第一組　專題報告第一組　專題報告 MPEGMPEG

History & TheoryHistory & Theory

B89901051 B89901051 陳佳妤陳佳妤B89901125 B89901125 陳羿帆陳羿帆B89901128 B89901128 陳冠宇陳冠宇

OutlineOutline HistoryHistory Video compressionVideo compression

-goal-goal-mpeg structure-mpeg structure

MPEG familyMPEG family-MPEG-1-MPEG-1-MPEG-2-MPEG-2-MPEG-4-MPEG-4& comparison& comparison

DEMODEMO

HistoryHistory

MPEGMPEG 是動態視訊專家小組（是動態視訊專家小組（ Moving PictMoving Picture Experts Groupure Experts Group ）的簡稱，）的簡稱， 19881988 年年 ISISO/IECO/IEC 對動態視訊與語音壓縮標準提出的壓對動態視訊與語音壓縮標準提出的壓縮準則，如今已廣泛地被使用在各方面的縮準則，如今已廣泛地被使用在各方面的視訊應用。視訊應用。

Video CompressionVideo Compression Reduce temporal and spatial redundancyReduce temporal and spatial redundancy　（去除鄰近畫面時間和空間上相似重複的地方）　（去除鄰近畫面時間和空間上相似重複的地方）Temporal redundancyTemporal redundancy

—— 相連畫面中的相關性相連畫面中的相關性Spatial redundancySpatial redundancy

—— 一張畫面之中像素間的相關性一張畫面之中像素間的相關性

MPEG layered structureMPEG layered structure

I I 畫面（畫面（ Intra-coded picturesIntra-coded pictures ）： ）： －僅使用本身的資料進行編碼，沒有參考其他畫面的資料，－僅使用本身的資料進行編碼，沒有參考其他畫面的資料，可以單獨進行解碼。可以單獨進行解碼。

P P 畫面（畫面（ Predictive coded picturesPredictive coded pictures ）： ）： －在解碼時，會使用到較早被播放的 －在解碼時，會使用到較早被播放的 I I 畫面或 畫面或 P P 畫面做畫面做為參考畫面。為參考畫面。

B B 畫面（畫面（ Bidirectionally predicted picturesBidirectionally predicted pictures ）： ）： －在解碼時，會使用到前面及後面兩個方向參考畫面的資－在解碼時，會使用到前面及後面兩個方向參考畫面的資料。擁有最高的編碼效率，本身不再做為其他預測編碼用。料。擁有最高的編碼效率，本身不再做為其他預測編碼用。

MPEG(Cont.)MPEG(Cont.)

IBP order IBP order

MPEG-1MPEG-1

DCTDCT-remove the intraframe redundancy -remove the intraframe redundancy

Motion compensationMotion compensation-remove the interframe redundancy-remove the interframe redundancy

MPEG-1(Cont.)MPEG-1(Cont.)

(1)

(2)

(3)

(4)

MPEG-1(Cont.)MPEG-1(Cont.)(1)(1) 畫面經過畫面經過 DCTDCT 所轉成的頻譜所轉成的頻譜(2)(2) 量化矩陣量化矩陣(3)(3) 將能量高的部分保留下來將能量高的部分保留下來(4)(4) 經過經過 zigzagzigzag 後，記錄後，記錄 zerozero 的個數及後面的個數及後面

所接的非零的數，進行編碼所接的非零的數，進行編碼Ex.Ex. 如矩陣如矩陣 (3)(3) 經過經過 zigzagzigzag 後為後為-34,0,1,0,-1,1,0,0,0,0,0,0,-1-34,0,1,0,-1,1,0,0,0,0,0,0,-1=>(34),(1,1),(1,-1),(0,1),(6,-1)=>(34),(1,1),(1,-1),(0,1),(6,-1)

Motion compensation (Cont.)Motion compensation (Cont.)

在影像還原的過程中，可在影像還原的過程中，可藉由鄰近的藉由鄰近的 frameframe 預測出預測出該張該張 frameframe ，因為通常鄰，因為通常鄰近的近的 frameframe ，物體形狀和，物體形狀和位置不會改變太多位置不會改變太多

MPEG-2MPEG-2

　　　　　　 MPEG-1MPEG-1 制定時，其解像度只有制定時，其解像度只有 350350 ＊＊ 240240 ＊＊ 3030 ，，由於電腦螢幕的要求過高，所以播放的效果都不堪為由於電腦螢幕的要求過高，所以播放的效果都不堪為使用 者所滿意，故其並不適合做視訊傳播的應用，因使用 者所滿意，故其並不適合做視訊傳播的應用，因此此 ISO/IECISO/IEC 在在 19901990 年又開始制定年又開始制定 MPEG-2MPEG-2 的視訊壓的視訊壓縮標準，增加了視訊應用範圍的彈性。縮標準，增加了視訊應用範圍的彈性。

MPEG-2(Cont.)MPEG-2(Cont.)

視訊編碼的可調性視訊編碼的可調性 (scalability(scalability ） ）

－它能將視訊編碼成兩層或多層的壓縮視－它能將視訊編碼成兩層或多層的壓縮視　訊，用不同位元符號的格式來表示各層 　訊，用不同位元符號的格式來表示各層 資料流的型態 資料流的型態－缺點：比傳統單層視訊編碼的複雜性－缺點：比傳統單層視訊編碼的複雜性高。高。－優點：當視訊的資料流在網路上傳送－優點：當視訊的資料流在網路上傳送時，時， 有較好的錯誤復原力 有較好的錯誤復原力

MPEG-2(Cont.)MPEG-2(Cont.)

例如例如 :: 基礎層基礎層 (Base layer video)(Base layer video) 傳送於高優先權傳送於高優先權

的通道當接收端接收到兩層的資料時，基的通道當接收端接收到兩層的資料時，基礎層的視訊能自己單獨地解碼，提供基本礎層的視訊能自己單獨地解碼，提供基本的影像品質的影像品質

增強層（增強層（ Enhancement layer videoEnhancement layer video ）傳）傳送於低優先權的通道，包含較少重要的資送於低優先權的通道，包含較少重要的資訊，若發生資料遺失時，則對視訊品質影訊，若發生資料遺失時，則對視訊品質影響不大響不大

MPEG-4MPEG-4

將影像分為前景和背景，主要應用在多媒將影像分為前景和背景，主要應用在多媒體環境，是以內容為基礎的編碼方式（體環境，是以內容為基礎的編碼方式（ CoContent-based codingntent-based coding ））

主要是切割畫面和追蹤物件移動的軌跡主要是切割畫面和追蹤物件移動的軌跡 壓縮效率和影像品質都較前二者為佳 壓縮效率和影像品質都較前二者為佳

MPEG-4MPEG-4

ComparisonComparison

影像規格影像規格 Mpeg-1Mpeg-1 Mpeg-2Mpeg-2 Mpeg-4Mpeg-4

壓縮能力壓縮能力 中中 中中 強強

檔案大小檔案大小 中中 大大 小小

影像品質影像品質 可可 很好很好 可至很好可至很好

網路傳輸網路傳輸 勉強勉強 不可能不可能 最佳化　最佳化　

OutlineOutline

MPEGMPEG 影片的實例解說影片的實例解說 原始檔：原始檔： Sony DVSony DV所拍攝所拍攝 MPEG1MPEG1 ：： VCDVCD MPEG2MPEG2 ：： DVDDVD MPEG4MPEG4 ：： DivX 5DivX 5

原始檔與壓縮過檔案的不同點原始檔與壓縮過檔案的不同點 畫質好壞畫質好壞 檔案大小檔案大小 網路傳輸效率網路傳輸效率 電腦資源佔用率電腦資源佔用率

MPEGMPEG 影片的實例（原始檔）影片的實例（原始檔） 需要需要 Sony Software DV codeSony Software DV code 檔案格式檔案格式

未壓縮未壓縮 影像畫素影像畫素 720*480720*480 NTSCNTSC規格：交錯式掃瞄，每秒規格：交錯式掃瞄，每秒 3030格格 聲音規格：聲音規格： 48000Hz PCM 16bits48000Hz PCM 16bits 位元率（位元率（ bit ratebit rate ）：）： 1536 (kbps) 1536 (kbps)

（（ CBRCBR ：： constant bit rateconstant bit rate ）） 檔案連結檔案連結（（ 22 分分 5959秒，秒， 649MB649MB ））

MPEGMPEG 影片的實例（影片的實例（ DVDDVD ）） 需下載需下載 MPEG2MPEG2 的解碼器的解碼器 檔案格式檔案格式

以以 MPEG2MPEG2格式壓縮影像及聲音格式壓縮影像及聲音 NTSCNTSC規格：非交錯式掃瞄，每秒規格：非交錯式掃瞄，每秒 3030格格 影像畫素影像畫素 720*480720*480 聲音規格：聲音規格： 48000Hz48000Hz 位元率（位元率（ bit ratebit rate ）：平均為）：平均為 4800kbps4800kbps ，最，最

高到高到 9000kbps 9000kbps （（ VBRVBR ：： variable bit ratevariable bit rate ）） 檔案連結檔案連結（ （ 22 分分 5959秒，秒， 181MB 181MB ））

MPEGMPEG 影片的實例（影片的實例（ VCDVCD ）） 最流通的格式（作業系統內建解碼器）最流通的格式（作業系統內建解碼器） 檔案格式檔案格式

以以 MPEG1MPEG1格式壓縮影像及聲音格式壓縮影像及聲音 NTSCNTSC規格：非交錯式掃瞄，每秒規格：非交錯式掃瞄，每秒 3030格格 影像畫素影像畫素 352*240352*240 聲音規格：聲音規格： 44100Hz44100Hz （和（和 CDCD 相同）相同） 位元率（位元率（ bit ratebit rate ）：）： 1152 (kbps) 1152 (kbps) （（ CBRCBR ）） 檔案連結檔案連結（ （ 22 分分 5959秒，秒， 29.8MB 29.8MB ））

MPEGMPEG 影片的實例（影片的實例（ DivX 5DivX 5 ）） 需下載需下載 DivX 5DivX 5 （屬（屬 MPEG4MPEG4 一種）解碼器一種）解碼器 檔案格式檔案格式

以以 MPEG4MPEG4格式壓縮影像及聲音格式壓縮影像及聲音 影像畫素影像畫素 720*480720*480 （可以自己調）（可以自己調） 聲音規格：聲音規格： 44100Hz 44100Hz （可以自己調）（可以自己調） 位元率（位元率（ bit ratebit rate ）： ）： 236kbps236kbps （可以自己（可以自己

調） （調） （ VBRVBR ：： variable bit ratevariable bit rate ）） 檔案連結檔案連結（ （ 22 分分 5959秒，秒， 34MB 34MB ））

畫質與檔案大小比較畫質與檔案大小比較 原始檔與原始檔與 DVDDVD （（ MPEG2MPEG2 ）比較：）比較：

原始檔畫面較有立體感原始檔畫面較有立體感 DVDDVD 可消除原始檔的非交錯式掃瞄方式（可消除原始檔的非交錯式掃瞄方式（ deindein

terlaceterlace ）） DVD DVD （（ MPEG2MPEG2 ）約為原始檔的）約為原始檔的 44 分之一大分之一大

VCDVCD 與與 DivX 5DivX 5比較比較 兩者檔案大小相當（原始檔的兩者檔案大小相當（原始檔的 2424 分之一大），分之一大），但但 DivX 5DivX 5 畫質接近畫質接近 DVDDVD

DivX 5DivX 5需下載解碼程式，較不便需下載解碼程式，較不便

電腦資源佔用率電腦資源佔用率 以以 P42.4G 256MBP42.4G 256MB （網多實驗室電腦）（網多實驗室電腦）

以以 Windows Media PlayerWindows Media Player 全螢幕播放為全螢幕播放為例例 VCDVCD CPUCPU：： 3-8%3-8% MemoryMemory ：： 9744kB9744kB DVD CPUDVD CPU：： 27-35%27-35% MemoryMemory ：： 12412kB 12412kB DivX5 CPUDivX5 CPU：： 25-35%25-35% MemoryMemory ：： 13440kB13440kB

網路傳輸效率網路傳輸效率 LAN LAN

100MB100MB 10MB10MB

ADSL 512kBADSL 512kB PHS 64kBPHS 64kB 電話撥接電話撥接 56kB56kB

DVDVCD

DivX 5

MPEGMPEG 特性總整理特性總整理格式格式 影像大影像大

小（像小（像素） 素）

聲音取樣頻聲音取樣頻率 率

傳輸速傳輸速率率 (kbp(kbps) s)

壓縮比壓縮比

MPEG1MPEG1（（ VCD VCD ））

352*24352*2400

44100Hz44100Hz 11521152（（ CBRCBR））

2626 分之一分之一

MPEG2MPEG2（（ DVDDVD））

720*48720*4800

48000Hz48000Hz 4800~4800~90009000（（ VBRVBR））

44 分之一分之一

MPEG4MPEG4（（ DivX5DivX5））

可自訂可自訂 可自訂可自訂 可自訂 可自訂 （（ VBVBRR ））

可自訂可自訂

DVDV原始檔原始檔 720*48720*4800

48000Hz PC48000Hz PCM(M(未壓縮未壓縮 ))

15361536（（ CBRCBR））

RAWRAW

DVDDVD

DivX 5DivX 5

VCDVCD