Kocaeli University, TR
MEH430 Video Processing
Class4: MPEG-1
Prof. Dr. Sarp ERTÜRK
Dept. of Electronics and Telecom. Eng.
MPEG-1 Standardı




MPEG-1, 1.5 Mbps civarında video ve audio
depolaması (CD-ROM, DAT, optik disk gibi
ortamlarda) için geliştirilmiş bir ISO standardıdır.
1.2 Mbps’de MPEG kalitesi VHS olarak
kaydedilmiş analog video kalitesine yakın (veya
daha iyi) bulunmuştur.
MPEG komitesi 1988 yılında çalışmalarına
başlamış ve 1990’da tamamlamıştır.
MPEG-1’i, 20 Mbps oranına kadar veri hızlarını
hedef alan MPEG-2 ve çok düşük (8-32kbps)
hızlarını hedef alan MPEG-4 çalışmalarını
izlemiştir.
5/4/2014
2
Özellikleri
MPEG-1, kodlanmış bit-dizininin şekli ve
çözümleme için bir sentaks (biçim) standardı
koyan genel bir standarttır.
 MPEG-1 biçimi,
-Hareket tahmini (motion estimation)
-Hareket karşılamalı tahmin ( motion compensated
prediction)
-DCT
-Kuantalama
-Değişken uzunluklu kodlama (VLC)
desteklemektedir.

Özellikleri


-
-
JPEG’in aksine MPEG-1 kodlama için standart
bir algoritma sunmamakta, kodlama için esneklik
bırakılmaktadır.
MPEG-1 şu uygulamaya özgü özellikleri
sunmaktadır:
Rasgele erişim (Her çerçeve sınırlı bir süre
içerisinde çözümlenmelidir)
Hızlı ileri/geri arama
Yaklaşık 1 saniye civarında kabul edilebilir bir
kodlama ve çözümleme gecikmesi
MPEG-1 video formatı
MPEG-1 sadece binişimsiz (noninterlaced) video
kabul etmektedir.
 Hedeflenen 1.5 Mbps hedefine ulaşmak için
video genelde MPEG-1 standart giriş formatı
(standard input format: SIF)
SIF: 352 piksel x 240 satır x 30 fr/s
 (Y,Cr,Cb) renk formatı kullanılmaktadır.
 Işıklılık ve renk değerleri 8 bit ile gösterilmekte
ve renk bileşenleri yatay ve düşey düzlemde yarı
boyuta azaltılmıştır.

MPEG-1 video formatı
Birçok video parametresi tanımlanabilir olmakla
beraber, donanım göz önünde bulundurularak
aşağıdaki sınırlamalar getirilmiştir:
-Azami piksel/satır: 720
-Azami satır/resim: 576
-Azami resim/saniye:30
-Azami Makroblok/resim:396
-Azami Makroblok/saniye:9900
-Azami veri hızı: 1.86Mbps
-Azami çözücü tampon boyutu: 376,832 bit

Veri Yapısı ve Sıkıştırma Modu
1) Birkaç resim grubundan diziler (sequences)
oluşmaktadır
2) Birkaç resimden resim grubu (group of
pictures, GOP) oluşmaktadır
3) Resimler,dilimlerden (slices)oluşmaktadır.
Sıkıştırma moduna göre farklı yapılarda resim
tipleri mevcuttur: I- resimleri,
P-resimleri, B- resimleri ve D-resimleri.
Veri Yapısı ve Sıkıştırma Modu




I-resimleri: JPEG algoritmasında olduğu gibi tek
başlarına (intra-frame) DCT kodlanmıştır.
P- ve B- resimleri çerçeveler arası (interframe)
kodlanmıştır. Bu resimlerde sadece hareketi karşılanmış
tahmin hatası DCT kodlanmaktadır. P-resimlerinde
sadece ileri yönde tahmin (önceki I- veya Presimlerinden), B- resimlerinde ise ileri, geri veya çift
yönlü tahmin (I- ve P- resimlerinden) kullanılmaktadır.
D-resimleri her bloğun sadece DC bileşenini
barındırmaktadır ve düşük veri hızlarında arama için
kullanılmaktadır.
Bir GOP’taki I-,P-, ve B- resimleri uygulamaya bağlıdır
(erişim hızı ve veri hızı ihtiyaçlarına).
GOP: ÖRNEK
Kodlama,
0,4,1,2,3,8,5,6,7 veya 0,1,4,2,3,8,5,6,7
sırasıyla yapılabilir.
Veri Yapısı ve Sıkıştırma Modu
4) Dilimler, Makrobloklardan oluşmaktadır. Hata düzeltmesi
için kullanılırlar.
5) Makroblok (MB): blokların birleşiminden oluşmaktadır.
MPEG-1’de bazı sıkıştırma parametreleri makrobloklar
bazında değiştirilebilmektedir ve bunun neticesinde
MPEG-1’in makroblok tipleri
I-resimleri: Intra, Intra-A
P-resimleri: Intra, Intra-A, Inter-D, Inter-DA, Inter-F, InterFD, Inter-FDA, boşgeç (skipped)
B-resimleri:Intra, Intra-A, Inter-F, Inter-FD, Inter-FDA, InterB, Inter-BD, Inter-BDA, Inter-I, Inter-ID, Inter- IDA,
boşgeç (skipped)
Veri Yapısı ve Sıkıştırma Modu
6) Bloklar: 8 x 8 piksel dizinleridir. Bloklar en
küçük DCT birimidir.
Diziler, GOP’lar, dilimler ve MB’ler için takip
eden veriyi tanımlayan başlıklar (header)
kullanılmaktadır.
Intraframe sıkıştırma modu


Pixel değerleri JPEG gibi DCT
kodlanmaktadır.
Kuantalama ve sıfır katsayılarının yürütümuzunluğu kodlaması ( zig-zag tarama +
(run,level) kodlama) sayesinde sıkıştırma
sağlanmaktadır.
Intraframe sıkıştırma modu:
Kuantalama

8 bitlik görüntüler ele alındığında DC katsayıları [0,2040], AC
katsayıları [-1024,1023] aralığında değer alabilmektedir. Bu
katsayılar birbiçimli bir kuantalayıcı ile kuantalanmaktadır.
Kuantalanmış katsayısı DCT katsayısının kuantalayıcı adım
aralığına bölünmesi ve en yakın tamsayıya yuvarlanması ile
bulunmaktadır. Kuantalayıcı adım aralığı kuantalama matrisi
taraından belirlenmektedir.
Intra MB’ler o anki matris
ile kuantalanmaktadır.
Intra-A MB’lerde
kuantalama matrisi
başlıkta belirtilen değerde
ölçeklenmektedir.
Interframe sıkıştırma modu:
P-resimleri


P-resimleri bir önceki I- veya P-resmine göre hareket
karşılanmış tahmin kodlamasına izin vermektedir.
Her MB için sıkıştırma kodlayıcı tarafından izin verilen
modlar arasından seçilmektedir.
•Intra ve Intra-A MB’leri hiçbir referans
verisi kullanılmadan kodlanmaktadır.
•Inter olarak sınıflandırılmış MB’lerde
D: tahmin hatası DCT kodlanmaktadır
F: ileri (forward) hareket tahmini var
A: Adaptif kuantalama kullanılıyor
•Eğer blok bir önceki çerçevedeki blok
İle aynı ise boşgeç (skip)
Interframe sıkıştırma modu:
B-resimleri


B-resimleri çift yönlü tahmin yapılmasına imkan tanımaktadır. Bresimlerinde önceki ve sonraki resimden yapılan tahminler, toplam
ağırlık 1 olacak şekilde, ağırlandırılmaktadır.
Her MB için sıkıştırma kodlayıcı tarafından izin verilen modlar
arasından seçilmektedir.
•Intra ve Intra-A MB’leri hiçbir referans
verisi kullanılmadan kodlanmaktadır.
•Inter olarak sınıflandırılmış MB’lerde
D: tahmin hatası DCT kodlanmaktadır
F: ileri (forward) hareket tahmini var
B: geri (backward) hareket tahmini var
I: Hareket tahminli aradeğerleme
(interpolation)
A: Adaptif kuantalama kullanılıyor
•Eğer blok bir önceki çerçevedeki blok
İle aynı ise boşgeç (skip)
DSP
Download

MEH430 Video Processing