《圖像信息原理教學(xué)課件》第4章數(shù)字彩色電視制式

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1、第 4章 數(shù) 字 彩 色 電 視 制 式 （ 1） 第 4章 數(shù) 字 彩 色 電 視 制 式 （ 1） 4.1 數(shù) 字 彩 色 電 視 制 式 概 述 4.2 視 頻 信 源 編 碼 原 理 4.1 數(shù) 字 彩 色 電 視 制 式 概 述4.1.1. 多 極 化 的 傳 輸 標(biāo) 準(zhǔn) “ 全 數(shù) 字 ” ： 是 指 從 攝 像 頭 之 后 一 直 到 接 收 機(jī) 中 顯 像 之前 ， 整 個(gè) 傳 輸 過(guò) 程 都 是 以 數(shù) 字 形 式 的 信 號(hào) 進(jìn) 行的 。 數(shù) 字 電 視 制 式 的 優(yōu) 點(diǎn) ：抗 干 擾 能 力 強(qiáng) 減 小 發(fā) 射 功 率提 高 頻 譜 資 源 的 利 用 率易 于 把 視

2、 頻 音 頻 信 號(hào) 與 數(shù) 據(jù) 等 其 它 信 號(hào) 交 織 傳 輸便 于 實(shí) 現(xiàn) 與 數(shù) 字 通 信 網(wǎng) 和 計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 的 互 操 作 4.1 數(shù) 字 彩 色 電 視 制 式 概 述 .數(shù) 字 電 視 的 分 類(lèi) 按 信 號(hào) 傳 輸 方 式 分 類(lèi) ： 可 分 為 地 面 無(wú) 線 傳 輸 (地 面 數(shù) 字 電視 )、 衛(wèi) 星 傳 輸 (衛(wèi) 星 數(shù) 字 電 視 )、 有 線 傳 輸 (有 線 數(shù) 字 電 視 )三 類(lèi) 。 按 產(chǎn) 品 類(lèi) 型 分 類(lèi) ： 可 分 為 數(shù) 字 電 視 顯 示 器 、 數(shù) 字 電 視 機(jī) 頂盒 、 一 體 化 數(shù) 字 電 視 接 收 機(jī) 。 按 清 晰 度 分

3、 類(lèi) ： 可 分 為 低 清 晰 度 數(shù) 字 電 視 (圖 像 水 平 清 晰度 大 于 250線 )、 標(biāo) 準(zhǔn) 清 晰 度 數(shù) 字 電 視 (圖 像 水 平 清 晰 度 大于 500線 )、 高 清 晰 度 數(shù) 字 電 視 (圖 像 水 平 清 晰 度 大 于 800線 ，即 HDTV)。 按 顯 示 屏 幕 幅 型 分 類(lèi) ： 可 分 為 4： 3幅 型 比 和 16： 9幅 型 比兩 種 類(lèi) 型 。 按 掃 描 線 數(shù) (顯 示 格 式 )分 類(lèi) ： 可 分 為 HDTV掃 描 線 數(shù) (大 于1000線 )和 SDTV掃 描 線 數(shù) (600 800線 )等 。 4.1 數(shù) 字 彩 色

4、 電 視 制 式 概 述 三 大 數(shù) 字 電 視 標(biāo) 準(zhǔn) 1.美 國(guó) ATSC標(biāo) 準(zhǔn) 美 國(guó) 于 1996年 12月 24日 決 定 采 用 以 HDTV為 基 礎(chǔ) 的ATSC作 為 美 國(guó) 國(guó) 家 數(shù) 字 電 視 標(biāo) 準(zhǔn) 。 美 國(guó) 聯(lián) 邦 通 信 委 員 會(huì)(FCC)決 定 用 9年 的 時(shí) 間 完 成 模 擬 電 視 向 數(shù) 字 電 視 的 歷 史性 過(guò) 渡 。 2.歐 洲 DVB標(biāo) 準(zhǔn) 歐 洲 在 其 HD-MAC制 因 受 美 國(guó) 推 出 數(shù) 字 制 式 影 響 而夭 折 之 后 ， 在 1993年 開(kāi) 展 DVB項(xiàng) 目 的 研 究 。 DVB-S(用 于 衛(wèi) 星 電 視 ， QPS

5、K) DVB-C(用 于 有 線 電 視 ， QAM) DVB-T(用 于 的 地 面 廣 播 電 視 ， COFDM) 4.1 數(shù) 字 彩 色 電 視 制 式 概 述 3.日 本 ISDB-T1998年 提 出 了 ISDB-T(綜 合 業(yè) 務(wù) 數(shù) 字 廣 播 )采 用 BTS-OFDM調(diào) 制 方 式 (頻 帶 分 段 傳 輸 -正 交 頻 分復(fù) 用 )4.1.2 通 用 的 壓 縮 編 碼 標(biāo) 準(zhǔn) 目 的 ： 為 實(shí) 現(xiàn) 數(shù) 字 電 視 制 式 ， 必 須 解 決 壓 縮 數(shù) 字 電 視 信 號(hào) 的 傳 輸 帶 寬 數(shù) 字 電 視 系 統(tǒng) 的 簡(jiǎn) 要 框 圖 如 下 見(jiàn) 圖 4-1： 4.

6、1 數(shù) 字 彩 色 電 視 制 式 概 述數(shù) 字 電 視 系 統(tǒng) 的 簡(jiǎn) 要 框 圖 如 下 ： 4.1 數(shù) 字 彩 色 電 視 制 式 概 述目 前 世 界 上 不 同 的 數(shù) 字 電 視 制 式 采 用 的 信 源 編 碼技 術(shù) 都 基 于 MPEG制 定 的 MPEG-2標(biāo) 準(zhǔn) 。MPEG-2標(biāo) 準(zhǔn) 為 適 應(yīng) 各 種 需 求 和 不 同 的 數(shù) 字 電 視 體 系 ， MPEG-2可 劃 分 4級(jí) 和 5型 ：p低 級(jí) (LL, Low Level) : 352 240 30 象 素 /s 或 352 288 25象 素 /s 最 高 碼 率 4Mb/s p主 級(jí) （ ML, Main

7、 Level） : ITU-R BT.601 720 480 30 象 素 /s 或 720 576 25象 素 /s 最 高 碼 率 15Mb/s(高 級(jí) 主 型 為 20Mb/s) p高 1440級(jí) (H14L, High-1440 level): 1440 1152 , 最 高 輸 出 比 特 率 為 60Mb/s （ 高 型 為 80Mb/s)p高 級(jí) (HL, High Level): 1920 1152, 最 高 碼 率 80Mb/s(高 型 為 100Mb/s) 4.1 數(shù) 字 彩 色 電 視 制 式 概 述MPEG-2 的 五 個(gè) 型 ：u簡(jiǎn) 單 型 （ SP, Simple

8、Profile）u主 型比 簡(jiǎn) 單 型 增 加 了 雙 向 預(yù) 測(cè) 壓 縮 工 具u信 噪 比 可 分 級(jí) 型 （ SNRP, SNR Scalable Profile）u空 間 可 分 級(jí) 型 (SSP, Spatially Scalable Profile)u高 型 (High Profile) 4.1 數(shù) 字 彩 色 電 視 制 式 概 述 MPEG 2的 型 和 級(jí) 見(jiàn) 圖 4-2， 例 如 ： MPML指 主 型 和 主級(jí) ， 用 于 SDTV； MPHL是 指 主 型 和 高 級(jí) ， 用 于 HDTV。 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理 4.2.1.視 頻 信 源 編 碼

9、 的 理 論 依 據(jù) 1.視 頻 信 源 編 碼 的 目 的 ： 壓 縮 數(shù) 字 電 視 圖 像 的 數(shù) 據(jù) 量 ， 從 而 降 低 已 編 碼 比 特流 的 傳 輸 速 率 ， 減 小 傳 輸 帶 寬 2.理 論 依 據(jù) ： (1) 原 始 圖 像 數(shù) 據(jù) 在 空 間 和 時(shí) 間 上 的 冗 余 度 大 （ 信 息 保 持 壓 縮 編 碼 ） (2) 允 許 經(jīng) 過(guò) 壓 縮 編 碼 的 復(fù) 原 圖 像 在 客 觀 上 存 在 一 定 的 失 真 （ 信 息 非 保 持 壓 縮 編 碼 ） 圖 像 冗 余 信 息 類(lèi) 型 雖 然 表 示 圖 像 需 要 大 量 的 數(shù) 據(jù) ， 但 圖 像 數(shù)

10、據(jù) 是 高 度 相 關(guān) 的 ， 或 者 說(shuō) 存 在 冗 余 （ Redundancy） 信 息 ， 去 掉 這 些 冗 余 信 息 后 可 以有 效 壓 縮 圖 像 ， 同 時(shí) 又 不 會(huì) 損 害 圖 像 的 有 效 信 息 。 數(shù) 字 圖 像 的冗 余 主 要 表 現(xiàn) 為 以 下 幾 種 形 式 ： 空 間 冗 余 、 時(shí) 間 冗 余 、 視 覺(jué) 冗 余 、 信 息 熵 冗 余 、 結(jié) 構(gòu) 冗 余 和 知 識(shí) 冗 余 。 空 間 冗 余 ： 圖 像 內(nèi) 部 相 鄰 像 素 之 間 存 在 較 強(qiáng) 的 相 關(guān) 性 所 造 成的 冗 余 。 時(shí) 間 冗 余 ： 視 頻 圖 像 序 列 中 的 不

11、 同 幀 之 間 的 相 關(guān) 性 所 造 成的 冗 余 。 視 覺(jué) 冗 余 ： 是 指 人 眼 不 能 感 知 或 不 敏 感 的 那 部 分 圖 像 信 息 。 信 息 熵 冗 余 ： 也 稱(chēng) 編 碼 冗 余 ， 如 果 圖 像 中 平 均 每 個(gè) 像 素 使用 的 比 特 數(shù) 大 于 該 圖 像 的 信 息 熵 ， 則 圖 像 中 存 在 冗 余 ， 這 種 冗余 稱(chēng) 為 信 息 熵 冗 余 。 結(jié) 構(gòu) 冗 余 ： 是 指 圖 像 中 存 在 很 強(qiáng) 的 紋 理 結(jié) 構(gòu) 或 自 相 似 性 。 知 識(shí) 冗 余 ： 是 指 在 有 些 圖 像 中 還 包 含 與 某 些 先 驗(yàn) 知 識(shí) 有

12、關(guān)的 信 息 。 圖 像 數(shù) 據(jù) 的 這 些 冗 余 信 息 為 圖 像 壓 縮 編 碼 提 供 了 依 據(jù) 。 例如 ， 利 用 人 眼 對(duì) 藍(lán) 光 不 敏 感 的 視 覺(jué) 特 性 ， 在 對(duì) 彩 色 圖 像 編 碼 時(shí) ， 就 可 以 用 較 低 的 精 度 對(duì) 藍(lán) 色 分 量 進(jìn) 行 編 碼 。 圖 像 編 碼 的 目 的 就是 充 分 利 用 圖 像 中 存 在 的 各 種 冗 余 信 息 ， 特 別 是 空 間 冗 余 、 時(shí)間 冗 余 以 及 視 覺(jué) 冗 余 ， 以 盡 量 少 的 比 特 數(shù) 來(lái) 表 示 圖 像 。 利 用 各種 冗 余 信 息 ， 壓 縮 編 碼 技 術(shù) 能 夠

13、 很 好 地 解 決 在 將 模 擬 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換為 數(shù) 字 信 號(hào) 后 所 產(chǎn) 生 的 帶 寬 需 求 增 加 的 問(wèn) 題 ， 它 是 使 數(shù) 字 信 號(hào)走 上 實(shí) 用 化 的 關(guān) 鍵 技 術(shù) 之 一 ， 表 4-0中 列 出 了 幾 種 常 見(jiàn) 應(yīng) 用 的 碼率 。 表 4-0 幾 種 常 見(jiàn) 應(yīng) 用 的 碼 率 圖 像 編 碼 的 方 法 根 據(jù) 編 碼 過(guò) 程 中 是 否 存 在 信 息 損 耗 可 將 圖 像 編 碼 分 為 有 損 壓縮 和 無(wú) 損 壓 縮 。 無(wú) 損 壓 縮 無(wú) 信 息 損 失 ， 解 壓 縮 時(shí) 能 夠 從 壓 縮 數(shù) 據(jù)精 確 地 恢 復(fù) 原 始 圖 像 ；

14、 有 損 壓 縮 不 能 精 確 重 建 原 始 圖 像 ， 存 在 一定 程 度 的 失 真 。 根 據(jù) 編 碼 原 理 可 以 將 圖 像 編 碼 分 為 熵 編 碼 、 預(yù) 測(cè)編 碼 、 變 換 編 碼 和 混 合 編 碼 等 。 （ 1） 熵 編 碼 。 熵 編 碼 是 純 粹 基 于 信 號(hào) 統(tǒng) 計(jì) 特 性 的 編 碼 技 術(shù) ， 是 一 種 無(wú) 損 編 碼 。 熵 編 碼 的 基 本 原 理 是 給 出 現(xiàn) 概 率 較 大 的 符 號(hào) 賦予 一 個(gè) 短 碼 字 ， 而 給 出 現(xiàn) 概 率 較 小 的 符 號(hào) 賦 予 一 個(gè) 長(zhǎng) 碼 字 ， 從而 使 得 最 終 的 平 均 碼 長(zhǎng)

15、很 小 。 常 見(jiàn) 的 熵 編 碼 方 法 有 行 程 編 碼（ Run Length Encoding） 、 哈 夫 曼 編 碼 和 算 術(shù) 編 碼 。 （ 2） 預(yù) 測(cè) 編 碼 。 預(yù) 測(cè) 編 碼 是 基 于 圖 像 數(shù) 據(jù) 的 空 間 或 時(shí) 間 冗余 特 性 ， 用 相 鄰 的 已 知 像 素 （ 或 像 素 塊 ） 來(lái) 預(yù) 測(cè) 當(dāng) 前 像 素 （ 或像 素 塊 ） 的 取 值 ， 然 后 再 對(duì) 預(yù) 測(cè) 誤 差 進(jìn) 行 量 化 和 編 碼 。 預(yù) 測(cè) 編碼 可 分 為 幀 內(nèi) 預(yù) 測(cè) 和 幀 間 預(yù) 測(cè) ， 常 用 的 預(yù) 測(cè) 編 碼 有 差 分 脈 碼 調(diào)制 （ Different

16、ial Pulse Code Modulation， DPCM） 和 運(yùn) 動(dòng) 補(bǔ) 償 法 。 （ 3） 變 換 編 碼 。 變 換 編 碼 通 常 是 將 空 間 域 上 的 圖 像 經(jīng) 過(guò) 正 交變 換 映 射 到 另 一 變 換 域 上 ， 使 變 換 后 的 系 數(shù) 之 間 的 相 關(guān) 性 降 低 。圖 像 變 換 本 身 并 不 能 壓 縮 數(shù) 據(jù) ， 但 變 換 后 圖 像 的 大 部 分 能 量 只集 中 到 少 數(shù) 幾 個(gè) 變 換 系 數(shù) 上 ， 采 用 適 當(dāng) 的 量 化 和 熵 編 碼 就 可 以有 效 地 壓 縮 圖 像 。 （ 4） 混 合 編 碼 。 混 合 編 碼 是

17、 指 綜 合 了 熵 編 碼 、 變 換 編 碼 或預(yù) 測(cè) 編 碼 的 編 碼 方 法 ， 如 JPEG標(biāo) 準(zhǔn) 和 MPEG標(biāo) 準(zhǔn) 。 根 據(jù) 對(duì) 壓 縮 編 碼 后 的 圖 像 進(jìn) 行 重 建 的 準(zhǔn) 確 程 度 ， 可 將 常 用的 圖 像 編 碼 方 法 分 為 三 類(lèi) ： （ 1） 信 息 保 持 編 碼 ： 也 稱(chēng) 無(wú) 失 真 編 碼 ， 它 要 求 在 編 解 碼 過(guò)程 中 保 證 圖 像 信 息 不 丟 失 ， 從 而 可 以 完 整 地 重 建 圖 像 。 信 息 保持 編 碼 的 壓 縮 比 較 低 ， 一 般 不 超 過(guò) 3: 1， 主 要 應(yīng) 用 在 圖 像 的 數(shù)字 存

18、 儲(chǔ) 方 面 ， 常 用 于 醫(yī) 學(xué) 圖 像 編 碼 中 。 （ 2） 保 真 度 編 碼 ： 主 要 利 用 人 眼 的 視 覺(jué) 特 性 ， 在 允 許 的 失真 （ Lossy） 條 件 下 或 一 定 的 保 真 度 準(zhǔn) 則 下 ， 最 大 限 度 地 壓 縮 圖像 。 保 真 度 編 碼 可 以 實(shí) 現(xiàn) 較 大 的 壓 縮 比 ， 主 要 用 于 數(shù) 字 電 視 技術(shù) 、 靜 止 圖 像 通 信 、 娛 樂(lè) 等 方 面 。 對(duì) 于 這 些 圖 像 ， 過(guò) 高 的 空 間分 辨 率 和 過(guò) 多 的 灰 度 層 次 ， 不 僅 增 加 了 數(shù) 據(jù) 量 ， 而 且 人 眼 也 接收 不 到

19、。 因 此 在 編 碼 過(guò) 程 中 ， 可 以 丟 掉 一 些 人 眼 不 敏 感 的 信 息 ， 在 保 證 一 定 的 視 覺(jué) 效 果 條 件 下 提 高 壓 縮 比 。 （ 3） 特 征 提 取 ： 在 圖 像 識(shí) 別 、 分 析 和 分 類(lèi) 等 技 術(shù) 中 ， 往往 并 不 需 要 全 部 圖 像 信 息 ， 而 只 要 對(duì) 感 興 趣 的 部 分 特 征 信 息 進(jìn)行 編 碼 即 可 壓 縮 數(shù) 據(jù) 。 例 如 ， 對(duì) 遙 感 圖 像 進(jìn) 行 農(nóng) 作 物 分 類(lèi) 時(shí) ， 就 只 需 對(duì) 用 于 區(qū) 別 農(nóng) 作 物 與 非 農(nóng) 作 物 ， 以 及 農(nóng) 作 物 類(lèi) 別 之 間 的特 征

20、進(jìn) 行 編 碼 ， 而 可 以 忽 略 道 路 、 河 流 、 建 筑 物 等 其 他 背 景 信息 。 圖 像 編 碼 新 技 術(shù) 圖 像 編 碼 已 經(jīng) 發(fā) 展 了 幾 十 年 ， 人 們 不 斷 提 出 新 的 壓 縮 方 法 。如 ， 利 用 人 工 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) （ Artificial Neural Network， ANN） 的壓 縮 編 碼 、 分 形 編 碼 （ Fractal Coding） 、 小 波 編 碼 （ Wavelet Coding） 、 基 于 對(duì) 象 的 壓 縮 編 碼 （ Object Based Coding） 和 基于 模 型 的 壓 縮 編 碼 （

21、 Model Based Coding） 等 等 。 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理4.2.2 .預(yù) 測(cè) 編 碼 原 理1.概 述 預(yù) 測(cè) 編 碼 又 稱(chēng) 差 分 脈 碼 調(diào) 制 (DPCM,Differential Pulse Code Modulation)， 圖 4-3是 DPCM系 統(tǒng) 方 框 圖 ： 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理 在 DPCM系 統(tǒng) 中 傳 送 的 是 Xn與 預(yù) 測(cè) 值 的 差 值 預(yù) 測(cè) 值 ： 是 用 與 它 在 空 間 或 時(shí) 間 上 相 關(guān) 性 強(qiáng) 的 若 干 個(gè) 數(shù) 據(jù) 的 線 性 組 合 產(chǎn) 生 的 ， 即 其 中 ： N為 預(yù)

22、 測(cè) 器 的 階 數(shù) ； ai為 預(yù) 測(cè) 系 數(shù) ， 其 大 小 由Xn-i與 Xn相 關(guān) 性 的 強(qiáng) 弱 確 定 。 預(yù) 測(cè) 值 充 分 反 映 了 預(yù) 測(cè) 區(qū) 中 各 像 素 的 共 性 部 分 。 因 此 ， 預(yù) 測(cè) 差 值 基 本 上 去 除 了 像 素 間 的 相 關(guān) 性 ， 其 變 化 幅 度 比 像 素 本 身 的 幅 度 在 統(tǒng) 計(jì) 上 要 小得 多 ， 可 以 用 較 少 的 比 特 進(jìn) 行 量 化 和 編 碼 ， 從 而 使 圖像 數(shù) 據(jù) 得 到 壓 縮 。 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理 預(yù) 測(cè) 器 ： 空 間 相 關(guān) 性 的 幀 內(nèi) 預(yù) 測(cè) 器 幀 內(nèi) 預(yù)

23、測(cè) 編 碼 時(shí) 間 相 關(guān) 性 的 幀 內(nèi) 預(yù) 測(cè) 器 幀 間 預(yù) 測(cè) 編 碼 數(shù) 字 電 視 實(shí) 現(xiàn) 數(shù) 據(jù) 壓 縮 的 主 要 手 段 ： 聯(lián) 合 使 用 幀 內(nèi) 和 幀 間 預(yù) 測(cè) 編 碼 ， 特 別 是 帶 運(yùn)動(dòng) 補(bǔ) 償 的 幀 間 預(yù) 測(cè) 編 碼 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理圖 像 組 (GOP)包 括 ： I 圖 像 幀 內(nèi) 預(yù) 測(cè) 編 碼 圖 像 P圖 像 幀 間 預(yù) 測(cè) 編 碼 圖 像 B圖 像 雙 向 預(yù) 測(cè) 編 碼 圖 像 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理 2.幀 內(nèi) 預(yù) 測(cè) 編 碼 （ 1） 劃 分 為 像 塊 （ block） ， 如 圖 4-6

24、a （ 2） 組 合 成 宏 塊 （ macroblock） ， 如 圖 4-6b 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理（ 3） 相 鄰 的 宏 塊 組 成 像 條 （ slice） ， 包 括 通 用 結(jié) 構(gòu) 和 特 殊 結(jié) 構(gòu) ， 如 下 圖 4-7所 示 ： 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理 3.幀 間 預(yù) 測(cè) 編 碼 概 述 I圖 像 是 幀 內(nèi) 編 碼 圖 像 ， 其 編 碼 不 依 賴(lài) 于 其 它 圖 像 ，同 時(shí) 它 還 是 P圖 像 、 B圖 像 編 碼 、 解 碼 的 參 考 圖 像 。 P圖 像 是 前 向 預(yù) 測(cè) 編 碼 圖 像 ， 像 素 的 預(yù) 測(cè) 值

25、 取 為前 面 與 其 相 鄰 的 I圖 像 或 P圖 像 中 相 應(yīng) 像 素 的 值 ，即 幀 間 運(yùn) 動(dòng) 補(bǔ) 償 前 值 預(yù) 測(cè) 。 B圖 像 是 雙 向 預(yù) 測(cè) 編 碼 圖 像 ， 像 素 的 預(yù) 測(cè) 值 取 為前 后 與 其 距 離 最 近 的 I圖 像 或 P圖 像 相 應(yīng) 像 素 值 的加 權(quán) 平 均 ， 即 幀 間 運(yùn) 動(dòng) 補(bǔ) 償 前 后 平 均 預(yù) 測(cè) 。 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理 4.幀 間 預(yù) 測(cè) 編 碼 中 的 運(yùn) 動(dòng) 補(bǔ) 償（ 1） 運(yùn) 動(dòng) 估 值 ： 求 出 運(yùn) 動(dòng) 物 體 像 素 的 運(yùn) 動(dòng) 矢 量（ 2） 采 用 “ 塊 匹 配 ” 進(jìn) 行 運(yùn)

26、動(dòng) 估 值 ， 如 右 圖 4-8所 示 ：（ 3） 像 塊 匹 配 程 度 的 判 定 準(zhǔn) 則 ： 平 均 絕 對(duì) 差 準(zhǔn) 則 （ MAD， Mean Abasolute Difference）（ 4） “ 全 搜 索 ” 方 式 （ 最 可 靠 ） 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理 5.幀 間 預(yù) 測(cè) 模 式 （ 1） 幀 圖 像 的 幀 預(yù) 測(cè) 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理（ 2） 幀 圖 像 的 場(chǎng) 預(yù) 測(cè) （ 用 于 運(yùn) 動(dòng) 劇 烈 的 情 況 ） 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理（ 3） 場(chǎng) 圖 像 的 場(chǎng) 預(yù) 測(cè) 4.2 視 頻 信 源 編 碼

27、的 原 理（ 4） 雙 基 預(yù) 測(cè)（ 5） 16 8預(yù) 測(cè) （ 僅 用 于 場(chǎng) 圖 像 ） 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理4.2.3. 變 換 編 碼 原 理1.概 述 ： 在 MPEG-2標(biāo) 準(zhǔn) 中 采 用 二 維 DCT， 它 將 空 間 域 的 電 視 圖 像 信 號(hào) 變 換 到 由 正 交 的 DCT基 圖 像 定 義 的 變 換 域 中 ，以 去 除 其 空 間 相 關(guān) 性 ， 并 對(duì) 變 換 域 系 數(shù) 采 用 適 當(dāng) 的 編 碼 方法 ， 達(dá) 到 數(shù) 據(jù) 壓 縮 的 目 的 。 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理2.DCT系 數(shù) 的 量 化 （ 1） 對(duì) DC

28、T系 數(shù) 的 量 化 是 基 于 有 限 失 真 （ Finite Distortion） 編 碼 理 論 （ 2） 根 據(jù) 人 的 視 覺(jué) 對(duì) 高 頻 幅 度 失 真 比 較 不 敏 感 的 特 點(diǎn) ， 在 I 幀 的 變 換 編 碼 中 ， 位 于 系 數(shù) 矩 陣 左 上 角 部 位 的 系 數(shù) 采 用 較 小 的 量 化 間 隔 ， 位 于 右 下 角 部 位 的 系 數(shù) 則 采 用 較 大 的 量 化 間 隔 。 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理 3.游 程 編 碼（ 1） 游 程 編 碼 （ RLC， Run Length Coding） ： 用 適 當(dāng) 的 掃 描 方 式

29、 將 已 量 化 的 二 維 DCT系 數(shù) 矩 陣 變換 為 一 維 序 列 ， 所 用 掃 描 方 式 應(yīng) 使 序 列 中 連 零 數(shù) 目 盡 量 多 ，或 者 說(shuō) 使 連 零 的 游 程 盡 量 長(zhǎng) ， 對(duì) 游 程 的 長(zhǎng) 度 進(jìn) 行 游 程 編 碼以 替 代 逐 個(gè) 地 傳 送 這 些 零 值 ， 就 能 進(jìn) 一 步 實(shí) 現(xiàn) 數(shù) 據(jù) 壓 縮 。（ 2） MPEG 2標(biāo) 準(zhǔn) 中 規(guī) 定 了 兩 種 掃 描 方 式 ， 如 右 圖 4-16所 示 ：Z 形 掃 描 方 式 交 替 掃 描 方 式 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理（ 3） 游 程 編 碼 的 方 法 ： 將 掃 描

30、得 到 的 一 維 序 列 轉(zhuǎn) 化 為 一 個(gè) 由 二 元 數(shù) 組 （ run，level） 組 成 的 數(shù) 組 序 列 ， 其 中 run表 示 連 零 的 長(zhǎng) 度 ， level表 示 這 串 連 零 之 后 出 現(xiàn) 的 一 個(gè) 非 零 值 。 剩 下 的 所 有 系 數(shù) 為零 時(shí) ， 用 EOB（ End of Block） 來(lái) 表 示 。 如 圖 4-17所 示 ： DCT 量 化 （ 除 以 16） 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理 Z 形 掃 描 游 程 編碼 圖 4-17 游 程 編 碼 舉 例 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理4.2.4. 熵 編 碼 原 理

31、 1. 霍 夫 曼 （ Huffman） 編 碼（ 1） 多 用 可 變 長(zhǎng) 編 碼 （ VLC， Variable Length Coding） 實(shí)現(xiàn)（ 2） 基 本 思 想 ： 對(duì) 信 源 中 出 現(xiàn) 概 率 大 的 符 號(hào) 賦 以 短 碼 ， 對(duì) 出 現(xiàn) 概 率小 的 符 號(hào) 賦 以 長(zhǎng) 碼 ， 從 而 在 統(tǒng) 計(jì) 上 獲 得 較 短 的 平 均 碼 長(zhǎng) 。 2. 運(yùn) 動(dòng) 矢 量 的 熵 編 碼 宏 快 運(yùn) 動(dòng) 矢 量 在 水 平 或 垂 直 方 向 的 差 值 D等 于 運(yùn) 動(dòng) 碼（ motioncode） M與 f 的 乘 積 ， 即 D=Mf ， 其 中 f=2 m。 運(yùn)動(dòng) 碼 采

32、 用 霍 夫 曼 編 碼 ， 見(jiàn) 表 4-1所 列 ： 可 變 長(zhǎng) 碼 運(yùn) 動(dòng) 碼 可 變 長(zhǎng) 碼 運(yùn) 動(dòng) 碼 1 0 0000 0011 001 -16010 1 0000 0111 011 -150010 2 0000 0011 101 -140001 0 3 0000 0011 111 -130000 110 4 0000 0100 001 -120000 1010 5 0000 0100 011 -110000 1000 6 0000 0100 11 -100000 0110 7 0000 0101 01 -90000 0101 10 8 0000 0101 11 -80000 010

33、0 00 9 0000 0111 -70000 0100 010 10 0000 1001 -6 0000 0100 000 11 0000 1011 -50000 0011 000 12 0000 111 -40000 0011 110 13 0001 1 -30000 0011 100 14 0011 -20000 0011 010 15 011 -1 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理3.DCT系 數(shù) 的 熵 編 碼 I 幀 的 DC系 數(shù) 差 值 的 編 碼 采 用 “ size+differential （ 差 值 碼 長(zhǎng) 度 +差 值 ） ” 的方 法 ， 表 4-2示 出

34、 了 亮 度 信 號(hào) size的 霍 夫 曼 編 碼 。 表 4-3示 出 了 部 分 游 程 碼 的可 變 長(zhǎng) 編 碼 。 可 變 長(zhǎng) 碼 DC系 數(shù) size100 000 101 2101 3110 41110 0 51111 0 61111 10 71111 110 8 1111 1110 91111 1111 0 101111 1111 1 11 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理 可 變 長(zhǎng) 碼 Run level10 EOB碼1s（ 用 于 DC系 數(shù) ） 0 111s（ 用 于 AC系 數(shù) ） 0 10010 Escape碼011s 1 10100s 0 20101s 2 10010 1s 0 30011 1s 3 1 0001 10s 4 10001 11s 1 20001 01s 5 1 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理 4.2.5. MPEG-2視 頻 編 碼 器 和 編 碼 器 4.2 視 頻 信 源 編 碼 的 原 理