宣化数字电视培训PPT课件

精品课件,1,第三章数字压缩编码原理,一、概述二、视频信号的压缩编码三、音频信号的压缩编码四、MPEG系列标准,精品课件,2,一、概述,1、数字信号压缩编码的必要性：数字压缩编码也称信源编码，当模拟信号数字化后其频带大大加宽，6MHz的视频信号数字化后数码率高达167Mbit/S，占用带宽80MHz左右，而数字压缩技术很好解决了上述问题。,精品课件,3,描述信源的数据包括两部分：信息量（信源熵）和冗余量。压缩的目的主要在于去除冗余。(1)图像和视频信号的冗余量，主要有：空间冗余；是压缩一帧图像中存在颜色均匀的区域。时间冗余；是压缩相邻帧之间图像中存在相同的背景和移动物体。结构冗余；是压缩图像中有相似的图案结构。视觉冗余；是压缩图像中对人眼不敏感的信息量。知识冗余；不断开发出新的压缩表达方式。(2)语音信号的冗余量，主要有：利用人耳的特性进行压缩，例如：对相位的不敏感性；对频率的敏感差异；掩蔽的频域特性、时域特性。样值幅度分布的不均匀性，相应地可采用非均匀量化和自适应量化等方法来压缩数据。样值之间的短时相关性和长时相关性，相应地可采用短时和长时预测编码。短时平稳性（1040ms），相应地可采用对语音信号的分帧处理。,2、数字压缩的可能性,精品课件,4,统计编码：霍夫曼编码(HuffmanCoding)，算术编码(Arithmetic),游程编码(RunLengthCoding)预测编码：帧内预测，帧间预测，运动补偿预测。变换编码：离散余弦变换和小波变换量化技术：标量量化：固定量化（均匀量化和非均匀量化）和自适应量化；矢量量化。基于可视对象编码（分形编码）。基于信号模型参数的编码（可分级编码）。,3、数字压缩编码的分类,数字压缩编码分为无损编码和有损编码两大类，无损编码解压后可恢复原有信号。有损编码则解压后无法恢复原样，有失真，当失真控制在某一限度以下，人是感觉不到失真。视频压缩编码的方法主要有：,精品课件,5,二、视频信号的压缩编码,一、统计编码1.霍夫曼编码霍夫曼编码的基本方式：(1)根据概率对所有的符号进行排序。(2)将概率最小的两个符号组成一个新符号，新符号的概率为原符号概率之和。令概率较小的符号的码字为0，概率较大的符号的码字为1。(3)把新符号合并到其它原符号中去，按照上述的方法继续对各符号进行排序，并进一步组成新符号，一直到概率之和达到100%。(4)将每个码字组合起来，就构成了霍夫曼码。2.游程编码(RLC)游程编码有多种形式，例如：(1)游程长度编码SC表示有一个字符串在此位置，X代表构成串的字符，CC代表串的长度。(2)相同比特的游程编码这种游程编码特别适用于大多数连续序列都是相同比特值的二进制流。这种方法只把每个序列的长度作为一个固定长度的二进制整数传送出去。,精品课件,6,2、变换编码,DCT变换属于视觉冗余的压缩，是一种不可逆变换。DCT变换可分5个步骤进行：(1)将图像划分为块行(2)进行DCT变换行(3)阈值量化(4)Z形扫描(5)游程编码十六进制码00为块的结束符(EOB)3、预测编码差值编码就是以前一样值为预测值的预测编码，又称为一维预测。如果用到以前行的像素或以前帧的像素，则称为二维或三维预测。只用到帧内像素的处理称为帧内编码。用到前后帧像素的处理称为帧间编码。JPEG采用帧内编码方案，大多用于静止图像的处理。MPEG主要采用帧间编码方法，主要用于运动图像的处理。,精品课件,7,三、音频信号的压缩编码,一、声音是一种机械振动波。1.音频信号的分类(1)窄带语音（电话3003400z，采样频率8kHz）(2)宽带语音（电话507000z，采样频率16kHz）(3)数字音频广播(DAB)信号（电话2015000z，采样频率32kHz）(4)高保真立体声音频信号（电话2020000z，采样频率或48kHz）2.广播系统中数字声编码要求其中主要的指标有：输入取样速率：32、44.1、48kHz（其中48kHz是用得最多的）输入分辨率编码器工作的码率,精品课件,8,音频编码标准,精品课件,9,MPEG-2传输流和节目流的产生,分组基本码流,节目码流,节目时钟参考,精品课件,10,四、MPEG系列标准,MPEG是活动图象专家组（MovingPictureCodingExpertsGroup）的简称。MPEG成立于1988年1月，是致力于研究、开发数字压缩标准，以保证活动图象质量的前提下，压缩传输码率的组织。MPEG的第一次会议在1988年5月召开，有25位音频、视频编码压缩方面的专家参加。现在MPEG已经成为每年召开3次例行大会（在3月、7月和11月），有来自大约20个国家200多家公司的350名专家参与的组织。MPEG所开发指的标准被国际标准组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）批准为国际标准，形成MPEG系列MPEG-1在1989年7月开始研究，1992年被ISO/IEC批准为正式标准，正式标准编号是ISO/IEC11172，MPEG-1规定了在数字存储介质中实现对活动图像和声音的压缩编码，编码码率最高为每秒1.5兆比特。传输速率为1.5Mbits/s，每秒播放30帧，具有CD音质，质量级别基本与VHS（广播级录像带）相当。MPEG的编码速率最高可达45Mbit/s，但随着速率的提高，其解码后的图像质量有所降低。音频压缩格式就是大家熟悉的MP3格式，这种MP3格式规定了与视频压缩相分离的音频压缩方法。应用MPEG1技术最成功的产品非VCD莫属了，VCD作为价格低廉的影像播放设备，得到广泛的应用和普及。MPEG1被用于数字电话网络上的视频传输，如非对称数字用户线路（ADSL），视频点播（VOD），以及教育网络等。,精品课件,11,MPEG2,MPEG-2是针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定，1992年被ISO/IEC批准为正式标准，正式标准编号是ISO/IEC13818。MPEG-2不是MPEG-1的简单升级，MPEG-2在系统和传送方面作了更加详细的规定和进一步的完善。MPEG2能够提供广播级的视像和CD级的音质。MPEG2的音频编码可提供左右中及两个环绕声道，以及一个加重低音声道和多达七个伴音声道。MPEG2的另一特点是，可提供一个较广范围的可变压缩比，以适应不同的画面质量、存储容量以及带宽的要求。MPEG-2特别适用于广播级的数字电视的编码和传送，被认定为SDTV和HDTV的编码标准。MPEG-2还专门规定了多路节目的复用分接方式。此外，MPEG-2还兼顾了与ATM信元的适配问题。MPEG-2标准目前分为9个部分，其中前6部分统称为ISO/IEC13818国际标准。,精品课件,12,MPEG2,第一部分：系统，描述多个视频，音频和数据基本码流合成传输码流和节目码流的方式。第二部分：视频，描述视频编码方法。第三部分：音频，描述与MPEG-1音频标准反向兼容的音频编码方法。第四部分：符合测试，描述测试一个编码码流是否符合MPEG-2码流的方法。第五部分：软件，描述了MPEG-2标准的第一、二、三部分的软件实现方法。第六部分：数字存储媒体-命令与控制，描述交互式多媒体网络中服务器与用户间的会话信令集。第七部分规定了不与MPEG-1多通道音频编码反向兼容。第八部分原计划用于10bit视频抽样编码，已停用。第九部分规定了传送码流的实时。MPEG2技术就是实现DVD的标准技术，用于为广播、有线电视网、电缆网络以及卫星直播提供广播级的数字视频。,精品课件,13,MPEG4,MPEG3：由于MPEG2的出色性能表现，已能适用于HDTV（高清晰度电视），使得原打算为HDTV设计的MPEG3，还没出世就被抛弃了。MPEG4在1995年7月开始研究，1998年11月被ISO/IEC批准为正式标准，正式标准编号是ISO/IEC14496，它不仅针对一定比特率下的视频、音频编码，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。这个标准主要应用于视像电话、视像电子邮件等，对传输速率要求较低，在48006400bits/s之间，分辨率为176144。MPEG4利用很窄的带宽，通过帧重建技术、数据压缩，以求用最少的数据获得最佳的图像质量。利用MPEG4的高压缩率和高的图像还原质量可以把DVD里面的MPEG2视频文件转换为体积更小的视频文件。经过这样处理，图像的视频质量下降不大但体积却可缩小几倍，可以很方便地用CDROM来保存DVD上面的节目。另外，MPEG4在家庭摄影录像、网络实时影像播放也大有用武之地。MPEG-7(它的由来是1+2+4=7,因为没有MPEG-3、MPEG-5、MPEG-6)于1996年10月开始研究。,精品课件,14,MPEG7,确切来讲，MPEG7并不是一种压缩编码方法，其正规的名字叫做多媒体内容描述接口，其目的是生成一种用来描述多媒体内容的标准，这个标准将对信息含义的解释提供一定的自由度，可以被传送给设备和电脑程序，或者被设备或电脑程序查取。MPEG-7并不针对某个具体的应用，而是针对被MPEG-7标准化了的图象元素，这些元素将支持尽可能多的各种应用。建立MPEG-7标准的出发点是依靠众多的参数对图象与声音实现分类，并对它们的数据库实现查询，就象我们今天查询文本数据库那样。可应用于数字图书馆，例如图象编目、音乐词典等；多媒体查询服务，如电话