淺談視訊壓縮技術 陳宏昇 楊凱超.

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1 淺談視訊壓縮技術 陳宏昇 楊凱超

2 Introduction 為何要壓縮？ 720*480 pixel color image * 24bits/pixel(RGB) * 30 images/second = 249M bps(bits per second) 超長片(800MB)，只能存25秒的短片 魔戒，片長3小時，要336GB的硬碟 宿網100Mb/s，要抓7.5小時 ADSL 1.5Mb/s，要抓500小時

3 Introduction 壓縮方式有哪些？ 無失真壓縮(lossless compression)
壓縮過的資料可以100%的還原 應用目的：1.讓檔案大小變小 2.讓檔案數量變少 適用範圍：報告，程式，軟體……(zip，rar) 破壞性的壓縮(lossy compression) 壓縮過的資料無法100%的還原 應用目的：得到更高的壓縮率 適用範圍：聲音，圖片，影片(mp3，jpg，mpg)

4 色域轉換與取樣 每個點RGB各8bits，0~255之間 人類視覺，對亮度變化比色彩變化敏感 RGB -> YCbCr
Y = R G B + 16, Cb = R G B + 128, Cr = R G B + 128,

5 Lossy Coding of Still Image (JPEG)
8×8 Compressed Entropy image data DCT Q encoder Source image 8×8 Compressed Entropy image data IDCT IQ decoder Reconstructed image

6 Transform Coding X0 68 75 60 53 81 65 45 34 61 57 67 50 X1 169 188 150 171 131 203 162 112 84 151 142 168 125

7 Transform Coding 目標：1.減少原始訊號的相關性 2.集中大部分訊號能量 Transform本身並沒有任何壓縮的效果
Transform的目的是為了作Quantization 常見的transform方式：linear transform，fourier transform，cosine transform，wavelet transform，KLT……。

8 Transform Coding A sample of discrete cosine transform

9 Quantization

10 Zig-zag scan

11 Video Sequence Motion vector Frame i Frame i+1
每張frame獨立壓縮 : Quality最好 壓縮效率最差 有效率的壓縮法：參考前一張frame壓縮 能獨立壓縮的frame稱為Intra frame (I-frame) 參考前一張壓縮的frame稱為 P-frame

12 Motion Estimation 如何找出motion vector？ Finding minimum SAD
(Sum of absolute difference)

13 Motion Estimation

14 Motion Compensation 依據找到的motion vector，將找到的block拿來與原本的block比較，再把它們有差異的地方(residual)拿來壓縮。

15 Video Encoder - P-frame I-frame Frame input VLC DCT Q residual
Bitstream Motion Compensation IDCT Previous frame MV Motion Estmation Frame memory MV Clipping

16 Video Decoder … I-frame P-frame IDCT VLC |←Group of Pictures→|
Reconstructed frame VLC Coded Bitstream Motion Compensation Previous Frame memory I P P P P P I P P P P P P P … |←Group of Pictures→| |←Group of Pictures→| |← Movie →|

17 影像種類 I frame：自己獨立壓縮，沒有參考其它的影像。 P frame：參考前一張I或P frame。
B frame：參考前後兩張I或P frame，並沒有給其他frame作為參考 解碼順序： I P B B P B B P B B 撥放順序： I B B P B B P B B P