多媒体技术基础第3版第12章mpeg视像

多媒体技术基础第3版第12章mpeg视像内容摘要：

宏 块被 搜 索 宏 块xy t时 刻 图 像kt参 考 图 像预 测 编 码 图 像搜 索 窗 口最 佳匹 配 宏 块移 动 矢 量 ,)( xy ddd( , )g x y ( , )g x y( , )f x yvMhMhM vM： 水 平 方 向 的 移 动 矢 量： 垂 直 方 向 的 移 动 矢 量( a )( b )„ „„ „„ „图 126 移动矢量的算法框图 2020年 11月 4日 第 12章 MPEG视像 22/46 MPEG1视像 (续 11)  最佳匹配：编码宏块 MPI(如 f(x, y))是参考宏块 MRJ(如 g(x, y))的最佳匹配是指这两个宏块之间的差值最小  以绝对值 (absolute difference， AE)最小作为匹配判据 1 5 1 500( , ) ( , ) ( 1 6 )xyijA E f i j g i d j d i j      ，JI2221IJ [ ( , ) ( , ) ] ( 1 6 )xyijM S E f i j g i d j d i j       ， 有些学者提出了以均方误差 (meansquare error， MSE)最小作为匹配判据  也有些学者提出以平均绝对帧差 (mean of the absolute frame difference， MAD)最小作为匹配判据 JI221IJ ( , ) ( , ) ( 1 6 )xyijM A D f i j g i d j d i j      ，其中， dx和 dy分别是参考宏块 MRJ的移动矢量 d(dx, dy) 在 x和 y方向上的移动矢量 2020年 11月 4日 第 12章 MPEG视像 23/46 MPEG1视像 (续 12)  (4)搜索算法  为减少搜索次数，现在已开发出许多简化算法用来寻找最佳宏块，下面介绍其中三种  二维对数搜索法 (2Dlogarithmic search)  匹配判据： MSE为最小  搜索策略：沿着最小失真方向搜索  搜索方法：见图 127  在搜索时，每移动一次就检查 5个搜索点  如果最小失真在中央或在边界，就减少搜索点之间的距离  在这个例子中，步骤 1， 2， … ， 5得到的近似移动矢量d为 (i， j2)、 (i， j4)、 (i+2， j4)、 (i+2， j5)和 (i+2， j6)，最后得到的移动矢量为 d(i+2， j6) 2020年 11月 4日 第 12章 MPEG视像 24/46 MPEG1视像 (续 13) 图 127 二维对数搜索法 2020年 11月 4日 第 12章 MPEG视像 25/46 MPEG1视像 (续 14)  三步搜索法 (threestep search)  这种搜索法与二维对数搜索法很接近  在开始搜索时，搜索点离中心点 (i， j)很远  第一步，测试 8个搜索点，见图 128。 在这个例子中，点 (i+3， j3)作为第一个近似的移动矢量 d1  第二步，搜索点偏离 (i+3， j3)较近，找到的点假定为(i+3， j5)  第三步给出了最后的移动矢量为 d(i+2， j6) 注： 本例采用 MAD作为匹配判据 2020年 11月 4日 第 12章 MPEG视像 26/46 MPEG1视像 (续 15) 图 128 三步搜索法 2020年 11月 4日 第 12章 MPEG视像 27/46 MPEG1视像 (续 16)  对偶搜索法 (conjugate search)  使用 MAD作为匹配判据，搜索方法见图 129  在第一次搜索时，通过计算点 (i1， j)、 (i， j)和 (i+1， j)处的 MAD值来决定 i方向上的最小失真  如果计算结果表明点 (i+1， j)处的 MAD为最小，就计算点 (i+2， j)处的 MAD，并从 (i， j)， (i+1， j)和 (i+2， j)的 MAD中找出最小值  按这种方法一直进行下去，直到在 i方向上找到最小MAD值及其对应的点  在整个 MPEG图像压缩过程中，寻找最佳匹配宏块要占据相当多的计算时间，匹配得越好，重构的图像质量越高 2020年 11月 4日 第 12章 MPEG视像 28/46 MPEG1视像 (续 17) 图 129 对偶搜索法 2020年 11月 4日 第 12章 MPEG视像 29/46 MPEG1视像 (续 18)  双向预测图像 B的压缩编码算法  对在它前后帧的像素值之差进行编码，见图 1210。 具体计算方法与预测图像 P的算法类似  双向预测图像 B不传播编码误差  三种图像压缩性能比较  帧内图像 I、预测图像 P和双向预测图像 B经过压缩后的大小见表 122  从表中可以看到，帧内图像 I的数据量最大，而双向预测帧图像 B的数据量最小 2020年 11月 4日 第 12章 MPEG视像 30/46 MPEG1视像 (续 19) 图 1210 双向预测图像 B的压缩编码算法框图 [3] 2020年 11月 4日 第 12章 MPEG视像 31/46 MPEG1视像 (续 20)  帧图像的编排顺序  MPEG1编码器允许选择  帧内图像 I出现的频率和位置。 通常的频率为 2 Hz  在两帧图像 I之间或在图像 I和 P之间选择图像 B的数目  图像 I、 P和 B的数目主要是根据节目的内容来确定。 例如  对于快速运动的图像，帧内图像 I的频率可以选择高一些，双向预测图像 B的数目可以选择少一些  对于慢速运动的图像，帧内图像 I的频率可以低一些，而双向预测图像 B的数目可以选择多一些，这样可保证视像的质量。  一个 I、 P和 B的典型编排顺序见图 1211  编码参数： I的距离 N=15， P的距离 M=3  在视像解码时，因 B需 I和 P做参考，故在解码之前需重新组织帧图像数据流的输入顺序，其方案见图 1212 2020年 11月 4日 第 12章 MPEG视像 32/46 MPEG1视像 (续 21) 1 秒 钟图 像 类 型显 示 顺 序图 1211 MPEG帧图像的编排示例 I B PB B B PI P PB B B B帧 图 像 的显 示 顺 序视 像 流 的传 输 顺 序1 2 3 4 5 6 72 4 2 3 7 5 6图 1212 MPEG帧图像和视像流的顺序 2020年 11月 4日 第 12章 MPEG视像 33/46 MPEG1视像 (续 22)  视像数据流的结构  数据位流的组织关系到如何设计解码器，如无统一规范，设计的解码器就不能通用  按层次结构组织，一个视像序列 (video sequence)分。