第三章数字电视视音频信号压缩编码技术.pptx

第三章 数字电视视音频信号压 缩编码技术3.1视频信号压缩的必要性和可行性一、压缩的必要性 1、电视信号数字化后的数据量过大，使普通的存储器难以接受。 一盘12cm直径的VCD光盘，可播放74分钟的活动图像及相当于CD（数字激光唱片）音质的声音。存储容量为650MB=650×8=5200Mbit。 4:2:2标准:R=720×576×25×8+2×360×576×25×8=165.9Mb/s 一张12cm直径的VCD光盘可存储的时间 5200/165.9≈31秒2、数码率太高使数字电视信号频带过宽，频道利用率太低，甚至无法容纳。分量编码：4:2:2标准：R=165.9Mb/s 频带宽度B≈83MHz 4:4:4标准：R=278.7Mb/s B≈140MHz 4次群的R为139.264Mb/s，可传话路1920路 。1920路电话传不了一套4:2:2的数字电视节目；用11套模拟电视节目换一套数字电视节目。 信号频带太宽，频带利用率低，频率资源严重浪费。同时对电路要求高，设计复杂，维修困难，设备造价高。 二、压缩的可行性来自： 图像本身存在大量的冗余: 空间相关冗余 时间相关冗余 符号相关冗余 结构相关冗余 知识相关冗余人眼的视觉冗余1、图像本身存在大量的冗余度 ⑴ 空间相关冗余 ⑵ 时间相关冗余⑶ 符号相关冗余⑷ 结构相关冗余⑸ 知识相关冗余2、人眼的视觉冗余① 人眼对事物细节的分辨力是有限度的； ② 对颜色画面的分辨力低于对黑白画面的分辨力； ③ 对高频信号变化的分辨率低于低频信号的分辨率； ④ 对屏幕中心区失真的敏感度要高于屏幕四周的失真。 三、压缩的途径及方法 1、行、场逆程不传送，在接收端重新形成。 2、亚奈奎斯特取样 fs＜2fm。使混叠分量与亮度谱线交错。 3、采用高效编码――信源编码。去除电视信号中的冗余。3.3 常用的数字电视视频压缩编码技术一、 预测编码1、预测编码的基本原理 利用某种数学模式对以前已知的相关数据进行运算，得出一个与当前传送样值相接近的预测值，进而把当前要传送的值减去预测值，得到一个误差值――预测误差，将这个误差值编码后传送出去。 当前样值－预测值＝预测误差当前编码样值—预测值（前一个样值）=预测误差第一个样值：16－0＝16；第二个样值：16－16＝0；第三个样值：第3－第2＝0……第360样值：第360－第359＝0第361样值：第361－第360 ＝235－16＝219第362样值：第362－第361＝0……第720样值：第720－第719＝0第二行第1－第一行第1＝0；第二行第361－第一行第361＝0……××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××2、预测编码的意义① 去除了电视信号中空间、时间上的冗余。② 给出了良好的概率分布，为后面的压缩编码创造了条件。3、DPCM――差值预测编码的实现① 原理方框图为前值序列， 式中 称为预测系数（也叫相关系数），且满足： ② 预测项与预测系数的选择 取：a1=1/2、a2=1/4、a3=1/8、a4=1/8、a5=0、a6=0 ③ 一维、二维和三维预测一维预测： 参考样值仅与xN当前样值处于同一扫描行内的预测编码；二维预测： 参考样值除了本行之外还和前一行或前几行的样值有关； 三维预测： 参考样值除了本帧之外还和前一帧或前几帧图像的样值有关。 由于一、二维预测都是在同一帧内进行预测，所以也称为帧内预测编码；三维预测与前面的帧有关，所以也称为帧间预测编码。 二、 变换编码变换编码也有变换、量化、编码三大过程：1、离散余弦变换——DCT的基本思想 DCT变换是把空间域上的信号变换到频率域上，使能量在空间域上分散分布的原信号变换后能量在频率域上相对集中到某些少数区域内，即将空间域上的信号样值变换成频率域上的系数，经变换后的系数按频率由低到高分布。2、处理步骤：⑴ 将一幅图像分成若干像块，每个像块的大小为8×8个像素。 ⑵ 对每一块像块进行DCT变换。 此式说明这是一个二维的变换关系式，即在一个平面上进行变换。如：变换系数： 图像样值： 结论： 像块样值数据f(x,y)为8×8的矩阵，经DCT后的频域系数F(u,v)也为8×8的矩阵。此矩阵的左上角系数F00相当于像块中64个样值的平均直流成分，其余的63个F(u,v)均表示64个样值中所含交流成分的系数 。 经过变换后，较大的系数集中在直流分量及附近的低频区域，即信号能量主要集中在直流及低频区域的少数变换系数上，高频区域的系数多为0或很小。8×8DCT基图像⑶ 对变换后的系数进行量化。⑷ 进行之字形扫描