电视原理 第4章数字电视制式 课件

1、第4章 数字彩色电视制式 4.1 数字彩色电视制式概述 4.2 视频信源编码原理 4.3 ATSC制 4.4 DVB制 4.5 ISDB-T96李金龙 15:59:00自己基本上会做电路的？ 如果有这种毕业，我可能培养他96李金龙 16:01:19我最近跟华迎春在合作。我在做一个品牌音响，主要是针对多媒体教学，会议，娱乐。面向全国市场，准备用5年时间做成知名品牌。选对合适的时间准备自己去搞研发生产。现在叫别人代工，老华就帮我代工音箱鲁力 16:01:38哦 鲁力 16:02:15有几个稍微好点的都找好工作那 鲁力 16:02:30其他的我不想推荐给你们 96李金龙 16:03:05呵呵，多谢鲁

2、老师的关爱哟96李金龙 16:03:33所以说真正是人才，肯定不怕没活干96李金龙 15:51:09主要是综合能力的体现。96李金龙 15:52:40尤其是做为一个销售人员，毕业生大多看不起销售，也就是你所说的推销。我以前也是这个心态。实质上这个工作是能体现一个人能力和价值的。也可以说是赚钱最快的职业。鲁力 15:53:22就是那96李金龙 15:56:26你接触社会多，跟学生又走得近，真正在他们大学过程中，多给他们一些建议。有些学生真的出来之后一点目标都没有。我以前，至少还有点目标，就是一定要去卖电脑。呵呵4.1 数字彩色电视制式概述 4.1.1 多极化的传输标准 所谓数字电视，就是将所谓数

3、字电视，就是将图像画面的每一个像图像画面的每一个像素、伴音的每一个音节都用二进制数编成多位数素、伴音的每一个音节都用二进制数编成多位数码码，并以，并以非常高的比特率进行数码流发射、传输、非常高的比特率进行数码流发射、传输、接收的系统工程接收的系统工程。也就是说。也就是说在数字电视这个系统在数字电视这个系统工程中工程中发射台发射的电视信号是一种发射台发射的电视信号是一种高高比特率的比特率的数码脉冲串数码脉冲串；空中空中或或有线电缆（光缆、光纤）中有线电缆（光缆、光纤）中传输的电视信号传输的电视信号也是也是高比特率的数码脉冲串高比特率的数码脉冲串；4.1 数字彩色电视制式概述 电视接收机，从接收到

4、视频放大、色度解电视接收机，从接收到视频放大、色度解码、音频放大等所有过程均为码、音频放大等所有过程均为数码流的处理数码流的处理过程过程。在这个过程中没有。在这个过程中没有数数/模或模模或模 /数转换数转换，仅在显像管激励终端经数仅在显像管激励终端经数/模转换为模转换为负极性图负极性图像信号（数字电视机可以直接接收）像信号（数字电视机可以直接接收），扬声，扬声器功率推动终端经数器功率推动终端经数/模转换为正弦波音频信模转换为正弦波音频信号，使号，使显像管（显像管（CRT）荧屏显示高清晰画面）荧屏显示高清晰画面，扬声器还原出近似临场的立体声或丽音效果。扬声器还原出近似临场的立体声或丽音效果。4.

5、1 数字彩色电视制式概述 电视信号数字处理的优点电视信号数字处理的优点: 1:具有具有强的多的抗干扰强的多的抗干扰、抗非线形失真抗非线形失真的的能力，即使经过能力，即使经过长距离传输和反复记录，长距离传输和反复记录，仍可以可以几乎无失真的再生复原仍可以可以几乎无失真的再生复原。 2：能够：能够整帧地存储在半导体存储器整帧地存储在半导体存储器中，能中，能够在包括够在包括时间轴的三维空间进行数学运算，时间轴的三维空间进行数学运算，（各种复杂的时基处理、空间几何的变换、（各种复杂的时基处理、空间几何的变换、三维滤波）三维滤波）。4.1 数字彩色电视制式概述 3：它的存储和处理电路易于大规模和超大：它

6、的存储和处理电路易于大规模和超大规模集成，从而使数值电视设备比模拟设备规模集成，从而使数值电视设备比模拟设备元件少，易于调整，重量、体积、功耗小，元件少，易于调整，重量、体积、功耗小，可靠性提高。可靠性提高。 4：数字电视设备便于与：数字电视设备便于与电子计算机以及其他电子计算机以及其他数字设备接口，便于加入公用数据通信网，数字设备接口，便于加入公用数据通信网，实现生产、运行的自动化和信息处理的综合实现生产、运行的自动化和信息处理的综合化、网络化化、网络化。4.1 数字彩色电视制式概述 模拟电视模拟电视-在电视信号的产生、传输、接收、处在电视信号的产生、传输、接收、处理、记录过程中使用的都是在

7、时间和幅度上连续理、记录过程中使用的都是在时间和幅度上连续的模拟信号。的模拟信号。 数码电视数码电视-在不改变现行模拟电视传输体制的前在不改变现行模拟电视传输体制的前提下，对解调后的视频和音频基带信号所采用的提下，对解调后的视频和音频基带信号所采用的数字信号处理。数字信号处理。 数字电视数字电视-在其所有的环节中（节目制作、传输在其所有的环节中（节目制作、传输到节目接收、处理、存储、记录、控制等），使到节目接收、处理、存储、记录、控制等），使用的全部是时间和幅度离散化的数字信号。用的全部是时间和幅度离散化的数字信号。4.1 数字彩色电视制式概述A/D转换器转换器数字数字处理器处理器D/A转换器

8、转换器模拟模拟信号信号输入输入模拟模拟信号信号输出输出编码器编码器解码器解码器抽样抽样量化量化PCM编码编码传输传输或处理或处理PCM解码解码后置低后置低通滤波通滤波S(t)抽样信号抽样信号f(t)f(t)fs(t)4.1 数字彩色电视制式概述 三大数字彩色电视制式 美国的ATSC(格形编码多电平单载波VSB调制） 欧洲的DVB(数字视频广播）（地面DVB-T（COFDM）、有线DVB-C（QAM）、卫星DVB-S（QPSK）三种形式） 日本的ISDBT（综合业务数字广播）4.1 数字彩色电视制式概述 4.1.2 通用的压缩编码标准模模/数转换数转换信道信道编码编码信源信源编码编码数数/模转换

9、模转换信源信源解码解码信道信道解码解码信信道道模拟电视模拟电视信号输入信号输入模拟电视模拟电视信号输出信号输出译码器译码器编码器编码器4.1 数字彩色电视制式概述 为实现为实现数字电视广播和通信数字电视广播和通信，必须解决数字电视信，必须解决数字电视信号的传输问题。由于传输通道的限制，数字电视直接用号的传输问题。由于传输通道的限制，数字电视直接用PCM编码传送是不现实的，主要编码传送是不现实的，主要是传送码率太高是传送码率太高。为了。为了合理使用信道，节省频率资源，需要对合理使用信道，节省频率资源，需要对PCM编码后的图编码后的图象信号进一步实行象信号进一步实行信源编码和信道编码。信源编码和信

10、信源编码和信道编码。信源编码和信道编码道编码的目的是的目的是在保证一定的电视接收图象质量前提下，在保证一定的电视接收图象质量前提下，尽量压缩数字电视信号的带宽尽量压缩数字电视信号的带宽。，提高数字电视信号传。，提高数字电视信号传输的输的有效性和可靠性有效性和可靠性。信源编码和信道编码也用于。信源编码和信道编码也用于数字数字电视的储存，是节省存储介质空间的必要手段。电视的储存，是节省存储介质空间的必要手段。模拟电视视频带宽模拟电视视频带宽6MHZ，按照，按照4：2：2标准数字化的一路彩色标准数字化的一路彩色电视图象信号的码率电视图象信号的码率216Mb/s，所需要的信道带宽所需要的信道带宽108

11、MHz，是，是模拟信号的模拟信号的18倍。倍。以分量编码为例,按4 2 2标准,一路彩色图像的码率为 (13.5+26.35)8=216Mb/s4.1 数字彩色电视制式概述 一；一；H.261是最早的一个码率压缩标准。是最早的一个码率压缩标准。 二：二：JPEG（联合图片专家组）（联合图片专家组）-用于连续色调用于连续色调（灰度或彩色）（灰度或彩色）静止图象的压缩静止图象的压缩，用于活动图象，用于活动图象时，其算法仅限于帧内。时，其算法仅限于帧内。 三：三：MPEG（活动图象专家组）（活动图象专家组）-用于用于活动图象活动图象及相应音频压缩编码的标准系列及相应音频压缩编码的标准系列，包括，包括

12、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等。等。 MPEG-1的码率为的码率为1.5MB/S，用于，用于数字储存媒体数字储存媒体的活动图象及其伴音的编码标准的活动图象及其伴音的编码标准。其。其图象格式的图象格式的清晰度较低。清晰度较低。4.1 数字彩色电视制式概述 H.261的图象格式为的图象格式为CIF，亮度样点数亮度样点数352x288，色度样点数色度样点数176x144；也可以是；也可以是QCIF，亮度和色，亮度和色度样点数在水平和垂直方向皆减半，数据压缩采度样点数在水平和垂直方向皆减半，数据压缩采用用帧内帧内/帧间自适应预测加帧间自适应预测加DCT（离散余弦变换）（离散余弦变换）的混合

13、算法，用的混合算法，用DCT及量化编码去除空间冗余度，及量化编码去除空间冗余度，用有运动补偿的帧间预测及量化编码去除时间冗用有运动补偿的帧间预测及量化编码去除时间冗余度余度。数据流由图象（。数据流由图象（Picture)、像块组、像块组（GOB,Group of Blocks),宏块宏块(MB,Macroblock)和像块（和像块（Block）等各层组成。）等各层组成。经传输缓存和传输编码后输出，输出码率从经传输缓存和传输编码后输出，输出码率从64kb/s1.96Mb/s（P=30）4.1 数字彩色电视制式概述 联合图片专家组（联合图片专家组（JPEG） 它用于连续它用于连续色调（灰度或彩色）

14、静止图象压缩色调（灰度或彩色）静止图象压缩，用于活动图，用于活动图象时，其算法仅限于象时，其算法仅限于帧内帧内。 顺序方式顺序方式-是按是按一行一行的顺序对图象编码，一行一行的顺序对图象编码，整个图象一次整个图象一次编码完成；编码完成； 逐步方式逐步方式-是是整个图象分数次整个图象分数次编码完成，第一次只给出编码完成，第一次只给出低质低质量量的基本图象，在随后的各次编码中的基本图象，在随后的各次编码中逐步给出修正信息逐步给出修正信息直到直到得到满意的图象质量。得到满意的图象质量。 三种压缩算法三种压缩算法-基本系统、扩展系统（基本系统、扩展系统（基于基于DCT和可变长编和可变长编码码VLC）、

15、无失真压缩（）、无失真压缩（基于插值脉冲编码方法基于插值脉冲编码方法） 用此标准对自然彩色图象进行编码，得到可用此标准对自然彩色图象进行编码，得到可识别图象质量识别图象质量只只需要每像素需要每像素0.15bit，得到可用图象质量只需要每像素，得到可用图象质量只需要每像素0.25bit，每像素每像素 0.75bit时图象质量已相当好，到每像素时图象质量已相当好，到每像素 1. 5bit时可得时可得到与原始图象几乎一样的图象质量。到与原始图象几乎一样的图象质量。4.1 数字彩色电视制式概述 活动图象专家组（活动图象专家组（MPEG） -用于活动图象用于活动图象及相应音频压缩编码的标准系列，包括及相

16、应音频压缩编码的标准系列，包括MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等。等。 MPEG-1-它的码率约为它的码率约为1.5Mb/s，用于数，用于数字存储媒体的活动图象及其伴音的编码标准。字存储媒体的活动图象及其伴音的编码标准。其图象格式的清晰度较低。其图象格式的清晰度较低。 MPEG-2-用于高清晰度电视（用于高清晰度电视（HDTV）和）和标准清晰度电视（标准清晰度电视（SDTV）的视频压缩标准。）的视频压缩标准。4.1 数字彩色电视制式概述 MPEG-2有四种输入格式（用级加以划分）有四种输入格式（用级加以划分） 1、低级（、低级（LL，Low Level）-以亮度像素数计是以亮度像素数计

17、是352x240 x30pel/s或或352x288x25pel/s，最大输出码率为，最大输出码率为4Mb/s。 2、主级（、主级（ML，），）-以亮度像素数计是以亮度像素数计是720 x480 x30pel/s或或720 x576x25pel/s，最大输出码率为，最大输出码率为15Mb/s。（高类主级。（高类主级20Mb/s） 3、高、高1440级的图象输入格式是级的图象输入格式是1440*1152pel的高清晰度的高清晰度格式。最大输出码率为格式。最大输出码率为60Mb/s。（高类为。（高类为80Mb/s） 4、高级（、高级（HL）-的图象输入格式是的图象输入格式是1920*1152pel

18、的高清的高清晰度格式。最大输出码率为晰度格式。最大输出码率为80Mb/s。（高类为。（高类为100Mb/s）4.1 数字彩色电视制式概述 五类（五类（5类类5种不同的处理方式）种不同的处理方式） 1、简单类、简单类 2、主类、主类比简单类增加了双向预测压缩工比简单类增加了双向预测压缩工具，它没有可分极性，但质量要尽量好。具，它没有可分极性，但质量要尽量好。 3、信噪比可分级类、信噪比可分级类- 4、空间可分比级、空间可分比级- 5、高类、高类则支持逐行同时处理色差信号，则支持逐行同时处理色差信号，并且支持全部可分极性。并且支持全部可分极性。4.1 数字彩色电视制式概述一； 它是用于标准清晰度电

19、视（它是用于标准清晰度电视（SDTV）和高清晰度电视）和高清晰度电视（HDTV）的视频压缩标准。）的视频压缩标准。二：它有四种输入格式，用级加以划分二：它有四种输入格式，用级加以划分1：低级的图象输入格式低级的图象输入格式，以亮度象素数计，是，以亮度象素数计，是35224030pel/s或或352 288 25pel/s,最大输出码最大输出码率是率是4MB/S2：主级的图象输入格式主级的图象输入格式，以亮度象素数计，是，以亮度象素数计，是720 480 30pel/s或或720 576 25pel/s，最大输出码率是，最大输出码率是15MB/S（高类主级（高类主级20MB/S）3：高高1440

20、级的图象输入格式是级的图象输入格式是1440 1152pel的高清晰度的高清晰度格式，格式，最大输出码率是最大输出码率是60MB/S（高类为（高类为80MB/S）4：高级的图象输入格式是高级的图象输入格式是1920 1152的高清晰度格式的高清晰度格式，最大输出码率是最大输出码率是80MB/S（高类为（高类为100MB/S）4.1 数字彩色电视制式概述 三：它有五种不同的处理方式，用类加以划分三：它有五种不同的处理方式，用类加以划分 1：简单类：简单类 2：主类：主类 3：信噪比可分级类：信噪比可分级类 4：空间可分级类：空间可分级类 5：高类：高类 目前通用的两种数字电视标准是美国的目前通用

21、的两种数字电视标准是美国的ATSC和和欧洲的欧洲的DVB。视频信视频信源编码源编码音频信音频信源编码源编码业业务务复复用用传送传送信道编码信道编码调制调制接收机辅助数据辅助数据音频音频视频视频射频射频/传输传输业务复用和压缩业务复用和压缩信源编码和压缩信源编码和压缩3个子系统个子系统1、信源编码和压缩、信源编码和压缩（1）、视频子系统）、视频子系统 视频编码使用视频编码使用MPEG-2 （2）、音频子系统）、音频子系统 音频编码使用音频编码使用AC-3数字音频压缩标准数字音频压缩标准2、业务复、业务复用和传输用和传输指将视频数指将视频数据、音频数据、音频数据和辅助数据和辅助数据复用到单据复用到

22、单一数据流中。一数据流中。4.2 视频信源编码原理 4.2.1视频信源编码的理论依据 信源编码的信源编码的目的是目的是压缩数字电视图象的数据量，压缩数字电视图象的数据量，从而降低信号传输的数码率，减少传输带宽。从而降低信号传输的数码率，减少传输带宽。 一：从统计上讲，原始图象数据在一：从统计上讲，原始图象数据在空间及时间上空间及时间上的冗余度的冗余度很大，存在很大，存在大量无须传送的多余信息大量无须传送的多余信息。 1：每：每一帧数字电视图象一帧数字电视图象都可看成是由都可看成是由四种类型四种类型的局部图象结构的局部图象结构组成的（组成的（准均匀性准均匀性、低对比度细低对比度细节区节区、高对比

23、度细节区高对比度细节区、边缘区边缘区）。）。 帧内相关性（空间相关性）帧内相关性（空间相关性）前三种占图象的绝前三种占图象的绝大部分，它们在大部分，它们在水平方向的相邻之间水平方向的相邻之间、垂直方向垂直方向的相邻行之间的相邻行之间的的变化都很小变化都很小存在存在很强的空间相关很强的空间相关性性4.2 视频信源编码原理 2：帧间相关性（时间相关性）：帧间相关性（时间相关性）-电视图象不仅是二维空间电视图象不仅是二维空间图象，它具有再图象，它具有再时间轴上以场频和帧频为扫描周期的时空时间轴上以场频和帧频为扫描周期的时空性结构性结构。再。再相邻的场或帧对应像素间存在的相关性相邻的场或帧对应像素间存

24、在的相关性。这种。这种相关性与电视图象中的运动相关性与电视图象中的运动有关。有关。 二：二：信息非保持压缩编码信息非保持压缩编码-仅采用仅采用信息保持压缩编码信息保持压缩编码，往往往还达不到所期望的数据压缩率往还达不到所期望的数据压缩率。 数字电视系统中的数字电视系统中的信源编码信源编码联合使用了联合使用了信息保持信息保持和和信息非信息非保持编码技术保持编码技术。还采用了其它一些。还采用了其它一些辅助的数据压缩技术辅助的数据压缩技术。如用如用少量的定时信号少量的定时信号代替代替复合同步信号复合同步信号，以及，以及降低多余的降低多余的色度垂直分解力色度垂直分解力。实现了。实现了50倍以上倍以上数

25、据压缩率的高效编码。数据压缩率的高效编码。实验证明，在相邻帧之间，亮度信号平均实验证明，在相邻帧之间，亮度信号平均只有只有7.5的像素有明显的变化，色度信号的像素有明显的变化，色度信号平均只有平均只有7.5的像素有明显的变化，的像素有明显的变化，4.2 视频信源编码原理 信息非保持压缩编码信息非保持压缩编码通过对视觉的通过对视觉的生理学、心理学特性生理学、心理学特性的研究发现，允许经的研究发现，允许经过过压缩编码压缩编码的复原图象在客观上的复原图象在客观上存在一定存在一定的失真的失真，只要这种失真，只要这种失真在主观上是难以觉在主观上是难以觉察到察到的。基于这种思想实现的压缩称为之。的。基于这

26、种思想实现的压缩称为之。 它它不但要压缩冗余信息不但要压缩冗余信息，而且还要适当，而且还要适当舍弃掉一些非冗余但对视觉不敏感的信息舍弃掉一些非冗余但对视觉不敏感的信息以获得更大的压缩率。以获得更大的压缩率。4.2 视频信源编码原理 4.2.2 预测编码原理 它是数字电视信号信源编码的主要方法之它是数字电视信号信源编码的主要方法之一。也称为差分脉冲编码调制（一。也称为差分脉冲编码调制（DPCM）。）。量化器编码器预测器解码器预测器+信道输入输出Xn+-enen+X nX n预测差值预测差值量化预量化预测差值测差值4.2 视频信源编码原理 DPCM系统中不是直系统中不是直接把他传送出去，而接把他传

27、送出去，而是传送他与预测值是传送他与预测值（是用与他在空间或（是用与他在空间或时间上相邻的若干像时间上相邻的若干像素的线形组合产生的）素的线形组合产生的）的差值。的差值。,1NniiiXa X0P（e）e4.2 视频信源编码原理 预测器可以是利用预测器可以是利用空间相关性的帧内预测器空间相关性的帧内预测器，也，也可以是利用可以是利用时间相关性的帧间预测器时间相关性的帧间预测器，即分为，即分为帧内预帧内预测编码测编码和和帧间预测编码帧间预测编码，数字电视的信源编码联合使，数字电视的信源编码联合使用了帧内和帧间预测编码，特别是用了帧内和帧间预测编码，特别是带运动补偿的帧间带运动补偿的帧间预测编码，

28、已成为实现数据压缩的主要手段。预测编码，已成为实现数据压缩的主要手段。 它的缺点是它的缺点是抗御误码能力差抗御误码能力差。 若传输过程中产生误码，则由于若传输过程中产生误码，则由于递归预测算法递归预测算法，对于帧内编码会使对于帧内编码会使误差扩散到图像中一个较大的区域；误差扩散到图像中一个较大的区域；对于帧间编码会使误差扩散到后序的若干帧中对于帧间编码会使误差扩散到后序的若干帧中。 通常隔一段时间通常隔一段时间传输一次原始像素的基值，以终止可传输一次原始像素的基值，以终止可能的误码扩散。能的误码扩散。4.2 视频信源编码原理 在帧内预测编码中，基于在帧内预测编码中，基于像素间相关性像素间相关性

29、和硬件实现的考虑，作为和硬件实现的考虑，作为预测用的像素一般预测用的像素一般不超过不超过4个个。对于分量信号，这些。对于分量信号，这些像素与被像素与被预测像素是紧紧相邻的预测像素是紧紧相邻的。 1：若所有的：若所有的预测像素和被预测像素在预测像素和被预测像素在同一扫描行上（一维预测）同一扫描行上（一维预测） 2：若其中：若其中有些预测像素有些预测像素和和被预测像素被预测像素不在不在同一扫描行上同一扫描行上（二维预测），它的预测（二维预测），它的预测精度高，但实现要复杂一些。精度高，但实现要复杂一些。4.2 视频信源编码原理 在在MPEG2视频编码算法中，为便于视频编码算法中，为便于联合运用联合

30、运用帧帧内编码和帧间编码技术，将由一个连续的电视画内编码和帧间编码技术，将由一个连续的电视画面组成的面组成的视频序列视频序列划分为划分为许多图象组许多图象组，每个图象，每个图象组由组由几帧到十几帧图象几帧到十几帧图象组成，这些组成，这些图象相互间存图象相互间存在预测和生成关系在预测和生成关系。 1；图象组的第一幅图象是；图象组的第一幅图象是采用帧内编码的图象采用帧内编码的图象（I图象）图象） 2：后面可包括：后面可包括数帧采用前向帧间预测编码的图数帧采用前向帧间预测编码的图象（象（P图象图象），），P图象是图象是以以I图象或前一个图象或前一个P图象为图象为参考图象进行帧间编码的。参考图象进行帧

31、间编码的。 3：在：在I图象与图象与P图象或图象或P图象与图象与P图象之间可有数图象之间可有数帧（通常是两帧）采用双向预测编码的图象（帧（通常是两帧）采用双向预测编码的图象（B图象）图象）帧内预测编码IBBPBBPBBPBBIIPBBPBBPBBIBB1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 与一般的与一般的帧内预测编码帧内预测编码不同，不同，I图象中的预测编码是配合图象中的预测编码是配合变换编码一起进行的。变换编码一起进行的。 1：将：将I图象的图象的亮度图象亮度图象Y及及两个色度两个色度CR、 CB图象图象划分为许划分为许多多小的像块小的像块，每个像块由，每个像块由88个像素组

32、成，每个像素组成，每4个个22排排列的列的Y像块与空间相应像块与空间相应CR像块像块、CB像块一起组合为一个像块一起组合为一个宏块。在同一宏块行（宏块。在同一宏块行（16扫描行宽）中的若干个（至少一扫描行宽）中的若干个（至少一个）相邻的宏块组成一个像条个）相邻的宏块组成一个像条 1：不包括整幅图象的通用结构不包括整幅图象的通用结构 2：包括整幅图象的特殊结构：包括整幅图象的特殊结构56123 4Y CR CB123 45768123 4597 116 108 124：4：4格式的宏块4：2：2格式的宏块4：2：0格式的宏块16像素8像素4.2 视频信源编码原理 在在I图象进行帧内预测编码之前，

33、首先对每一个图象进行帧内预测编码之前，首先对每一个8*8的的像块进行像块进行二维离散余弦变换（二维离散余弦变换（DCT），将，将像块像块变换为由变换为由8*8个变换系数个变换系数组成的组成的系数块系数块，位于，位于系数块左上角的第系数块左上角的第一个系数一个系数是像块中是像块中8*8个像素的平均值，代表像块的个像素的平均值，代表像块的直流直流分量分量，称为，称为DC系数系数。帧内预测编码是对。帧内预测编码是对各个系数块的各个系数块的DC进行的，目的是除出相邻像块的直流分量之间，较强的相进行的，目的是除出相邻像块的直流分量之间，较强的相关性。关性。 帧内预测又是帧内预测又是基于像条基于像条的，即

34、的，即只对于同一个像条内只对于同一个像条内DC系数有预测和生成关系系数有预测和生成关系。在预测方法上采取简单的。在预测方法上采取简单的前值预前值预测测。为节省数据，在每个像条的。为节省数据，在每个像条的起始处不传输预测的基准起始处不传输预测的基准值值。而是根据对差值信号的精度的要求是。而是根据对差值信号的精度的要求是8bit、 9bit、10bit 、11bit。固定地将预测器的基准值设置为。固定地将预测器的基准值设置为128、256、512、1024。4.2 视频信源编码原理 帧间预测编码是以帧间预测编码是以图象组为单位进行的图象组为单位进行的，在两个，在两个I图象之间图象之间的若干帧图象构

35、成一个图象组的若干帧图象构成一个图象组。这里说的图象：。这里说的图象： 1：对于逐行扫描视频指的是：对于逐行扫描视频指的是帧图象帧图象 2：对于隔行扫描视频指的是：对于隔行扫描视频指的是帧图象或场图象帧图象或场图象。隔行视频中。隔行视频中的帧图象由两场图象组成，即顶场和底场，两场的扫描行在的帧图象由两场图象组成，即顶场和底场，两场的扫描行在空间相互交织。空间相互交织。隔行视频中的两场可以单独编码，也可以组隔行视频中的两场可以单独编码，也可以组合为帧图象一起编码合为帧图象一起编码。当单独编码时，。当单独编码时，顶场和底场应成对出顶场和底场应成对出现现，两场共同组成，两场共同组成一编码帧一编码帧，

36、按，按解码的输出顺序编码到码流解码的输出顺序编码到码流中中。 3：对于编码对于编码P帧或编码帧或编码B帧帧，其中的两场应同为，其中的两场应同为P场图象或场图象或B场图象。场图象。 4：对于编码对于编码I帧帧，第一幅图象为，第一幅图象为I场图象，第二幅图象则可以场图象，第二幅图象则可以是是I场图象，也可以是场图象，也可以是P场图象。场图象。4.2 视频信源编码原理 在图象组中：在图象组中： 1：I图象是图象是帧内编码图象帧内编码图象，其，其编解码编解码不依赖于其它图象，不依赖于其它图象，同时它还是同时它还是P图象、图象、B图象编解码的图象编解码的参考图象参考图象。 2：P图象是图象是前向预测图象

37、前向预测图象，编码中像素的预测值取为前，编码中像素的预测值取为前面与其相邻的面与其相邻的I图象或图象或P图象中相应像素的值，即图象中相应像素的值，即采取帧间前采取帧间前值预测值预测。 3：B图象是图象是双向预测编码图象双向预测编码图象，编码中像素的预测值取，编码中像素的预测值取为前后与其最近的为前后与其最近的I图象或图象或P图象图象相应像素值的加权平均相应像素值的加权平均，预预测系数测系数的大小与的大小与图象间的距离成反比图象间的距离成反比。（。（B图象不能图象不能作为其他作为其他B图象或图象或P图象编码的参考图象）。图象编码的参考图象）。B图象的引入是因为它比图象的引入是因为它比P图象有更高

38、的预测效率，其代价是图象有更高的预测效率，其代价是需要帧或场延迟存储器需要帧或场延迟存储器)。 4：编码顺序编码顺序-传送码流中编码图象的顺序传送码流中编码图象的顺序 5：显示顺序：显示顺序-在解码输出端重建图象的顺序在解码输出端重建图象的顺序 引入引入B图象后，视频排列的编码顺序与显示顺序是不同的。图象后，视频排列的编码顺序与显示顺序是不同的。4.2 视频信源编码原理12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13I B B P B B P B B P B B I14 2 3 7 5 6 10 8 9 13 11 12I P B B P B B P B B I B B图象序列中的图象

39、为帧图象，排列顺序是在编码器的图象序列中的图象为帧图象，排列顺序是在编码器的输入端或解码器的输出端的显示顺序。输入端或解码器的输出端的显示顺序。而在编码器的输出端编码码流中解码器输入端顺序而在编码器的输出端编码码流中解码器输入端顺序图象组中图象的数目虽然是没有限制的，但一般也不能过多，图象组中图象的数目虽然是没有限制的，但一般也不能过多，或者说在图象序列中隔一定时间就传送一幅或者说在图象序列中隔一定时间就传送一幅I图象。图象。1、处于混乱状态、处于混乱状态2、图象组中的、图象组中的I图象是视频编辑的切入点。图象是视频编辑的切入点。替换方法替换方法-I图象采用逐步刷新，即每次图象采用逐步刷新，即

40、每次I图象出现时仅在图象图象出现时仅在图象的某个像块内进行帧内编码，通过多个这样的的某个像块内进行帧内编码，通过多个这样的I图象使各个像块轮流图象使各个像块轮流得到周期性的刷新。得到周期性的刷新。16MNNM运动矢量运动矢量编码帧中编码帧中的宏块的宏块参考帧中的参考帧中的最佳匹配宏块最佳匹配宏块参考帧中的参考帧中的搜索区域搜索区域16它表示从编码帧到参考帧像素运动的方向和距离，它表示从编码帧到参考帧像素运动的方向和距离，11( , )( ,)( , )kkkXyx yx yxxyyffyfxDD对于图象的静止部分，用来预测的像素显然对于图象的静止部分，用来预测的像素显然应与编码像素处于相同的空

41、间位置上应与编码像素处于相同的空间位置上对于图象的运动物体，设物体上的某点在对于图象的运动物体，设物体上的某点在参考帧中的坐标为（参考帧中的坐标为（x,y），由于运动，），由于运动，同一点在编码帧中处于坐标为（同一点在编码帧中处于坐标为（x,y)的位置的位置两个坐标之间差记为两个坐标之间差记为D称为运动矢量，称为运动矢量，它表示从编码帧到参它表示从编码帧到参考帧像素运动的方向考帧像素运动的方向和距离，通过比较参和距离，通过比较参考帧与编码帧中的图考帧与编码帧中的图象，求出运动物体像象，求出运动物体像素的运动矢量称为运素的运动矢量称为运动估值。动估值。块匹配运动估值示意图块匹配运动估值示意图4.

42、2 视频信源编码原理 为了既能处理为了既能处理逐行扫描图象逐行扫描图象，又能处理，又能处理隔行扫描隔行扫描图象图象数字电视中的数字电视中的帧间预测编码帧间预测编码包括：包括： 1：帧图象的帧预测帧图象的帧预测（它用于运动补偿的情况）（它用于运动补偿的情况） 2：帧图象的场预测帧图象的场预测（它用于运动剧烈的情况）（它用于运动剧烈的情况） 3：场图象的场预测场图象的场预测 4：双基预测双基预测-它它仅用于仅用于P图象图象，适用于无，适用于无B图象图象的图像序列的图像序列 5：168预测预测-它仅用于它仅用于场图象场图象 帧间预测编码预测模式通常帧间预测编码预测模式通常并不是不变并不是不变的的,可

43、可 以按以按宏块逐块的改变宏块逐块的改变。4.2 视频信源编码原理 1、帧图象的帧预测、帧图象的帧预测 （它用于运动补偿的情况）帧图象中的（它用于运动补偿的情况）帧图象中的16*16宏块数据可以取自逐行扫描的一帧图宏块数据可以取自逐行扫描的一帧图象。也可由隔行扫描的顶场和底场两场图象。也可由隔行扫描的顶场和底场两场图象组成。象组成。参考帧参考帧参考帧参考帧参考帧参考帧可能插入可能插入的的B图象图象（尚未编码）（尚未编码）可能插可能插入的图象入的图象（已编码）（已编码）可能插可能插入的图象入的图象（尚未编码）（尚未编码）B帧预测帧预测P帧预测帧预测2、帧图象的场预测、帧图象的场预测顶参顶参考场考

44、场底参底参考场考场底场底场顶场顶场顶参考场顶参考场底参底参考场考场顶参顶参考场考场底参底参考场考场底场底场顶场顶场可能插入的图象（尚未编码）可能插入的图象（尚未编码）可能插入可能插入的的B图象图象（已编码）（已编码）可能插入的可能插入的B图象（尚未编码）图象（尚未编码）a1b1a2b2a1b1a2b2c1d1c2d2P场预测场预测a1,a2任取其一任取其一 b1,b2任取其一任取其一B场预测场预测a1,a2任取其一任取其一 b1,b2任取其一任取其一c1,c2任取其一任取其一 d1,d2任取其一任取其一场图象的场预测场图象的场预测(P场预测）场预测）顶参顶参考场考场底参底参考场考场底场底场顶场

45、顶场可能插入的图象（尚未编码）可能插入的图象（尚未编码）a1a2编码帧中第一场图象的预测编码帧中第一场图象的预测底参底参考场考场底场底场顶场顶场可能插入的图象（尚未编码）可能插入的图象（尚未编码）a2编码帧中第二场图象为底场的预测编码帧中第二场图象为底场的预测顶参顶参考场考场底场底场顶场顶场可能插入的图象（尚未编码）可能插入的图象（尚未编码）a2编码帧中第二场图象为顶场的预测编码帧中第二场图象为顶场的预测a1a1场图象的场预测场图象的场预测(B场预测）场预测）顶参考场顶参考场底参底参考场考场顶参顶参考场考场底参底参考场考场可能插入可能插入的的B图象图象（已编码）（已编码）可能插入的可能插入的B

46、图象（尚未编码）图象（尚未编码）a1a2b1b2B场预测场预测a1,a2任取其一任取其一 b1,b2任取其一任取其一4.2 视频信源编码原理 4、双基预测、双基预测 它它仅用于仅用于P图象图象，适用于无，适用于无B图象的图像序图象的图像序列列 5、16*8预测预测 它仅用于它仅用于场图象场图象4.2 视频信源编码原理 4.2.3 变换编码原理 它是实现图象压缩的主要手段之一，它指的是它是实现图象压缩的主要手段之一，它指的是正交变换编正交变换编码码，是将，是将空间域的电视信号空间域的电视信号变换到由变换到由正交矢量定义的变换正交矢量定义的变换域中域中，以便，以便去除去除其其空间相关性空间相关性，

47、并对，并对变换域中的系数变换域中的系数采取采取适当的适当的编码方式，以达到数据压缩的目的编码方式，以达到数据压缩的目的方块化（MN）正交变换量化编码解码正交反变换信道发送端发送端输入输入X输出X接收端4.2 视频信源编码原理17700,10,TTTTTijijijijijTijijijYCXXYCCCIijijXCCCCCCu uv vyuu当当X由由8*8像素组成的像块矩阵，其正交变换后的像素组成的像块矩阵，其正交变换后的8*8系数系数块用块用Y表示。表示。C表示表示8*8的正交变换矩阵，的正交变换矩阵，I为为8*8的单位矩的单位矩阵阵TC是其转置矩阵是其转置矩阵4.2 视频信源编码原理 一

48、：考虑到一：考虑到像素间的相关性像素间的相关性只在一定的只在一定的距离内比较显著距离内比较显著，并且从减少计算量和存储量出发，在变换编码中，数字图象首并且从减少计算量和存储量出发，在变换编码中，数字图象首先被分割成许多方块。按照先被分割成许多方块。按照MPEG2视频编码算法，视频编码算法， 1：I帧中的方块帧中的方块是由是由88的原始图象像素组成的像块的原始图象像素组成的像块； 2：P、B帧中的帧中的像块像块是由是由88的帧间预测差值组成的像块的帧间预测差值组成的像块。 像块经像块经正交变换后成为由彼此相互独立的系数组成的正交变换后成为由彼此相互独立的系数组成的88系数系数块块。图象在空间域中

49、的。图象在空间域中的强相关性强相关性，使变换域中各个系数的功率，使变换域中各个系数的功率有很大的差别，功率集中于有很大的差别，功率集中于方块的特定的部位方块的特定的部位。 二：这些二：这些系数分别对应于不同的空间频率分量系数分别对应于不同的空间频率分量，对，对人眼的人眼的视觉有不同的影响视觉有不同的影响，因此，在，因此，在对变换系数的量化中，可以保留对变换系数的量化中，可以保留重要的系数。对保留下的系数，根据其对视觉的重要程度还可重要的系数。对保留下的系数，根据其对视觉的重要程度还可以采用不同的量化间隔。对量化后的系数进一步以采用不同的量化间隔。对量化后的系数进一步熵编码（游程熵编码（游程编码

50、、霍夫曼编码）最后完成图象数据压缩的变换编码。在接编码、霍夫曼编码）最后完成图象数据压缩的变换编码。在接收端，通过熵解码、反量化、正交反变换，使原始图象得到复收端，通过熵解码、反量化、正交反变换，使原始图象得到复原。原。1 2 3 4 5 6 7 8 76543211 2 3 4 5 6 7 8 7654321x1x2y1y2x1x2设设x1和和x2是原始图象中的两个相邻像素，每个像素用是原始图象中的两个相邻像素，每个像素用3bit编码，两个像素共有编码，两个像素共有64种种可能的灰度组合，可能的灰度组合， x1和和x2间的相关性体现在这间的相关性体现在这64种灰度组合具有不同的出现概率，种灰

51、度组合具有不同的出现概率，图中的阴影区，即图中的阴影区，即x1=x2直线附近的点具有较大的概率。现用旋转变换使坐标旋转直线附近的点具有较大的概率。现用旋转变换使坐标旋转4度，度，在新的坐标系中，阴影区位于在新的坐标系中，阴影区位于y1轴附近，即在这些概率大的灰度组合中，轴附近，即在这些概率大的灰度组合中，y1与与y2接近于接近于相互独立，相互独立， y1具有较大方差，具有较大方差， y2具有较小的方差。有可能用较少的位数编码，实现图具有较小的方差。有可能用较少的位数编码，实现图象数据压缩。象数据压缩。7700180, 071(21)cos21617, 071()()cos(21)/16 cos

52、(21)/1641()0,01 /21()0,01 /2ijijpqijijijijKp KqipjqKpppKqqqCyx 随着行数的增加随着行数的增加DCT矩阵矩阵C的行向量的振荡频率是递增的，的行向量的振荡频率是递增的，位于系数矩阵位于系数矩阵Y的的右下角部分右下角部分的的变换系数变换系数对应对应空间高频分量空间高频分量，而位于，而位于左上角部分的变换系数左上角部分的变换系数对应对应空间低频分量空间低频分量其中对应空间直流分量即为其中对应空间直流分量即为DC系数，其它系数，其它63个对应交流分量的个对应交流分量的系数则称为系数则称为AC系数。系数。MPEG2标准建议标准建议DCT的输入和

53、逆的输入和逆DCT的输出采用的输出采用9bit表示，表示，DC系数用系数用12bit， 4.2 视频信源编码原理4.2.4熵编码 原理 它是一类无损编码，因编码后的平均码长接近信源的熵而得名，它多用它是一类无损编码，因编码后的平均码长接近信源的熵而得名，它多用可变字长编码实现。其基本思想是对信源中出现概率大的符号赋以短码，可变字长编码实现。其基本思想是对信源中出现概率大的符号赋以短码，信源中出现概率小的符号赋以长码，从而在统计上得到较短的平均码长。信源中出现概率小的符号赋以长码，从而在统计上得到较短的平均码长。同时，所编的码是即时可译码，。某一个吗不会是另一个码的前缀，各个同时，所编的码是即时

54、可译码，。某一个吗不会是另一个码的前缀，各个码之间无须附加信息便可自然分开。码之间无须附加信息便可自然分开。霍夫曼编码霍夫曼编码是在数字电视中应用的一种可变长编码是在数字电视中应用的一种可变长编码1：将信源符号以出现开概率作为结点由大到小排成一列，将最末两个符号：将信源符号以出现开概率作为结点由大到小排成一列，将最末两个符号的概率结点用二叉树相加合成一个概率结点，的概率结点用二叉树相加合成一个概率结点，2：将这个概率结点与其余符号的概率结点再按大小排序，并再将最末两个：将这个概率结点与其余符号的概率结点再按大小排序，并再将最末两个概率结点用二叉树相加合成一个概率结点。重复上述步骤，直至最终将所

55、概率结点用二叉树相加合成一个概率结点。重复上述步骤，直至最终将所有概率合成一个概率结点有概率合成一个概率结点“1”。完成上述工作后，从根的结点出发逐步向。完成上述工作后，从根的结点出发逐步向前进行编码，每遇到一个二叉树，便对两个分支各赋予一个二进制吗，对前进行编码，每遇到一个二叉树，便对两个分支各赋予一个二进制吗，对指向概率大的结点的分之赋予码元指向概率大的结点的分之赋予码元“0”对另一个分之赋予吗元对另一个分之赋予吗元“1”直至到直至到达表示信源符号的概率结点为止。达表示信源符号的概率结点为止。4.2 视频信源编码原理S1 0.4-0.4-0.4-0.4 0.6 0 1.0S2 0.3-0.

56、3-0.3-0.3 0 0.4 1S3 0.1-0.1 0.2 0 0.3 1S4 0.1-0.1 0 0.1 1S5 0.06 0 0.1 1S6 0.04 1从更结点出发逐步向前进行编码，每遇到一从更结点出发逐步向前进行编码，每遇到一个二叉树，便对两个分支各赋予一个个二叉树，便对两个分支各赋予一个二进制码，对指向概率大的结点的分支赋予二进制码，对指向概率大的结点的分支赋予码元码元“0”；对另一个分支赋予码元；对另一个分支赋予码元“1”。MPEG-2视频编解码器预处理预处理+DCTQVLCVBVQIDCT+参考参考帧存储帧存储运动补偿预测运动补偿预测运动估值运动估值帧内帧内/帧间帧间模式选择

57、模式选择图象复杂度图象复杂度分析速率控制分析速率控制当前帧当前帧视频信号视频信号010运动矢量运动矢量缓存器占有程度缓存器占有程度压缩压缩码流码流1VLC表示表示可变字长编码可变字长编码VBV表示视频表示视频缓冲效验器缓冲效验器IDCT表示逆表示逆DCT4.2 视频信源编码原理 在在MPEG-2视频编码标准中，联合运用了视频编码标准中，联合运用了预测编码预测编码和和变换编码技术变换编码技术，图中帧内，图中帧内/帧间模式帧间模式选择是通过检查宏选择是通过检查宏块帧间预测误差大小来进行的。块帧间预测误差大小来进行的。 1：当误差在一定范围内时开关：当误差在一定范围内时开关接到接到“1”，视频编码采

58、，视频编码采用补偿用补偿帧间预测编码模式帧间预测编码模式。 2：当误差超过一定的范围时，开关：当误差超过一定的范围时，开关接到接到“0”，采用，采用帧帧内编码模式内编码模式。 3：帧间编码时，反馈环接通，经过：帧间编码时，反馈环接通，经过DCT和量化（和量化（Q）后的预测误差，在反馈环中首先由反量化和逆后的预测误差，在反馈环中首先由反量化和逆DCT（IDCT）加以恢复，然后与预测值相加得到带有量化）加以恢复，然后与预测值相加得到带有量化误差的当前帧的像素值，将它存入预测器的帧存贮器误差的当前帧的像素值，将它存入预测器的帧存贮器中，作为下一帧编码的参考帧，当前帧与当前帧（本中，作为下一帧编码的参

59、考帧，当前帧与当前帧（本帧）在运动估值器中进行块匹配，得到运动矢量。帧）在运动估值器中进行块匹配，得到运动矢量。4.2 视频信源编码原理 运动矢量运动矢量与与编码像素的位置编码像素的位置相相加加，得到，得到参考参考像素像素的的位置位置，从参考帧存贮器的这个位置上，从参考帧存贮器的这个位置上读出参考像素值作为运动补偿的读出参考像素值作为运动补偿的预测值，编预测值，编码像素与这个预测值相减便得到帧差信号码像素与这个预测值相减便得到帧差信号，帧差信号经过帧差信号经过DCT、量化和可变长熵编吗送、量化和可变长熵编吗送到视频缓冲校验器（到视频缓冲校验器（VBV）。 帧内编码时，帧间运动补偿预测的反馈环断

60、帧内编码时，帧间运动补偿预测的反馈环断开，原始数字图象直接经开，原始数字图象直接经DCT、量化、熵编、量化、熵编码和缓存成为速率恒定的压缩视频信号进入码和缓存成为速率恒定的压缩视频信号进入信道。信道。输入缓存VLDQIDCT参考帧存贮运动估值+帧内/帧间模式选择运动矢量01解压缩视频信号压缩吗流4.2 视频信源编码原理 解码器收到的是解码器收到的是速度恒定的比特流速度恒定的比特流，但比特流的输入过，但比特流的输入过程之间是不同步，因此解码器的前端必须有一个缓存器作为程之间是不同步，因此解码器的前端必须有一个缓存器作为输入比特流与解码器之间的接口。与编码器的输出缓存器一输入比特流与解码器之间的接