimation and Compensation
子像素运动估值与补偿
22
Sub－pixel Motion Estimation and Compensation
23
MPEG1视频编码器框架
24
MPEG1视频编码器框架
输出
压缩率
30kb/s～
H.263+>H.263>MPEG2 DCT 局部算法改进 可伸缩性
压缩算法 运动补偿帧间预测（单双向预测）＋
应用
通用电话交换网、局域网的视频通信
7
视频压缩标准对比（续）
MPEG4 (Part 2) MPEG4 Visual
时间
输入
1999年
≧176×144的多种分辨率格式 4.6Kb/s～64Kb/s
MPEG4(Part10) MPEG7 MPEG21
3
视频压缩标准对比
H.261 p×64k b/s视频 编码标 准
时间 输入 输出 压缩率
1990年12月 176×144(QCIF) 352×288(CIF) 帧速率可变<=30 p×64kb/s(p=1,2,…,32) 20~30 小于MPEG1
55
H.261的图像复用编码
H.261 数据流结构
56
H.261视频压缩算法
• 利用二维DCT减少图像的空间域的冗余 度； 利用运动补偿预测减少图像的时间域 冗余度； 利用视觉加权量化减少图像"灰度域" 的冗余度； 利用熵编码来减少图像的"频率域"的 冗余度。
57
•
53
H.261的信源编码算法
• 帧间预测采用混合方法：利用运动补偿预测， 当预测误差超过某个门限后，对误差做DCT、 视觉加权量化及熵编码。运动矢量信息编码后 也送到缓冲器中。DCT去除空间冗余度，而使 用有运动补偿的帧间预测来去除时间上的冗余。 这是一个典型的帧内／帧间自适应预测加DCT 变换的混合算法。
一个强纯音会掩蔽在其附近同时发声的弱纯音，这种特性称为频域掩蔽，也称同时掩 蔽
44
MPEG-1 音频压缩算法
• 感知子带压缩算法
算法以心理声 学模型为基础 ，主要利用了 听觉阈值和听 觉掩蔽特性
45
MPEG-1 音频压缩算法
• 感知子带压缩算法
1、将音频信号用滤波器组分成32个子带； 2、用FFT将子带变换到频率域 3、根据心理声学模型估计各个子带的感知阈值 4、根据对感知阈值的估计对各个子带进行比特 分配和量化。 MP3采用了与MP1、MP2不同的滤波器和心理声 学模型。
49
H.261解决的问题
• 第一是编码算法问题。确立了一种合理的、保证 图像质量且为各国图像编码专家所公认的统一的 算法。算法必须能够实时操作，解码延时要短。 • 第二是与PCM标准兼容的问题。编解码器以64～ 1920kb／s的工作速率去覆盖N-ISDN或PCM一次 群的通道。 • 第三，解决电视制式不同的问题。为了使同一标 准既能用于PAL（625）和NTSC（525）两种电 视制式系统，源编码基于中间格式CIF格式，所 以输入输必须 经转换到CIF或QCIF格式再进行源 编码。
14
Residual Frame
15
象素运动轨迹
16
Block-based Motion Estimation and Compensation
17
Block-based Motion Estimation and Compensation
18
16×16 Block Size
19
8×8 Block Size
分块
25
MPEG1视频压缩算法
分割：
运动图像序列 图片组（GOP）
I B B P B B P …
图片 条（Slice） 块（Block）
8
宏块 Macro Block
16
16 8
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MPEG1视频压缩算法
GOP的组成：
I：内帧 P：单向预测帧 B：双向预测帧
一个内帧是一个随机访问点。B图像不能作为其 它图像的参考帧。
BMA常用搜索算法—二维对数搜索法：
36
MPEG1视频编码算法
BMA常用搜索算法—三步搜索法：
37
MPEG1视频编码算法
BMA常用搜索算法—对偶搜索法：
38
MPEG1视频编码算法
B图像帧的压缩算法：
39
40
MPEG-1 音频压缩标准
• 输入、输出指标：
32kHz, 44.1kHz, 48kHz 16位 PCM
46
MPEG-1 音频压缩算法
MPEG-1 Audio层1和层2编码器和解码器的结构
47
MPEG-1 音频压缩算法
MPEG-1 Audio层3编码器和解码器的结构
48
H.261概述
• H.261也称P×64，这是ITU-T（前身为 CCITT）最早制定的关于视频编码的国际 标准。考虑到ISDN的传输码率以64kbps 为单位，因此以p×64kbps（p＝1～30） 作为为H.261的标准码率。H.261标准主要 用于电视电话和电视会议。它支持QCIF （p=1、2）、CIF（p>2）两种图像输入格 式。
MPEG-1标准号为ISO/IEC 11172，它由五部分组成： MPEG-1系统（ MPEG-1 Systems ）：规定视频数 据、声音数据及其他相关数据的同步合成技术 MPEG-1视频编码标准（MPEG-1 Video） MPEG-1音频编码标准（MPEG-1 Audio） MPEG-1一致性测试：详细说明如何测试比特数据 流和解码器是否满足MPEG-1前3个部分(Part1，2和 3)中所规定的要求。 MPEG-1软件模拟：一个技术报告，给出了软件执 行MPEG1前3个部分的运行结果。