数字电视的国际标准.ppt

数字电视原理,第五章数字电视的国际标准,信息工程系,2,2019/12/6,5.4JPEG标准,JPEG的目标：JPEG用于连续变化的静止图像连续变化是指灰度等级和颜色两方面的连续变化静止图像数据压缩标准JPEGJointPhoto-GraphicExpertsGroup联合图像专家组从1986年正式开始制订,由多个国际组织联合制定:国际标准组织ISO国际电报电话咨询委员会CCITT(后改为国际电信联盟ITU)。国际电工委员会(IEC)也参加合作1992年7月通过了标准的第一部分，后又对有关测试标准草案(即标准的第二部分)作了进一步修改,信息工程系,3,2019/12/6,5.4JPEG标准,JPEG包含两种基本压缩方法：有损压缩：基于DCT的有损压缩，又称为基线顺序编解码(BaselineSequentialCodec)方法无损压缩：又称预测压缩方法JPEG编码压缩的基本算法与H.261的帧内模式相似，JPEG标准的图像压缩是在本帧内进行,与前后帧无关JPEG可用于活动图像压缩编码，只不过压缩方法只限于帧内进行，不作运动补偿和帧间差运算。这种用于活动图像的压缩技术称作：M-JPEG(Motion-JPEG),主要用于高质量图像压缩编码方案中，例如电视台节目编辑中,信息工程系,4,2019/12/6,5.4JPEG标准,1.基于DCT的编码器和解码器基于DCT的JPEG编码器：,信息工程系,5,2019/12/6,5.4JPEG标准,基于DCT的JPEG解码器：,信息工程系,6,2019/12/6,5.4JPEG标准,JPEG标准中的像素以NTSC制为例，它的视频最高频率为4.2MHz，故抽样频率可取8.4MHz至9MHzNTSC制行频行周期每行的显示时间若设抽样频率,信息工程系,7,2019/12/6,5.4JPEG标准,则时间内的抽样数N如下式所示抽样数N:一行中的显示区或称有效像素区中的像素数,信息工程系,8,2019/12/6,5.4JPEG标准,像素形状又称为纵横比，按JPEG标准规定像素纵横比为1：1，也就是像素为正方形例如上述NTSC制中一行像素为480个，若像素纵横比为1：1，图像尺寸纵横比为3：4，则一帧图像应有的行数为48034360行光栅转换或扫描转换：NTSC制一帧图像为525行，其中包含两场，若扣除两场的场消隐所需74行，则余451行,转换到360行,则需要并行。按，则每10行需要并成8行，这就是图像光栅处理中常用的光栅转换或扫描转换,信息工程系,9,2019/12/6,5.4JPEG标准,JPEG压缩流程示意图,信息工程系,10,2019/12/6,5.4JPEG标准,2.离散余弦变换和DCT系数量化JPEG标准是将“二维”空间的图像数据用离散余弦变换DCT公式变换到二维频域成为二维频率系数。变换后的系数经量化矩阵量化亮度量化矩阵色度量化矩阵,信息工程系,11,2019/12/6,5.4JPEG标准,量化矩阵量化正量化：式中为DCT系数，为量化步长反量化：,信息工程系,12,2019/12/6,5.4JPEG标准,经Zig-Zag扫描后，把二维量化系数转换为一维数据序列，以便进行熵编码这种低频在前高频在后Zig-Zag扫描的排列方式也称带状编码，因为它和频带由低到高呈带状一致。这和量化步长逐步提高的方式一致，所以也称门限系数排列方式对于直流分量DC进行差分脉冲编码,信息工程系,13,2019/12/6,5.4JPEG标准,3.熵编码器熵编码也称无损编码或无误差编码。熵编码分为两个步骤，其一为中间熵编码，其二是可变长度熵编码JPEG标准的DCT变换编码、解码过程及熵编码的具体操作方法请见附录,信息工程系,14,2019/12/6,5.4JPEG标准,4.数据交换格式,信息工程系,15,2019/12/6,5.5MPEG-1标准,MPEG-1目标MPEG-1标准的设计思想是在1Mbit/s到1.5Mbit/s的低带宽条件下，提供尽可能高的图像质量（包括音频，以下所指图像均包括音频）。针对CD-ROM、光盘的视频存储和放像所制定的数字电视标准VCD使用MPEG-1标准，图像尺寸为352288，标准速率为1.2Mbit/sMPEG是活动图像专家组(MovingPictureExpertGroup)的英文缩写，MPEG的任务是开发活动图像及其声音的数字编码标准，成立于1988年。它是国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)联合技术委员会l(JTCl)的第29分委员会(S29)的第ll工作组(WGll)，其全称是WGllofSI29ofISOIECJTCl,信息工程系,16,2019/12/6,5.5MPEG-1标准,ISO的活动图像专家组(MPEG)在1991年11月提出了ISO11172标准的建议草案，通称MPEG-l标准。该标准予1992年l1月被通过，l993年8月公布,信息工程系,17,2019/12/6,5.5MPEG-1标准,1.MPEG-1标准的内容ISO/IEC11172包括三大部分:ISO/IEC11172-1第一部分系统ISO/IEC11172-2第二部分视频ISO/IEC11172-3第三部分音频MPEG-l标准可以处理各种类型的活动图像，其基本算法对于压缩水平方向352个像素、竖直方向288个像素的空间分辨力，每秒24/25/30幅画面的运动图像有很好的效果在MPEG-l标准中的一帧图像的概念不同于电视中帧的概念，前者一定是逐行扫描的图像，如果待处理信号是隔行扫描的图像，则编码前必须将其转换成逐行扫描的格式,信息工程系,18,2019/12/6,5.5MPEG-1标准,MPEG-1标准采用了一系列技术以获得高压缩比对色差信号进行亚采样，减少数据量采用运动补偿技术减少帧间冗余度做二维DCT变换去除空间相关性对DCT系数进行量化，舍去不重要的信息，将量化后的DCT系数按照频率重新排序将DCT系数进行变字长熵保持编码对每数据块的直流分量(DC)进行预测差分编码,信息工程系,19,2019/12/6,5.5MPEG-1标准,在MPEG-l标准中，考虑到压缩比和随机存取这对矛盾，一共定义了四种图像类型：I帧图像：帧内帧图像，采用帧内编码，不参照其他图像P帧图像：预测帧图像，参照前一幅I帧或P帧图像做运动补偿编码B帧图像：双向预测帧图像，参照前一幅和后一幅I帧或P帧图像做双向运动补偿编码D类图像：直流(DC)图像，这类图像中只含直流分量，是为快放功能而设计的,信息工程系,20,2019/12/6,5.5MPEG-1标准,帧内图像I的压缩编码算法框图,信息工程系,21,2019/12/6,5.5MPEG-1标准,预测图像P的压缩编码算法框图,信息工程系,22,2019/12/6,5.5MPEG-1标准,双向预测图像B的压缩编码算法框图,信息工程系,23,2019/12/6,5.5MPEG-1标准,I帧、P帧和B帧图像的依赖关系,信息工程系,24,2019/12/6,5.5MPEG-1标准,图像的显示顺序和编码顺序显示顺序：编码顺序：,信息工程系,25,2019/12/6,5.5MPEG-1标准,I帧、P帧、B帧的数据字节和压缩比,信息工程系,26,2019/12/6,5.5MPEG-1标准,编解码延时问题由于编码顺序和显示顺序之间的差异,带来编、解码总延时达0.81秒时间这种延时对广播性质的图像传输不会带来任何影响，因为用户并不能发现发射端与接收端信号起始时间的差异对于交互性质的图像传输，例如，数字会议电视则带来十分不便。因为甲方图像传至乙方经编码、解码要延时0.81秒时间;乙方图像传至甲方经编码、解码也要延时0.81秒时间,这样，如果甲对乙提一个问题，则1.82秒以后才能得到回答,信息工程系,27,2019/12/6,5.5MPEG-1标准,解决编解码延时过长问题减少B帧使两个I帧之间的帧数减少，则编、解码总延时下降，甚至可以把B帧、P帧全部取消，这样，可以得到0延时。这种方式也称M-JPEG(Motion-JPEG)方式。但此时的压缩比降到了5