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文檔簡介

(優(yōu)選)數(shù)字電視原理課件現(xiàn)在是1頁\一共有59頁\編輯于星期二課程安排1數(shù)字電視概述電視技術(shù)的發(fā)展歷程模擬電視原理數(shù)字電視的發(fā)展2數(shù)字電視基本原理視頻壓縮原理MPEG-2視頻編碼及測量MPEG-2音頻編碼及測量MPEG-2系統(tǒng)及其測量數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ)數(shù)字電視的糾錯編碼原理3數(shù)字電視相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)DVB-S標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)測量DVB-C標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)測量OFDM技術(shù)DVB-T標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)測量ATSC和ISDB-T標(biāo)準(zhǔn)及其測量我國的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在是2頁\一共有59頁\編輯于星期二數(shù)字電視基本原理視頻壓縮原理——第5章MPEG-2視頻編碼及其測量—第4,6,11章MPEG-2音頻編碼部分及其測量——第7章MPEG-2系統(tǒng)部分及其測量——第3,9,10章數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ)——第12章數(shù)字電視中的糾錯編碼原理——補(bǔ)充現(xiàn)在是3頁\一共有59頁\編輯于星期二MPEG-2視頻編碼及其測量1.數(shù)字視頻信號

2.MPEG-2視頻編碼3.DTV信號的圖像質(zhì)量分析現(xiàn)在是4頁\一共有59頁\編輯于星期二電視演播室中使用了一段時間的無壓縮數(shù)字視頻信號。ITU-BT.R.601(CCIR601)的獲得:視頻攝像機(jī)得到模擬RGB信號RGB信號在攝像機(jī)中通過矩陣變換得到亮度(Y)和色度(色差CB和CR)信號。1、數(shù)字視頻信號圖4.1亮度和色度信號的數(shù)字化

現(xiàn)在是5頁\一共有59頁\編輯于星期二RGB信號轉(zhuǎn)換成亮度和色度信號亮度信號色差信號亮度信號的帶寬利用低通濾波器限定到5.75MHz兩個色差信號帶寬限定到2.75MHz色度信號的分辨率比亮度信號分辨率低——人眼視覺特性模擬電視中色度信號限定到1.3MHz。1、數(shù)字視頻信號現(xiàn)在是6頁\一共有59頁\編輯于星期二帶限后的亮度和色度信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)采樣和數(shù)字化亮度分量Y中A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率是13.5MHz色度分量CB和CR中A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率是6.75MHz滿足采樣定理:信號的最高頻率不超過采樣頻率的一半。1、數(shù)字視頻信號圖4.2亮度和色度分量的采樣現(xiàn)在是7頁\一共有59頁\編輯于星期二A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率可達(dá)8或10bits10bits對應(yīng)270Mbit/s碼率碼率高,適合演播室應(yīng)用,不適合TV傳輸應(yīng)用。Y,CB,CR三個分量的復(fù)用順序:CBYCRYCBY…亮度分量Y與兩色度分量CBCR相交替,亮度分量Y的分辨率是CB或CR分辨率的兩倍——4:2:2格式。采樣前,矩陣變換輸出的Y、CB和CR的分辨率相同——4:4:4格式。信號接口:25-pinsub-D并口75-OhmBNC串口,叫做SDI(SerialDigitalInterface)廣泛采用傳統(tǒng)的75Ohm雙絞線/同軸電纜接口。1、數(shù)字視頻信號現(xiàn)在是8頁\一共有59頁\編輯于星期二碼流中視頻信號的開始和結(jié)束由特殊碼字SAV(StartofActiveVideo)和EAV(EndofActiveVideo)標(biāo)記。EAV到SAV之間有水平空白間隔,不包含任何視頻信號,可傳輸輔助信息,例如音頻信號或數(shù)字信號的錯誤掩蓋信息。SAV和EAV碼字各自由4個8或10bit碼字組成,第一個碼字是全1,第二和第三個碼字全0,第四個碼字包含相應(yīng)場或相應(yīng)垂直空白間隔的信息。1、數(shù)字視頻信號圖4.3IUT-BT.R.601信號中的SAV和EAV碼字1FVHP3P2P1P00000000000(00)=0/011111111(11)=255/102300000000(00)=0/0TRS=TimingReferenceSequence4codewords(SAVorEAV)現(xiàn)在是9頁\一共有59頁\編輯于星期二第四個碼字用于檢測垂直方向一幀、一場圖像的開始最高位始終是1。次高位——第8位(10bit)或第6位(8bit)是場標(biāo)志,如果該位為0,是第一場;如果該位為1,是第二場;第7位(10bit)或第5位(8bit)是垂直方向活動視頻區(qū)域標(biāo)志,如果該位為0,表示是可見的視頻區(qū)域;如果該位為1,是垂直空白間隔。第6位(10bit)或第4位(8bit)標(biāo)記該碼字是SAV還是EAV,如果該位為0,是SAV;如果該位為1,是EAV。第5~2位(10bit)或第3~0位(8bit)用于SAV和EAV碼字的誤碼保護(hù)。F=Field(0=1stfield,1=2ndfield)V=Verticalblanking(1=verticalblankinginterval)H=SAV/EAV標(biāo)記(0=SAV,1=EAV)P0,P1,P2,P3=保護(hù)位(漢明碼)1、數(shù)字視頻信號現(xiàn)在是10頁\一共有59頁\編輯于星期二Y、CB和CR都沒有用到全部的動態(tài)范圍,留有一個禁止區(qū)間作為保留凈空,同時使得SAV和EAV便于識別。亮度信號Y的范圍:16~235(8bits)64~940(10bits)色度信號CB和CR的動態(tài)范圍:16~240(8bits)64~960(10bits)該范圍外的區(qū)間作為凈空和同步標(biāo)識1、數(shù)字視頻信號圖4.4Y,CB,CR的動態(tài)范圍700mV235/940Y255/10230mV16/64255/1023240/960350mV-350mV16/64Cb/Cr0mV128/512現(xiàn)在是11頁\一共有59頁\編輯于星期二MPEG-2視頻編碼及其測量1.數(shù)字視頻信號2.MPEG-2視頻編碼3.DTV信號的圖像質(zhì)量分析現(xiàn)在是12頁\一共有59頁\編輯于星期二2、MPEG-2視頻編碼視頻壓縮步驟壓縮算法總結(jié)視頻ES流結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是13頁\一共有59頁\編輯于星期二數(shù)字SDTV視頻信號數(shù)碼率270Mbit/s,必須壓縮到2~6Mbit/s才能用于廣播傳輸。攝像機(jī)輸出的RGB信號通過矩陣變換得到Y(jié),CB和CR信號降低信號帶寬,信號通過低通濾波模數(shù)轉(zhuǎn)換降低色度分辨率為4:2:2格式按照ITU-BT.R.601,信號碼率270Mbit/s通過MPEG視頻壓縮過程,必須壓縮到2~6(15)Mbit/s,壓縮比高達(dá)130。視頻壓縮現(xiàn)在是14頁\一共有59頁\編輯于星期二視頻壓縮冗余度消除多余信息:碼流中多次存在,或沒有信息量,或在接收端可通過數(shù)學(xué)方法無失真恢復(fù)。VLC游程編碼霍夫曼編碼:使用頻率高的字母用短碼,使用頻率低的字母用長碼。無損壓縮高壓縮比不相關(guān)性消除不必要信息:人眼無法察覺的信息。人眼的彩色視覺細(xì)胞遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于亮度視覺細(xì)胞,因此色度分辨率可以降低,色度信號帶寬可以減少。人眼不能辨別圖像中過于精細(xì)結(jié)構(gòu)和粗結(jié)構(gòu)。不能復(fù)原的有損過程現(xiàn)在是15頁\一共有59頁\編輯于星期二MPEG采用的壓縮步驟有損1量化從10bits降為8bits無損2省略水平和垂直空白間隔有損3降低垂直方向色度分辨率(4:2:0)無損4活動圖像的DPCM有損5DCT和量化無損6Z掃描和零序列的游程編碼無損7Huffman編碼現(xiàn)在是16頁\一共有59頁\編輯于星期二模擬電視中,視頻信號的信噪比大于48dB時,噪聲恰好人眼不可見。A/D轉(zhuǎn)換器中8bit分辨率的量化噪聲已經(jīng)不可見,因此在演播室以外,對Y,CB和CR信號不必要采用10bit分辨率。演播室中最好采用10bit,更容易進(jìn)行后處理,質(zhì)量更好。10bit降為8bit可節(jié)省20%碼率(10-8)/10=2/10=20%不相關(guān)性消除接收端不能恢復(fù)原始信號S/N[dB]=6N,量化噪聲增加12dB。1、10bits量化降為8bits量化現(xiàn)在是17頁\一共有59頁\編輯于星期二ITUBT.R601信號的水平和垂直空白間隔不包含任何信息,可以包含輔助數(shù)據(jù)例如聲音信號,但根據(jù)MPEG這些輔助數(shù)據(jù)必須單獨(dú)編碼,因此可以省略,接收端可以輕易恢復(fù)。2、省略水平和垂直空白間隔圖6.1水平和垂直空白PAL信號的625線只有575線可見,如果省略垂直空白間隔可以節(jié)省8%的碼率(625-575)/625=8%一行長64微秒,只有52微秒可見,如果省略水平空白間隔又可以節(jié)省19%的碼率(64-52)/64=19%因?yàn)閮蓚€節(jié)省有部分重疊,總的節(jié)省率大約25%。Visible,activepicture64μs52μsActivelineVBlanking(8%)575Visiblelines625linesHBlanking(19%)現(xiàn)在是18頁\一共有59頁\編輯于星期二按照ITUBT.R601,兩個色度分量CB和CR的采樣頻率是亮度分量Y的一半,Y的帶寬5.75MHz,CB和CR的帶寬降為2.75MHz?!?:2:2格式4:2:2色度分辨率只是水平方向降低。人眼無法分辨水平和垂直方向的色度分辨率。垂直方向降低一半色度分辨率的影響人眼不可見。4:2:0信號,四個Y像素對應(yīng)一個CB和CR值。又節(jié)省25%碼率。3、降低垂直色度分辨率(4:2:0)圖6.24:4:44:2:24:2:0分辨率現(xiàn)在是19頁\一共有59頁\編輯于星期二MPEG視頻壓縮步驟-20%量化10bits到8bits270Mbit/s216Mbit/s-25%忽略水平和垂直空白間隔166Mbit/s-25%降低垂直色度分辨率(4:2:0)124.5Mbit/s進(jìn)一步數(shù)據(jù)壓縮步驟2~6Mbit/s現(xiàn)在是20頁\一共有59頁\編輯于星期二進(jìn)一步數(shù)據(jù)壓縮DPCMZ掃描+VLCHuffman編碼進(jìn)一步數(shù)據(jù)壓縮DCT+量化現(xiàn)在是21頁\一共有59頁\編輯于星期二相鄰幀之間差別較小,有靜止區(qū)域不發(fā)生變化,有活動區(qū)域只改變其位置,還有新增加的對象。如果每幀圖像都完全傳輸,有部分傳輸?shù)男畔⑼耆嗤?,會?dǎo)致很高的碼率。顯然對這些圖像區(qū)域只傳輸兩幀之間的差值更合適——DPCM:4、DPCMtimePulseCodeModulationts2550255time0tsDifferentialPulseCodeModulation255time0ts帶參考信息的DPCM現(xiàn)在是22頁\一共有59頁\編輯于星期二連續(xù)模擬信號采樣數(shù)字化時得到等間隔的離散采樣值,相當(dāng)于等間隔的脈沖,即PCM脈沖編碼調(diào)制,每個脈沖的高度表示該時刻信號的離散采樣值。由于經(jīng)過了帶限預(yù)處理,相鄰采樣值之間的差值不大,如果只傳輸差值可以節(jié)省傳輸容量,降低碼率,即DPCM差分脈沖編碼調(diào)制。DPCM的問題在于恢復(fù)原始信號的延遲較長,可以通過在傳輸差值時,每隔固定間隔就傳輸一次完全采樣值,來解決該問題。這種方法非常接近MPEG-1/-2圖像壓縮中采用的幀間預(yù)測編碼。4、DPCM現(xiàn)在是23頁\一共有59頁\編輯于星期二在一幀圖像進(jìn)行靜止和運(yùn)動對象檢測之前,首先被分成若干宏塊。4:2:0格式每個宏塊由一個16x16亮度像素Y和兩個8x8的色度像素CB、CR。每幀圖像水平和垂直像素?cái)?shù)目選擇為16和8的整數(shù)倍(720x576)。每隔一定間隔傳輸一幀完全參考幀,I幀(Intracoded),兩個I幀之間傳輸差值幀。4、DPCM圖6.20幀分解為宏塊現(xiàn)在是24頁\一共有59頁\編輯于星期二求差值的單位是宏塊,當(dāng)前幀宏塊與前一幀的宏塊進(jìn)行比較:首先檢測該宏塊是否由于圖像中的運(yùn)動在某方向發(fā)生位移。——只傳輸運(yùn)動向量MV,如果當(dāng)前宏塊與前一幀的宏塊有差值,還傳輸殘差?;蛘吆陦K是否沒變化,也沒有位移。——不需傳輸任何信息?;蛘呤欠袷切鲁霈F(xiàn)的對象。——完全編碼4、DPCM現(xiàn)在是25頁\一共有59頁\編輯于星期二P幀——前向預(yù)測幀B幀——雙向預(yù)測幀,包括前向和后向預(yù)測,碼率比I/P幀低很多。GOP——兩個I幀之間P/B幀的組織結(jié)構(gòu)。GOP結(jié)構(gòu)靈活,一個GOP通常包括12幀:I,B,B,P,B,B,P,…B幀介于I和P幀之間,在解碼B幀之前,必須先解碼重建它的前向和后向參考幀(I幀或P幀)。因此,視頻幀的傳送順序和原始顯示順序不同。接收端的緩存大小可事先計(jì)算出,可以利用PES頭中的DTS(decodingtimestamp)值。4、DPCM圖6.9GOP結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是26頁\一共有59頁\編輯于星期二運(yùn)動估計(jì)——得到運(yùn)動向量過程:對當(dāng)前要編碼幀的宏塊,在前面的參考幀(P幀)或后面的參考幀(B幀)中搜索最佳匹配宏塊。在當(dāng)前宏塊周圍的搜索窗內(nèi)的塊匹配找到匹配宏塊后就得到所需傳輸?shù)倪\(yùn)動向量。另外還傳輸匹配宏塊的殘差。殘差單獨(dú)再經(jīng)過DCT和量化進(jìn)一步壓縮。4、DPCM圖6.11運(yùn)動向量RangeofblockmatchingFrameN-1,MotionvectorforwardFrameN,BencodedMacroblockFrameN+1Motionvectorbackward現(xiàn)在是27頁\一共有59頁\編輯于星期二80年代末,靜止圖象壓縮,JPEG標(biāo)準(zhǔn)的核心算法——DCTDCT也是MPEG視頻編碼的核心算法根據(jù)人眼視覺特性,低頻圖象干擾(相應(yīng)于粗圖象結(jié)構(gòu))比高頻圖象(圖象細(xì)節(jié))干擾更易察覺。因此,信噪比測量時要根據(jù)視覺敏感度進(jìn)行加權(quán),高頻方向比低頻圖象分量可以容許更大噪聲。為節(jié)省碼率,低頻信號進(jìn)行更精細(xì)量化,高頻信號進(jìn)行粗量化。如何得到不同頻率圖象分量?——變換編碼。DCT是DFT和FFT的特例,將時域圖象信號變換到頻域。5、DCT和量化現(xiàn)在是28頁\一共有59頁\編輯于星期二5、DCT和量化圖6.13/14一維DCT及DCT系數(shù)量化現(xiàn)在是29頁\一共有59頁\編輯于星期二5、DCT和量化對視頻幀一行中8個象素的時域電壓值進(jìn)行DCT得到頻域的8個系數(shù),依次為直流DC系數(shù)、低頻、中頻和高頻系數(shù)(視頻信號能量)。根據(jù)人眼視覺特性,DCT系數(shù)在頻域進(jìn)行量化,除以某個量化因子。量化因子越大,量化越粗。對較平滑圖象,量化因子改變不大或根本不變;而對細(xì)節(jié)豐富圖象,量化因子隨著頻率增高而變大。量化后很多系數(shù)變?yōu)?,尤其對高頻系數(shù)而言?,F(xiàn)在是30頁\一共有59頁\編輯于星期二5、DCT和量化JPEG和MPEG中采用二維變換編碼。圖象先被分成8x8象素塊,再通過二維DCT變換到頻域。為得到帶符號值,在做二維DCT之前,所有象素值先減去128。DCT后即量化,除以合適的量化步長1831982202392442362222111982092222312292151981861441541701841901901851801621641661671651611571541951911851801781781791811741681611561601701831921741601381191121151251331521381191051041151331468X8象素塊f(x,y)二維DCT減去12855709211111610894837081941031018770581681425662625752343638393733292667635752505051534640332832425564463210-9-16-13-352410-9-23-24-1351813840000000216-36-99000000000000099000000000000000-5800000000-6000000000000001F(v,u)=DCT(f(x,y)1-200000000000002000000000000000-100000000-1000000000000008161922262729341616222427293437192226272934343822222627293437402226272932354048262729323540485826272934384656692729353846566983QF(v,u)=F(v,u)/Q(v,u)/scale_factorQ(v,u)Scale_factor=2量化現(xiàn)在是31頁\一共有59頁\編輯于星期二8x8象素塊做二維DCT后得到頻域中的8x8數(shù)組:第一個系數(shù)是DC系數(shù),對應(yīng)整個塊的直流分量。第二個系數(shù)對應(yīng)水平方向最粗圖象結(jié)構(gòu)的能量。第一行最后一個系數(shù)對應(yīng)水平方向最精細(xì)圖象結(jié)構(gòu)的能量。第一列從上到下對應(yīng)垂直方向最粗到最細(xì)圖象結(jié)構(gòu)的能量。對角線上系數(shù)對應(yīng)對角線方向從粗到細(xì)圖象結(jié)構(gòu)的能量。5、DCT和量化現(xiàn)在是32頁\一共有59頁\編輯于星期二DCT后即量化,除以合適的量化步長MPEG定義了量化表,可以自定義量化后很多系數(shù)變?yōu)?量化后矩陣關(guān)于對角線近似對稱量化后矩陣系數(shù)通過Z掃描過程使得連續(xù)0的個數(shù)最大,便于采用游程編碼可以大大節(jié)省碼率。量化是控制基本視頻流碼率的唯一手段。DCT+量化對宏塊中的Y分量和CB、CR分量進(jìn)行。量化在宏塊層可以通過量化因子調(diào)整來控制碼率。量化表只能在視頻序列層修改。I幀的宏塊即按上述方式編碼P幀和B幀的宏塊先按運(yùn)動向量得到參考幀中的預(yù)測值,再計(jì)算與當(dāng)前宏塊的差值,殘差值再經(jīng)過DCT變換到頻域,再進(jìn)行量化。5、DCT和量化現(xiàn)在是33頁\一共有59頁\編輯于星期二量化DCT系數(shù)進(jìn)行Z掃描之后,使得連0數(shù)目最大。碼流中不傳這些連續(xù)0系數(shù),而是通過游程編碼只傳連0的個數(shù),Z掃描和游程編碼,與DCT和量化相配合,是MPEG-2高壓縮比的主要因素。6、Z掃描和游程編碼Z掃描173600-1020-2000000-10000000000000-10000000000000000000000000000000000173,6,2*0,-1,1*0,2,1*0,-2,6*0,-1,13*0,-1,34*0RL1-200000000000002000000000000000-100000000-100000000000000現(xiàn)在是34頁\一共有59頁\編輯于星期二游程編碼后的碼流再進(jìn)行霍夫曼編碼。出現(xiàn)頻率高的碼字編碼為短碼,出現(xiàn)頻率低的碼字編碼為長碼。進(jìn)一步冗余度消除,無損過程。7、霍夫曼編碼DCcoefficient173,6,2*0,-1,1*0,2,1*0,-2,6*0,-1,13*0,-1,34*0圖6.23Huffman編碼HuffmancodetableCodesofvariablelength現(xiàn)在是35頁\一共有59頁\編輯于星期二2、MPEG-2視頻編碼視頻壓縮步驟壓縮算法總結(jié)視頻ES流結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是36頁\一共有59頁\編輯于星期二將IUTBT.R601的4:2:2標(biāo)清電視信號(270Mbit/s)壓縮到2~6Mbit/s。核心壓縮算法是運(yùn)動補(bǔ)償DPCM與DCT變換編碼相結(jié)合。MPEG-2的不同應(yīng)用支持4:2:0和4:2:2不同格式。SD4:2:0——MainProfile@MainLevelSD4:2:2——HighProfile@MainLevelHD4:2:0——MainProfile@HighLevelHD4:2:2——HighProfile@HighLevel壓縮過程都一樣,只是質(zhì)量和碼率不同,碼率越高質(zhì)量越好。6Mbit/s4:2:0SDTV信號質(zhì)量與傳統(tǒng)模擬電視信號相似。視頻基本流的碼率可以是固定碼率或根據(jù)當(dāng)前圖像內(nèi)容可變碼率。碼率通過編碼器改變量化因子進(jìn)行控制。壓縮算法總結(jié)現(xiàn)在是37頁\一共有59頁\編輯于星期二MPEG-2編碼器總體框圖壓縮算法總結(jié)現(xiàn)在是38頁\一共有59頁\編輯于星期二I,P,B幀的宏塊有多種編碼模式。B幀宏塊的編碼模式包括:幀內(nèi)編碼(完全編碼)前向預(yù)測雙向預(yù)測跳過(不編碼)編碼模式由編碼器根據(jù)當(dāng)前圖像內(nèi)容和信道容量決定。只傳輸幀不傳輸場,在接收端由特殊方式恢復(fù)場結(jié)構(gòu)。宏塊有幀編碼和場編碼方式,場編碼方式在DCT之前先分成兩場。壓縮算法總結(jié)

幀宏塊編碼場宏塊編碼現(xiàn)在是39頁\一共有59頁\編輯于星期二2、MPEG-2視頻編碼視頻壓縮步驟壓縮算法總結(jié)視頻ES流結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是40頁\一共有59頁\編輯于星期二塊:視頻流的最小單元是8x8像素塊,是DCT的單位。宏塊:是量化控制的單位,不同宏塊可采用不同量化因子。量化因子是實(shí)際視頻PES流控制碼率的調(diào)節(jié)器。量化表不能在宏塊層改變。宏塊可以是幀編碼或場編碼。視頻ES流結(jié)構(gòu)圖6.28

塊、宏塊、條、幀現(xiàn)在是41頁\一共有59頁\編輯于星期二Slice:一行中若干宏塊構(gòu)成一個slice每個slice頭在誤碼時用于重同步誤碼掩蓋主要在slice層,發(fā)生誤碼時,MPEG解碼器將前一幀的slice復(fù)制到當(dāng)前幀,解碼器可以在一個新slice開頭重新同步,slice越短,誤碼造成的干擾越小。幀:若干slice構(gòu)成一幀,有I/P/B幀每一幀都有幀頭由于B幀,編碼順序和顯示順序不同,幀頭和PES頭帶有時間戳,可以恢復(fù)原始幀順序。GOP:若干I/P/B幀構(gòu)成一個GOP每一組GOP都有GOP頭廣播采用短GOP,半秒12幀MPEG解碼器只能在GOP的第一個I幀重同步。大容量設(shè)備如DVD可以采用長GOP。序列:一個GOP或多個GOP構(gòu)成一個序列序列有序列頭,包括重要視頻參數(shù)如量化表。視頻ES流結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是42頁\一共有59頁\編輯于星期二上述視頻PES流結(jié)構(gòu)全部或部分嵌入PES包中,打包方式和PES包的長度由視頻編碼器決定,PES包也有各自的包頭。視頻ES流結(jié)構(gòu)圖6.29

視頻ES流結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是43頁\一共有59頁\編輯于星期二MPEG-2視頻編碼及其測量1.數(shù)字視頻信號2.MPEG-2視頻編碼3.DTV信號的圖像質(zhì)量分析現(xiàn)在是44頁\一共有59頁\編輯于星期二DTV信號圖像質(zhì)量的影響因素DTV信號圖像質(zhì)量的影響因素與模擬電視信號不同模擬電視信號中的噪聲直接表現(xiàn)為圖像中的雪花,而在數(shù)字電視中只會造成信道誤碼率的增加,由于信號中的誤碼保護(hù)機(jī)制,大部分誤碼可以被恢復(fù),不會被察覺。如果信道噪聲太大,會造成信道突然中斷。對數(shù)字電視,線性或非線性失真不會對聲音和圖像有直接影響,在極端情況會造成完全傳輸中斷。數(shù)字電視不需要VITS(verticalinsertiontestsignal)來檢測線性和非線性失真,不需要黑電平信號來檢測噪聲,也不需要有關(guān)傳輸連接的測試信號。數(shù)字電視圖像質(zhì)量也有好壞之分,但質(zhì)量好壞評價標(biāo)準(zhǔn)不同,評價方法也有多種。主要有兩種因素會影響視頻傳輸,會造成不同類型的干擾:MPEG-2編碼器或復(fù)用器不同的壓縮率對圖像質(zhì)量有直接影響,壓縮比太大會造成塊效應(yīng)。調(diào)制器到接收機(jī)的傳輸鏈接傳輸鏈接的干擾會造成信道誤碼,最終表現(xiàn)為大面積塊影響,如圖像區(qū)域凍結(jié)或完全傳輸中斷?,F(xiàn)在是45頁\一共有59頁\編輯于星期二MPEG-2視頻編碼對圖像質(zhì)量的影響及分析視頻壓縮算法的單位都是塊或宏塊,圖像首先被分成8x8像素塊,每塊單獨(dú)壓縮,16x16宏塊是預(yù)測編碼單位。如果壓縮比過大,塊邊界可見,出現(xiàn)塊效應(yīng)?!炼群蜕刃盘枆K邊界不連續(xù)性可被察覺。壓縮比固定的情況下,塊效應(yīng)的大小取決于圖像內(nèi)容和其他因素:圖11.1

壓縮比過大造成的塊效應(yīng)運(yùn)動緩慢細(xì)節(jié)較少的場景,卡通動畫和傳統(tǒng)電影膠片相對沒有問題,因?yàn)閮蓤鲋g沒有運(yùn)動,而且卡通動畫的圖像結(jié)構(gòu)較粗。體育節(jié)目取決于不同體育項(xiàng)目,問題較大。一級方程式賽車節(jié)目比棋類比賽節(jié)目壓縮難度更大。實(shí)際圖像質(zhì)量取決于MPEG-2編碼器采用的算法?,F(xiàn)在是46頁\一共有59頁\編輯于星期二MPEG-2視頻編碼對圖像質(zhì)量的影響及分析除了塊效應(yīng),壓縮比過大還可能顯出DCT結(jié)構(gòu),圖像中突然出現(xiàn)圖形干擾。干擾影響的決定性因素在于MPEG-2編碼器.壓縮算法對圖像質(zhì)量的影響較難測量:不可能100%測量,總有主觀因素。所謂的客觀視頻質(zhì)量分析也是測試人員用主觀測試來校準(zhǔn)的。實(shí)際上對壓縮視頻信號,沒有參考信號可以做質(zhì)量評估。所有視頻質(zhì)量分析的基礎(chǔ)——ITU-RBT.500標(biāo)準(zhǔn)描述一組測試人員分析圖像質(zhì)量時的主觀視頻質(zhì)量分析方法現(xiàn)在是47頁\一共有59頁\編輯于星期二圖像質(zhì)量測量方法ITU的VQEG(videoqualityexpertsgroup)定義了評估圖像質(zhì)量的方法ITU-RBT.500標(biāo)準(zhǔn)。原理上有兩種主觀圖像質(zhì)量評估方法:DSCQS(doublestimuluscontinualqualityscale)SSCQE(singlestimuluscontinualqualityevaluation)區(qū)別在于是否利用參考視頻信號?;径际且唤M測試人員的主觀圖像質(zhì)量分析,按照特定步驟評估一組圖像序列。嘗試采用測試儀器,用自適應(yīng)算法對宏塊進(jìn)行圖像分析,力圖通過客觀方法取代上述主觀方法?,F(xiàn)在是48頁\一共有59頁\編輯于星期二主觀圖像質(zhì)量分析一組測試人員評估一組圖像序列(SSCQE)或相對原始圖像比較壓縮后的一組圖像序列(DSCQS),用一個滑動控制裝置從質(zhì)量范圍0(最差)到100(最好)打分,滑動控制的位置由計(jì)算機(jī)檢測,計(jì)算機(jī)與測試人員相連,連續(xù)(如每隔0.5秒)給出測試人員給出的所有分?jǐn)?shù)的平均值。這樣可以得到一個視頻序列隨時間變化的圖像質(zhì)量值?,F(xiàn)在是49頁\一共有59頁\編輯于星期二DSCQS方法按照ITU-RBT.500標(biāo)準(zhǔn),一組測試人員對編輯或處理過的視頻序列與原始視頻序列進(jìn)行比較,得到的結(jié)果是編輯或處理過視頻序列的比較性質(zhì)量評價,隨時間變化的質(zhì)量值曲線(0到100)。總是需要一個參考信號。通過構(gòu)成差值,可進(jìn)行純粹的客觀分析。實(shí)際上參考信號常常不存在。傳輸鏈接測量不能采用這種方法。市場上有該方法的測量儀器(TektronixPQA)現(xiàn)在是50頁\一共有59頁\編輯于星期二SSCQE方法故意避免參考信號,因此實(shí)際使用更廣泛。一組測試人員只對處理視頻序列進(jìn)行評估,從0(最差)到100(最好)打分。測試結(jié)果也是隨時間變化的視頻質(zhì)量曲線?,F(xiàn)在是51頁\一共有59頁\編輯于星期二客觀圖像質(zhì)量分析由于壓縮視頻信號DCT相關(guān)的干擾總是表現(xiàn)為塊效應(yīng),SSCQE類型的數(shù)字圖像分析可以嘗試檢驗(yàn)圖像中塊效應(yīng)的存在,需要仔細(xì)分析圖像中的宏塊和塊。TechnicalUniversityofBraunschweig和Rohde&Schwarz的測試方法:求宏塊內(nèi)相鄰像素間的差值。圖11.4求宏塊內(nèi)像素差值[DVQ]08RasterpositioniBlockbordersMacroblockbordersAD(i)=AD(I=0)AD(I=1)AD(I=8)AD(I=15)現(xiàn)在是52頁\一共有59頁\編輯于星期二客觀圖像質(zhì)量分析-DVQ即宏塊內(nèi)相鄰像素Y分量、CB和CR分量的幅度值相減。對每個宏塊,Y分量每行求得16個像素差值,共16行;然后每列求得16個像素差值,共16列;塊邊界的像素差值有特殊重要性,如果有塊效應(yīng)的情況下,塊邊界的像素差值特別大。每行內(nèi)所有宏塊的像素差值求和,每行共得到16個值。一幀內(nèi)每行的16個值再求和,每幀共得到16個值。這16個值最終作為所有宏塊水平和垂直方向的0到15的平均像素差值。兩個色差分量CB和CR重復(fù)上述過程。圖

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