MPEG-2視訊編碼標準為了影像能在網際網路上傳輸,而制定了較 MPEG-1更具有彈性的編碼格式,所以MPEG-2視訊編碼標準制定三種可 調式的編碼[14]:(一) 空間(Spatial)之可調式;(二) 時間(Temporal)之可 調式;(三)SNR(Signal to Noise Ratio) 之可調式。可調式的功能就是允許 我們將視訊以階層式的方式做編碼,也就是把畫框分成為一個基礎層(BL, Base Layer)以及一個或多個增強層(EL, Enhancement Layer),以不同的可 調式編碼建立基礎層與增強層影像。編碼端可以依照網際網路的頻寬大 小,而做多階層式的可調式編碼,而解碼端可以選擇只解碼基礎層得到 較低視訊品質的重建影像,或者再加上一些增強層的解碼以得到較高視 訊品質的重建影像。
2.1.1 空間之可調式
在空間可調式中,是以MPEG-2內定之濾波器對原始影像做壓縮率 (1/4)的次取樣(Decimation),。如此原始影資訊量即大量減少,再進行其 後端的編碼。在解碼端同樣以MPEG-2內定的濾波器對編碼後的影像進行 插補(Interpolation),便可以以大量的壓縮,但卻只會造成視覺品質少許的 降低。如圖2-1所示,原始影像為CIF(Common Intermediate Format)格式,
解析度為352 288,而經過濾波器與次取樣就得到QCIF(Quarter CIF)格 式,解析度為176×144,在未經影像編碼就已經將影像資料量減少四分之 三,其經編解碼後再經過濾波器與插補法的重建影像與原始CIF 格式影 像相減所得的差值影像,即為第一層的增強層(CIF格式),而QCIF格式影 像編碼後即為基礎層(QCIF格式),如圖2-2所示,如果再對第一層增強層
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做上述的動作即可獲得第二層增強層(CIF 格式),但此時第一層的增強層 因為濾波器與次取樣的動作,由CIF 格式轉變為QCIF 格式。
Decimator with a Filter
Interpolator with a Filter
Code / Decode Code / Decode
CIF :352 x 288 pixels QCIF:176 x 144 pixels
CIF
QCIF
圖 2-1 空間可調式基礎層編解碼方塊圖
Current frame
Spatial Decimator
Spatial enhancement layer
encoder
Spatial base layer
encoder Spatial Interpolator
Base layer Enhancement layer
圖 2-2 空間可調式編碼方塊圖
2.1.2 時間之可調式
MPEG-2採3種方式來壓縮一個畫面:I畫面(Intra Frame)、P畫面 (Predicted Frame)、B畫面(Bi-directional Frame),如圖2-3所示,I畫面的編 碼方式是採用類似於JPEG DCT的方式處理,它並不考慮與其他畫面間的 關係,所儲存的是一張完整的畫面。P畫面是利用前面的I或P畫面為參考 畫面,畫面中不動的部份就不要儲存,只儲存不一樣的部份,其具體的 作法便是動作補償編碼。至於B畫面,它的原理和P畫面一樣,只不過B 畫面是同時參考前面與後面的畫面。在結構上,如圖2-3所示的一串 MPEG-2畫面即稱為一個畫框群(GOP, Group Of Picture)。
在時間可調式中,以圖2-3所示,在編碼端將畫框群中I及P畫框當作 基礎增強層影像,而其餘的B畫框則訂定為增強層影像,如圖2-4、2-5所 示,在編碼端如果網際網路頻寬不足就只對基礎層做編碼,而當頻寬充 足時,則連增強層一起編碼。而在解碼端如果只接收到基礎層編碼資料,
則由前一張畫框與後一張畫框預測,而如果基礎層與增強層都接收到,
則解碼方式與標準MPEG-2相同。
畫框群
I B B P B B P B B I
圖 2-3 畫框排列方式
Current frame
Temporal demultiplexer
Temporal enhancement layer
encoder
Temporal base layer encoder
Base layer
Enhancement layer
圖 2-4 時間可調式編碼方塊圖
I P P 增強層
基礎層
B B B B
圖 2-5 時間可調式畫框編碼方塊圖
2.1.3 SNR 之可調式
在SNR 可調式中,如圖2-6所示,是先使用一組量化係數較大的量化 表,去對編碼影像作量化,將影像重建後即可得到基礎層影像,而將原 始影像與重建影像所獲得的差值影像,即為增強層影像。
在基礎層影像編碼時的量化表較差,而且在增強層影像編碼時,則 不需再做移動向量估測,是直接使用基礎層影像的移動向量,對前一張 增強層畫框做移動補償,再做編碼。
圖 2-6 SNR 可調式編碼方塊圖