第一組 專題報告 MPEG History & Theory

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1 第一組 專題報告 MPEG History & Theory
B 陳佳妤 B 陳羿帆 B 陳冠宇

2 Outline History Video compression -goal -mpeg structure MPEG family
& comparison DEMO

3 History MPEG是動態視訊專家小組（Moving Picture Experts Group）的簡稱，1988年ISO/IEC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視訊應用。

4 Video Compression Reduce temporal and spatial redundancy
　（去除鄰近畫面時間和空間上相似重複的地方） Temporal redundancy —相連畫面中的相關性 Spatial redundancy —一張畫面之中像素間的相關性

5 MPEG layered structure
I 畫面（Intra-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，可以單獨進行解碼。 P 畫面（Predictive coded pictures）： －在解碼時，會使用到較早被播放的 I 畫面或 P 畫面做為參考畫面。 B 畫面（Bidirectionally 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料。擁有最高的編碼效率，本身不再做為其他預測編碼用。

6 MPEG(Cont.) IBP order

7 MPEG-1 DCT -remove the intraframe redundancy Motion compensation
-remove the interframe redundancy

8 MPEG-1(Cont.) (2) (3) (1) (4)

9 MPEG-1(Cont.) (1)畫面經過DCT所轉成的頻譜 (2)量化矩陣 (3)將能量高的部分保留下來
(4)經過zigzag後，記錄zero的個數及後面所接的非零的數，進行編碼 Ex.如矩陣(3)經過zigzag後為 -34,0,1,0,-1,1,0,0,0,0,0,0,-1 =>(34),(1,1),(1,-1),(0,1),(6,-1)

10 Motion compensation (Cont.)
在影像還原的過程中，可藉由鄰近的frame預測出該張frame，因為通常鄰近的frame，物體形狀和位置不會改變太多

11 MPEG-2  　　　MPEG-1制定時，其解像度只有350＊240＊30，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，因此ISO/IEC在1990年又開始制定MPEG-2的視訊壓縮標準，增加了視訊應用範圍的彈性。          

12 MPEG-2(Cont.) 視訊編碼的可調性(scalability）
－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   資料流的型態 －缺點：比傳統單層視訊編碼的複雜性 高。 －優點：當視訊的資料流在網路上傳送 時， 有較好的錯誤復原力

13 MPEG-2(Cont.) 例如: 基礎層(Base layer video)傳送於高優先權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，提供基本的影像品質 增強層（Enhancement layer video）傳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，則對視訊品質影響不大

14 MPEG-4 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（Content-based coding）
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

15 MPEG-4

16 Comparison 影像規格 Mpeg-1 Mpeg-2 Mpeg-4 壓縮能力 中 強 檔案大小 大 小 影像品質 可 很好 可至很好
網路傳輸 勉強 不可能 最佳化　

17 Outline MPEG影片的實例解說 原始檔與壓縮過檔案的不同點 原始檔：Sony DV所拍攝 MPEG1：VCD MPEG2：DVD
MPEG4：DivX 5 原始檔與壓縮過檔案的不同點 畫質好壞 檔案大小 網路傳輸效率 電腦資源佔用率

18 MPEG影片的實例（原始檔） 需要Sony Software DV code 檔案格式 未壓縮 影像畫素720*480
NTSC規格：交錯式掃瞄，每秒30格 聲音規格：48000Hz PCM 16bits 位元率（bit rate）：1536 (kbps) （CBR：constant bit rate） 檔案連結（2分59秒，649MB）

19 MPEG影片的實例（DVD） 需下載MPEG2的解碼器 檔案格式 以MPEG2格式壓縮影像及聲音 NTSC規格：非交錯式掃瞄，每秒30格
影像畫素720*480 聲音規格：48000Hz 位元率（bit rate）：平均為4800kbps，最高到9000kbps （VBR：variable bit rate） 檔案連結（ 2分59秒，181MB ）

20 MPEG影片的實例（VCD） 最流通的格式（作業系統內建解碼器） 檔案格式 以MPEG1格式壓縮影像及聲音
NTSC規格：非交錯式掃瞄，每秒30格 影像畫素352*240 聲音規格：44100Hz（和CD相同） 位元率（bit rate）：1152 (kbps) （CBR） 檔案連結（ 2分59秒，29.8MB ）

21 MPEG影片的實例（DivX 5） 需下載DivX 5（屬MPEG4一種）解碼器 檔案格式 以MPEG4格式壓縮影像及聲音
影像畫素720*480（可以自己調） 聲音規格：44100Hz （可以自己調） 位元率（bit rate）： 236kbps（可以自己調） （VBR：variable bit rate） 檔案連結（ 2分59秒，34MB ）

22 畫質與檔案大小比較 原始檔與DVD（MPEG2）比較： VCD與DivX 5比較 原始檔畫面較有立體感
DVD可消除原始檔的非交錯式掃瞄方式（deinterlace） DVD （MPEG2）約為原始檔的4分之一大 VCD與DivX 5比較 兩者檔案大小相當（原始檔的24分之一大），但DivX 5畫質接近DVD DivX 5需下載解碼程式，較不便

23 電腦資源佔用率 以P42.4G 256MB（網多實驗室電腦） 以Windows Media Player全螢幕播放為例
VCD CPU：3-8% Memory：9744kB DVD CPU：27-35% Memory：12412kB DivX5 CPU：25-35% Memory：13440kB

24 網路傳輸效率 LAN 100MB 10MB ADSL 512kB PHS 64kB 電話撥接56kB DVD VCD DivX 5

25 MPEG特性總整理 格式 影像大小（像素） 聲音取樣頻率 傳輸速率(kbps) 壓縮比 MPEG1（VCD ） 352*240
44100Hz 1152（CBR） 26分之一 MPEG2（DVD） 720*480 48000Hz 4800~9000（VBR） 4分之一 MPEG4（DivX5） 可自訂 可自訂 （VBR） DV原始檔 48000Hz PCM(未壓縮) 1536（CBR）

26 RAW

27 DVD

28 DivX 5

29 VCD