信源编码原理

信源编码原理《广电网络工程综合实训》课程2目录信源编码的必要性01压缩编码的可行性02压缩编码的方法03典型压缩编码方法043信源编码的方法信源编码也称为频带压缩编码或数据压缩编码，就是把原始的模拟电视信号用数字编码来表示，也称为数字化。电视信号数字化后有优点，但同时也有一个缺点，即数码率很高。例如4：2：2编码、8比特量化的SDTV信号数码率为216Mbps。传输这样一路数字电视信号需要有108MHz的通道带宽；对于10比特量化的HDTV信号来说，其数码率达到1485Mbps，所需的传输通道带宽高达742.5MHz。因此，若不采取措施，这样的信号无法在一般的通道中传输，更无法在现有电视的8MHz带宽中传输。4信源编码的方法数据量非常大之后，除了信号传输有问题外，信号的存贮也有问题。在4：2：2编码、8比特量化情况下，一帧SDTV图像的数据量约为8.6Mb，要记录10分钟的电视节目就需要130Gb的存储器容量；记录10分钟HDTV的节目需要891Gb的存储器容量。可见，若不压缩数据量，就无法在普通的存储设备上实现数字电视信号的存储。要实现数字电视信号的有效存储和传输，就需要采取措施降低其数据量和数码率，也就是说要设法对数字电视信号进行压缩，通常将这一过程称为信源编码。5压缩编码的可行性数字电视信号之所以可以压缩，是因为对于视频信号存在着时间、空间、统计、人眼视觉等大量冗余。对于音频来讲，同样存在频域和时域的掩蔽效应。6压缩编码的方法无损压缩有损压缩帧间压缩帧内压缩变换压缩熵编码7视频压缩编码的可行性时间冗余

电视图像中相继各帧对应像素点的值往往相近或相同，具有时间相关性，相邻两帧图像的内容大体相似，不必传输每一帧图像，空间冗余

一幅图像相邻各点的取值往往相近或相同，具有空间相关性，找出这些相关性就可以减少信息量统计冗余

对经常出现的数据用短码组表，对不经常出现的数据用长码组表示，则最终用于表示这一串数据的总码位就减少了，从而实现与统计冗余有关的压缩。人眼的视觉冗余

人眼对亮度信号比对色度信号敏感，对低频信号比对高频信号敏感，对静止图像比对运动图像敏感8音频压缩编码的可行性频域掩蔽效应。是指掩蔽声与被掩蔽声同时作用时发生的掩蔽效应，又称为同时掩蔽。通常，频域中的一个强音会掩蔽与之同时发声的附近的弱音，弱音离强音越近，一般越容易被掩蔽；反之，离强音较远的弱音不容易被掩蔽。人耳在20Hz～20 kHz的可听范围内，对3～4 kHz附近的声音最敏感。时域掩蔽效应。所谓时域掩蔽，是指掩蔽效应发生在掩蔽声与被掩蔽声不同时出现时，又称为异时掩蔽。9典型压缩标准（1）JPEGJPEG是联合图像专家组的简称，研究静止图像的有损压缩方案，成为现在的JPEG静止图像压缩标准。JPEG实际上也可以用于动态的视频图像，即在采集时对视频信号的每一帧画面进行JPEG压缩，而在重放时将一系列JPEG图像连续放出，这就是早期MotionJPEG方式。（2）H.261H.261是ITU（原CCITT）数字视频压缩标准，主要应用于通过ISDN电话线的视频会议和视频电话，其比特率为P×64kbps，这里的P的取值范围是1～30。10典型压缩标准（3）MPEG1MPEG是活动图像专家组的简称，负责制定视频及伴音的编码标准，主要用于数字存储媒质的活动图像及伴音，经压缩后的总数据比特率为1.5 Mbps。MPEG在1.2 Mbps速率下的压缩/解压缩SIF格式的视频质量可以和用VHS录像机中纪录的模拟视频的质量相媲美。（4）MPEG2MPEG2是MPEG1的扩展，可广泛用于各种速率和各种分辨率的情况，而且可以接收隔行扫描的输入信号。我国数字有线电视的信源编码标准主要采用MPEG2，它针对图像几种冗余的特点，应用运动估值、离散余弦变换（DCT）、自适应量化和熵编码等技术，实现对信号码率的压缩。MPEG2五类四级。其中主类主级MP@ML适用于标准数字电视，主类高级MP@HL则用于高清晰度电视（1920×1080像素）。11典型压缩标准（5）MPEG4MPEG4是1998年11月被ISO/IEC批准的一个新的视频多媒体业务的标准，是对图像中的某个内容进行编码，其具体的编码对象是图像中的音频和视频，称为AV对象。适用于低传输速率应用的方案。更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。（6）H.264H.264是由ITV-T视频编码专家组和ISO/IEC动态图像专家组联合组成的联合视频组提出的高度压缩数字视频编解码器标准，建立在块匹配混合编码的基础上，采取一系列高效压缩编码技术的开放式标准。在相同的SNR下，H.264的平均码流比MPEG4降低41%，比H.263降低52%，比MPEG2降低67%（一套SDTV/6 Mbps降低为1.98 Mbps）。1