基于超分辨率重建的视频图像压缩方法的研究 第5页
2)MPEG一2标准‘¨4。】
MPEG组织1995年推出的MPE【j一2标准是在MPEG一1标准基础上的进一步扩展和
改进，主要是针对数字视频广播、高清晰度电视和数字视盘等制定的4～9~")it／s
运动图像及其伴音的编码标准，MPEG一2是数字电视机顶盒与DVD等产品的基础。
MPEG一2系统要求必须与MPEG—l系统向下兼容，因此其语法的最大特点在于兼容性
好并可扩展www.751com.cn。MPEG一2的目标与MPEG一1相同，仍然是提高压缩比，改善音频、视频
质量，采用的核心技术还是分块DCT和帧『日J运动补偿预测技术。MPEG一2视频允许
数据速率高达100Mbi t／s，支持隔行扫描视频格式和许多高级性能。考虑到视频信
号隔行扫描的特点，MPEG一2专门设置了“按帧编码”和“按场编码”两种模式，
并相应地对运动补偿和DCqf、方法进行了扩展，从而显著提高了压缩编码的效率。
考虑到标准的通用性，增大了重要的参数值，允许有更大的画面格式、比特率和
运动矢量长度。除此之外，MPF!G一2视频压缩编码还进行了以下扩展：
(1) 输入／输出图像彩色分量之比可以是4：2：0，4：2：2，4：4：4。
(2)输入／输出图像格式不限定。
(3) 可以直接对隔行扫描视频信号进行处理。
(4) 在空间分辨率、时问分辨率、信噪比方面的可分级性适合于不同用途
的解码图像要求，并可给出传输上不同等级的优先级。
(5) 码流结构的可分级性，比如头部信息、运动矢量等部分可以给予较高
的优先级，而对于DCT系数的高频分量部分则给予较低的优先级。
(6) 输出码率可以是恒定的也可以是变化的，以适应同步和异步传输。
3)MPEG一4标准M
MPEG一4标准从1993年开始制定，MPEG一4标准1．0于1999年1月『F式公布，
标准2．0版本的FDIS也在1999年12月MPE(j大会通过。MPEG一4不只是具体压缩
算法，它是针对数字电视、交互式绘图应用(影音合成内容)、交互式多媒体(WWW、
资料撷取与分散)等整合及压缩技术的需求而制定的国际标准。MPEG一4标准将众
多的多媒体应用集成于一个完整的框架内，旨在为多媒体通信及应用坏境提供标
准的算法及工具，从而建立起一种能被多媒体传输、存储、检索等应用领域普遍
第2章视频图像压缩技术及超分辨率重建技术的概要
采用的统一数据格式。MPEG一4标准的制定有两个目标：低比特率的多媒体通信和
多产业的多媒体通信的融合。
MPE：G一4的编码理念是：在编码时将一幅景物分成若干在时问和空问上相互联
系的视频音频对象，分别编码后，再经过复用传输到接收端，然后再对不同的对
象分别解码，从而组合成所需要的视频和音频。MPEG一4采用现代图像编码方法，
利用人眼的视觉特性，抓住图像信息传输的本质，从轮廓一纹理的思路出发，支
持基于视觉内容的交互功能。而实现基于内容交互功能的关键在于基于视频对象
的编码，为此MPEG；一4引人了视频对象面VOI，的概念。MPEG～4顺应了现代图像压缩
编码的发展潮流，实现了从基于像素的传统编码向基于对象和内容的现代编码的
转变。是视频编码技术突破性的飞跃。
4)MPEG一7标准‘。。j
MPEC；一7(ISO／IEC 15938)一般称为多媒体内容描述接口，侧重于媒体数据的
信息编码表达，是一套可用于描述多种类型的多媒体信息的标准。MPE：G～7定义了
一个关于内容描述方式的可互操作的框架，它超越了传统的元数据概念，具有描
述从低级(10W—level)元素信号特征，如颜色、形状、声音特质到关于内容搜集
的高级结构信息的能力。MPEG一7通过定义的一组描述符与多媒体信息的内容本身
相关联，支持用户快速有效地搜索其感兴趣的信息。
5)MPEG～21标准
MPEG一21标准(ISO，／IEC21000)的丁F式名称是多媒体框架，其制订工作于2000
年6月丌始。MP[!G一2l将创建一个丌放的多媒体传输和消费的框架，通过将不同的
协议、标准和技术结合在一起，使用户可以通过现有的各种网络和设备透明地使
用网络上的多媒体资源。MP[：G一2l包括7个基本要素：数字项声明(Digital Item
Dec：laration)、数字项识别和描述、内容处理和使用、知识产权管理和保护、终
端和网络、内容表示、事件报告。MPEG一21是建立在其它标准的基础之上的，该标
准是从商业内容和与内容相关服务的前景等角度丌发的，将同已有的其它MPEG系
列标准等进行适当结合，从而使用户对视频、音频的处理更加方便和有效，最终
为多媒体信息的用户在全球范围内提供透明而有效的视频通信应用环境。
基于超分辨率重建的视频图像压缩方法的研究 第5页
2．2 MPEG一2标准压缩技术
在现有实验条件下，本文采用MPE(；一2编码标准作为实验平台，可以基本满足
实验所需。
2．2．1 MPEG一2视频流层结构
为了便于对图像序列的随机访问和编辑，MPEG一2对视频数据流规定了分层的
结构，如图2．1所示。并规定了详细的语法和语义，从顶层开始依次为：第一层
是图像序列层(VSL—Vide()SeqIJence Layer)，它包含序列头、若干个图像组层的
数据以及序列终止符。第二层是图像组(GOPI．一Group 0f Pictures Layer)，它由
定义的一组或多组帧内编码帧(I帧)或非帧内编码帧(P帧或B帧)组成。每组包括
图像组头和图像层数据。第三层图像层(PL—Picture Layer)，由图像头和l帧图
像数据组成。第四层宏块条层(SL—S¨ce Layer)，它由条层头和若干个连续的宏
块组成。第五层宏块层(ML—Macroblock Layer)，由宏块头和块数据组成，图像以
亮度数据矩阵为基准，分为16×16像素的宏块，作为运动补偿的基本单元宏块
分为亮度宏块和色度宏块，色度宏块大小与采样格式有关。第辣层是块层
(BL—B10ck Layer)，由图像数据和块结束符组成，是进行离散余弦变换(DCT)的
单元。在这辣层数据结构相应的序列头、图像组头、图像头、宏块条头、宏块头
等头部包含了对MPEG一2码流进行解码所需的起始码、定时以及其他相关的参数
和信息。每层都有确定的功能与其对应…。
下文中将着重介绍图像组层(GOP)和宏块层(ML)，因为一个GO[，为MP[：G一2
的最小解码单元；而宏块是运动补偿的基本单元，即MPE!G一2压缩标准是以宏块为
单位进行视频编解码。
(1)图像序列层(VS[．)
VS[。是由数据头及一系列图像组(GOP)组成的视频数据包，具体是指整个要
处理的连续图像。用于定义整个视频序列结构，可采用逐行或隔行两种扫描方式。
其中，数据头给出了有关图像水平大小、垂直大小、宽高比、帧速率、码率、视
频缓存校验器的大小、量化矩阵、层号(I。ayer—id)、分级法(Scalable mo(Je)
第2章视频图像压缩技术及超分辨率重建技术的概要
等，为解码提供了重要依据。
图像组层
fGm~of Pictur~L酊盯j
图像层
fPnu佬【。蚪cr)
宏：醇涤层
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宏块层
(Macro bkKk L雎cri
块层
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视频磁带记录时间及控制码 pi ctur。一l lPictur·一2I…pi cturr
码表逸择，B帧处理 l l l I
卜d!。二2犏码输出帧顺序—————．{
卜———一编码输出帧顺序—————一
图2．1 MPEG一2视频流层结构
Fig．2．1’l'he structure of video stream layers
(2)图像组层(GOPL。)
GOPI。是图像序列层中若干图像组的1组图像，由数据头和若干幅图像组成，
用于支持解码过程中的随机存取功能。其中，数据头给出了图像编码类型、码表
选择、图像组头部丌始码、视频磁带记录时问及控制码、涉及B帧处理的closed
GOP、b。token link。为了给编辑数据流提供接入点，第1个总是I帧。
MPEG一2压缩是以图像组(GOP)为一个单元的，由I帧、B帧、P帧构成。一
般情况下一个图像组(GOP)由10帧组成，第一帧为一个I帧，依次为1个P
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