Chap 1. MPEG-2 서론 Chap 2. MPEG-2 기본 압축 알고리즘

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

2 MPEG Moving Picture Experts Group 구 성 - Part 1: System - Part 2: Video
- Part 3: Audio - Part 5: Software

3 MPEG 기초 H.261 - 화상회의, 화상전화 MPEG-1 - CD-ROM MPEG-2
- 디지털 TV, HDTV, 대화형 TV등 MPEG-4 MPEG-7 MPEG-21

4 MPEG-2 특징 레벨(Level)과 프로파일(Profile) 순차주사방식과 격행주사방식 MPEG-1의 개선
DCT의 기능 향상 가변길이 부호화 방식 개선 스케일러빌러티 기능

5 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

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

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

8 JPEG 모드 순차적 모드 - DCT 변환과 양자화 이용 점진적 모드 - 저해상도 => 고해상도 무손실 예측 모드
- 예측, 허프만 부호화 계층적 모드

9 H.261 화상전화, 화상회의 ISDN 기반 P * 64Kbps CIF and QCIF 화면내 압축 - DCT, 양자화
화면간 압축 - 움직임 벡터, 전탐색 블록 매칭 - 허프만 부호화

10 H.261 특징 움직임이 적은 기본 영상 적은 장면전환과 높은 화면간 상관도 화면 구성 : IPPPPPPPPPPP
주기적인 인트라 부호화 방식 사용

11 인트라 프레임 방식

12 인터 프레임 방식

13 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

14 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

15 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

16 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( 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

17 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) : Frames/sec - PAL (유럽) : 25 Frames/sec

18 압축시스템의 성능평가 척도 압축률 화상과 음향의 질 압축 및 복원 속도 필요장비

19 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 )

20 압축기법 엔트로피(entropy) 기법 대상기반 기법 반복길이 부호화 기법 허프만 부호화
렘펠 – 지브( Lempel-Ziv) 코드 예측 - DPCM

21 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

22 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

23 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

24 컬러 공간 RGB - 상호관계가 너무 큼 YUV - Y( 밝기신호 ), U, V ( 색차신호 ) YCbCr
- 4:4:4, 4:2:2, 4:2:0

25 공간적 압축 - DCT Discrete Cosine Transform 화상영역 => 주파수 영역 고주파 성분 제거

26 스캐닝( Scanning )기법

27 시간적 압축 – 움직임 추정

28 순방향 예측

29 양방향 예측

30 프레임 순서

31 GOP 구조

32 슬라이스 ( Slice )

33 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

34 버퍼제어

35 VBV ( Virtual Buffering Verifier )

36 VBV ( Virtual Buffering Verifier )

37 MPEG – 2 압축 표준 고려사항 입출력 영상 영상 화질 유연성을 가진 비트율 비트스트림의 스케일러빌러티 호환성 영상 재생
기타사항

38 MPEG – 2 프로파일과 레벨

39 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

40 엔트로피 부호화 알고리즘 허프만 부호화 적응 허프만 부호화 산술 부호화 적응 산술 부호화