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mpeg压缩标准的背景知识

  MPEG-1支持设置为单声道,双声道,立体声或联合立体声的两个声音通道,等级II的联合立体声把声音信号的高频部分(高于2KHz)结合起来,立体图像整个保存下来,但仅传输瞬时包络。等级I不支持两和立体声。有些MPEG压缩器不能产生等时II的伴音流,从而声音保真度较低而且没有联合立体声功能。

   MPEG图像

  MPEG图像编码包含3个成分:I帧,P帧和B帧。MPEG编码过程中,一些图像压缩成I帧,一些压缩成P帧,另一些压缩成B帧。I帧压缩可以得到6;1的压缩比而不产生任何可觉察的模糊现象。I帧压缩的同时使用P帧压缩,可以达到更高的压缩比而无可觉察的模糊现象。B帧压缩可以达到200:1的压缩比,其文件尺寸一般为I帧压缩尺寸的15%,不到P帧压缩尺寸的一半。I帧压缩去掉图像的空间冗余度,P帧和B帧去掉时间冗余度,下文将进一步解释。

  I帧压缩采用基准帧模式,只提供帧内压缩,即把帧图像压缩到I帧时,仅仅考虑了帧内的图像。I帧压缩不能除去帧间冗余度。帧内压缩基于离散余弦变换(DCT),类似于JPEG和H.261图像中使用DCT的压缩标准。

  P帧采用预测编码,利用相邻帧的一般统计信息进行预测。也就是说,它考虑运动特性,提供帧间编码。P帧预测当前帧与前面最近的I帧或P帧的差别。

  B帧为双向帧间编码。它从前面和后面的I帧或P帧中提取数据。B帧基于当前帧与前一帧和后一帧图像之间的差别进行压缩。

  MEPG数据流开始时对CCIR-601规定的SIF分辨率的未压缩数字图像进行抽样。SIF分辨率,对于NTSC制,就是亮度信号为352*240各像素,每个色度信号都为176*120个象素。各信号都是每秒30帧。MPEG压缩器决定了当前帧以I帧,P帧还是B帧。帧确定之后就采用DCT变换,对结果进行量化,舍入,行程编码即变长编码。编码后的典型图像帧序为:IBBPBBPBBPBBIBBPBBPBBPBBI…

  B帧和P帧要求计算机有更强的功能。有些压缩器不能产生B帧或者连P帧也不能产生,则图像的压缩结果将有很明显的间断。

   其他形式的图像压缩

  当然,MPEG不是仅有的图像压缩标准。H.261,运动JPEG,Cinepak和Indeo是最优的替代标准.

  H.261和Motion-JPEG与MEPG采用相似的技术,即都采用离散余弦变换(DCT)。然而,JPEG就象MPEG I帧压缩一样,是一种帧内压缩,而且要想不产生可觉察的模糊现象,压缩比不能超过10。因此,要用CD-ROM或Internet传输图像,JPEG不是一种好的选择,因为它们的压缩比要求达到200:1。H.261可以提供很高的压缩比,然而它不太适用于有大量运动的图像,而最适用于有静态背景的谈话图像。尽管H.261支持通过P帧的帧间压缩,但它不支持B帧压缩。因此,高压缩率的获得是以部分牺牲图像质量为代价的。当图像质量和运动很重要时,H.261将不再是好的选择。

  Indeo3.2和4.0是专卖的,采用不同的压缩技术。Indeo 4.0压缩是两者中较复杂的一种,允许双向预测(B帧)和缩放。一般,Indeo4.0压缩用软件实现,速度很慢,尤其是使用B帧编码时尤其如此。Indeo的B帧压缩还会造成帧丢失。缩放功能还会造成突变边缘有可觉察的象素化现象及帧的丢失。不用B帧压缩和缩放功能时,320x240分辨率,每秒15帧的图像可以压缩到每秒200Kbytes。相比之下,MPEG提供了更高的压缩率,即将352x240分辨率,每秒30帧的图像压缩到每秒150Kbyte。

  Cinepak是由Radius公司发展的一种压缩技术,它也是专卖的,压缩速度很慢。一般它提供每秒15帧的CD而不象MPEG为每秒30帧。

   结论

  尽管图像压缩有几种变解码标准,MPEG-1是唯一一种能提供低速率高质量的编解码标准。然而,MPEG的世界也存在差别。并非所有MPEG都支持完全MPEG编码,既同时包括I,P和B帧压缩。没有B帧压缩,图像质量在要求高压缩率的场合会有所下降。也不是所有MPEG都支持压缩后的高质量伴音,只支持等级I编码的MPEG压缩器将不能得到与等级II相同的伴音质量。

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