Transcript 알기 쉬운 MPEG-2

알기 쉬운 MPEG - 2
Chap 1. MPEG-2 서론
Chap 2. MPEG-2 기본 압축 알고리즘
2004. 1. 30
이좌형
김래영
MPEG
Moving Picture Experts Group
 구 성
- Part 1: System
- Part 2: Video
- Part 3: Audio
- Part 5: Software

MPEG 기초
H.261
- 화상회의, 화상전화
 MPEG-1
- CD-ROM
 MPEG-2
- 디지털 TV, HDTV, 대화형 TV등
 MPEG-4
 MPEG-7
 MPEG-21

MPEG-2 특징






레벨(Level)과 프로파일(Profile)
순차주사방식과 격행주사방식
MPEG-1의 개선
DCT의 기능 향상
가변길이 부호화 방식 개선
스케일러빌러티 기능
JPEG


Joint Photographic Experts Group
MPEG 의 I Frame에서 사용
종류
압축 방식
화질열화
특징
비손실 부호화
방식
공간적 예측 방식
없음
원영상 그대로 보존
낮은 압축률
손실 부호화 방
식
DCT
있음
높은 압축률
실용적인 응용
비손실 부호화 방식
부호기(Encoder)
예측기
원영상
엔트로피
부호화
허프만
테이블
압축
데이터
손실 부호화 방식
부호기(Encoder)
DCT
원영상
양자화
엔트로피
부호화
양자화
테이블
허프만
테이블
압축
데이터
JPEG 모드
순차적 모드
- DCT 변환과 양자화 이용
 점진적 모드
- 저해상도 => 고해상도
 무손실 예측 모드
- 예측, 허프만 부호화
 계층적 모드

H.261
화상전화, 화상회의
 ISDN 기반 P * 64Kbps
 CIF and QCIF
 화면내 압축
- DCT, 양자화
 화면간 압축
- 움직임 벡터, 전탐색 블록 매칭
- 허프만 부호화

H.261 특징

움직임이 적은 기본 영상

적은 장면전환과 높은 화면간 상관도

화면 구성 : IPPPPPPPPPPP

주기적인 인트라 부호화 방식 사용
인트라 프레임 방식
인터 프레임 방식
MPEG – 1 비디오
JPEG 와 H.261의 결합
 I 프레임
- 화면내 부호화, JPEG
 P 프레임
- 순방향 예측 부호화
 B 프레임
- 양방향 예측 부호화
- 프레임의 지연, 화질 향상

H.261과 MPEG-1
구분
H.261
MPEG-1
주응용분야
통신 media
Digital Storage Media
영상타입
기본적으로 한 종류
세종류
주응용 비트율
P * 64Kbps( P=1~30)
1.5Mbps이하
화면내 구조
GOB
슬라이스
예측 구조
순방향 예측
쌍방향 예측
영상 Drop
있음
없음
양자화
Mquant
Mquant와 양자화 매트릭스
루프필터
있음
없음
MPEG-2








부호화 단위 : 매크로 블록
공간적 압축 : DCT
시간적 압축 : DPCM
I, P, B 픽쳐 타입
GOP( Group Of Picture )
가변길이 부호화
순차주사와 격행주사
스케일러빌리티(Scalability)
공간 스케일러빌러티
고위계층
고화질 영상을 저해상도
영상으로부터의
예측과 고화질 영상군 간
의 예측으로 부호화
고위
고위
계층
계층
간의
간의
예측
예측
예측
기본계층의
확대영상정보
업 샘플
기본계층
원 고화질 영상을 대상
으로 하지 않고 저해상도의
영상군을 부호화
기본 계층간의
예측
기본 계층간의
예측
저해상도 디스플레이 : 기본계층 정보만으로 표시
고해상도디스플레이 : 기본계층 정보와 고위계층
정보를 이용해 고해상도 표시
시간 스켈러빌러티
시간의 흐름
t1
고위계층간 예측정보
t2
고위계층
시간 해상도가 높다
예:1/ 60 초 주기
고위계층에의 예측정보
기본계층
시간 해상도가 낮다
예:1/ 30 초 주기
기본계층에의 예측정보
t3
SNR 스케일러빌리티
고위계층
양자화 스텝 값이 작아
진다. (선명 영상)
고위계층정보와 기본계층정보간의 차분
기본계층
양자화 스텝 값이 커진
다 . (흐린 영상)
MPEG –1 과 MPEG - 2
MPEG – 1
MPEG – 2
주응용분야
Digital Sorage Media
Digital Storage Media
Broadcasting
Communication
전송로 특성
Error Free Environment
전송오류가 큰 분야 포함
주 응용 비트율
1.5Mbps 이하
2~10Mbps( MP@ML에서는 15Mbps)
입력영상 해상도
360 X 240( x30Hz)
720X480,최대 1920 X1152(x60Hz )
주사방법
Progressive
Progressive/Interlaced
영상구성
Frame
Field / Frame
Motion estimation
Frame prediction
Field/Frame Prediction
색차신호 format
4:2:0
4:2:0, 4:2:2, 4:4:4
IDCT mismatch
Q-1후 DCT계수가 짝수일때
절대치를 1 감소시킨다
Q-1후 DCT계수의 합이 짝수일 경우 [7][7]계
수의 LSB bit toggle시킨다
Slice
No restriction
Slice starts and ends at the same MB Line
동작모드
단일 모드
Profile/Level 개념을 이용한 다양한 동작모드
구분
호환성
MPEG-1 backward compatibility
비디오 포맷
비디오 포맷 형태
- CCIR 601 : 720 X 480
- VGA
: 640 X 480
- SVGA
: 1280 X 768
- SIF
: 360 X 240
- HDTV
: 1920 X 1035

입력 영상 크기
- 4:4:4 : Y = 720X480, C = 720X480
- 4:2:2 : Y = 720X480, C = 360X480
- 4:2:0 : Y = 720X480, C = 360X240
프레임률
- Movie
: 24 Pictures/sec
- NTSC(미국) : 29.97 Frames/sec
- PAL (유럽) : 25 Frames/sec

압축시스템의 성능평가 척도

압축률

화상과 음향의 질

압축 및 복원 속도

필요장비
압축기법의 분류
무손실 압축
( Lossless Compression )
반복길이( Run-Length ) 코드
허프만 ( Huffman ) 코드
렘펠-지브( Lempel-Ziv ) 코드
손실 압축
( Lossy Compression )
변환기법( transformation )
FFT ( Fast Fourier Transform )
예측기법 ( Prediction )
DPCM, ADPCM, DM, ADM
양자화 ( Quantization )
보간기법 ( Interpolation )
혼성압축(Hybrid Compression)
JPEG, MPEG, H.261등
프랙탈 압축 ( Fractal Compression )
압축기법






엔트로피(entropy) 기법
대상기반 기법
반복길이 부호화 기법
허프만 부호화
렘펠 – 지브( Lempel-Ziv) 코드
예측 - DPCM
영상의 표현
명령어
Line : 10, 50, 70, 80
Rectangle : 40, 50, 70, 70
Circle : 40, 40, 20
벡터 표현 영상
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
0
비트맵 영상
순차 주사와 격행 주사
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
순차주사 방식
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
격행주사 방식
픽쳐 ( Picture )
I ( Intra Picture )
- 공간적 압축기술
- 참조픽쳐
- 임의 접근의 기준
 P ( Predictive Picture )
- 순방향 예측
- 움직임 추정
 B ( Bidirectionally Predictive Picture )
- 쌍방향 예측
- 프레임 재순서화 필요

컬러 공간
RGB
- 상호관계가 너무 큼
 YUV
- Y( 밝기신호 ), U, V ( 색차신호 )
 YCbCr
- YUV표현의 디지털 표현
- 4:4:4, 4:2:2, 4:2:0

공간적 압축 - DCT



Discrete Cosine Transform
화상영역 => 주파수 영역
고주파 성분 제거
스캐닝( Scanning )기법
시간적 압축 – 움직임 추정
순방향 예측
양방향 예측
프레임 순서
GOP 구조
슬라이스 ( Slice )
매크로 블록 구조
4:2:0
4
5
Cb
Cr
0 1
2 3
4
6
5
7
Y
Cb
Cr
0 1
2 3
4 8
6 10
5 9
7 11
Y
Cb
Cr
0 1
2 3
Y
4:2:2
4:4:4
버퍼제어
VBV ( Virtual Buffering Verifier )
VBV ( Virtual Buffering Verifier )
MPEG – 2 압축 표준 고려사항







입출력 영상
영상 화질
유연성을 가진 비트율
비트스트림의 스케일러빌러티
호환성
영상 재생
기타사항
MPEG – 2 프로파일과 레벨
Main Profile and Main Level
항목
내용
해상도
720x480x59.94, 720x576x50
주사방식
Interlaced, progressive
색 차 신 호 format
4:2:0
Data rate
Up to 15Mbps
Buffer size
1,835,008bits = 1.75Mbits
예측모드
Adaptive field./frame, dual prime only for successive P-picture
Skipped Frames
Only allowed for M=1
호환성
MPEG – 1 Backward Compatibility
DCT
Only 8x8 2D-DCT
움직임 추정블럭 크기
16x16 ( frame mode ), 16x8 ( field )
양자화 matrix
2D down loadable matrix
DCT 계수 scan 방법
Zigzag scanning, alternative scanning
입력데이터 표시
8bits/pixel
Scalability
수용하지 않음
엔트로피 부호화 알고리즘




허프만 부호화
적응 허프만 부호화
산술 부호화
적응 산술 부호화