멀티미디어공학 제 11 장 MPEG 비디오부호화 1 MPEG -1 과 2 2008.11.12 12 한가 contents 11.1 개요 112MPEG-1 11.2 1 11.3 MPEG-2
11.11 개요 MEPG: Moving Pictures Experts Group, 디지털비디오와오디오전달을위한표준을만들기위해 1988년에설립되었다. 고유한독창적인관심은 MPEG 표준의영역안에서유지되는것이필요하다는것은적절히인식되었다. 1. 압축된비트스트림을정의한다. ( 함축적으로복호화기를정의한다 ) 2. 압축알고리즘, 부호화기는제조업자들에게달려있다. 11.2 MPEG-1 MPEG-1은 CCIR601 디지털 TV 형식을채택한다. (SIF-Source Input Format) 인터레이스되지않은비디오만을지원한다. 보통양상해상도는 : 30 fps에서 NTSC 비디오를위해 352 * 240 25 fps에서 PAL을위해 352 *288 4:2:0 색도서브샘플링을이용한다 MPEG-1 표준은 5개의부분을가진다 : 11172-1 시스템, 11172-2 비디오, 11172-3 오디오, 11172-4 적합성, 11172-5 소프트웨어
1121MPEG 11.2.1 MPEG-1 에서의움직임보상 H.261에서움직임보상기반비디오부호화 : 예측 (prediction): 움직임예측에서, 목표 P-frame의각 macroblock 은이전에부호화된 I- 혹은 P-frame 으로부터가장잘매칭되는 macroblock이할당된다. 예측오차 (prediction error): macroblock 과매칭되는 macroblock 사이의차분, DCT와다음부호화단계로보내진다. 순방향예측 (forward prediction): 예측은이전 frame 으로부터이루어지기때문에 1121MPEG 11.2.1 MPEG-1 에서의움직임보상 실제장면에서는, 기대하지않은움직임과물체의가림때문에, 목표 macroblock은이전 frame에서좋은매칭엔티티를가지지않을지도모른다. 그러나매치는다음프레임으로부터쉽게획득할수있다.
1121MPEG 11.2.1 MPEG-1 에서의움직임보상 MPEG는세번째 frame 형- B-frame - 과그것들의수반되는양방향움직임보상을소개한다 1121MPEG 11.2.1 MPEG-1 에서의움직임보상
1122H261 11.2.2 H.261 과다른주요차이점 소스형식 H.261은오직 CIF(352 * 288) 와 QCIF(176 * 144) 소스형식을지원한다.MPEG-1 은 SIF 를지원한다. 표 11.1 에보여지는제한된 Constrained Parameter Set (CPS) 을만족하는한, 그것은또한다른형식에대한명세를허용한다. 1122H261 11.2.2 H.261 과다른주요차이점 슬라이스 H.261에서와같은 GOB 대신에, MPEG-1 영상은하나쪼는여러개의슬라이스로나뉘어질수있는데 ( 그림 11.4),GOB 보다훨씬더융통성이있다.
1122H261 11.2.2 H.261 과다른주요차이점 양자화 MPEG-1 양자화는그것의 Intra-그리고 Inter-부호화를위해다른양자화표를사용한다 ( 표 11.2 와 11.3) 1122H261 11.2.2 H.261 과다른주요차이점 Intra-mode 에서 DCT 계수는다음과같다 Inter-mode 에서 DCT 계수는다음과같다.
1122H261 11.2.2 H.261 과다른주요차이점 MPEG-1은부분화소정확도 (1/2 화소 ) 의움직임벡터를허용한다. MPEG-1 은 I- 와 P- 프레임사이의더튼간격을지원하고결과적으로훨씬더큰움직임벡터탐색범위를지원한다. MPEG-1 비트스트림은임의접근을허용하다. 1122H261 11.2.2 H.261 과다른주요차이점 표 11.4 는 MPEG-1 frame 의모든형태를위한전형적인크기 ( 단위 : KB) 목록이다.
1123MPEG 11.2.3 MPEG-1 비디오비트스트림 11.3MPEG-2 MPEG-2는 4 Mbps 이상의비트율로고화질비디오를위한것이다. MPEG-2는다른응용을목표로 7개의프로파일을정의한다 : Simple, Main, SNR scalable, Spatially scalable, High,4:2:2, Multiview. i 각프로파일안에는네개의레벨까지정의된다. < 표 11.5 / 표 11.6> DVD 비디오스펙은네개의디스플레이해상도만을허용한다 ; 720*480, 704*480, 352*480, 352*240, DVD표준은 MPEG-2 main 프로파일의 Main 과 Low 레벨의제한적인형식만사용한다.
11.3MPEG-2 1131 11.3.1 인터레이스비디오지원 MPEG-1: 인터레이스되지않은비디오만을지원한다 MPEG-2: 인터레이스된비디오를지원해야한다 1. 디지털방송 TV 에의해채택된다. 2. 디지털방송 TV와HDTV를위한옵션중하나. 프레임은위쪽필드와아래쪽필드로참조되는두필드로구성된다 1. 프레임영상에서, 두필드로부터의모든주사선은끼워넣어져서하나의프레임을구성한다. 그후에이것은 16*16 메크로블록으로나뉘어지고, 움직임보상을사용하여부호화된다. 2. 만약각필드가개별적인영상으로다루어진다면, 그것은필드영상이라불린다.
1131 11.3.1 인터레이스비디오지원 5 가지예측모드 MPEG-2 는프레임예측과필드예측을정의한다. 1. 프레임영상을위한프레임예측 P-프레임과 B-프레임에서의 MPEG-1 움직임보상기반예측방법과동일하다. 2. 필드영상을위한필드예측필드영상으로부터 16*16 크기의매크로블록을사용한다. ( 그림 11.6) 1131 11.3.1 인터레이스비디오지원
1131 11.3.1 인터레이스비디오지원 3. 프레임영상을위한필드예측 위쪽필드와아래쪽필드를분리해서다룬다. 목표프레임영상으로부터의각 16*16 매크로블록은각각하나의필드로부터오는두개의 16*8 부분으로분리된다. 필드예측은그림 11.6(b) 4. 필드영상을위한 16*8 MC 목표필드영상으로부터의각 16*16 매크로블록은위쪽과아래쪽 16*8 반쪽으로분리된다. 필드예측은각반쪽에서수행된다. 움직임이빠르고불규칙적일때더세밀한움직임보상에유용하다. 1131 11.3.1 인터레이스비디오지원 5. P- 영상을위한듀얼 -프라임 프레임영상혹은필드영상둘중하나를위해사용될수있는유일한방식이다. 1). 같은패리티를가지는각각의이전필드로부터필드예측이만들어진다. 2). 각움직임벡터 MV는시간적스케일링과위쪽과아래쪽필드에서선들사이의수직이동을고려하여, 반대패리티를갖는필드에서계산된움직임벡터 CV를유도하기위해사용된다. 역방향예측을채택하지않고 P 영상을위해 B 영상예측을모방역방향예측을채택하지않고 P- 영상을위해 B- 영상예측을모방하는것을목표로하고있다.
1131 11.3.1 인터레이스비디오지원 교차주사와필드 _DCT 목표 : 예측오차에대해 DCT의효율성을개선하는것 인터레이스된비디오에서프레임영상에만가능하다. 프레임영상에서프레임예측후에, 예측오차는 DCT 로보내지는데, 각블록의크기는 8*8 이다. 블록에서연속적인행은다른필드로부터온다 ; 교차하는행사이보다그것들사이에상관성이더낮다. 낮은수직공간주차수에서의 DCT 계수가인터레이스되지않은비디오에서의그것들과비교하여크기가줄어드는경향이있다는것을시사한다. 1131 11.3.1 인터레이스비디오지원 교차주사와필드 _DCT 교차주사 : 지그재그주사의대안으로써 MPEG-2에서영상단위에적용될수있다.
1132MPEG 11.3.2 MPEG-2 스케일러빌러티 MPEG-2스케일러블부호화는또한계층부호화라고알려져있다. 기본계층과하나혹은그이상의향상계층을정의할수있다. 기본계층은기본적인비디오화질을얻기위해독립적으로부호화되고, 전송되고, 목호화될수있다. 향상계층의부호화와복호화는기본계층혹은이전의향상계층에의존한다. 스케일러블부호화특성 : 아주다른비트율 가변비트율 (VBR) 채널 잡음있는연결 1132MPEG 11.3.2 MPEG-2 스케일러빌러티 MPEG-2는스케일러빌러티를지원한다 : SNR 스케일러빌러티 공간적스케일러빌러티 시간적스케일러빌러티 하이브리드스케일러빌러티. 데이터분할
1132MPEG 11.3.2 MPEG-2 스케일러빌러티 SNR 스케일러빌러티 1132MPEG 11.3.2 MPEG-2 스케일러빌러티 공간적스케일러빌러티
1132MPEG 11.3.2 MPEG-2 스케일러빌러티 시간적스케일러빌러티 1132MPEG 11.3.2 MPEG-2 스케일러빌러티 하이브리드스케일러빌러티 공간적및시간적하이브리드스케일러빌러티 SNR과공간적하이브리드스케일러빌러티 SNR과시간적하이브리드스케일러빌러티 데이터분할 압축된비디오스트림은두분할로나누어진다 기본분할 : 저주파수 DCT 계수 향상분할 : 고주파수 DCT 계수 잡음채널을통한전송이나점진적인전송에유용할수있다.
1133MPEG 11.3.3 MPEG-1 과의다른주요차이점 비트오류에대한보다나은복원력 4:2:2 와 4:4:4 색도부표본화의지원 비선형양자화 더제한적인슬라이스구조 더유연성있는비디오표맷