Chap 1. MPEG-2 서론 Chap 2. MPEG-2 기본 압축 알고리즘 2003 SUMMER SEMINAR Software and System Lab. 2003. 7. 15 이좌형

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 방식 DCT 있음 높은 압축률 실용적인 응용

비손실 부호화 방식 부호기(Encoder)   엔트로피 부호화 예측기 압축 데이터 허프만 테이블 원영상

손실 부호화 방식 부호기(Encoder)   엔트로피 부호화 DCT 양자화 압축 데이터 원영상 양자화 테이블 허프만 테이블

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

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

MPEG –1 과 MPEG - 2 구 분 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]계수의 LSB bit toggle시킨다 Slice No restriction Slice starts and ends at the same MB Line 동작모드 단일 모드 Profile/Level 개념을 이용한 다양한 동작모드 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 - 4:1:1 : Y = 720X480, C = 180X480 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 비트맵 영상 벡터 표현 영상 명령어 Line : 10, 50, 70, 80 Rectangle : 40, 50, 70, 70 Circle : 40, 40, 20 1 벡터 표현 영상 비트맵 영상

순차 주사와 격행 주사 순차주사 방식 격행주사 방식 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 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 순차주사 방식 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 - 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 0 1 2 3 4 5 4 : 2 : 0 Y Cb Cr 0 1 2 3 4 6 5 7 4 : 2 : 2 Y Cb Cr 0 1 2 3 4 8 6 10 5 9 7 11 4 : 4 : 4 Y Cb Cr

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 해 상 도 720x480x59.94, 720x576x50 주 사 방 식 Interlaced, progressive 색 차 신 호 format 4 : 2 : 0 Data rate Up to 15Mbps Buffer size 1,835,008bits = 1.75Mbits 예 측 모 드 Adaptive field./frame, dual prime only for successive P-picture Skipped Frames Only allowed for M=1 호 환 성 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