멀티미디어 공학멀티미디어 공학제 11 장 MPEG비디오 부호화 1

– MPEG -1과 2

2008 11 122008.11.12

한가

contentscontents

11.1 개요

11 2 MPEG-111.2 MPEG 1

11.3 MPEG-2

11 1 개요11.1 개요

MEPG: Moving Pictures Experts Group, 디지털 비디오와 오디오 전달을 위한 표준을 만들기 위해 1988년에 설립되었다에 설립되었다.

고유한 독창적인 관심은 MPEG 표준의 영역 안에서 유고유한 독창적인 관심은 MPEG 표준의 영역 안에서 유지되는 것이 필요하다는 것은 적절히 인식되었다.

1 압축된 비트스트림을 정의한다1. 압축된 비트스트림을 정의한다. (함축적으로 복호화기를 정의한다)

2 압축 알고리즘 부호화기는 제조업자들에게 달려 있다2. 압축 알고리즘, 부호화기는 제조업자들에게 달려 있다.

11 2 MPEG 111.2 MPEG-1

디지털 형식을 채택한다 (MPEG-1은 CCIR601 디지털 TV 형식을 채택한다. (SIF-Source Input Format)

인터레이스 되지 않은 비디오만을 지원한다.보통 양상 해상도는:

30 fps에서 NTSC 비디오를 위해 352 * 240

25 fps에서 PAL을 위해 352 *288

4:2:0 색도 서브샘플링을 이용한다

• MPEG-1 표준은 5개의 부분을 가진다:

• 11172-1 시스템, 11172-2 비디오, 11172-3 오디오, 11172-4 시 템, 비디 , 디 ,적합성, 11172-5 소프트웨어

11 2 1 MPEG 1 에서의 움직임 보상11.2.1 MPEG-1 에서의 움직임 보상

H.261에서 움직임 보상 기반 비디오 부호화:

예측(prediction): 움직임 예측에서,목표 P-frame의 각bl k은 이전에 부호화된 I 혹은 P f 으로macroblock은 이전에 부호화된 I-혹은 P-frame으로

부터 가장 잘 매칭되는 macroblock이 할당된다.

예측 오차(prediction error): macroblock과 매칭되는예측 오차(prediction error): macroblock과 매칭되는macroblock 사이의 차분, DCT와 다음 부호화 단계로보내진다.보내진다.

순방향 예측(forward prediction): 예측은 이전 frame으로부터 이루어지기 때문에

11 2 1 MPEG 1 에서의 움직임 보상11.2.1 MPEG-1 에서의 움직임 보상

실제 장면에서는, 기대하지 않은 움직임과 물체의 가림 때문에, 목표 macroblock은 이전 frame에서 좋은 매칭 엔티티를 가지지않을지도 모른다 그러나 매치는 다음 프레임으로부터 쉽게 획득않을지도 모른다. 그러나 매치는 다음 프레임으로부터 쉽게 획득할 수 있다.

11 2 1 MPEG 1 에서의 움직임 보상

세 번째 형 과 것 의 수반되

11.2.1 MPEG-1 에서의 움직임 보상

MPEG는 세 번째 frame 형－ B-frame －과 그것들의 수반되는양방향 움직임 보상을 소개한다

11 2 1 MPEG 1 에서의 움직임 보상11.2.1 MPEG-1 에서의 움직임 보상

11 2 2 H 261과 다른 주요 차이점11.2.2 H.261과 다른 주요 차이점

형식소스 형식

H.261은 오직 CIF(352 * 288)와 QCIF(176 * 144) 소스 형식을지원한다. MPEG-1은 SIF를 지원한다.지원한다. MPEG 1은 SIF를 지원한다.

표11.1에 보여지는 제한된 Constrained Parameter Set (CPS) 을만족하는 한, 그것은 또한 다른 형식에 대한 명세를 허용한다.

11 2 2 H 261과 다른 주요 차이점11.2.2 H.261과 다른 주요 차이점

슬라이슬라이스

H.261에서와 같은 GOB 대신에, MPEG-1 영상은 하나 쪼는 여러개의 슬라이스로 나뉘어질 수 있는데(그림 11.4),GOB보다 훨씬개의 슬라이스로 나뉘어질 수 있는데(그림 11.4),GOB보다 훨씬더 융통성이 있다.

11 2 2 H 261과 다른 주요 차이점11.2.2 H.261과 다른 주요 차이점

양자화양자화

MPEG-1 양자화는 그것의 Intra-그리고 Inter-부호화를 위해 다른 양자화 표를 사용한다(표 11.2와 11.3)른 양자화 표를 사용한다(표 11.2와 11.3)

11 2 2 H 261과 다른 주요 차이점11.2.2 H.261과 다른 주요 차이점

Intra mode에서 DCT 계수는 다음과 같다Intra-mode에서 DCT 계수는 다음과 같다

Inter-mode에서 DCT 계수는 다음과 같다.

11 2 2 H 261과 다른 주요 차이점11.2.2 H.261과 다른 주요 차이점

분 화 정확 ( / 화 )의 움직임 벡터 허 한MPEG-1은 부분 화소 정확도(1/2 화소)의 움직임 벡터를 허용한다.

MPEG-1은 I-와 P-프레임 사이의 더 튼 간격을 지원하고 결과적으로 훨씬 더 큰 움직임 벡터 탐색 범위를 지원한다.

MPEG-1 비트스트림은 임의 접근을 허용하다.

11 2 2 H 261과 다른 주요 차이점11.2.2 H.261과 다른 주요 차이점

표 11.4는 MPEG-1 frame의 모든 형태를 위한 전형적인 크기(단위: KB) 목록이다.

11 2 3 MPEG 1 비디오 비트스트림11.2.3 MPEG-1 비디오 비트스트림

11 3MPEG 211.3MPEG-2

이상의 비 율 화질 비디 위한 것이MPEG-2는 4 Mbps 이상의 비트율로 고화질 비디오를 위한 것이다.

MPEG-2는 다른 응용을 목표로 7개의 프로파일을 정의한다:

Simple, Main, SNR scalable, Spatially scalable, High,4:2:2, M l i iMultiview.

각 프로파일 안에는 네 개의 레벨까지 정의된다.

<표11 5 / 표 11 6><표11.5 / 표 11.6>

DVD 비디오 스펙은 네 개의 디스플레이 해상도만을 허용한다; 720*480, 704*480, 352*480, 352*240, DVD표준은 MPEG-2

i 프로파일의 M i 과L 레벨의 제한적인 형식만 사용한다main 프로파일의 Main과Low 레벨의 제한적인 형식만 사용한다.

11 3MPEG 211.3MPEG-2

11 3 1 인터레이스 비디오 지원11.3.1 인터레이스 비디오 지원

인터레이 되지 않 비디 만을 지원한다MPEG-1: 인터레이스되지 않은 비디오만을 지원한다

MPEG-2:인터레이스된 비디오를 지원해야 한다

1 디지털 방송 TV에 의해 채택된다1. 디지털 방송 TV에 의해 채택된다.

2. 디지털 방송 TV와HDTV를 위한 옵션 중 하나.

프레임은 위쪽 필드와 아래쪽 필드로 참조되는 두 필드로 구성된다

1 프레임 영상에서 두 필드로부터의 모든 주사선은 끼워 넣어져서1. 프레임 영상에서, 두 필드로부터의 모든 주사선은 끼워 넣어져서하나의 프레임을 구성한다. 그 후에 이것은 16*16 메크로블록으로 나뉘어지고, 움직임 보상을 사용하여 부호화된다.

2. 만약 각 필드가 개별적인 영상으로 다루어진다면, 그것은 필드 영상이라 불린다.

11 3 1 인터레이스 비디오 지원11.3.1 인터레이스 비디오 지원

가지 예측5가지 예측 모드

• MPEG-2는 프레임 예측과 필드 예측을 정의한다• MPEG 2는 프레임 예측과 필드 예측을 정의한다.

1. 프레임 영상을 위한 프레임 예측

P-프레임과 B-프레임에서의 MPEG-1 움직임 보상 기반 예측 방법과 동일하다.

2. 필드 영상을 위한 필드 예측

필드 영상으로부터 16*16 크기의 매크로블록을 사용한다. 필 영상 부터 기의 매 블록을 사용한다(그림 11.6)

11 3 1 인터레이스 비디오 지원11.3.1 인터레이스 비디오 지원

11 3 1 인터레이스 비디오 지원11.3.1 인터레이스 비디오 지원

레임 영상을 위한 필 예측3. 프레임 영상을 위한 필드 예측

위쪽 필드와 아래쪽 필드를 분리 해서 다룬다. 목표 프레임 영상으로부터의 각 16*16 매크로블록은 각각 하나의 필드로부터 오는 두 개의 16*8 부분으로 분리된다. 필드 예측은 그림 11.6(b)

4 필드 영상을 위한 16*8 MC4. 필드 영상을 위한 16*8 MC

목표 필드 영상으로부터의 각 16*16 매크로블록은 위쪽과 아래쪽 16*8 반쪽으로 분리된다. 필드 예측은 각 반쪽에서 수행된다.

움직임이 빠르고 불규칙적일 때 더 세밀한 움직임 보상에 유용하다.

11 3 1 인터레이스 비디오 지원11.3.1 인터레이스 비디오 지원

영상을 위한 얼 라임5. P-영상을 위한 듀얼-프라임

프레임 영상 혹은 필드 영상 둘 중 하나를 위해 사용될 수 있는 유프레임 영상 혹은 필드 영상 둘 중 하나를 위해 사용될 수 있는 유일한 방식이다.

1). 같은 패리티를 가지는 각각의 이전 필드로부터 필드예측이 만들어진다진다.

2). 각 움직임 벡터 MV는 시간적 스케일링과 위쪽과 아래쪽 필드에서선들 사이의 수직 이동을 고려하여, 반대 패리티를 갖는 필드에서선들 사이의 수직 이동을 려하여, 반대 패리티를 갖는 필 에서계산된 움직임 벡터 CV를 유도하기 위해 사용된다.

역방향 예측을 채택하지 않고 P 영상을 위해 B 영상 예측을 모방역방향 예측을 채택하지 않고 P-영상을 위해 B-영상 예측을 모방하는 것을 목표로 하고 있다.

11 3 1 인터레이스 비디오 지원11.3.1 인터레이스 비디오 지원

차 사와 필교차주사와 필드_DCT

목표: 예측 오차에 대해 DCT의 효율성을 개선하는 것

인터레이스된 비디오에서 프레임 영상에만 가능하다인터레이스된 비디오에서 프레임 영상에만 가능하다.

프레임 영상에서 프레임 예측 후에, 예측 오차는 DCT로 보내지는데, 각 블록의 크기는 8*8 이다.

블록에서 연속적인 행은 다른 필드로부터 온다; 교차하는 행 사이보다 그것들 사이에 상관성이 더 낮다보다 그것들 사이에 상관성이 더 낮다.

낮은 수직 공간 주차수에서의 DCT 계수가 인터레이스되지 않은비디오에서의 그것들과 비교하여 크기가 줄어드는 경향이 있다는것을 시사한다것을 시사한다.

11 3 1 인터레이스 비디오 지원11.3.1 인터레이스 비디오 지원

차 사와 필교차주사와 필드_DCT

교차주사: 지그재그 주사의 대안으로써 MPEG-2에서 영상 단위에 적용될 수 있다.에 적용될 수 있다.

11 3 2 MPEG 2 스케일러빌러티11.3.2 MPEG-2 스케일러빌러티

케일러블 화 한 계층 화라 알려져 있MPEG-2스케일러블 부호화는 또한 계층 부호화라고 알려져 있다 . 기본계층과 하나 혹은 그 이상의 향상 계층을 정의할 수 있다.

기본 계층은 기본적인 비디오 화질을 얻기 위해 독립적으로 부호화되고, 전송되고, 목호화될 수 있다.

향상 계층의 부호화와 복호화는 기본 계층 혹은 이전의 향상 계층에 의존한다.한다

• 스케일러블 부호화 특성:

아주 다른 비트율아주 다른 비트율

가변 비트율(VBR)채널

잡음 있는 연결

11 3 2 MPEG 2 스케일러빌러티11.3.2 MPEG-2 스케일러빌러티

케일러빌러티 지원한다MPEG-2는 스케일러빌러티를 지원한다:

SNR 스케일러빌러티SNR 스케일러빌러티

공간적 스케일러빌러티

시간적 스케일러빌러티

하이브리드 스케일러빌러티.

데이터 분할

11 3 2 MPEG 2 스케일러빌러티11.3.2 MPEG-2 스케일러빌러티

케일러빌러티SNR 스케일러빌러티

11 3 2 MPEG 2 스케일러빌러티11.3.2 MPEG-2 스케일러빌러티

간적 케일러빌러티공간적 스케일러빌러티

11 3 2 MPEG 2 스케일러빌러티11.3.2 MPEG-2 스케일러빌러티

• 시간적 스케일러빌러티• 시간적 스케일러빌러티

11 3 2 MPEG 2 스케일러빌러티11.3.2 MPEG-2 스케일러빌러티

하이 리 케일러빌러티하이브리드 스케일러빌러티

공간적 및 시간적 하이브리드 스케일러빌러티공간적 및 시간적 하이브리드 스케일러빌러티

SNR과 공간적 하이브리드 스케일러빌러티

SNR과 시간적 하이브리드 스케일러빌러티

• 데이터 분할

압축된 비디오 스트림 은 두 분할로 나누어진다압축된 비디오 스트림 은 두 분할로 나누어진다

기본 분할: 저주파수 DCT 계수

향상 분할: 고주파수 DCT 계수향상 분할: 고주파수 DCT 계수

잡음 채널을 통한 전송이나 점진적인 전송에 유용할 수 있다.

11 3 3 MPEG 1과의 다른 주요 차이점11.3.3 MPEG-1과의 다른 주요 차이점

비 에 대한 다 나 복원력비트 오류에 대한 보다 나은 복원력

4:2:2와 4:4:4 색도 부표본화의 지원

비선형 양자화비선형 양자화

더 제한적인 슬라이스 구조

더 유연성 있는 비디오 표맷