國(guó)脈信息學(xué)院數(shù)字電視技術(shù)復(fù)習(xí)資料

1.1光的特性與光源光是一種電磁波。人眼能看見(jiàn)的可見(jiàn)光譜波長(zhǎng)只集中在400到800個(gè)納米之間，頻率約為1014Hz。波長(zhǎng)/nm7806305805554954854603803×103波長(zhǎng)/m頻率/Hz紅橙黃綠青藍(lán)紫無(wú)線電波105紅外線1010可見(jiàn)光譜紫外線1015X射線1020宇宙射線10253×10-23×10-73×10-123×10-171.2.1視覺(jué)的光效應(yīng)光進(jìn)入人的眼睛，刺激視神經(jīng)，在大腦里產(chǎn)生視覺(jué)效應(yīng)，人眼對(duì)不同頻率的光的感光靈敏度是不同的，描述這個(gè)特性的曲線稱為視敏特性曲線。椎狀細(xì)胞（白天）和杠狀細(xì)胞（夜晚）。由視敏特性曲線可見(jiàn)：人眼對(duì)550nm的光的感覺(jué)最敏感，所以，人們到草原和森林的時(shí)候眼睛感到很舒服。人眼還有明暗視覺(jué)和亮度感覺(jué)，這些參量均與對(duì)比度有關(guān)，利用這個(gè)特性可以使所顯示的圖像技術(shù)變得簡(jiǎn)單，只要保證對(duì)比度即可，不需要與原圖的亮度變化相同。1.3.1光的顏色與彩色三要素彩色三要素亮度是光作用于人眼時(shí)所引起的明亮程度的感覺(jué)。(光功率)色調(diào)是指顏色的類別，是決定色彩本質(zhì)的基本參量。(光波長(zhǎng))色飽和度是指彩色所呈現(xiàn)色彩的深淺程度（或濃度）。色調(diào)與色飽和度合稱為色度。1.3.2三基色原理及應(yīng)用三基色原理

三基色原理是指自然界中常見(jiàn)的大部分彩色都可由三種相互獨(dú)立的基色按不同的比例混合得到。波長(zhǎng)為700nm的紅光為紅基色——R(紅)波長(zhǎng)為546.1nm的綠光為綠基色——G(綠)波長(zhǎng)為435.8nm的藍(lán)光為藍(lán)基色——B(藍(lán))1.3.2三基色原理及應(yīng)用相加混色

相加混色是各分色的光譜成分相加，混色所得彩色光的亮度等于三種基色的亮度之和。彩色電視系統(tǒng)就是利用紅、綠、藍(lán)三種基色以適當(dāng)比例混合產(chǎn)生各種不同的彩色。RGB模型自然界中絕大多數(shù)的色彩都可以用適當(dāng)比例的三基原色混合組成的等效色來(lái)模擬。紅+綠=黃紅+藍(lán)=品紅綠+藍(lán)=青紅+綠+藍(lán)=白R(shí)GB彩色圖像

R

GBR

G

BRGB模式(用于顯示打印)●特點(diǎn):色彩鮮艷R—8bit表示G—8bit表示B—8bit表示最大表示：28×28×28=224=16777216(16.7M)1.3.3配色方程與亮度公式亮度公式在色度學(xué)中，通常把由配色方程式配出的彩色光F的亮度用光通量來(lái)表示，即：

Y=0.299R+0.587G+0.114B

配色方程式中的光通量用比色計(jì)來(lái)測(cè)量定義：0.299lm為紅基色單位[R]，0.587lm為綠基色單位[G]，0.114lm為藍(lán)基色單位[B]，則Y1C白=1[R]+1[G]+1[B]顯示圖像的基本思路點(diǎn)多成線，線多成面對(duì)點(diǎn)的掃描稱為行掃描，對(duì)線的掃描稱為場(chǎng)掃描。人眼的分辨力是有限的，當(dāng)人眼看圖像上兩個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的視角小于1′時(shí)，眼睛已不能將這兩點(diǎn)區(qū)分開(kāi)來(lái)。根據(jù)這一視覺(jué)特性，我們可以將一幅空間上連續(xù)的黑白圖像分解成許多小單元，這些小單元面積相等、分布均勻，明暗程度不同。大量的單元組成了電視圖像，這些單元稱為像素。報(bào)紙上的照片就是這樣構(gòu)成的，在近距離仔細(xì)觀察時(shí)，畫(huà)面由許多小黑點(diǎn)組成；當(dāng)離開(kāi)一定距離觀看時(shí)，看到的是一幅完整的照片。單位面積上的像素?cái)?shù)越多，圖像越清晰。

一幅高質(zhì)量的圖像有幾十萬(wàn)個(gè)像素。要用幾十萬(wàn)個(gè)傳輸通道來(lái)同時(shí)傳送圖像信號(hào)是不可能的。由于人眼的視覺(jué)惰性，可以把圖像上各像素的亮度信號(hào)按從左到右、從上到下的順序一個(gè)一個(gè)地傳送。電視接收機(jī)按發(fā)送端的順序依次將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)亮度的像素，只要在視覺(jué)暫留的0.1s時(shí)間里完成一幅圖像所有像素的電光轉(zhuǎn)換，那么人眼感覺(jué)到的將是一幅完整的圖像。利用視覺(jué)惰性，我們同樣可以把連續(xù)動(dòng)作分解為一連串稍有差異的靜止圖像。電影就是每秒放映24幅稍有差異的靜止畫(huà)面來(lái)得到活動(dòng)圖像的，電視則是采用每秒傳送25幅稍有差異的電視畫(huà)面來(lái)得到連續(xù)動(dòng)作的效果的。利用人眼的視覺(jué)惰性和有限分辨力，活動(dòng)圖像可分解為一連串的靜止圖像，靜止圖像又可分解為像素，只要在一定的時(shí)間里，發(fā)送端依次對(duì)一幅圖像所有像素的亮度信息進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，接收端再依次重現(xiàn)相應(yīng)亮度的像素，就可以完成活動(dòng)圖像的傳輸。這種將圖像分解成像素后順序傳送的方法叫做順序傳送原理。水平分解力沿圖像水平方向所能分解的像素稱為水平分解力。水平分解力的大小影響傳輸信號(hào)的頻譜，水平分解度越大，信號(hào)的頻譜越寬。綜合考慮各種因素，令水平分解力等于垂直分解力，則水平分解力N=KM,式中的K由畫(huà)面的寬高比決定。例如800*600垂直分解力M=600,畫(huà)面的寬高比是4：3，水平分解力N=KM=4/3*600=8001024*768;垂直分解力M=768,畫(huà)面的寬高比是4：3，水平分解力N=KM=4/3*768=10241280*960;垂直分解力M=960,畫(huà)面的寬高比是4：3，水平分解力N=KM=4/3*960=10241280*1024

垂直分解力M=1024,畫(huà)面的寬高比是5：4，水平分解力N=KM=5/4*1024=12801440*900垂直分解力M=900,畫(huà)面的寬高比是8：5，水平分解力N=KM=8/5*900=14401680*1050垂直分解力M=1050,畫(huà)面的寬高比是8：5，水平分解力N=KM=8/5*1050=1680電視的場(chǎng)頻50Hz，幀頻25Hz,周期TV=1/25=40msfH=1/TH=1/64us=15625HzTH=TV/Z=40ms/625=64us

我國(guó)廣播電視掃描參數(shù) 我國(guó)廣播電視采用隔行掃描,主要掃描參數(shù)如下: 行頻:15625Hz場(chǎng)頻:50Hz 行周期:64μs場(chǎng)周期:20ms 行正程時(shí)間:≥52μs場(chǎng)正程時(shí)間:≥18.4ms 行逆程時(shí)間:≤12μs場(chǎng)逆程時(shí)間:≤1.6ms 幀頻:25Hz每幀行數(shù):625(顯示575) 幀周期:40ms每場(chǎng)行數(shù):312.5(顯示287.5)圖像寬高比圖像寬高比也稱幅型比。根據(jù)人眼的視覺(jué)特性，視覺(jué)最清楚的范圍是垂直視角為15°，水平視角為20°的一個(gè)矩形視野，因而電視接收機(jī)的屏幕通常為矩形，矩形畫(huà)面的寬高比為4∶3。高清晰度電視采用16：9，矩形屏幕的尺寸用對(duì)角線長(zhǎng)度來(lái)度量46cm(18英寸），51cm(20英寸），66cm(26英寸）彩色電視全射頻電視信號(hào)頻域圖;彩色全電視信號(hào)(FBAS)是由黑白全電視信號(hào)與色度信號(hào)疊加而成的,仍采用殘留邊帶發(fā)送,它與高頻伴音信號(hào)合在一起稱為彩色電視全射頻電視信號(hào),其頻譜示意圖如圖4-2所示。由圖可見(jiàn),其頻帶寬度和頻道劃分與黑白電視完全一樣,僅在高頻端色差信號(hào)對(duì)副載波是雙邊帶調(diào)幅,由上可知,色度信號(hào)與亮度信號(hào)頻譜交錯(cuò),互不干擾,所以,黑白、彩色電視完全可以兼容。圖中,fS仍表示FM制伴音信號(hào)載頻,它比圖像載頻fP仍高6.5MHz。液晶電視除了液晶顯示器內(nèi)部的主控制板和電源板外，還有多媒體電路板，多媒體電路板的組成框圖1.在液晶顯示器中大量使用偏光片（偏振片），它的特殊性質(zhì)是只允許某一個(gè)方向振動(dòng)的光波通過(guò)，而其他方向振動(dòng)的光將被全部或部分地阻擋，這樣自然光通過(guò)偏光片以后，就成了偏振光。圖10-4偏光片的光透過(guò)圖圖10-5定向膜示意圖TFT-LCD的面板構(gòu)造19等離子電視工作原理

等離子電視，又稱PDP(Plasma

Display

Panel)電視。

等離子體顯示（PlasmaDisplayPanel，簡(jiǎn)稱PDP）是利用氣體放電原理實(shí)現(xiàn)的一種發(fā)光平板顯示技術(shù)，故又稱氣體放電顯示GasDischargeDischargeDisplay。它屬于冷陰極放電管，其利用加在陰極和陽(yáng)極間一定的電壓，使氣體產(chǎn)生輝光放電。單色PDP通常直接利用氣體放電發(fā)出的可見(jiàn)光來(lái)實(shí)現(xiàn)單色顯示，其放電氣體一般選擇Ne或Ne-Ar混合氣體。彩色PDP則通過(guò)氣體放電發(fā)射的真空紫外線（VacuumUltraviolet,VUV)照射紅、綠、藍(lán)三基色熒光粉發(fā)光來(lái)實(shí)現(xiàn)彩色顯示，其放電氣體一般選擇含有Xe的混合氣體，如：Ne-Xe,He-Xe,He-Ne-Xe

PDP是一種利用氣體放電的顯示技術(shù)，具體工作原理與日光燈極其相似。PDP采用了等離子管作為發(fā)光元件，屏幕上的每一個(gè)等離子管對(duì)應(yīng)一個(gè)像素，屏幕以玻璃作為基板，基板間隔一定距離，四周經(jīng)氣密性封接形成一個(gè)個(gè)放電空間，放電空間內(nèi)充入氖、氙等混合惰性氣體。兩塊玻璃基板作為工作媒質(zhì)其內(nèi)側(cè)面上涂有金屬氧化物導(dǎo)電薄膜作激勵(lì)電極。當(dāng)向電極上加入電壓，放電空間內(nèi)的混合氣體便發(fā)生等離子體放電現(xiàn)象，也稱電漿效應(yīng)。氣體等離子體放電產(chǎn)生紫外線，紫外線激發(fā)涂有紅綠藍(lán)熒光粉的熒光屏，熒光屏發(fā)射出可見(jiàn)光，顯現(xiàn)出圖像。當(dāng)每一顏色單元實(shí)現(xiàn)

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級(jí)灰度后再進(jìn)行混色，便實(shí)現(xiàn)彩色顯示?？偩€電極電介質(zhì)ITO電極氧化鎂層隔板熒光粉地址電極前面板背板LCD投影機(jī)的工作原理三片式LCD（3LCD）之技術(shù)架構(gòu)系采用體型極小的高穿透式高溫多晶硅（High-TemperaturePolySilicon；HTPS）LCD顯示面板，每一塊HTPS都是由很多個(gè)像素組成，如分辨率為1024×768的HTPS就是由1024×768個(gè)像素組成以對(duì)應(yīng)投射圖像的像素點(diǎn)。每一個(gè)像素又包含了信號(hào)線、控制線、TFT和開(kāi)口區(qū)。其中開(kāi)口區(qū)包含了以特定方式排列的液晶分子，根據(jù)液晶分子在不同電壓下排列方式的變化，改變透過(guò)像素光線的振動(dòng)方向，并與偏振板相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了從全黑到全白狀態(tài)下不同灰階的過(guò)渡。每一個(gè)3LCD光路系統(tǒng)都是由3塊HTPS構(gòu)成。將燈光源發(fā)出的光通過(guò)分色鏡A分出紅色光，再通過(guò)分色鏡B分為綠色光和藍(lán)色光，三種顏色的光分別投射到三塊相對(duì)應(yīng)的液晶板上，并經(jīng)過(guò)中間的棱鏡將三原色光進(jìn)行混合后投射出不同顏色的圖像。3LCD技術(shù)的成像和色彩還原的特點(diǎn)是先將三原色同時(shí)進(jìn)行充分的空間混合，再投射出不同色彩的圖像，又稱為同時(shí)空間混合還原。2.什么是HTPS？

HTPS是HighTemperaturePoly-Silicon（高溫聚硅）的簡(jiǎn)稱，它是有源矩陣驅(qū)動(dòng)方式的透過(guò)型LCD。具有小型、高精細(xì)、高對(duì)比度、驅(qū)動(dòng)器可內(nèi)置等特點(diǎn)。其主要用途是投影機(jī)。3.HTPS的特點(diǎn)

HTPS就像其名字一樣，各個(gè)像素中有采用聚硅生成的薄膜晶體管。這些像素晶體管通過(guò)改變掃描線的電壓來(lái)切換導(dǎo)通/不導(dǎo)通，起到開(kāi)關(guān)的作用。制造方法與半導(dǎo)體大致相同，由于經(jīng)過(guò)高溫處理，容易實(shí)現(xiàn)細(xì)微化（多像素、高開(kāi)口率）；同時(shí)，由于能夠在基板上生成驅(qū)動(dòng)器，因此具有小型、高可靠性的特點(diǎn)。DLP投影機(jī)DLP是“DigitalLightProcession”的縮寫(xiě)，即數(shù)字光處理，這種技術(shù)先把影像信號(hào)經(jīng)數(shù)字處理后把光投影出來(lái)。它是基于美國(guó)德州儀器TI公司開(kāi)發(fā)的數(shù)字微鏡元件DMD（DigitalMicromirrorDevice）來(lái)完成的。它是基于德儀公司開(kāi)發(fā)的數(shù)字微反射鏡器件DMD，DMD是DLP技術(shù)系統(tǒng)中的核心：光學(xué)引擎心臟采用的數(shù)字微鏡晶片，它是在CMOS的標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制程上，加上一個(gè)可以調(diào)變反射面的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)形成的器件來(lái)完成顯示數(shù)字可視信息。DMD單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

DMD芯片上有數(shù)百萬(wàn)個(gè)微小的反射鏡片，數(shù)字信號(hào)會(huì)激活鏡片下面的微型電極，推動(dòng)鏡面迎向或避開(kāi)光源，從而將光線從兩個(gè)方向反射出去。反光鏡的傾斜角度可以調(diào)整

實(shí)際的反射方向則視底層記憶晶胞的狀態(tài)而定，當(dāng)記憶晶胞處于“ON”狀態(tài)時(shí)，反射鏡會(huì)旋轉(zhuǎn)至+10度，若記憶晶胞處于“OFF”狀態(tài)，反射鏡會(huì)旋轉(zhuǎn)至-10度。反射角度的改變導(dǎo)致了光的選擇性，使得屏幕出現(xiàn)不同灰度的像素

只要結(jié)合DMD以及適當(dāng)光源和投影光學(xué)系統(tǒng)，反射鏡就會(huì)把入射光反射進(jìn)入或是離開(kāi)投影鏡頭的透光孔，使得“ON”狀態(tài)的反射鏡看起來(lái)非常明亮，“OFF”狀態(tài)的反射鏡看起來(lái)就很黑暗。彩色DLP投影機(jī)的組成

利用二位脈沖寬度調(diào)變可以得到灰階效果，如果使用固定式或旋轉(zhuǎn)式彩色濾鏡，再搭配一顆或三顆DMD芯片，即可得到彩色顯示效果。它的原理是：投影機(jī)燈泡發(fā)出光線，經(jīng)過(guò)透鏡匯聚到DMD芯片上，再經(jīng)過(guò)DMD芯片通過(guò)鏡頭投射到幕布上形成我們最終看到的圖像。

其中DMD芯片上面有上萬(wàn)個(gè)微小的反射鏡片，投影機(jī)內(nèi)部的電腦能夠單獨(dú)控制每個(gè)鏡片的運(yùn)動(dòng)，決定是否將該投射到該鏡片的光反射出去。

但是這樣投射出來(lái)的圖像是黑白的，那么怎么才能看到我們現(xiàn)實(shí)世界中的彩色呢？這就需要在燈泡發(fā)出的光線到達(dá)DMD芯片之前加上一個(gè)色輪，色輪是由紅、黃、藍(lán)三種顏色組成，它會(huì)以60HZ的頻率進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，當(dāng)光線通過(guò)色輪的紅色部分的時(shí)候，投影出來(lái)的圖像是一幅全紅色的灰度圖像，藍(lán)色、黃色同理，由于人眼有視覺(jué)殘留的特性，我們觀察到的是一幅由紅黃藍(lán)三原色疊加的全彩色圖像。

DLP方式顯示元件采用DMD(DigitalMicromirrorDevice)。DMD是一種由數(shù)十萬(wàn)～百數(shù)十萬(wàn)個(gè)微米級(jí)的微小型反射鏡組成的半導(dǎo)體，每一個(gè)反射鏡對(duì)應(yīng)一個(gè)像素，通過(guò)反射來(lái)自光源的光線來(lái)投影圖像。有單片、3片式。

DLP投影方式DMD在結(jié)構(gòu)上是在半導(dǎo)體基板上鋪滿反射鏡、通過(guò)ON/OFF來(lái)使這些反射鏡傾斜。DLP是指使用了DMD的光學(xué)系統(tǒng)的總稱，使色輪旋轉(zhuǎn)顯示出與某個(gè)瞬間的色彩一致的畫(huà)像，能通過(guò)每秒進(jìn)行數(shù)千次的旋轉(zhuǎn)來(lái)顯示全彩色。DLP投影機(jī)簡(jiǎn)單工作原理

數(shù)碼光處理投影機(jī)是美國(guó)德州儀器公司以數(shù)字微鏡裝置DMD芯片作為成像器件，通過(guò)調(diào)節(jié)反射光實(shí)現(xiàn)投射圖像的一種投影技術(shù)。它與液晶投影機(jī)有很大的不同，它的成像是通過(guò)成千上萬(wàn)個(gè)微小的鏡片反射光線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。DLP芯片的核心技術(shù)一直控制在美國(guó)的德州儀器，DLP技術(shù)似乎在追逐著IntelInside的道路，因?yàn)樗笏胁捎肈LP技術(shù)的投影機(jī)產(chǎn)品都必須打上DLP的標(biāo)志。不管其是否會(huì)取得Intel在PC領(lǐng)域那樣的成就，至少顯示了其領(lǐng)導(dǎo)投影機(jī)底層技術(shù)的決心。DLP的生產(chǎn)廠家主要為歐美廠商，如ASK、惠普、麗訊等。DLP投影機(jī)分為：?jiǎn)纹珼MD機(jī)(主要應(yīng)用在便攜式投影產(chǎn)品)、兩片DMD機(jī)(應(yīng)用于大型拼接顯示墻)、三片DMD機(jī)(應(yīng)用于超高亮度投影機(jī))。DLP投影機(jī)原理：以1024×768分辨率為例，在一塊DMD上共有1024×768個(gè)小反射鏡，每個(gè)鏡子代表一個(gè)像素，每一個(gè)小反射鏡都具有獨(dú)立控制光線的開(kāi)關(guān)能力。小反射鏡反射光線的角度受視頻信號(hào)控制，視頻信號(hào)受數(shù)字光處理器DLP調(diào)制，把視頻信號(hào)調(diào)制成等幅的脈寬調(diào)制信號(hào)，用脈沖寬度大小來(lái)控制小反射鏡開(kāi)、關(guān)光路的時(shí)間，在屏幕上產(chǎn)生不同亮度的灰度等級(jí)圖像。DMD投影機(jī)根據(jù)反射鏡片的多少可以分為單片式，雙片式和三片式。以單片式為例，DLP能夠產(chǎn)生色彩是由于放在光源路徑上的色輪(由紅、綠、藍(lán)群組成)，光源發(fā)出的光通過(guò)會(huì)聚透鏡到彩色濾色片產(chǎn)生RGB三基色，包含成千上萬(wàn)微鏡的DMD芯片，將光源發(fā)出的光通過(guò)快速轉(zhuǎn)動(dòng)的紅、綠、藍(lán)過(guò)濾器投射到一個(gè)鑲有微鏡面陣列的微芯片DMD的表面，這些微鏡面以每秒5000次的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，反射入射光，經(jīng)由整形透鏡后通過(guò)鏡頭投射出畫(huà)面。二.三個(gè)通信網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1.電話網(wǎng)的基本組成電話機(jī)交換機(jī)交換機(jī)傳輸媒介電話機(jī)電話網(wǎng)主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信,基本特點(diǎn)是信號(hào)傳輸?shù)倪m時(shí)性和交互性.帶寬窄,速度慢.2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義是:在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的控制下利用各種通信手段把分散各地的計(jì)算機(jī)有機(jī)的結(jié)合起來(lái).基本特點(diǎn)是信號(hào)傳輸?shù)慕换バ?帶寬較寬,速度較快.計(jì)算機(jī)交換機(jī)交換機(jī)計(jì)算機(jī)傳輸媒介3.有線電視(CATV)網(wǎng)的基本組成有線電視臺(tái)電視機(jī)有線電視網(wǎng)的作用是傳播電視節(jié)目,傳播的基本特點(diǎn)是信號(hào)的單向傳輸性.帶寬很寬,速度快.分配器傳輸媒介電視機(jī)電視機(jī)傳輸媒介分配器電視機(jī)電視機(jī)電視機(jī)三.有線電視網(wǎng)的改造將信號(hào)單向傳輸?shù)膹V播式,改造成雙向傳輸?shù)慕换ナ?有線電視臺(tái)電視機(jī)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)電視機(jī)分配交換機(jī)傳輸媒介分配交換器傳輸媒介機(jī)頂盒電話機(jī)機(jī)頂盒電話機(jī)四.實(shí)現(xiàn)有線電視網(wǎng)雙向傳輸?shù)募夹g(shù)采用頻分復(fù)用技術(shù),使一根電纜可以同時(shí)傳輸多路電視信號(hào)及網(wǎng)絡(luò)和電話信號(hào).帶寬為750MHz系統(tǒng)的頻率分布情況是:5-40MHz雙向傳輸54-750MHz模擬和數(shù)字電視節(jié)目隔離保護(hù)帶雙向傳輸業(yè)務(wù)主要是視頻點(diǎn)播,電話和數(shù)據(jù)通訊五.如何實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合一1.電信網(wǎng)的光纖遍布全國(guó)2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)有自己的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和應(yīng)用軟件3.有線電視網(wǎng)的寬帶到家庭綜合三個(gè)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合一,將為廣大的網(wǎng)絡(luò)用戶提供價(jià)廉物美的信息服務(wù).2.3數(shù)字電視系統(tǒng)的組成2.4數(shù)字電視系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)數(shù)字電視的信源編解碼信源編碼是對(duì)原始圖像或聲音信息的編碼表示進(jìn)行比特率壓縮的過(guò)程。2.4數(shù)字電視系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)數(shù)字電視的傳送復(fù)用從發(fā)送端信息的流向，復(fù)用器把音頻、視頻、輔助數(shù)據(jù)的碼流通過(guò)一個(gè)打包器打包（實(shí)際是數(shù)據(jù)分組），然后再?gòu)?fù)用合成單路串行的傳輸比特流，送給信道編碼器及調(diào)制器。接收端與此過(guò)程相反。2.4數(shù)字電視系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)信道編解碼及調(diào)制解調(diào)信道編碼就是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成與信道匹配的編碼過(guò)程。實(shí)際中，信道編碼與調(diào)制緊密地連續(xù)在一起。調(diào)制要求適應(yīng)信道性質(zhì)，并盡可能地提高信道傳輸效率，而信道編碼則需視信道條件，在信號(hào)中增加糾錯(cuò)碼，相當(dāng)于增加信號(hào)冗余度。3.MPEG標(biāo)準(zhǔn) MPEG(MovingPictureExpertsGroup)是運(yùn)動(dòng)圖片專家組的英文縮寫(xiě)。這個(gè)專家組開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)通常稱為MPEG標(biāo)準(zhǔn)。到目前為止，已經(jīng)開(kāi)發(fā)和正在開(kāi)發(fā)的MPEG標(biāo)準(zhǔn)包括：●MPEG-1：針對(duì)1.5Mbit/s以下數(shù)碼率的數(shù)字存儲(chǔ)媒體應(yīng)用的運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音編碼，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)ISO/IEC11172。●

MPEG-2：運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音信息的通用編碼，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)ISO/IEC13818?！?/p>

MPEG-4：音視對(duì)象編碼，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)ISO/IEC14496。●

MPEG-7：多媒體內(nèi)容描述接口，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)ISO/IEC15938?！?/p>

MPEG-21：多媒體框架，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)ISO/IEC21000。5.2.1MPEG-1音頻編碼算法的特點(diǎn)MPEG-1音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)（ISO/IEC11172-3）是世界上第一個(gè)高保真音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。為了保證其普遍適用性，MPEG-1音頻編碼算法具有以下特點(diǎn)：寬帶音頻MPEG-1編碼器32kHz，44.1kHz48kHzPCM32kbit/s~384kbit/sMPEG-1音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)提供三個(gè)獨(dú)立的壓縮層次：第1層（Layer1）:編碼器最為簡(jiǎn)單，應(yīng)用于數(shù)字小型盒式磁帶（DigitalCompactCassette，DCC）記錄系統(tǒng)。第2層（Layer2）:編碼器的復(fù)雜程度屬中等，應(yīng)用于數(shù)字音頻廣播（DAB）、CD-ROM、CD-I和VCD等。第3層（Layer1）:編碼器最為復(fù)雜，應(yīng)用于綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）上的音頻傳輸、因特網(wǎng)上的廣播、MP3光盤(pán)存儲(chǔ)等。用戶對(duì)層次的選擇可在編碼方案的復(fù)雜性和壓縮比之間進(jìn)行權(quán)衡。

表5-4

MPEG-1層3在各種數(shù)碼率下的性能

音質(zhì)要求聲音帶寬（kHz）聲道數(shù)數(shù)碼率（kbit/s)壓縮比電話優(yōu)于短波優(yōu)于調(diào)幅廣播類似于調(diào)頻廣播接近CDCD2.55.57.51115>15單聲道單聲道單聲道立體聲立體聲立體聲8163256~6496112~12896:148:124:126~24:116:112~10:15.2.2MPEG-1音頻編碼的基本原理

MPEG-1使用感知音頻編碼來(lái)達(dá)到既壓縮音頻數(shù)據(jù)又盡可能保證音質(zhì)的目的。聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)有許多特性，感知音頻編碼的理論依據(jù)是聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的掩蔽效應(yīng)特性。其基本思想就是在編碼過(guò)程中保留有用的信息而丟掉被掩蔽的信號(hào)，其結(jié)果是經(jīng)編解碼之后重構(gòu)的音頻信號(hào)與編碼之前的原始音頻信號(hào)不完全相同，但人的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)很難感覺(jué)到它們之間的差別。這也就是說(shuō)，對(duì)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)這種壓縮是“無(wú)損壓縮”。5.2.2MPEG-1音頻編碼的基本原理

MPEG-1使用感知音頻編碼來(lái)達(dá)到既壓縮音頻數(shù)據(jù)又盡可能保證音質(zhì)的目的。聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)有許多特性，感知音頻編碼的理論依據(jù)是聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的掩蔽效應(yīng)特性。其基本思想就是在編碼過(guò)程中保留有用的信息而丟掉被掩蔽的信號(hào)，其結(jié)果是經(jīng)編解碼之后重構(gòu)的音頻信號(hào)與編碼之前的原始音頻信號(hào)不完全相同，但人的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)很難感覺(jué)到它們之間的差別。這也就是說(shuō)，對(duì)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)這種壓縮是“無(wú)損壓縮”。MPEG-1音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)提供3個(gè)獨(dú)立的壓縮層次，它們的基本模型是相同的。層1是最基礎(chǔ)的，層2和層3都是在層1的基礎(chǔ)上有所提高。MPEG-1音頻碼流按照規(guī)定構(gòu)成“幀”的格式，層1的每幀包含384(=32×12)個(gè)樣本數(shù)據(jù)的碼字，384個(gè)樣本數(shù)據(jù)來(lái)自32個(gè)子帶，每個(gè)子帶12個(gè)樣本數(shù)據(jù)；層2和層3的每幀包含1152(=32×36)個(gè)樣本數(shù)據(jù)的碼字，每個(gè)子帶包含36個(gè)樣本數(shù)據(jù)。子帶濾波器0子帶濾波器1子帶濾波器2子帶濾波器3子帶濾波器3112個(gè)樣本12個(gè)樣本12個(gè)樣本12個(gè)樣本12個(gè)樣本12個(gè)樣本12個(gè)樣本12個(gè)樣本12個(gè)樣本12個(gè)樣本12個(gè)樣本12個(gè)樣本12個(gè)樣本12個(gè)樣本12個(gè)樣本層1層2，層3…………音頻樣本數(shù)據(jù)輸入圖5-2層1、層2和層3的子帶樣本5.4MPEG-2音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種音頻壓縮編碼算法.一種稱為MPEG-2Audio（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為ISO／IEC13818-3），或稱為MPEG-2BC，它是與MPEG-1音頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)（ISO／IEC11172-3）后向兼容的多聲道音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)；另一種稱為MPEG-2高級(jí)音頻編碼（MPEG-2AdvancedAudioCoding）標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱為MPEG-2AAC，因?yàn)樗cMPEG-1音頻壓縮編碼算法是不兼容的，所以也稱為MPEG-2NBC（NonBackwardCompatible，非后向兼容）標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-2AAC支持的采樣頻率為8~96kHz，編碼器的音源可以是單聲道、立體聲和多聲道的聲音，多聲道揚(yáng)聲器的數(shù)目、位置及前方、側(cè)面和后方的聲道數(shù)都可以設(shè)定，因此能支持更靈活的多聲道構(gòu)成。MPEG-2AAC可支持48個(gè)主聲道、16個(gè)低頻音效增強(qiáng)（LFE）聲道、16個(gè)配音聲道（overdubchannel）或者稱為多語(yǔ)言聲道（multilingualchannel）和16個(gè)數(shù)據(jù)流。MPEG-2AAC在壓縮比為11∶1，即每個(gè)聲道的數(shù)碼率為（44.1×16）/11＝64kbit/s，5個(gè)聲道的總數(shù)碼率為320kbit/s。與MPEG-1的第2層相比，MPEG-2AAC的壓縮比可提高1倍，而且音質(zhì)更好；在質(zhì)量相同的條件下，MPEG-2AAC的數(shù)碼率大約是MPEG-1第3層（即MP3）的70%。5.3杜比AC-3音頻編碼算法

美國(guó)高級(jí)電視制式委員會(huì)(ATSC)規(guī)定電視伴音壓縮標(biāo)準(zhǔn)是杜比實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的AC-3系統(tǒng)。該系統(tǒng)的音響效果為高保真立體環(huán)繞聲。目前市場(chǎng)流行的稱為“家庭影院”的音響系統(tǒng)多數(shù)采用此標(biāo)準(zhǔn)。杜比AC-3規(guī)定的取樣頻率為48kHz，它鎖定于27MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘。每個(gè)音頻節(jié)目最多可有6個(gè)音頻信道。這6個(gè)信道是：中心、左(Left)、右(Right)、左環(huán)繞(LeftSurround)、右環(huán)繞(RightSurround)和低頻增強(qiáng)(LFELowFrequencyEnhancement)。

LFE信道的帶寬限于20～120Hz，主信道的帶寬為20kHz。美國(guó)的HDTV標(biāo)準(zhǔn)中AC-3可以對(duì)1到5.1信道的音頻源編碼。所謂0.1信道是指用來(lái)傳送LFE的信道。動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)到100dB。

關(guān)于立體聲的形式，ITU-R，SMPTE，EBU的專家組建議用一個(gè)中心信道C和兩個(gè)環(huán)繞聲信道Ls、Rs加上基本的左和右立體聲信道L和R作為基準(zhǔn)的聲音格式。這叫“3／2立體聲”(3向前／2環(huán)繞信道)，共需5個(gè)信道如圖5-4所示。在用作圖像的伴音時(shí)，三個(gè)向前的信道保證足夠穩(wěn)定的方向性和清晰度。圖5-4五聲道立體聲揚(yáng)聲器的安排C屏幕收聽(tīng)區(qū)LRRsLs3.3視頻信號(hào)的數(shù)字化在時(shí)間軸上(t軸)分為一系列離散的幀每幀圖像在垂直方向(y軸)上離散為一條一條的掃描行每行在水平方向(x軸)上采樣，得到一個(gè)一個(gè)像素。3.3視頻信號(hào)的數(shù)字化對(duì)彩色電視信號(hào)的數(shù)字化處理主要有分量數(shù)字編碼和復(fù)合數(shù)字編碼兩種方式。

復(fù)合數(shù)字編碼是將彩色全電視信號(hào)直接進(jìn)行數(shù)字化，編碼成PCM形式。

分量數(shù)字編碼方式是分別對(duì)亮度信號(hào)Y和兩色差信號(hào)B-Y、R-Y分別進(jìn)行PCM編碼。3.3視頻信號(hào)的數(shù)字化分量數(shù)字編碼優(yōu)點(diǎn)：避免了復(fù)合數(shù)字編碼時(shí)因反復(fù)解碼所引起的質(zhì)量損傷和器件的浪費(fèi)，而且編碼幾乎與電視制式無(wú)關(guān)后期制作的處理方便時(shí)分復(fù)用方式，不會(huì)像復(fù)合數(shù)字編碼那樣因頻分復(fù)用帶來(lái)亮、色串?dāng)_，可獲得高質(zhì)量的圖像亮度信號(hào)和色度信號(hào)的帶寬根據(jù)需要取不同3.3.1電視信號(hào)分量數(shù)字編碼參數(shù)的確定分量數(shù)字編碼采樣頻率的確定亮度信號(hào)的采樣頻率各國(guó)主觀測(cè)試亮度信號(hào)帶寬fm＝5.8~6MHz為保證足夠小的混疊噪聲，采樣頻率fs應(yīng)取（2.2~2.7）fm

。采樣頻率fs至少應(yīng)等于12.76~13.2MHz采用每幀固定的正交采樣結(jié)構(gòu)，有利于行間、場(chǎng)間和幀間的信號(hào)處理。因此，應(yīng)使fs滿足fs＝mfH的關(guān)系為了使625行/50場(chǎng)及525行/60場(chǎng)這兩種掃描制式實(shí)現(xiàn)行兼容應(yīng)采用同一采樣頻率3.3.1電視信號(hào)分量數(shù)字編碼參數(shù)的確定亮度信號(hào)的采樣頻率625行/50場(chǎng)掃描制式行頻(15625Hz)525行/60場(chǎng)掃描制式行頻(4.5MHz/286)亮度信號(hào)的采樣頻率為13.5MHz

3.3.1電視信號(hào)分量數(shù)字編碼參數(shù)的確定色差信號(hào)的采樣頻率主觀測(cè)試色度信號(hào)的帶寬應(yīng)選為2.8MHz，若色差信號(hào)采樣頻率為6~7MHz時(shí)能滿足對(duì)圖像質(zhì)量的較高要求為保證足夠小的混疊噪聲采樣頻率為行頻的整數(shù)倍為了使625行/50場(chǎng)及525行/60場(chǎng)這兩種掃描制式實(shí)現(xiàn)行兼容色差信號(hào)的采樣頻率為6.75MHz

3.3.1電視信號(hào)分量數(shù)字編碼參數(shù)的確定量化比特?cái)?shù)的確定和量化級(jí)的分配量化比特?cái)?shù)量化比特?cái)?shù)是指要區(qū)分所有量化級(jí)所需的二進(jìn)制碼位數(shù)。其大小直接影響到數(shù)字圖像的質(zhì)量，每增加或減少1bit，就使量化信噪比增加或減少6dB。

CCIR601建議中，規(guī)定對(duì)亮度和色差信號(hào)都采用8bit的均勻量化。8bit的量化精度在某些場(chǎng)合是不夠的，在后來(lái)的數(shù)字演播室中又?jǐn)U展到10bit的量化。3.3.2ITU-RBT.601建議參數(shù)625行/50場(chǎng)525行/60場(chǎng)有效掃描行數(shù)576480編碼信號(hào)Y，CB，CR每行樣點(diǎn)數(shù)亮度信號(hào)864858色差信號(hào)432429每行有效樣點(diǎn)數(shù)亮度信號(hào)720色差信號(hào)360采樣結(jié)構(gòu)正交，按行、場(chǎng)、幀重復(fù)，每行中的CR，CB的樣點(diǎn)同位置，并與每行第奇數(shù)個(gè)（1，3，5，…）亮度的樣點(diǎn)同位置采樣頻率/MHz亮度信號(hào)13.5色差信號(hào)6.75編碼方式對(duì)亮度信號(hào)和色差信號(hào)都進(jìn)行均勻量化，每個(gè)樣值為8bit量化量化級(jí)亮度信號(hào)共220個(gè)量化級(jí)，消隱電平對(duì)應(yīng)于第16量化級(jí)，峰值白電平對(duì)應(yīng)于第235量化級(jí)色差信號(hào)共225個(gè)量化級(jí)（16~240），色差信號(hào)的零電平對(duì)應(yīng)于第128量化級(jí)同步第0級(jí)和第255級(jí)保留運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償幀間預(yù)測(cè)編碼過(guò)程在視頻幀序列中設(shè)置參照幀，且第1幀總是參照幀。對(duì)于當(dāng)前的編碼幀，首先在該幀的前一幀和／或后一幀（參照幀）中尋找與該幀的一個(gè)圖像方塊最優(yōu)匹配的圖像方塊。如果找到這樣的最優(yōu)匹配塊，則進(jìn)行下列計(jì)算：計(jì)算當(dāng)前塊的像素值與參照幀中最優(yōu)匹配塊（稱參照塊）的像素值之間的差值，即預(yù)測(cè)誤差；計(jì)算當(dāng)前塊相對(duì)于參照塊在水平（x）和垂直（y）兩個(gè)方向上的位移，即運(yùn)動(dòng)矢量。如果找不到最優(yōu)匹配塊，則必須進(jìn)行幀內(nèi)編碼，即對(duì)當(dāng)前塊的像素樣本值進(jìn)行編碼傳輸。

運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償幀間預(yù)測(cè)類型單向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)：只使用前參照幀或后參照幀中的一個(gè)來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)。雙向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)：使用前、后兩個(gè)幀作為參照幀來(lái)計(jì)算各塊的運(yùn)動(dòng)矢量，最后只選用與具有最小匹配誤差的參照幀相關(guān)的運(yùn)動(dòng)矢量值。插值運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)：取前參照幀預(yù)測(cè)值與后參照幀預(yù)測(cè)值的平均值。這時(shí)，需要對(duì)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量分別進(jìn)行編碼傳輸。運(yùn)動(dòng)估值應(yīng)用運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)幀內(nèi)插在低數(shù)碼率視頻編碼中對(duì)提高圖像質(zhì)量起著重要作用，通過(guò)降低發(fā)送端傳送的幀頻來(lái)降低數(shù)碼率，未傳輸?shù)膱D像幀在接收端則由已傳輸?shù)奶幱谠搸昂驮搸蟮膬蓚€(gè)圖像幀的內(nèi)插來(lái)恢復(fù)。

運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)幀內(nèi)插運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)幀內(nèi)插運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)幀內(nèi)插對(duì)運(yùn)動(dòng)位移估值提出了比運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償幀間預(yù)測(cè)更高的要求，它希望得到的位移估值應(yīng)盡量接近物體的真實(shí)運(yùn)動(dòng)，而不只是在某種準(zhǔn)則函數(shù)值最?。ɑ蜃畲螅┮饬x上的最優(yōu)。預(yù)測(cè)編碼還可應(yīng)用于對(duì)其他參量的編碼中對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn)行預(yù)測(cè)（把相鄰圖像塊的運(yùn)動(dòng)矢量作為本塊運(yùn)動(dòng)矢量的預(yù)測(cè)值），然后對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量的預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行編碼傳輸。在模型基編碼中，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)編碼。對(duì)各圖像塊離散余弦變換系數(shù)的直流分量（DC）進(jìn)行預(yù)測(cè)編碼。變換編碼的基本原理正交變換

正交變換本身并不能壓縮數(shù)據(jù)，它只把信號(hào)映射到另一個(gè)域，但由于變換后系數(shù)之間的相關(guān)性明顯降低，為在變換域里進(jìn)行有效的壓縮創(chuàng)造了有利條件。各坐標(biāo)軸上方差的不均勻分布正是正交變換編碼實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)壓縮的理論基礎(chǔ)。 4.5.2DCT圖像編碼DCT編碼和解碼原理DCT變換

8×8二維DCT反變換的變換核函數(shù)為

按u，v分別展開(kāi)后得到64個(gè)8×8像素的圖像塊組，稱為基圖像。DCT變換水平空間頻率：畫(huà)面寬帶范圍內(nèi)垂直黑白條的周期數(shù)。垂直空間頻率：畫(huà)面高帶范圍內(nèi)水平黑白條的周期數(shù)。

隨著u，v的增加，相應(yīng)系數(shù)分別代表逐步增加的水平空間頻率和垂直空間頻率分量的大小。DCT變換過(guò)程看作是把一個(gè)圖像塊表示為基圖像的線性組合，這些基圖像是輸入圖像塊的組成“頻率”。

DCT變換輸出64個(gè)基圖像的幅值即“DCT系數(shù)”，是輸入圖像塊的“頻譜”。64個(gè)變換系數(shù)中包括一個(gè)代表直流分量的“DC系數(shù)”和63個(gè)代表交流分量的“AC系數(shù)”。

MPEG-1(ISO/IEC11172)于1992年11月最后通過(guò)，1993年8月公布，是針對(duì)1.5Mbit/s以下數(shù)據(jù)傳輸率的數(shù)字存儲(chǔ)媒介應(yīng)用的運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-1的目標(biāo)是將壓縮后的視/音頻碼流存入光盤(pán)（如CD-ROM、VCD等），數(shù)據(jù)傳輸率為1.416Mbit/s，其中1.1Mbit/s用于視頻，128kbit/s用于音頻，其余的用于系統(tǒng)開(kāi)銷。在制訂MPEG-1的過(guò)程中，廣播電視的設(shè)備制造商立即意識(shí)到MPEG技術(shù)對(duì)提高衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和有線電視信道效率的潛力。但數(shù)字電視廣播不能滿足于VHS的圖像質(zhì)量，數(shù)碼率也不必像MPEG-1限制得那樣低。于是MPEG為數(shù)字電視廣播的應(yīng)用制訂了MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。

MPEG-2不是MPEG-1的簡(jiǎn)單升級(jí)，它在系統(tǒng)和傳送方面作了更加詳細(xì)的規(guī)定和進(jìn)一步的完善。它的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括存儲(chǔ)媒介中的DVD、廣播電視中的數(shù)字電視和HDTV、以及交互式的視頻點(diǎn)播（VOD）和準(zhǔn)視頻點(diǎn)播（NVOD）等。

MPEG-1是MPEG-2的一個(gè)子集，任何MPEG-2的解碼器要能夠?qū)PEG-1的碼流進(jìn)行解碼。MPEG標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的視頻編碼算法在實(shí)現(xiàn)高壓縮比的同時(shí)，又能獲得較高的重建圖像質(zhì)量，并且還要滿足能夠隨機(jī)存取的要求。如果只采用幀內(nèi)編碼，則不可能在高的壓縮比下獲得好的圖像質(zhì)量，所以必須要采用幀間編碼，但要能隨機(jī)存取，則用幀內(nèi)編碼最容易實(shí)現(xiàn)。這就要在幀間和幀內(nèi)編碼之間仔細(xì)地平衡。不僅如此，MPEG視頻編碼算法在利用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償幀間預(yù)測(cè)來(lái)減少時(shí)間冗余度時(shí)，不僅用上一幀的圖像來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前幀圖像，而且也用下一幀圖像來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前幀圖像，即雙向預(yù)測(cè)。所以，MPEG標(biāo)準(zhǔn)將編碼圖像分為三種類型，分別稱為I（Intra）幀、P（Predicated）幀和B（Bi-directional）幀。圖5-14I幀、P幀與B幀的示意圖

1．I幀：又稱幀內(nèi)編碼幀，是作為預(yù)測(cè)基準(zhǔn)的獨(dú)立幀。該幀采用類似JPEG算法的幀內(nèi)DCT編碼，只利用了本幀圖像內(nèi)的空間相關(guān)性，而沒(méi)有利用時(shí)間相關(guān)性，所以I幀圖像的壓縮比相對(duì)較低。設(shè)置I幀的主要理由是：（1）當(dāng)某幀找不到匹配的參考幀時(shí)，就只好進(jìn)行幀內(nèi)編碼，場(chǎng)景切換或圖像中的“遮擋”和“暴露”部分就是這種情況的例子；（2）解碼I幀不需要參考幀，因而可以在I幀進(jìn)行碼流的切換和編輯等操作，提供隨機(jī)存取的插入點(diǎn)；（3）長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行預(yù)測(cè)編碼，預(yù)測(cè)誤差會(huì)不斷累積，使壓縮效率逐漸降低，圖像質(zhì)量不斷下降。為防止解碼圖像損傷的逐漸加劇，需定時(shí)進(jìn)行幀刷新，即周期性地插入I幀，以便重新開(kāi)始一個(gè)新的預(yù)測(cè)編碼過(guò)程。

2．P幀：又稱前向預(yù)測(cè)編碼幀。它用前面最近的I幀或P幀作為參考進(jìn)行前向預(yù)測(cè)，采用帶運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膸g預(yù)測(cè)編碼方式。由于同時(shí)利用了空間和時(shí)間上的相關(guān)性，所以P幀比I幀的壓縮效率高。P幀也可作為參考幀。3．B幀：又稱雙向預(yù)測(cè)編碼幀。它既用源視頻序列中位于前面且已編碼的I幀或P幀作為參考幀，進(jìn)行前向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)，又用位于后面且已編碼的I幀或P幀作為參考幀，進(jìn)行后向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)。即B幀可采用幀內(nèi)編碼、前向預(yù)測(cè)編碼、后向預(yù)測(cè)編碼、或雙向預(yù)測(cè)編碼4種技術(shù)，其壓縮比最高。但B幀不能用作對(duì)其他幀進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)的參考幀。圖像圖像組視頻序列宏塊條宏塊像塊視頻碼流的分層結(jié)構(gòu)視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)壓縮編碼后形成視頻基本碼流（ES）。MPEG為了更好地表示編碼比特流，用句法規(guī)定了6層結(jié)構(gòu)，從高到低依次是視頻序列、圖像組（GOP）、圖像、宏塊條（Slice）、宏塊層及像塊層。1．視頻序列

視頻序列是指構(gòu)成一段或整個(gè)電視節(jié)目的連續(xù)圖像序列，是隨機(jī)選取節(jié)目的一個(gè)基本單元。從節(jié)目?jī)?nèi)容看，一個(gè)視頻序列大致對(duì)應(yīng)于一個(gè)鏡頭。切換一個(gè)鏡頭，即表示開(kāi)始一個(gè)新的序列。在視頻序列層，起始碼后是序列頭，它包含有視頻序列參數(shù)，如圖像的尺寸大小、幅型比、幀頻、數(shù)碼率、緩沖區(qū)大小等。在MPEG-2中，序列頭后面還跟著包含附加數(shù)據(jù)的序列擴(kuò)展數(shù)據(jù)、序列糾錯(cuò)數(shù)據(jù)等。為了確保能在不同的時(shí)間隨時(shí)進(jìn)入視頻序列，MPEG允許重復(fù)發(fā)送序列頭。序列擴(kuò)展數(shù)據(jù)后面跟若干個(gè)圖像組層的數(shù)據(jù)。視頻序列層以序列結(jié)束碼（SEQEC）結(jié)束。2．圖像組（GOP）GOP是由一個(gè)視頻序列中連續(xù)的若干幀圖像組成。每個(gè)GOP由一個(gè)I幀和一些P幀、B幀組成，GOP的第一幀一定為I幀。

這樣分組的目的是便于隨機(jī)存取和編輯，以及定時(shí)進(jìn)行幀刷新，以防止由于幀間預(yù)測(cè)可能引起的傳輸誤碼的長(zhǎng)時(shí)間擴(kuò)散。值得注意的是，由于B幀是雙向預(yù)測(cè)編碼幀，所以需等前、后的參考幀編碼后才能編碼。而MPEG視頻碼流的傳輸要有利于解碼器的解碼，為此，MPEG視頻編碼器輸出碼流的幀順序，應(yīng)不同于輸入到編碼器的源圖像序列的幀順序（也就是自然次序），必須進(jìn)行重新排序；同理，解碼器解碼這種碼流，送去顯示的幀順序也必須重新排列，使之恢復(fù)源圖像幀順序，這種過(guò)程稱為幀重排。例如，當(dāng)圖像幀的顯示的順序是I1B2B3P4B5B6P7B8B9P10……時(shí)，視頻碼流中幀的傳輸順序則是I1P4B2B3P7B5B6P10B8B9……。3．圖像圖像是一個(gè)獨(dú)立的顯示單元，它可以作為一個(gè)整體被顯示設(shè)備顯示。圖像層包括不同編碼類型的圖像，即I、B、P幀。在圖像層頭中包含了圖像編碼的類型和時(shí)間參考信息。在MPEG-2中，圖像的掃描方式既可以逐行的，也可以是隔行的。逐行掃描的圖像只能是幀格式；而隔行掃描的圖像可以是幀格式，也可以是場(chǎng)格式。一個(gè)圖像包含亮度分量和色度分量。在MPEG-2中，亮度和色度的采樣格式是4∶2∶0