第三章 MPEG视频编码.doc

第三章 MPEG视频编码3.1 实验原理3.1.1 MPEG-2 编解码系统MPEG-2标准可广泛用于数字电视（包括HDTV）及数字声音广播、数字图像与声音信号的传输及多媒体等领域。因而MPEG-2是十分重要的，也是非常成功的世界统一标准。MPEG-2标准共有3部分：第1部分是系统（Systems）部分（ISO/IEC IS 13818-1），第2部分是图像（Video）部分（ISO/IEC IS 13818-2），第3部分是声音（Audio）部分（ISO/IEC IS 13818-3）。1系统部分系统部分涉及如何将一个或多个图像、声音及其它数据的基本码流组合成单一或多个码流使之便于储存和传输。它包括以下5种基本功能：（1）多个压缩码流解码时的同步；（2）多个压缩码流解码时的交织；（3）缓冲预置；（4）缓冲器的连续控制；（5）时间识别。系统编码规定这两种方式：节目码流（Program Stream）和传送码流（Transport Stream）。它们各自为不同应用而最佳化，即它们的标准所定的编码句法都是为实现图像和声音信息的同步解码和显示所必需和充分的，并且保证解码器中的已编码数据缓冲器不会上溢和下溢。在这些信息的编码中采用了有关已编码声音和图像数据的解码和显示的时间标记，以及有关数据流本身的传送的时间标记。两种码流都是打包多工方式。一个图像和声音基本码流的基本多工方法示于图3.1.1。压缩后的基本码流与系统的信息一起组合、打包，产生打包基本码流（PES-Packetised Elementary Streams）。然后这些PES又组合形成节目码流或传送码流。图3.1.1 MPEG2系统层编码框图图3.1.2 典型节目码流解码器节目码流类似于MPEG-1的系统多路复用方式。它由有共同时间基准的一个或多个PES组合而成，也可由多个有共同时间基准的声音和图像基本码流编码组成多节目码流。如同单一节目码流一样，所有的基本码流都能在同步情况下解码。节目码流用于相对无误的环境中，适合支持节目信息的软件处理的应用，以及适用于CD-ROM上的多媒体应用。节目码流包是可变长的，相对较长。图3.1.2是一个典型节目码流解码器。在此解码器中，已多工编码的一路和多路声音/图像码流是被假定存储在数字储存媒体（DSM-Digital Storage Medium）上。媒体特殊记录格式要求有相应媒体特殊解码器（MSD-Medium Specific Decoder），这都不是标准规定的，但要求MSD能产生MPEG-2节目码流。另外，在全系统中还有时间信息流用于各个环节。图3.1.3是节目码流的组成。各部分的功能详见ISO/IEC 13818-1。传送码流是由带一个或多个独立时基的一个或多个节目组合而成的一个码流。传送码流设计用于有误码的环境，例如在有损耗或噪声的媒体中储存或传输。传送码流的包长是固定的，为188字节。2对传送码流可以进行以下操作：（1）恢复传送码流中一个节目的编码数据，并解码。（2）把含有多个节目的传送码流转换成一个含有单一节目的传送码流。（3）把多节目传送码流先分工，然后转换成节目码流。（4）由一个或多个传送码流取出一个或多个节目的传送包，并在输出端产生不同的传送码流。（5）把一个节目码流转换成传送码流，使其能通过有损耗的环境，然后将其恢复成原来的节目码流。传送码流的组成示于图3.1.4。各部分详细构成和功能在ISO/IEC 13818-1中都有规定。图3.1.3 MPEG-2节目码流的组成图3.1.4 MPEG-2传送码流的组成PID码是英文Packet Identifier的简称，是包识别码的意思。电视信号用MPEG-2标准压缩成PES包,再将PES包转换成长度为188字节的传送包(TP)，它代表每帧画面的信息量。在188字节中，用3B来表示包开始前缀，以1B来表示包标识，2B表示PES包的包长度，剩下的是实时压缩的活动图像声音等可变PES包，PID在传送包的包头上。其中的传输流的字头是识别传输流的关键，由32 bit组成。 在字头的32 bit中，13 bit的PID码特别重要，它是辨别码流信息性质的关键，是节目信息的“身份证”，不同的电视节目和服务信息（SI）对应不同的PID码。对于一台解码接收机而言，为了找到要接收的电视节目，它首先会通过PID码找到业务信息（SI）所对应的不同表格（Table），然后通过这些业务信息表格查到所要接收节目的PID码和对应的时钟PCR，将节目进行解码还原。3.1.2 MPEG-2 压缩编码模块1压缩编码原理简介电视图像数据压缩利用的各种特性和采用的方法归纳在表3.1.1中。从表中可以看到，电视图像本身在时间上和空间上都含有许多冗余信息，图像自身的构造也有冗余性。此外，正如前面所介绍的，利用人的视觉特性也可对图像进行压缩，这叫做视觉冗余。表3.1.1 电视图像压缩利用的各种冗余信息种类内容目前用的主要方法统计空间冗余像素间的相关性变换编码，预测编码特性时间冗余时间方向上的相关性帧间预测，移动补偿图像构造冗余图像本身的构造轮廓编码，区域分割知识冗余收发两端对人物的共有认识基于知识的编码视觉冗余人的视觉特性非线性量化，位分配其他不确定性因素MPEG-Video图像压缩技术基本方法和方法可以归纳成两个要点： 在空间方向上，图像数据压缩采用JPEG(Joint Photographic Experts Group)压缩算法来去掉冗余信息。 在时间方向上，图像数据压缩采用移动补偿(motion compensation)算法来去掉冗余信息。为了在保证图像质量基本不降低而又能够获得高的压缩比，MPEG专家组定义了三种图像：帧内图像I(intra)，预测图像P(predicted )和双向预测图像B(bidirectionally interpolated )，典型的排列如图3.1.5所示。这三种图像将采用三种不同的算法进行压缩。图3.1.5 MPEG专家组定义的三种图像2帧内图像I的压缩编码算法帧内图像I不参照任何过去的或者将来的其他图像帧，压缩编码采用类似JPEG压缩算法，它的框图如图3.1.6所示。如果电视图像是用RGB空间表示的，则首先把它转换成Y、Cr、Cb空间表示的图像。每个图像平面分成88的图块，对每个图块进行离散余弦变换DCT(discrete Cosine Transform)。DCT变换后经过量化的交流分量系数按照Zig-zag的形状排序，然后再使用无损压缩技术进行编码。DCT变换后经过量化的直流分量系数用差分脉冲编码DPCM(Differential Pulse Code Modulation)，交流分量系数用行程长度编码RLE(run-length encoding)，然后再用霍夫曼(Huffman)编码或者用算术编码。图3.1.6 帧内图像I的压缩编码算法框图示。图3.1.7 位移矢量的概念 图3.1.13 双向预测图像B的压缩编码算法框图5视频帧的结构MPEG编码器算法允许选择I图像的频率和位置。I图像的频率是指每秒钟出现I图像的次数，位置是指时间方向上帧所在的位置。一般情况下，I图像的频率为2。MPEG编码器也允许在一对I图像或者P图像之间选择B图像的数目。I图像、P图像和B图像数目的选择依据主要是根节目的内容。例如，对于快速运动的图像，I图像的频率可以选择高一些，B图像的数目可以选择少一点；对于满速运动的图像I图像的频率可以低一点，而B图像的数目可以选择多一点。此外，在实际应用中还要考虑媒体的速率。一个典型的I、P、B图像安排如图3.1.14所示。编码参数为：帧内图像I的距离为N=15，预测图像(P)的距离为M=3。图3.1.14 MPEG视频帧编排I、P和B图像压缩后的大小如表3.1.2所示，单位为比特。从表中可以看到，I帧图像的数据量最大，而B帧图像的数据量最小。表3.1.2 MPEG三种图像的压缩后的典型值(比特)图像类型IPB平均数据/帧MPEG-1 CIF 格式(1.15 Mb/s)150 00050 00020 00038 000MPEG-2 601 格式(4.00 Mb/s)400 000200 00080 000130 0006视频采样结构CCIR 601建议中，要求采用分量信号Y、U、V进行编码压缩。在对数据压缩之前,必对分量信号进行正交抽样。Y: U:V抽样点结构可分为三种: 4:4:4; 4:2:2; 4:2:0。这种抽样点结构又被称为子采样，其对应抽样点结构如图3.1.15所示a) Y:U:V=4:4:4 b) Y:U:V=4:2:2 c) Y:U:V=4:2:0 图3.1.15 4:4:4; 4:2:2; 4:2:0 抽样结构图3.1.15表示出4:4:4; 4:2:2; 4:2:0三种抽样结构。图3.1.15 a)为4:4:4样点结构,该结构中每一个抽样点都有亮度信号Y和两个色差信号U、V。图3.1.15 b) 为4:2:2样点结构,该结构中每一个抽样点都有亮度信号Y,而在行方向每四个亮度Y样点才分别有两个色差信号U、V样点。图3.1.15 c) 为4:2:0样点结构,该结构中每一个抽样点都有亮度信号Y,而在上、下两行每四个亮度Y样点才分别有一个色差信号U、V样点。下表列出了几种典型的数字电视设备的数据格式。表3.1.3 几种典型的数字电视设备的数据格式系 统 编 码 方 式Y像素结构(宽高)U、V像素结构帧数/每秒电视电话QCIF1761448872 25QSIF160120806030VCDMPEG-1 (CIF) (SIF)352288176144 25320240160120 30DVDMPEG-2 (D1)720576360576 2572048036048030HDTVMPEG-2(高级窄屏) 4:314401152720576 25144096072080 30MPEG-2(高级宽屏) 16:919201152960576 251920960 960480 30注:QCIF: Quarter Common Intermediate Formate(四分之一公用中间隔式); CIF: Common Intermediate Formate(公用中间隔式);SIF: Source Input Format(源输入格式);VCD: Video Compact Disk(视频光盘); DVD: Digital Video Disk(数字视频光盘); HDTV: High Definition Television(高清晰度电视); D: Definition(分辨率)。 在MPEG-2标准化阶段，考虑到要适应不同数据速率设备的应用，MPEG专家组定义了三种质量不同的编码方式：信噪比可变性(Signal-to-Noise Scalability)，空间分辨率可变性(Spatial Scalability)和时间分辨率可变性(Temporal Scalability)。信噪比可变性SNR(Signal-to-Noise scalability)是指图像质量的折中，对于数据率比较低的解码器使用比较低的信噪比，而对数据率比较高的解码器则使用比较高的信噪比；空间分辨率可变性(Spatial scalability)是指图像的空间分辨率的折中，对于低速率的接受器使用比较低的图像分辨率，而对于数据率比较高的接受器使用比较高的图像分辨率；时间分辨率可变性(Temporal Scalability)是指图像在时间方向上分辨率的折中，与空间分辨率类似。MPEG-2为此引入了“配置(Profiles)”和参数“等级(Levels)”的概念。每种配置定义一套新的算法，而每一个等级指定一套参数范围(如图像大小、帧速率和位速率)。MPEG-2规定的配置规格如表3.1.4所示，等级规格如表3.1.5所示。表3.1.4 MPEG-2的配置配置(Profile)算法(Algorithms)High(高档) 支持由空间分辨率可变配置(Spatial Scalable Profile)提供的所有功能和其他规定功能 子采样各种：YUV 4:2:2 用于进一步提高图像质量Spatial scalable(空间分辨率可变) 支持信噪比可变配置(SNR Scalable Profile)提供的所有功能和空间分辨率可变(Spatial scalable coding)算法(2层) 子采样格式：YUV：4:2:0SNR scalable(信噪比可变) 支持基本配置(Main Profile)提供的所有功能和信噪比可变编码(SNR scalable coding)算法(2层) 子采样格式：YUV：4:2:0Main(基本) 非可变速率编码算法支持随机存取，B图像预测方式 子采样格式：YUV：4:2:0Simple(简化) 除不支持基本配置(Main Profile)提供的B图像预测功能外，基本配置的其他所有功能都支持 子采样格式：YUV：4:2:0表3.1.5 MPEG-2的等级等级(Level)参数(Parameters)说明HIGH(高级)1920 samples/line1920 样本/行1152 lines/frame1152 行/帧60 frames/s60 帧/秒80 Mb/s80 兆比特/秒HIGH 1440(高级1440)1440 samples/line 1440 样本/行1152 lines/frame1152 行/帧60 frames/s60 帧/秒60 Mb/s60 兆比特/秒MAIN(基本级)720 samples/line720 样本/行576 lines/frame576 行/帧30 frames/s30 帧/秒15 Mb/s15 兆比特/秒LOW(低级)352 samples/line352 样本/行288 lines/frame288 行/帧30 frames/s30 帧/秒4 Mb/s4 兆比特/秒由配置(profile)和参数等级(level)组合起来的MPEG-2所支持的各种电视规格如表3.1.6所示。前者定义质量的可变性(scalability)和彩色空间分辨率的句法子集，后者定义图像分辨率和每种配置的最大位速率的参数集。例如，当前使用得最普遍的描述符是MPML (Main Profile, Main Level)，可译成“基本配置基本级电视”或者“基本句法子集基本参数级”，它指的是具有这种特性的电视：帧速率为30帧/秒，分辨率为72057630，子采样格式为4:2:0，位速率达15 Mb/s。MPEG-2标准期待大多数MPEG-2设备都能够支持这种电视。又如，MPHL (Main Profile, High Level)描述符指的是帧速率为30帧/秒、分辨率为1920115260、子采样格式为4:2:0、位速率达80 Mb/s的HDTV制电视。表3.1.6 MPEG-2配置等级和参数级LevelProfile (等级配置)Simple(简化型)Main(基本型)SRN Scalability(信噪比可变型)Spatial Scalability(空间分辨率可变型)High(高档型)High(高级)4:2:01920115260 80 Mb/sI, P, B4:2:0, 4:2:21920115260 80 Mb/sI, P, BHigh-1440(高级1440)4:2:01440115260 60 Mb/sI, P, B4:2:01440115260 60 Mb/sI, P, B4:2:0, 4:2:21440115260 60 Mb/sI, P, BMain(基本级)4:2:072057630 15 Mb/sI, P4:2:072057630 15 Mb/sI, P, B4:2:072057630 15 Mb/sI, P, B4:2:072057630 20 Mb/sI, P, BLow(低级)4:2:035228830 4 Mb/sI, P, B4:2:035228830 4 Mb/sI, P, B3.2 实验电路3.2.1 MPEG编码模块电路MPEG视频编码模块电路1 MPEG编码主芯片MB86391A介绍（1）。编码主芯片功能框图图3.2.1如图所示，主芯片主要包含的功能模块有： 视频编码模块：对来自视频A/D变换器的标准视频数据在TBC控制下进行实时编码，并将编码码流经由内部总线送复用模块进行复用输出 音频编码模块：编码来自音频A/D变换器的音频数据，并将编码码流经由内部总线送复用模块进行复用输出 复用模块：对来自视频编码模块、音频编码模块和数据插入模块的数据进行复用后，由芯片的专用码流端口输出 TBC（时基校正器）控制模块：将来自外部的视频数据存储到SDRAM，并将数据适时送给编码器进行编码 SDRAM接口控制器：提供对外部SDRAM芯片的所有控制信号确保主芯片中的视音频编码模块能够进行正常的数据缓冲处理 串行接口控制器：利用该串行接口可以进行系统参数的设置和查看，实现对编码系统的初始化。 视频PES转换器：将视频编码功能模块的编码数据封装成PES数据包后送复用功能模块 DMA控制模块：控制主芯片各个功能块之间的快速数据通道以及与外部SDRAM芯片的数据交换（2）主芯片I/O信号图3.2.2由图可见，主芯片的外围接口信号的连接可以分成7个部分：4针全局控制信号，71针主机与SDRAM接口信号，3针串口接口信号，12针编码数据流输出接口信号，4针音频数据输入接口信号，13针视频数据输入接口信号、51针视频编码SDRAM接口信号。2 芯片主要功能a.帧速率：25帧/秒b.图像分辨率：720576 (PAL)，480X576（NTSC）(带宽大于3.6M)c.输入/输出接口:模拟Composite Video, S-Video接口d编码格式：MPEG-1或MPEG-2e.编码速率：512K15Mbps可调f.端到端延迟：500550ms(编解码)g.传输接口：标准并行DVB接口h.控制接口：自定义串行接口3MPEG编码主芯片及外围电路图3.2.3编码模块的主芯片采用富士通公司的MB86391A，外围芯片包括：可编程主程序存储器MBM29LV800、两片SDRAM HV57V653220CT-7用作主芯片处理视频数据的缓冲器，其中音频A/D接口电路PCM1800的音频数据直接与主芯片的音频数据接口相连，主芯片的视频数据端口接收来自PHLIPS的视频A/D芯片SAA7114的标准视频输出数据。此外，主芯片还提供外部串行控制接口，并通过适当的接口缓冲与单片机进行编码参数的设置与调整，该主芯片对输入的视音频数据经过单片机初始化期间设定的压缩编码方式进行编码，然后再将编码后的数据通过专用码流输出端口送出系统流。该系统流经过数据缓冲处理单元的处理形成标准的TS流，送入并行DVB接口，该接口分两路输出，一路直接送MPEG解码电路模块进行解码，得到还原的视频、音频模拟输出信号；另一路可供码流分析仪分析相应的编码参数。4MPEG编码模块中数据缓冲处理及单片机控制单元电路图3.2.4图中所示电路包括：数据缓冲处理单元，该单元接收来自主芯片的视音频数据系统流，经过该单元的处理形成标准的TS流，送入并行DVB接口，该接口分两路输出，一路直接送MPEG解码电路模块进行解码，得到还原的视频、音频模拟输出信号，另一路可供码流分析仪分析相应的编码参数；单片机控制单元电路，一方面，为主芯片的压缩编码模式提供初始化参数，所有初始化参数存放在串行E2ROM芯片（U13）中，系统软件修改后的参数值在确认后也将存放在该芯片的指定单元中，另一方面，单片机的串行接口通过MAX232与控制计算机的串口相连，实现控制主机对编码模块中的编码参数进行所需的设置。3.2.2 MPEG解码模块电路MPEG视频编码模块电路1 MPEG解码主芯片MB86H20介绍（1）解码主芯片功能框图图3.2.5如图所示，解码主芯片主要包含的功能模块有： 视频解码码模块：对来自并行DVB接口的标准TS码流中的视频数据进行实时解码，并将解码后的视频数据经视频编码后直接由视频VIDEO端输出模拟视频信号。 音频解码模块：对来自并行DVB接口的标准TS码流中的音频数据进行实时解码，并将解码后的音频数据经音频数据输出接口输出音频数据信号。 解复用模块：对来自并行DVB接口的标准TS码流中的数据进行实时解复用，并同时将分解后的视频数据送视频解码模块，音频数据送音频解码模块。（2）视频解码码模块视频解码模块处理来自解码主芯片的码流接口送来的标准复合码流信号，重建的图像可以是PAL或NTSC视频信号，必要时可以通过显示控制器利用外部的SDRAM中的显示缓冲器进行视频扫描控制，最后由视频编码器实现D/A转换。如图所示，视频解码模块进行视频重建时需要进行：解码、反量化、反DCT、根据码流中的运动矢量重建图像帧、存储已恢复的图像帧并根据要求进行显示输出。图3.2.6（3）解码主芯片中的核心处理器模块图3.2.7如图所示，解码主芯片的核心处理单元是一个32位的RISC，工作频率达到130.5MHz，内含32 x 32 bit 的通用核心寄存器，4级流水线，32位数据地址空间，程序存储器的地址空间：0x0000 0000 . 0x03FF FFFF (64MByte)，外部SDRAM的地址空间：0x0000 0000 . 0x07FF FFFF (128MByte)控制寄存器地址为：0x0800 0000 . 0xBFF FFFF (64MByte)，通用处理器接口地址为：0x0C00 0000 . 0x0FFF FFFF (64MByte)，有4 Kbyte 指令缓冲器和2 Kbyte 数据缓冲器。（4）主芯片I/O信号由图可见，主芯片的外围接口信号的连接可以分成7个部分：4针全局控制信号，71针主机与SDRAM接口信号，3针串口接口信号，12针编码数据流输出接口信号，4针音频数据输入接口信号，13针视频数据输入接口信号、51针视频编码SDRAM接口信号。2 解码芯片主要功能 MPEG2 video ISO/IEC 13818-2 (MPML.SPML) MPEG audio layer 1/2 32-bit RISC CPU (ARC Tangent A4 130.5MHz) 4K I-cache, 2K D-cache 共享内存接口 (SDRAM, 16/32 bit data),64Mbit.1Gbit 通用处理器接口 (IDE, NAND/NOR FLASH & Common Interface) 传输流接口能够处理标准DVB 接口的TS数据流 灵活的 MPEG 视频窗口 (factor 1/16 to 2) 显示控制可以高达 4 真彩或CLUT layers (total 6 layers) 灵活的帧率转换 (e.g. 50/60Hz) RGB 解码矩阵(RGB or YCrCb 输出) 可以控制RGB and YCrCb 输出信号的亮度、对比度、色度、色饱和度 ITU-R 656 视频输入/输出 1.8 V核心电压供电与3.3 V I/O 电源功耗: 700mW (待机时: 100mW)3 解码模块电路图3.2.8图3.2.93.3 实验内容3.3.1 实验一 节目码流和传输码流实验一 实验仪器1JH8000DTV数字电视实验系统装置 一台2配置计算机 一台二 实验目的1了解MPEG-2系统层编码基本作用2熟悉节目码流和传输码流的基本作用和二者的区别三 实验步骤1将计算机的串口1通过串口连接线与编码模块的串行接口相连；2开启JH8000DTV数字电视实验系统装置“总电源”；3开启信号源DVD以及液晶电视机的电源；4按下“分配器开关2”同时开启编解码模块的电源（即开关2、开关3（注意：此时开关1必须处于关闭状态）5打开计算机并启动系统实验软件：双击桌面上的Encode图标启动软件（软件按默认路径安装后，可从“C:Program FilesNUPTJH8000”中找到Encode.exe图标，发送到桌面快捷方式即可得此图标），经过一个Flash界面后便进入欢迎界面，软件启动完成，打开如下界面（图3.3.1）：图3.3.1将系统模式设置为“MPEG2”,编码模式设置为“MPEG2 TS”，GOP模式设置为“IPPPPPPPP”，编码速率设置为“8”。此时视频编码器工作在MPEG-2编码，传输码流模式。观察电视电视机上的画面有何变化。将编码模式设置为“MPEG2 PS”，其它设置不变。视频编码器工作在MPEG-2编码，节目码流模式。观察电视电视机上的画面有何变化。 四 实验要求根据所学知识，对上述观察到的现象做出解释。分析节目码流和传输码流这两种模式的基本作用，分析画面为什么消失。3.3.2 实验二 包识别码（PID）实验一 实验仪器1JH8000DTV数字电视实验系统装置 一台2配置计算机 一台二 实验目的1掌握传输码流PID的作用2了解MPEG-2编解码器上相关信号的基本特点三 实验步骤1将计算机的串口1通过串口连接线与编码模块的串行接口相连；2开启JH8000DTV数字电视实验系统装置“总电源”；3开启信号源DVD以及液晶电视机的电源；4按下“分配器开关2”同时开启编解码模块的电源（即开关2、开关3（注意：此时开关1必须处于关闭状态）5打开计算机并启动系统实验软件：双击桌面上的Encode图标启动软件（软件按默认路径安装后，可从“C:Program FilesNUPTJH8000”中找到Encode.exe图标，发送到桌面快捷方式即可得此图标），经过一个Flash界面后便进入欢迎界面，软件启动完成，打开如下界面（图3.3.2）：视机上观察播放的电视画面，并收听其伴音。启动控制软件，进入视音频编码制式设置界面，选择“高级设置”，如下图： 图3.3.21修改视频PID设置PID设置说明：在系统中PID的取值为2255，可在2255之间任选一个整数值Video_PID：视频PID，设置(2-255)Audio_PID：音频PID，设置(2-255)下面进行PID的修改。将Video_PID的值改为187，其它选项不变，点击“确定”按钮。此操作是通过控制软件将编码器的视频PID设为187，观察电视机上的电视信号有何变化。1. 重新搜索视频PID 按“恢复默认”即可恢复到原来的PID；2. 修改音频PID设置将Audio_PID的值改为96，其它选项不变，点击“确定”按钮。此操作是通过控制软件将编码器的音频PID设为96，检察电视机的音频输出有何变化。3. 重新搜索音频PID按“恢复默认”即可恢复到原来的PID；4. 任意修改视频和音频PID任意修改视频和音频的PID值，注意Video_PID和Audio_PID的值必须在2225的范围内。观察电视机上的视音频输出有何变化；按“恢复默认”即可恢复到原来的PID和节目四 实验要求说明包识别码PID的作用及PES复用原理。3.3.5 实验五 视频编码速率实验一. 实验仪器1JH8000DTV数字电视实验系统装置 一台2配置计算机 一台3双踪示波器 一台二. 实验目的1了解可变速率图像编码。2熟悉MPEG编码速率对图像质量和延时的影响三. 实验步骤1将计算机的串口1通过串口连接线与编码模块的串行接口相连；2开启JH8000DTV数字电视实验系统装置“总电源”；3开启信号源DVD以及液晶电视机的电源；4按下“分配器开关2”同时开启编解码模块的电源（即开关2、开关3（注意：此时开关1必须处于关闭状态）5打开计算机并启动系统实验软件：双击桌面上的Encode图标启动软件（软件按默认路径安装后，可从“C:Program FilesNUPTJH8000”中找到Encode.exe图标，发送到桌面快捷方式即可得此图标），经过一个Flash界面后便进入欢迎界面，软件启动完成。启动控制软件，进入视音频编码制式设置界面，选择“高级设置”，如下图（图3.3.5）：图3.3.5将系统模式设置为“MPEG2”,编码模式设置为“MPEG2 TS”，GOP模式设置为“IPPPPPPPP”，编码速率设置为“8”。此时视频编码器工作在MPEG-2编码，传输码流模式。修改编码速率系统支持的编码速率为：n256Kbps（n为从2到57的正整数），分别取n为2、4、8、16和32作为系统编码速率项的设置值，观察并记录电视机上的视频画面和伴音有何变化；用数字示波器的两根探头分别连接“码流有效信号”“码流时钟信号” 跟踪测试两个信号与码流速率之间的关系四. 实验要求1分析说明当编码速率从低到高变化的过程中，图像和伴音的质量是如何变化的，并说明其原因。2分析说明当编码速率从低到高变化的过程中，图像编解码延时有无变化，分析其原因。3.3.6 实验六 图像子采样模式实验一. 实验仪器1JH8000DTV数字电视实验系统装置 一台2配置计算机 一台二. 实验目的1.熟悉图像子采样模式的基本概念2.了解各种图像子采样模式对图像质量的影响三 实验步骤1将计算机的串口1通过串口连接线与编码模块的串行接口相连；2开启JH8000DTV数字电视实验系统装置“总电源”；3开启信号源DVD以及液晶电视机的电源；4按下“分配器开关2”同时开启编解码模块的电源（即开关2、开关3（注意：此时开关1必须处于关闭状态）5打开计算机并启动系统实验软件：双击桌面上的Encode图标启动软件（软件按默认路径安装后，可从“C:Program FilesNUPTJH8000”中找到Encode.exe图标，发送到桌面快捷 方式即可得此图标），经过一个Flash界面后便进入欢迎界面，软件启动完成。启动控制软件，进入视音频编码制式设置界面，选择“高级设置”，如下图（图3.3.6）：图3.3.63. 将编码模式设置为“MPEG2”，编码速率设置为“8”。图像子采样模式设置为“4:2:2”，观察此时电视机上图像质量。4. 修改图像子采样模式将图像子采样模式分别设为：4:2:2，4:2:0，4:1:1 ，4:1:0，由于采样速率较高且在解码