電視原理與現(xiàn)代電視系統(tǒng)：第六章 數(shù)字電視與高清晰度電視

1、第六章 數(shù)字電視與高清晰度電視 61數(shù)字電視概述 611 數(shù)字電視概念 數(shù)字電視指的是將模擬的電視信號(hào)變換為數(shù)字形式的電視信號(hào)（更先進(jìn)的電視攝像機(jī)應(yīng)直接獲取數(shù)字電視信號(hào)），然后進(jìn)行傳輸、處理或進(jìn)行存儲(chǔ)的系統(tǒng)，或還原成圖像（可先還原成模擬信號(hào)）。 數(shù)字電視信號(hào)的存儲(chǔ)媒質(zhì)可以是各種半導(dǎo)體存儲(chǔ)電路(RAM、ROM、E2PROM等)；也可以是視頻激光光盤(pán)(VCD、DVD)或HDD，后者就是永久性的存儲(chǔ)媒質(zhì)。為了減小數(shù)據(jù)量,常對(duì)數(shù)字電視信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼后再傳輸或存儲(chǔ)。 612數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)(1) 數(shù)字電視的抗干擾能力強(qiáng) ；(2)數(shù)字電視機(jī)穩(wěn)定可靠，易于調(diào)整，便于生產(chǎn) ；(3)數(shù)字電視信號(hào)便于與計(jì)算機(jī)或其

2、它數(shù)字設(shè)備接口；(4)利用數(shù)字電視信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)難以得到的信號(hào)處理功能 。62 電視信號(hào)的編碼 621 電視信號(hào)的數(shù)字化 模擬電視信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電視信號(hào)的過(guò)程是模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換編碼過(guò)程 (稱(chēng)可為PCM調(diào)制脈沖編碼調(diào)制，由A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn))，由數(shù)字電視信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)則稱(chēng)PCM解調(diào)過(guò)程（由D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)）。 我們知道A/D轉(zhuǎn)換是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行取樣、量化的過(guò)程，將連續(xù) ( 幅度和時(shí)間 ) 的信號(hào)變離散的 n 位的二進(jìn)制數(shù)字碼。設(shè)離散值的最大個(gè)數(shù)為M，n 與 M 的關(guān)系為 2n -1 =M。 A/D轉(zhuǎn)換輸出可以是 n 位平行碼，也可以是數(shù)率為n fS 的串行碼(fS為采樣轉(zhuǎn)換頻率)。 量化過(guò)

3、程（時(shí)域相乘，頻域卷積）與頻譜 根據(jù)取樣定理，當(dāng)信號(hào)的最高頻率為fm時(shí)，應(yīng)有fS 2fm ，實(shí)際上為了便于D/A后利用濾波還原信號(hào)，應(yīng)有fS 2.2 fm 。n = 3，M = 7頻域時(shí)域理想低通濾波器特性取樣函數(shù)fS/2 622 圖像信號(hào)的編碼方案與參數(shù)確定 彩色圖像信號(hào)通常有兩種形式：彩色全電視信號(hào)(Y/C)；亮度信號(hào)/色差信號(hào)（Y / R-Y、B-Y，也可稱(chēng)為分量信號(hào)）。因此對(duì)圖像信號(hào)的PCM編碼也有全信號(hào)編碼和分量編碼兩種，數(shù)字電視系統(tǒng)宜用分量編碼，電視接收機(jī)中的數(shù)字化處理宜用全信號(hào)編碼。 1全電視信號(hào)編碼 (1) 取樣頻率 由于取樣過(guò)程是非線(xiàn)性過(guò)程（時(shí)域相乘），在對(duì)對(duì)全電視信號(hào)采樣量

4、化時(shí)，取樣頻率 fS 的選擇，除了要滿(mǎn)足取樣定理外，要考慮采樣后的信號(hào)中fS與 fSC的差頻的影響：當(dāng) fS3 fSC或 fS4 fSC時(shí)， fS與 fSC的差頻將落在Y信號(hào)的頻譜間隙中。 應(yīng)使取樣點(diǎn)在屏幕中的位置固定，且滿(mǎn)足正交取樣條件。 以PAL制為例，當(dāng) fS4 fSC時(shí) fSC(283+3/4) fH +25 ，即一行中有（1135+4/625）個(gè)取樣周期。每幀的取樣點(diǎn)個(gè)數(shù)為整數(shù) 625（1135+4/625）個(gè)取樣點(diǎn) ，兩相鄰幀間取樣點(diǎn)的位置相同。相鄰行（奇、偶兩場(chǎng)）的起始點(diǎn)相隔313(1135+4/625) 個(gè)采樣點(diǎn)，也是近似整數(shù) (僅差0.0032)，滿(mǎn)足正交結(jié)構(gòu)。fS4 fSC

5、的另一好處是因fS/2與fm間有較大間隔，可以降低模擬低通濾波器和數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)難度。（但碼率高） (2) 編碼位數(shù) 量化信噪比 對(duì)于經(jīng)過(guò)校正的圖像信號(hào)，一般都采用均勻量化，即用線(xiàn)性編碼。設(shè)單極性圖像信號(hào)的變化范圍為0到1，分為2n -1個(gè)量化層,約每個(gè)量化層高為2-n。由于均勻分布，量化誤差的均方根值：滿(mǎn)量程量化信噪比：即量化位數(shù)每增加一位，信噪比提高6dB。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)n = 7 、8（即將信號(hào)量化為127至255個(gè)層時(shí)），人們已很難感到量化的影響（但對(duì)于未經(jīng)校正的圖像信號(hào)，則需要量化位數(shù)應(yīng)大于11），由上式可知，對(duì)應(yīng)的量化信噪比約為5060dB。 全信號(hào)編碼時(shí)的數(shù)據(jù)速率 以PAL制 f

6、S4 fSC 、n = 8(8位A/D轉(zhuǎn)換)為例，總數(shù)據(jù)速率約為 44.438=141.76Mb/s。由此可見(jiàn)，數(shù)字圖像信號(hào)的數(shù)據(jù)速率是很高約。每一幀的數(shù)據(jù)量為5.67Mb或708.8kB。 2分量編碼 分量編碼就是對(duì)Y、R-Y、B-Y或三個(gè)基色分量R、G、B分別編碼，進(jìn)行并行傳輸或時(shí)分復(fù)用傳輸。 (1) 取樣頻率 fS 的選定原則和標(biāo)準(zhǔn) 選定原則 fS應(yīng)大于最高頻率（Y：5.86MHz，色差2 MHz）的2.2倍。 為了得到正交的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，取樣頻率應(yīng)為行頻 fH的整數(shù)倍。 fS是50Hz /625行、60Hz/ 525兩類(lèi)行頻的公倍數(shù)，以為了便于不同電視制式轉(zhuǎn)換。 亮度信號(hào)的取樣頻率與色差信

7、號(hào)的取樣頻率之間有整數(shù)倍的關(guān)系，以使兩者的取樣點(diǎn)能重合或有固定的位置關(guān)系。 CCIR(國(guó)際無(wú)線(xiàn)電咨詢(xún)委員會(huì))的分量編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)Y / R-Y/B-Y的取樣頻率為13.5/6.75/6.75MHz, 簡(jiǎn)稱(chēng)4:2:2標(biāo)準(zhǔn)。( fS = 13.5MHz = 858 fS 525行 = 864 fS 625行， fH 525行 =15734.264Hz )低標(biāo)準(zhǔn)： 4:1:1/ 13.5/3.375/3.375MHz，2:1:1/ 6.75/3.375/3.375MHz (2) 數(shù)字有效行(內(nèi)的信號(hào)樣點(diǎn)數(shù)) 數(shù)字有效行的數(shù)據(jù)由每行必須進(jìn)行處理和存儲(chǔ)的取樣點(diǎn)構(gòu)成,有效行期間包括了正程。兩種制式的數(shù)字

8、有效行均為亮度信號(hào)樣點(diǎn)數(shù)：720、色度樣點(diǎn)數(shù)：360個(gè)，便于兩種制式的轉(zhuǎn)換。一行的起點(diǎn)定在行同步前沿脈沖的中部。PAL制的有效行由樣點(diǎn)133至852構(gòu)成，而正程對(duì)應(yīng)的樣點(diǎn)為142至844。 (3) 編碼位數(shù)和排列 亮度信號(hào)和色差信號(hào)分別規(guī)一化為01及-0.5+0.5的范圍，并都編為8位線(xiàn)性碼。由于原來(lái)的R-Y最大值為0.701，B-Y的最大值為0.886，故要對(duì)R-Y和B-Y進(jìn)行壓縮，壓縮比分別為 k R-Y =0.5/0.701、k B-Y =0.5/0.866，壓縮后三分量Y、(R-Y)、(B-Y)的表示式為： Y0.299R+0.587G+0.114B (R-Y)=0.5R-0.419G

9、-0.081B； (B-Y)-0.169R-0.331G+0. 5B Y編為自然二進(jìn)碼，雙極性的(R-Y)、(B-Y)編為偏移二進(jìn)制碼，即-0.5對(duì)應(yīng)自然碼的0，+0.5為255，零電平為128。為了防止信號(hào)過(guò)載、直流漂移，256個(gè)量化級(jí)并不全用。亮度信號(hào)的黑白電平對(duì)應(yīng)于16至235量化級(jí)，色差信號(hào)則在底部和頂各留16個(gè)量化級(jí)。 分量編碼的數(shù)字信號(hào)在傳輸時(shí)的數(shù)據(jù)序列： (B-Y)Y(R-Y) (Y) (B-Y)Y(R-Y) (Y)這里(B-Y)Y(R-Y)是空間同一取樣點(diǎn)的數(shù)字，而(R-Y) (Y) (B-Y)中的(Y)是僅有亮度取樣的空間取樣點(diǎn)的數(shù)字，它規(guī)定在一行的偶數(shù)樣點(diǎn)上。 (B-Y)Y

10、(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y只對(duì)亮度信號(hào)采樣對(duì)亮度色度信號(hào)都采樣 3電視伴音信號(hào)的編碼 由于伴音與電視體制沒(méi)有確定的關(guān)系、編碼比較簡(jiǎn)單。模擬伴音信號(hào)的頻帶為20Hz至15kHz，高質(zhì)量的伴音為20Hz至20kHz。對(duì)于15kHz信號(hào)取樣頻率一般取fS32kHz。對(duì)于20kHz信號(hào)，取樣頻率可取fS48kHz。取樣頻率應(yīng)與圖像取樣頻率保持固定的關(guān)系，從同一時(shí)鐘源得到。在PAL的分量編碼時(shí)，若仍采用48kHz取樣頻率, 就可以保持這種關(guān)系：13.5MHz 375 3 4 = 48kHz 伴音編碼的位數(shù)要比圖像編碼的位數(shù)多。這是因?yàn)榘橐粜盘?hào)的動(dòng)態(tài)范圍大（ 90dB 以上），高質(zhì)量的伴音要求很

11、高的信號(hào)噪聲比，應(yīng)有8590dB的信號(hào)量化噪聲比。由上面的均勻量化的信噪比公式，則均勻量化所需的編碼位數(shù)為13至14位。在演播室的高質(zhì)量話(huà)音編碼中，若要對(duì)低電平的聲音仍有高的信號(hào)噪聲比，編碼位數(shù)甚至要取到16位。 伴音信號(hào)由于信號(hào)幅值分布的特性(非均勻分布，幅值大的概率小)以及人的聽(tīng)覺(jué)持性，也可以采用非線(xiàn)性編碼，這樣n11、12時(shí)也可以得到很高的聲音質(zhì)量。雖然伴音編碼的位數(shù)比圖像編碼的位數(shù)多，但因是低速編碼，反而更容易實(shí)現(xiàn)。 63 頻帶壓縮編碼 為什么要進(jìn)行頻帶壓縮編碼 一路標(biāo)準(zhǔn)清晰度的數(shù)字電視信號(hào)的碼率是很高的，例如4:2:2分量編碼彩色圖像的碼率為(13.5+26.35)8216Mb/s，

12、即便是采用1.5b/Hz的高效數(shù)字調(diào)制，傳輸頻帶也要144MHz，相當(dāng)于18個(gè)模擬電視信號(hào)的頻帶(模擬信號(hào)一個(gè)頻道為8MHz)，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 如何進(jìn)行壓縮 消除電視信號(hào)中的冗余成分： 空間冗余：相鄰象素/行 變化?。?時(shí)間冗余：相鄰幀變化小，具有相關(guān)性； 生理冗余：人的視覺(jué)惰性，如對(duì)運(yùn)動(dòng)的和突變(如輪廓邊界)的圖像的分辨力低等 頻譜冗余等 具體的壓縮頻帶方法 ： 預(yù)測(cè)編碼（主要消除時(shí)間冗余和生理冗余） 變換編碼（主要消除空間冗余） 其它壓縮碼率的措施 631 預(yù)測(cè)編碼基本含義： 從已知信號(hào)推測(cè)未來(lái)信號(hào)。目標(biāo)： 減小空間和時(shí)間冗余。 在圖像預(yù)測(cè)編碼中， 人們力求根據(jù)圖像或信息所存在的相關(guān)性，推

13、測(cè)未來(lái)圖中*人*和國(guó) 中華人民共和國(guó) 1預(yù)測(cè)編碼的原理 差分脈碼調(diào)制(DPCM) 像或象素的可能值。大量實(shí)驗(yàn)證明，一般圖像的相鄰兩幀只有10以下的象素的亮度值會(huì)有超過(guò)2的變化，而色度只有1以下的變化。毫無(wú)疑問(wèn)，預(yù)測(cè)編碼技術(shù)應(yīng)用到圖像處理中是非常正確的。當(dāng)然，預(yù)測(cè)編碼僅對(duì)非獨(dú)立信源起作用。 預(yù)測(cè)值是已各點(diǎn)量化值的線(xiàn)性組合 ai是預(yù)測(cè)系數(shù) 。當(dāng)序列的統(tǒng)計(jì)特性已知時(shí)（如相關(guān)函數(shù)），可以得到這些系數(shù)的最佳值，使得預(yù)測(cè)值與樣值的預(yù)測(cè)誤差最小。待編碼取樣序列量化后數(shù)字序列預(yù)測(cè)值 (1) 非均勻量化編碼 + 固定字長(zhǎng) 非均勻量化編碼：對(duì)出規(guī)概率大的小信號(hào)細(xì)量化，對(duì)出現(xiàn)概率小的大信號(hào)粗量化。5bit / pe

14、l的非均勻量化可以獲得與 8bit / pel均勻量化大致相同的圖像質(zhì)量。 (2) 均勻量化 + 可變字長(zhǎng)編碼 根據(jù)熵編碼原理，對(duì)概率大的小差值信號(hào)編為小字長(zhǎng)碼（位數(shù)少，去掉前導(dǎo)零）；而對(duì)概率小的大差值信號(hào)編為大字長(zhǎng)碼。 DOCM預(yù)測(cè)編碼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，壓縮效率高；主要缺點(diǎn)是抗御誤碼的能力差。 2 自適應(yīng)預(yù)測(cè)編碼及運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)編碼 實(shí)踐證明，人眼觀看物體細(xì)節(jié)的相對(duì)分解能力與其空間頻率（物體的細(xì)小程度）和時(shí)間分辨率（物體運(yùn)動(dòng)的快慢）有關(guān)。一般情況下，可以認(rèn)為人眼在觀看物體（或圖像）時(shí)，最大空間分辨率與最大時(shí)間分辨率的乘積近似為常數(shù)。根據(jù)這一點(diǎn)，可以對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的圖像賦予較大的量化步長(zhǎng)，而給與較

15、高的傳送速度；對(duì)低速運(yùn)動(dòng)或靜止的圖像賦予較小的量化步長(zhǎng)，而給與較低的傳送速度。 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償是一種對(duì)活動(dòng)圖像的幀間編碼技術(shù)，目的是根據(jù)活動(dòng)圖像相鄰幀間的時(shí)域相關(guān)性，盡可能消除這部分冗余。 632變換編碼 將圖像中的像素按區(qū)域分成一些包括MN個(gè)像素的許多方塊。這些像素點(diǎn)的取樣值構(gòu)成一空間(設(shè)為X,Y二維)的數(shù)字陣列,然后將它們變換到由正交矢量構(gòu)成的變換域中,再對(duì)這些變換域中的陣列系數(shù)進(jìn)行編碼發(fā)送,接收端通過(guò)逆變換恢復(fù)原數(shù)據(jù)。實(shí)用的變換有富里葉變換、離散余弦變換(DCT)、沃爾什(Walsh)變換等。 變換編碼壓縮數(shù)據(jù)的原理：圖像空間存在相關(guān)性,在變換域中,各空間頻率分量是不均勻的,即空間頻率低的區(qū)域

16、信號(hào)幅度大,高頻區(qū)域信號(hào)幅度小。若根據(jù)統(tǒng)計(jì)特性,低頻部分編 n 大的長(zhǎng)碼，高頻亮度部分編 n 小的短碼（與均勻量化 + 可變字長(zhǎng)編碼類(lèi)似），則平均碼長(zhǎng)和總的碼率都會(huì)下降，達(dá)到壓縮碼率的目的。 離散余弦變換壓縮率最高, 有快速算法，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)壓縮；沃爾什變換易于硬件實(shí)現(xiàn)。 633 其它壓縮碼率的措施 (利用圖像信號(hào)的某些特性進(jìn)行壓縮) 1亞奈奎斯特取樣 根據(jù)取樣定理，應(yīng)有fS2fm，若不滿(mǎn)足此條件，會(huì)發(fā)生頻譜混疊而失真。然而，由于視頻信號(hào)存在較大的頻譜間隙，如果恰當(dāng)選擇 fS2fm采樣的頻率，使頻譜折疊區(qū)域落在原信號(hào)的頻譜間隙中，就不會(huì)發(fā)生頻譜折疊失真。 視頻信號(hào)頻譜：n fHm fH， 取則折

17、疊頻率為 低通特性 梳狀濾波的特性 2同步信號(hào)的編碼 電視信號(hào)的行逆程和場(chǎng)逆程中，只有同步信號(hào)、消隱信號(hào)和色同步信號(hào)。它們所攜帶的信息很少，但占據(jù)的時(shí)間卻很長(zhǎng)。數(shù)字化過(guò)程中，沒(méi)有必要對(duì)這些逆程信號(hào)的全部進(jìn)行波形取樣編碼，也沒(méi)有必要逐行、逐場(chǎng)傳送這些信息，而只要對(duì)行、場(chǎng)定時(shí)信號(hào)單獨(dú)編碼，插入到圖像數(shù)字信號(hào)中即可。離散余弦變換DCT編碼壓縮系統(tǒng)簡(jiǎn)介 DCTIDCT其中： 二維DCT變換是一種線(xiàn)性變換，可以分解成兩個(gè)一維DCT變化的乘積。特別是當(dāng)MN時(shí)，二維DCT變換可用方陣表示： 例：88亮度子塊的DCT編碼壓縮和解碼 JPEG88亮度子塊DCDCT第一步：DCT變換 DCT編碼壓縮JPEG亮度量

18、化矩陣表 第二步：量化處理降低每個(gè)DCT系數(shù)的比特?cái)?shù) 量化過(guò)程是將DCT系數(shù)矩陣F(u,v)中的每個(gè)元素與量化矩陣Q(u,v)中的對(duì)應(yīng)元素相除后, 舍去小于0.5以下的數(shù)。例如：Q(u,v)為量化矩陣。量化結(jié)果第三步：Z掃描并串轉(zhuǎn)換第四步：編碼傳輸游程編碼：本例為（39，-3，2，1， -1，1，0，0，0，0，0， -1，EOB）。EOB表示塊結(jié)束，接收端收到EOB后自動(dòng)將64個(gè)元素中余下的元素補(bǔ)零。DCT解碼復(fù)原第一步：恢復(fù)量化矩陣將EOB后的元素自動(dòng)補(bǔ)零第二步：反量化（IQ）（619）第三步：IDCT主要原因是量化所致。重建后的信號(hào)與原信號(hào)相差很小 JPEG色度量化矩陣表 將整幅圖像分解

19、出數(shù)個(gè)用于DCT的子塊DCT系數(shù)中絕對(duì)值較大的集中在矩陣的左上角。將一些絕對(duì)值很小的系數(shù)或區(qū)塊置零便于丟棄串并轉(zhuǎn)換舍去零系數(shù)量化矩陣復(fù)原恢復(fù)DCT系數(shù)圖像子塊重建整幅圖像重建傳輸或存儲(chǔ)2020 DCT子塊IDCT重建的10075圖像活動(dòng)圖像的DCT編解碼示例100100 DCT子塊等亮度方塊黑白交錯(cuò)的干擾信號(hào)DCT結(jié)果量化結(jié)果特殊圖像的例子重構(gòu)誤差會(huì)很大64 電視信號(hào)的數(shù)字處理 641概述 利用數(shù)字技術(shù)對(duì)電視信號(hào)的處理，不僅能完成模擬處理技術(shù)中的相應(yīng)，還能完成許多模擬電視中難以完成的各種功能，從而達(dá)到提高圖像質(zhì)量，豐富電視節(jié)目等目的。 642 數(shù)字濾波器 1數(shù)字濾波器的作用（略，詳見(jiàn)數(shù)字信號(hào)處

20、理） 2數(shù)字濾波器的基本結(jié)構(gòu)和原理（略，詳見(jiàn)數(shù)字信號(hào)處理） 3數(shù)字濾波器舉例 (1) 亮度水平濾波器 濾波器的傳遞函數(shù) ( a )( b )代入 ze j =2ffS，當(dāng) fS =4 fSC時(shí)， (2) 亮/色分離梳狀濾波器 PAL制行延時(shí)TTH A至B 的傳輸函數(shù)HY() 代入 ze j及 =2ffHA至C的傳輸函數(shù)HC() NTSC制的Y/C分離 傳遞函數(shù)取(1行延遲) 結(jié)構(gòu)圖如何畫(huà)？幅頻特性：2行延時(shí) 傳遞函數(shù)取(1幀延遲：TTF ， PAL制要延遲 2 幀 ) 這種Y/C分離方法適合于靜止圖像或變化十分緩慢的圖像，特別是靜止圖像（幀重復(fù)），可以獲得非常高的清晰度（對(duì)同一位置的像素求和）

21、。由于模擬延遲難以獲得高精度長(zhǎng)時(shí)間延遲，所以這種方法只能用于數(shù)字處理。 (3) PAL色度解調(diào)器 U支路的濾波器幅頻特性由于:所以 實(shí)際延遲與標(biāo)準(zhǔn)延遲之差極小。(64.05603s )V支路的濾波器幅頻特性 分離后的U、V信號(hào)都是取樣頻率為fS4fSC的數(shù)字信號(hào)，分別送入鎖存器以fSC頻率進(jìn)行再取樣。由于取樣時(shí)鐘的頻率fS4 fSC，并與色同步信號(hào)嚴(yán)格鎖相，實(shí)際上取樣時(shí)就已實(shí)現(xiàn)了FU、FV這兩個(gè)數(shù)字色度分量分離。位于fSC零相的采樣值為V 分量，位于fSC 90(將fSC延遲TS ，即一個(gè)A/D采樣周期)的采樣值為U分量。所以利用彩色副載波fSC作為時(shí)鐘進(jìn)行再取樣，fSC零相的再取樣值即為V分

22、量值，fSC延遲一個(gè)fS的周期TS的取樣值即為U分量值，以完成副載頻信號(hào)至視頻信號(hào)的頻率變換。 643 電視信號(hào)的時(shí)基處理 數(shù)字信號(hào)的在存儲(chǔ)器里的存入、取出由外部的定時(shí)信號(hào)決定。若數(shù)字電視信號(hào)在存儲(chǔ)過(guò)程中，采用不同的存入和取出的定時(shí)信號(hào),就可以將電視信號(hào)在時(shí)間上進(jìn)行變換,這種變換稱(chēng)為時(shí)基處理。 1 數(shù)字時(shí)基校正 數(shù)字時(shí)基校正器(DTM)是一種典型的時(shí)基處理設(shè)備，它主要用于校正視頻磁帶錄像機(jī)VTR)重放時(shí)輸出信號(hào)的時(shí)基誤差(TBE)。(RAM或SRAM) 用于DTBC的存儲(chǔ)器容量一般為10余行以上，而校正的時(shí)基誤差可達(dá)幾十s甚至更大。 2 數(shù)字時(shí)基處理的其它應(yīng)用 時(shí)基變換和處理的原理，還可用于其

23、它方面，例如倍行頻或倍場(chǎng)頻顯示，隔行/逐行掃描轉(zhuǎn)換，數(shù)字式彩色電視制式轉(zhuǎn)換等。這些都是通過(guò)對(duì)幀存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)字電視信號(hào)進(jìn)行特殊的讀/寫(xiě)控制和內(nèi)插處理而實(shí)現(xiàn)的。 倍行/場(chǎng)頻掃描 將電視信號(hào)以正常的取樣時(shí)鐘寫(xiě)入存儲(chǔ)器，通過(guò)數(shù)據(jù)內(nèi)插方法(即將相鄰行的數(shù)據(jù)平均，得到內(nèi)插行的數(shù)據(jù)；或者將相鄰幀的數(shù)據(jù)平均，得到內(nèi)插幀的數(shù)據(jù))進(jìn)行數(shù)據(jù)擴(kuò)展。再以雙倍取樣頻率取出數(shù)據(jù)。同時(shí)顯示時(shí)以倍行頻掃描，即每場(chǎng)625行顯示，這是倍行頻顯示技術(shù)。也可以重新排列掃描順序，由隔行掃描改為逐行掃描。以上兩種顯示掃描行數(shù)都加倍，只是數(shù)據(jù)的讀出順序不同。倍行頻可以消除行間的閃爍現(xiàn)象。倍場(chǎng)頻顯示是保持隔行掃描不變，而使場(chǎng)頻加倍(每秒由50

24、場(chǎng)提高到100場(chǎng)。當(dāng)然行頻也加倍)。倍場(chǎng)頻顯示既能消除行間閃爍，也能消除場(chǎng)間大面積的閃爍。 數(shù)字制式轉(zhuǎn)換器 將525行和625行兩種制式轉(zhuǎn)換的數(shù)字制式轉(zhuǎn)換器(DSC)，也是利用上述時(shí)基變換和行、場(chǎng)內(nèi)插等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。625=2525； 525=212566 高清晰度電視 661 普通電視系統(tǒng)存在的缺陷 （以NTSC系統(tǒng)為例） 1總體上的缺陷 寬高比 早期擬訂電視規(guī)范時(shí)，選擇了4 : 3的寬高比，因?yàn)楫?dāng)時(shí)35mm影片有同樣的寬高比，而且觀眾對(duì)此格式也感到舒適。但今天“寬屏幕”形式很普遍，NHK的研究表明，人們更喜歡5 : 3或甚至2 : 1的寬高比。 有限的垂直分解力 (NTSC系統(tǒng)比PAL系統(tǒng)更

25、明顯) 在NTSC制的525掃描行中，只有485行能產(chǎn)生圖像，余下的40行是場(chǎng)消隱期。在最佳的情況下，人們期望分解出485行，但實(shí)際上有一些影響使這個(gè)數(shù)字大大減少，如凱爾( Kell )系數(shù)和隔行系數(shù)等均使可觀察到的分解力降低，最多只能達(dá)到330行左右。 有限的水平分解力 假設(shè)水平分解力近似等于垂直分解力。因此水平分解力在滿(mǎn)屏寬約為440行。要達(dá)到這樣的分解力，需要頻率響應(yīng)的平坦部分達(dá)到4.2MHz左右。NTSC制規(guī)定視頻帶寬的上限也只有4.2MHz，此頻率上限不能隨便擴(kuò)展，因?yàn)殡娨曨~道的劃分大多互相緊鄰。 嚴(yán)重受限的色度分解力 根據(jù)對(duì)人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)的研究結(jié)果，人眼對(duì)彩色的分辨力是有限的，因此決

26、定利用這一點(diǎn)對(duì)色度系統(tǒng)的頻率響應(yīng)也作同樣的限制。雖然這種方法已證明是使色度信號(hào)符合原先單色傳輸標(biāo)準(zhǔn)的極好方法，但目前節(jié)目制作設(shè)備卻正在發(fā)生變化，為了盡量減小圖像的劣化，采用RGB基色或Y、B - Y、G - Y分量進(jìn)行編輯。 2隔行缺陷 行間閃爍 爬行 移動(dòng)物體的垂直和對(duì)角線(xiàn)輪廓會(huì)發(fā)生畸變（鋸齒化現(xiàn)象） 3其它各種缺陷 靜態(tài)光柵（可見(jiàn)行結(jié)構(gòu)） 由于電視機(jī)屏幕尺寸的增加和質(zhì)量的改進(jìn)，觀眾開(kāi)始能看到組成一幀圖像的各掃描行，許多人對(duì)此感到不快，使掃描點(diǎn)單純地散焦，會(huì)產(chǎn)生使水平清晰度同時(shí)下降的缺陷。按照NTSC制標(biāo)準(zhǔn)，觀眾要在圖像高度的7倍處(PAL制是6倍)才可以避免看到行結(jié)構(gòu)。在這個(gè)距離上，觀看者

27、不會(huì)有身臨其境的感覺(jué)，相反是感覺(jué)在看“一只盒子中的圖畫(huà)”。 大面積閃爍 研究表明，人眼可觀察到頻率非常高的場(chǎng)景亮度變化，它取決于視場(chǎng)和亮度電平。就正常的觀看電平來(lái)講，歐洲的PAL和SECAM的50Hz場(chǎng)頻對(duì)許多人來(lái)說(shuō)可能是太低了。測(cè)試表明，100Hz的場(chǎng)頻對(duì)避免大面積閃爍效果是很好的，當(dāng)然這時(shí)接收機(jī)的成本會(huì)有較大的增加。 串色 串色看起來(lái)就像新聞播音員身上花呢短上衣的異常彩色編織圖案的效果，這是由于NTSC將高頻亮度信號(hào)與色度信號(hào)混合在同一個(gè)復(fù)合信號(hào)里所致。減小此種串?dāng)_有兩個(gè)辦法，一種是將亮度倍號(hào)帶寬限制到大約3MHz(該方法比較經(jīng)濟(jì)，直到幾年前一直在普遍使用)；再就是利用流狀濾波器將色度信號(hào)

28、從亮度信號(hào)中濾出，但又會(huì)使垂直分辨率降低。 串亮 串亮是由于色度信號(hào)漏入亮度通道所致，特別是在黑白電視接收機(jī)中，屏幕上由密布點(diǎn)組成矩陣狀干擾。串亮可采取與抗串色相同的方法來(lái)消除。 時(shí)域混疊 這種“車(chē)輪向后轉(zhuǎn)”的視覺(jué)效應(yīng)是由30幀秒的取樣率造成的。 傳統(tǒng)電視系統(tǒng)的缺陷小結(jié)： 為了使閃爍減少到可接受的水平，又要保持帶寬不變，采用隔行掃描是最好的折中。采用這樣的技術(shù)不可能沒(méi)有損失，如行間閃爍、快速運(yùn)動(dòng)時(shí)垂直邊緣模糊等。 為減輕這些缺陷的影響，尤其是要避免看到行結(jié)構(gòu)，觀眾應(yīng)該在6倍圖像高度距離處觀看。但是在這個(gè)距離上，觀看者不會(huì)有融進(jìn)節(jié)目的感覺(jué)，相反是感覺(jué)它像“一只盒子中的圖”。 為了使彩色電視和黑白

29、電視兼容采用了頻率分割復(fù)用技術(shù)，使得色差信號(hào)和亮度信號(hào)在頻譜上的交借，這是很大的進(jìn)步，但又免不了會(huì)有串亮和串色。這也是在新一代電視系統(tǒng)中要解決的問(wèn)題。 662 人眼視覺(jué)和電視標(biāo)準(zhǔn) 1視角和臨場(chǎng)感 當(dāng)一幅清楚的圖像呈現(xiàn)在寬闊的視覺(jué)場(chǎng)時(shí)，人眼將不能區(qū)分被顯示的圖像空間和觀看者所處的空間，這將使觀看者幾乎忘記了這是由顯示產(chǎn)生的圖像，而獲得逼真的立體視覺(jué)。因此，擴(kuò)展屏幕寬度對(duì)產(chǎn)生臨場(chǎng)感是極為有效的技術(shù)手段。 實(shí)驗(yàn)證明，只有當(dāng)視場(chǎng)角至少超過(guò)20時(shí)才能開(kāi)始獲得具有“臨場(chǎng)感”表現(xiàn)的心理效果。隨著觀看者的視場(chǎng)角增加，這種心理效果也增加，當(dāng)達(dá)到80 120時(shí)趨于飽和。目前的電視系統(tǒng)，位于最佳距離觀看時(shí)，水平視角

30、大約只有10左右，而未來(lái)的電視系統(tǒng)的水平視角則希望達(dá)到20 30。視覺(jué)場(chǎng)大小和觀看距離有關(guān)，普通電視在距圖像高度的7倍處觀看，HDTV在距圖像高度3倍的距離處觀看已獲得較大的視角。為了滿(mǎn)足近處觀看，HDTV的圖像就必須有相應(yīng)的圖像細(xì)節(jié)和清晰的輪廓。 圖6-22 2垂直細(xì)節(jié)和觀看距離 要提高電視系統(tǒng)的垂直清晰度，就必須提高掃描行數(shù)。為此有必要來(lái)確定在滿(mǎn)足人眼視覺(jué)對(duì)圖像質(zhì)量要求的前提下，新的高清晰度電視系統(tǒng)的掃描行數(shù)至少應(yīng)為多少行才合適。研究的結(jié)果表明，高清晰度電視要求的掃描行數(shù)決定于人眼視覺(jué)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性，并且是人眼觀看圖像距離的函數(shù)。 白順序排列的條紋。對(duì)應(yīng)這些不同頻率的條紋圖案，視覺(jué)的敏

31、感度不同。由于人眼的視力有個(gè)極限值，即眼睛的分辨能力有限，當(dāng)空間頻率超過(guò)定值后，就感覺(jué)不出有明暗條紋的變化，而成了融合在一起的連續(xù)亮光。因此，空間頻率特性的截止頻率就相當(dāng)于眼睛的分辨能力。圖6-23 在單位空間里將明暗條紋按正弦分布規(guī)律變化，人眼將看到黑圖6-23橫坐標(biāo)r為空間頻率，單位為cpd(周/度)，表示每度視角包含的黑自條紋數(shù)；縱坐標(biāo)為為相對(duì)視覺(jué)響應(yīng)值；r 1為相對(duì)響應(yīng)值下降6dB時(shí)的空間頻率，稱(chēng)為高端截止頻率，一般r 19.3cpd；若定義歸一化空間頻率x = r / r 1，則當(dāng)x = x0= r0 / r 11.5時(shí)，r0稱(chēng)為空間頻率上限，x0為極限空間頻率的系數(shù)；常數(shù)k 1，其

32、值反映了對(duì)比度閥的變化。 由圖可見(jiàn)，視覺(jué)的空間頻率響應(yīng)類(lèi)似于低頻端下跌的帶通濾波器的響應(yīng)，即當(dāng)空間頻率r過(guò)低或過(guò)高時(shí)，視覺(jué)的相對(duì)響應(yīng)值下降。 n V2 r0V2 x0 r1V式中，V為垂直視角：n V是眼睛能夠分辨的黑白線(xiàn)條數(shù)的上限。 另一方面，圖像垂直分解力DV和系統(tǒng)掃描行數(shù)N之間的關(guān)系式為 DV = K KiV N式中，K為Kell系數(shù)，K = 0.7；Ki是隔行掃描系數(shù)其值為0.60.7；V為垂直掃描有效率(正程系數(shù))。 在上限空間頻率r0的情況下，眼睛能分辨出屏幕上的黑白線(xiàn)條總數(shù)在圖像垂直方向可表示為 若對(duì)高清晰度電視的圖像垂直分解力的要求不超過(guò)人的眼睛能夠分辨的空間頻率的上限 DV

33、= n V，即掃描線(xiàn)數(shù)為 令視距與圖像高度之比為d， 及 ，則掃描線(xiàn)數(shù) 由此可見(jiàn)，掃描行數(shù)直接與觀察距離有關(guān)。觀察距離越近，要求的掃描行數(shù)越多，這樣才能使相鄰掃描線(xiàn)不產(chǎn)生間隔斷開(kāi)的感覺(jué)。人觀看電視圖像的最佳距離應(yīng)該是在看不清掃描線(xiàn)結(jié)構(gòu)的情況下，能看清電視圖像的所有細(xì)節(jié)，就是說(shuō)要看清圖像最高分辨力的線(xiàn)數(shù)。 3水平細(xì)節(jié)、圖像寬度和視頻帶寬 由于人眼中錐狀細(xì)胞是接近圓形的，其垂直和水平分辨力是接近相同的高清晰度電視水平分辨力的要求應(yīng)等于垂直分辨力。 普通電視的寬高比是1.33(4:3)，圖像的最佳觀看距離為67倍的屏幕高度，水平/垂直視場(chǎng)角只有10左右，沒(méi)有臨場(chǎng)感。高清晰度電視采用了與寬銀幕電影相同

34、的圖像寬高比16:9 ( 1.777 )，在3倍屏幕高度的觀看距離上, 水平/垂直視場(chǎng)角達(dá)19/ 33左右, 具有較強(qiáng)的臨場(chǎng)感。它也是在圖像質(zhì)量和HDTV信道限制之間的一個(gè)折中,因?yàn)樵谄渌鼦l件相同的情況下,視頻基帶的帶寬和寬高比成正比。 下面以 N = 1125、fF =30Hz為例,估算HDTV視頻信號(hào)的帶寬。 在此標(biāo)準(zhǔn)下的掃描行頻fHDTV H為fHDTV H =112530=33.75kHz，正程系數(shù)V取與NTSC相同，即取 V =0.92在DV = K KiV N 中的隔行系數(shù)取Ki=0.65/0.7（ K= 0.7 ）,則隔行掃描的HDTV視頻信號(hào)帶寬 f b 約為14.1/16.5

35、MHz (DV 471/507線(xiàn))。 664 MUSE系統(tǒng) 首先需要指出，日本的MUSE系統(tǒng)（同時(shí)包括歐洲曾經(jīng)開(kāi)發(fā)過(guò)的HD-MAC系統(tǒng)）不是全數(shù)字式HDTV，已經(jīng)成為過(guò)時(shí)被淘汰的技術(shù)。然而，MUSE畢竟 是世界上最早投入實(shí)用并正式播出的高清晰度電視系統(tǒng)，而HD-MAC早在巴塞羅那奧運(yùn)會(huì)期間進(jìn)行過(guò)試播，同時(shí)它們受采用的一些技術(shù)具有一定的先進(jìn)性和可借鑒性(如采用多重亞取樣和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)),所以這里對(duì)MUSE系統(tǒng)作簡(jiǎn)單的介紹。 1概述 日本于1964年開(kāi)始進(jìn)行了高清晰度電視的研究歷經(jīng)20余年。終于在1984年正式提出了MUSE(Multiple Sub-Nyquist Sampling Encodi

36、ng)，即多重亞奈奎斯特取樣編碼系統(tǒng)，用單頻道作HDTV衛(wèi)星廣播。 MUSE系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)如下： 采用場(chǎng)頻為60Hz的隔行掃描，掃描行數(shù)為1125行。這是為兼顧到NTSC的525行和PAL和SECAM制的625行，因?yàn)?125行對(duì)于525行為15:7，而對(duì)625行則為9:5。 采用多重亞取樣和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)。重建的信號(hào)頻帶寬度：靜止情況下亮度信號(hào)為22.75MHz，色度信號(hào)為7.425MHz；運(yùn)動(dòng)情況下亮度信號(hào)為14.85MHz色度信號(hào)為3.7125MHz。 傳輸形式是取樣數(shù)據(jù)的模擬傳輸，信號(hào)的取樣頻率為16.2MHz。 壓縮后視頻信號(hào)帶寬為8.1MHz，采用調(diào)頻調(diào)制。 目前MUSE系統(tǒng)在日本巳

37、投入使用，用直播廣播衛(wèi)星(DBS)在12GHz頻道帶寬為27MHz24MHz，效果良好，但與現(xiàn)有電視制式不兼容。 2MUSE信號(hào)的形成 亞取樣技術(shù) 原始的模數(shù)變換的取樣頻率是48.6MHz，也就是信號(hào)的上限頻率是24.3MHz。經(jīng)過(guò)壓縮的信號(hào)的視頻帶寬的上限是8.1MHz。這里所圖6-27說(shuō)的壓縮方法就是用亞取樣的方法，也可以稱(chēng)為點(diǎn)交錯(cuò)的取樣方法。對(duì)于靜止圖像，兩幀(4場(chǎng))呈一個(gè)周期，在一個(gè)周期內(nèi)各場(chǎng)的取樣是互相交錯(cuò)的，也就是由4場(chǎng)組成一幅圖。這里利用了人眼對(duì)靜止(包括慢運(yùn)動(dòng))圖像的空間分辨力要求高，而對(duì)時(shí)間分辨力要求低的視覺(jué)特性 。 時(shí)間壓縮技術(shù) 在MUSE系統(tǒng)中，亮度信號(hào)和色度信號(hào)不是采用

38、頻譜交錯(cuò)方式而是用時(shí)分復(fù)用方式。它是將亮度信號(hào)和色度信號(hào)分別在時(shí)間上壓縮，并且將壓縮以后的亮度信號(hào)和色度信號(hào)安排在一行中不同的時(shí)間段。亮度信號(hào)的壓縮比是12:11，色度信號(hào)壓縮得更多，和亮度信號(hào)的時(shí)間壓縮比是4:1。色度信號(hào)CR和CB還是輪流傳送。亮度信號(hào)之所以要進(jìn)行12:11的壓縮，是為了在將色度信號(hào)壓縮到亮度信號(hào)的1/4之后，亮度信號(hào)和色度信號(hào)所占時(shí)間不超過(guò)行掃描全程時(shí)間（63.5s）。亮度信號(hào)的上限頻率是 (48.6MHz/2)(11/12)22.275MHz，色度信號(hào)的上限頻率是 (22.275MHz)(1/3)7.425MHz。 圖6-31 實(shí)現(xiàn)時(shí)間壓縮(TCI：Time Compr

39、essed Integration) 和擴(kuò)展的方框圖如圖6-31所示。 6. 6. 5 全數(shù)字電視系統(tǒng) 1. 全數(shù)字電視系統(tǒng)信號(hào)的的基本特征 . 視頻和音頻信號(hào)全部數(shù)字化。 . 采用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)字化視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼，目標(biāo)是降低數(shù)字信號(hào)的傳輸碼率。（信源編碼） . 壓縮編碼后的數(shù)字視頻信號(hào)在調(diào)制前，為了保證在傳輸工程中盡可能減少差錯(cuò)，通常還要加入用于糾錯(cuò)的RS碼和卷積碼，同時(shí)還要作交織處理使可能產(chǎn)生的差錯(cuò)均勻分布，以利于糾錯(cuò)目低是提高數(shù)字信號(hào)的傳輸?shù)目煽啃浴?（信道編碼） . 采用MPEG-2、AC-3或AAC等標(biāo)準(zhǔn)（將來(lái)可能還會(huì)有新的標(biāo)準(zhǔn)）將數(shù)字化音頻信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼，提供5.1聲

40、道的數(shù)字伴音信號(hào)。 . 采用高效率的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，完成數(shù)字電視信號(hào)的發(fā)送傳輸任務(wù)。不同的數(shù)字電視系統(tǒng)所采用的調(diào)制方式不同，同時(shí)，相同的數(shù)字電視系統(tǒng)，傳輸媒體中所采用的調(diào)制方式也不相同。 2. 現(xiàn)行的數(shù)字電視（含數(shù)字高清晰度電視）系統(tǒng). 美國(guó)的ATSC （地面廣播：8 VSB調(diào)制） ( ATSC ：Advanced Television Systems Committee ). 歐洲的DVB （地面廣播：DVB-T 采用COFDM調(diào)制） ( DVB ：Digital Video Broadcast 數(shù)字視頻廣播； COFDM：Coded Orthogonal Frequency Division

41、 Multiplexing：編碼正交頻分復(fù)用 ). 日本的ISDB （地面廣播： ISDB -T 采用COFDM調(diào)制） ( ISDB ：Integrated Services Digital Broadcasting 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播 ；ISDB-T：Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting) 這些數(shù)字電視系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是采用MPEG-2作為圖像信號(hào)的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，而在伴音信號(hào)的處理以及傳輸調(diào)制方法等方面各不相同，均有各自的獨(dú)到之處。 3. MPEG的基本理論（圖像信源編碼） MPEG（Moving Picture Expert Gr

42、oup）是“活動(dòng)圖像專(zhuān)家組”的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，1988年成立以來(lái)已經(jīng)制定了MPEG-1MPEG-7等多個(gè)數(shù)字視頻數(shù)字音頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。 MPEG-1的壓縮比高達(dá)200:1，用于最高碼率可達(dá)1.5Mb/s的活動(dòng)圖像和相應(yīng)音頻信號(hào)的壓縮編碼，圖像質(zhì)量與VHS相當(dāng)。 MPEG-2的壓縮比可達(dá)50:1, 壓縮后的數(shù)字活動(dòng)圖像信號(hào)和相應(yīng)音頻信號(hào)碼率可達(dá)幾Mb/s，是DVD和數(shù)字高清度電視所采用的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。 MPEG-4的最初目標(biāo)是低碼率圖像通信（64Kb/s以下），后來(lái)發(fā)展成為應(yīng)用更加廣泛的多媒體編碼標(biāo)準(zhǔn)。 MPEG-4是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，它即支持傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)又不排斥新標(biāo)準(zhǔn)，碼率成功地涵蓋了從100Kb/s10

43、Mb/s的廣闊范圍，互聯(lián)網(wǎng)上的一些號(hào)稱(chēng)達(dá)到DVD畫(huà)質(zhì)的影像很多是采用MPEG-4的。 MPEG-7能對(duì)各種不同類(lèi)型的多媒體信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的描述，并將該描述與所描述的內(nèi)容相聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)快速有效的搜索。它的應(yīng)用很廣，既可應(yīng)用于存儲(chǔ)，也可用于流式應(yīng)用(如廣播)，還可以在實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)環(huán)境下應(yīng)用，如：數(shù)字圖書(shū)館、多媒體名錄服務(wù)(如黃頁(yè)) 、廣播媒體選擇、多媒體編輯等，應(yīng)用潛力很大。 MPEG的視頻數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu) 為了便于對(duì)圖像序列的隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)和編輯，MPEG對(duì)視頻數(shù)據(jù)流規(guī)定了分層的結(jié)構(gòu)（六個(gè)層次）: 圖像序列層（Video Sequence layer） 圖像組層（Group of Picture） 圖像層（

44、Picture） 宏塊條/片層 （Slice） 宏塊層（Macro block） 塊層（Block layer） 圖像序列：圖像序列就是一個(gè)被處理的連續(xù)圖像，是由圖像組構(gòu)成的，它包含序列頭、若干個(gè)圖像組層的數(shù)據(jù)以及序列終止符。 圖像組(GOP) ：圖像組是為方便隨機(jī)存取而加的，其結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)度均為可變的，MPEG2對(duì)此沒(méi)有硬性規(guī)定。圖像組是隨機(jī)存取視頻單位，它由定義的一組或多組幀內(nèi)編碼幀（I幀）或非幀內(nèi)編碼幀（P幀或B幀）圖像構(gòu)成。每組包括組頭，圖像層數(shù)據(jù)，還有時(shí)間信息。 GOP有兩個(gè)參數(shù)，即長(zhǎng)度(N)和幀重復(fù)頻率(M)。 圖像：圖像是獨(dú)立的顯示單位，也是基本編碼單位，由圖像頭和宏塊條層數(shù)據(jù)組成。

45、在MPEG-2中，圖像可以是逐行的，也可以是隔行的，MPEG-1總是逐行的。 宏塊條：宏塊條包含若干個(gè)連續(xù)的宏塊，是重新同步單位。宏塊條的設(shè)置目的是防止誤碼的擴(kuò)散，當(dāng)一個(gè)宏塊條出現(xiàn)誤碼時(shí)，不影響后續(xù)的宏塊條解碼。 宏塊：宏塊層由宏塊頭加塊層數(shù)據(jù)組成，圖像以亮度數(shù)據(jù)矩陣為基準(zhǔn)分為1616像素的宏塊，宏塊是進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)幕締挝?。一個(gè)宏塊包含個(gè)8 8的亮度塊，依據(jù)類(lèi)的不同，一個(gè)宏塊還包含 兩個(gè)8 8色度塊(R-Y和B-Y各一個(gè)，4:2:0取樣時(shí))、四個(gè)8 8色度塊( R-Y和B-Y各兩個(gè)，4:2:2取樣)或 八個(gè)88色度塊 ( R-Y和B-Y各四個(gè)， 4:4:4 取樣時(shí)) 。 塊：塊是MPEG碼流

46、的最底層，每個(gè)塊是一個(gè)8 8 像素的數(shù)據(jù)矩陣。每個(gè)塊中只含有一種信號(hào)元素，即它或是亮度數(shù)據(jù)矩陣，或是某中色度數(shù)據(jù)矩陣。塊是進(jìn)行DCT運(yùn)算的單位，宏塊在進(jìn)行DCT運(yùn)算之前要被分成若干個(gè)塊。101112(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-

47、Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-

48、Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-

49、Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-

50、Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-

51、Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y88888888888888884:2:2宏塊示意圖Y R-Y B-Y只對(duì)亮度信號(hào)采樣的像素對(duì)亮度和色度信號(hào)都采樣的像素(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y只對(duì)亮度信號(hào)采樣的像素對(duì)亮度和色度信號(hào)都采樣的像素(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R

52、-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)YYYYYYYYY(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)YYYYYYYYY(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y8888888888884:2:0宏塊示意圖Y R-Y B-YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY

53、YYY(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)YYYYYYYYY(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(

54、B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)YYYYYYYYY(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY(B-Y)Y(R-Y)YYYY(B-Y)Y(R-Y

55、)YYYY(B-Y)Y(R-Y)YYYY(B-Y)Y(R-Y)YYYY(B-Y)Y(R-Y)YYYY(B-Y)Y(R-Y)YYYY(B-Y)Y(R-Y)YYYY(B-Y)Y(R-Y)YYYY(B-Y)Y(R-Y) MPEG中的三種圖像類(lèi)型即碼流組成 三種圖像類(lèi)型 MPEG是基于DCT、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和Huffman編碼的算法，在壓縮中使用了幀內(nèi)壓縮和幀間壓縮兩種方式。為了在編碼中實(shí)現(xiàn)最大的壓縮比， MPEG使用三種類(lèi)型的圖像，即I幀、P幀和B幀。 I幀是只使用本幀內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的圖像，即只對(duì)本幀內(nèi)的圖像塊進(jìn)行DCT變換、量化和熵編碼等壓縮處理。 P幀是根據(jù)前面最靠近的I幀或P幀作為參考幀進(jìn)行前向預(yù)

56、測(cè)編碼的圖像。 B幀是根據(jù)一個(gè)過(guò)去的參考幀和一個(gè)將來(lái)的參考幀進(jìn)行雙向預(yù)測(cè)的編碼圖像。其參考幀可以是I幀或P幀。 I 幀(Intra-Frame)是幀內(nèi)壓縮，不使用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，提供中等的壓縮比。由于 I 幀不依賴(lài)于其他幀，所以是隨機(jī)存取的入點(diǎn)，同時(shí)是解碼中的基準(zhǔn)幀。 一個(gè)圖像組總是以 I 幀開(kāi)頭的，I 幀壓縮可以得到6:1的壓縮比而不產(chǎn)生任何可覺(jué)察的模糊現(xiàn)象。 P幀(Predicted-Frame)根據(jù)前面的 I 幀或 P 幀進(jìn)行預(yù)測(cè)(向前預(yù)測(cè))，使用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法進(jìn)行壓縮，因而壓縮比要比 I 幀高，數(shù)據(jù)量平均達(dá)到 I 幀的1/3左右。P 幀是對(duì)前后的B幀和后繼的 P 幀進(jìn)行解碼的基準(zhǔn)幀。P 幀本身

57、是有誤差的，如果 P 幀的前一個(gè)基準(zhǔn)幀也是 P 幀，就會(huì)造成誤差傳播。 B幀(Bidirectional-Frame)是基于內(nèi)插重建的幀，它基于前后的兩個(gè) I、P 幀或 P、P 幀，它使用雙向預(yù)測(cè)，數(shù)據(jù)量平均可以達(dá)到 I 幀的1/9左右。B 幀本身不作為基準(zhǔn)，因此可以在提供更高的壓縮比的情況下不傳播誤差。 碼流組成 一個(gè)GOP由一串 I、B、P 幀組成，起始為 I 幀。GOP的長(zhǎng)度是一個(gè) I 幀到下一個(gè) I 幀的間隔，這個(gè)長(zhǎng)度是可變的，長(zhǎng)GOP可以提供高的壓縮比，但是會(huì)造成隨機(jī)存取的延遲（必須等到下一個(gè) I 幀）和誤差的積累（P 幀的誤差傳播）。一般是一秒內(nèi)有兩個(gè) I 幀，用來(lái)作為隨機(jī)存取的入

58、口。 在MPEG-2中沒(méi)有規(guī)定GOP的結(jié)構(gòu)，幀重復(fù)方式可以是 I、P，I、B，I、B、P，I、B、B、P，甚至全部是 I 幀。一種典型圖像幀序?yàn)椋篒BBPBBPBBPBBIBBPBBPBBPBBI。B 幀和 P 幀要求計(jì)算機(jī)有更強(qiáng)的功能。有些壓縮器不能產(chǎn)生 B 幀或者連 P 幀也不能產(chǎn)生，則圖像的壓縮結(jié)果將有很明顯的間斷。 在MPEG-1中，每個(gè) I 幀圖像含有152Kb，P 幀圖像含有80Kb， B 幀圖像含有23Kb，一個(gè)典型GOP由1個(gè) I 幀、 3個(gè) P幀、 8個(gè) B 幀組成，所以，一個(gè)GOP的數(shù)據(jù)量為152+803+238=576Kb，平均每幀為48Kb，幀頻為25Hz時(shí)，其視頻碼率

59、為4825=1.2Mb/s。圖 像 幀 序 號(hào)0123456789101112131415按顯示順序排列的圖像序列IBBPBBPBBPBBIBBP按編碼順序排列的圖像序列IPBBPBBPBBIBBPBB 從第1個(gè) I 幀起，至少要等到第4幀后才能對(duì)第2幀進(jìn)行編碼，因此必然會(huì)帶來(lái)延遲，通?？傃舆t大于0.5秒，一般為0.81秒。延遲會(huì)給電視會(huì)議帶來(lái)影響，如果采用全部為 I 幀的M-JPEG編碼方式，可以消除這種影響，但壓縮比將會(huì)下降7:1以下。 由于12幀為1個(gè)序列長(zhǎng)度，所以廣告或短片的長(zhǎng)度應(yīng)為12幀的倍數(shù)。（3）MPEG-1 編碼過(guò)程簡(jiǎn)介4個(gè)Y塊+ 2個(gè)F塊宏塊條12幀為一個(gè)編碼序列IPB幀每幀

60、含36個(gè)宏塊條每個(gè)宏塊條含45個(gè)宏塊每個(gè)宏塊含有6個(gè)塊 （4） MPEG-2 格式簡(jiǎn)介 現(xiàn)有音頻部分規(guī)范了與MPEG-1音頻標(biāo)準(zhǔn)的兼容性以及多通道的音頻編碼。而在MPEG-2視頻標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)規(guī)范中，根據(jù)圖像清晰度的不同，它包括4“級(jí)”(Level)或4種信源格式，并采用分級(jí)編碼。所謂級(jí)是指MPEG-2的輸入格式，主要規(guī)范了清晰度的4個(gè)等級(jí)，標(biāo)識(shí)從低清晰度的錄像帶(VCR)到高清晰度電視HDTV每一種輸入格式編碼后都有一個(gè)相應(yīng)的范圍。 (1)低級(jí)(LL：Low Level)：圖像輸入格式的像素是HTU-R Rec. BT 601格式的1/4，即35224030或35228825。相應(yīng)編碼的最大輸出