数字电视基础知识培训有线电视网络技术培训班

Click to edit Master title style,*,新疆广电网络,2001-2008 XJNT. All rights reserved.,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,新疆广电网络,2001-2008 XJNT. All rights reserved.,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,新疆广电网络,2010,年全疆广播影视系统有线电视网络技术培训班数字电视技术原理,教学目的,数字电视技术作为广播电视的第二次革命，目前已广泛应用于广播电视系统的各个领域，从节目制作、播出的电视台、电台到节目传输的节传中心、网络公司等广电系统的各个台站都已实现广播电视的数字化。,本课程的目的是通过系统地讲解数字电视关键技术的理论知识，并结合实际应用，进一步提高工程技术人员数字电视理论水平，系统地掌握数字电视的组成结构和关键技术。,教学重点与难点,1,、数字电视的概念,2,、数字电视系统组成结构,3,、数字化的三要素,4,、信源编码技术（编码算法）,5,、传输流及复用技术,6,、信道编码技术,8,、调制技术,数字电视技术课程安排,第,1,章：数字电视概述 （计划时间,0.5,小时）,第,2,章：数字电视编码技术（信源编码）计划时间（,1.5,个小时,),第,3,章：传输码流及其复用技术,(0.5,个小时,),第,4,章：信道编码、调制技术（计划,1,个小时）,参考书,数字电视基本原理（机械工业出版社）,数字电视基础,视频和音频系统的设计与安装（人民邮电出版社）,数字电视技术原理,第,1,章 数字电视概述,本章要点,了解数字电视的概念、优点。,了解数字电视系统结构框图。,了解数字电视的标准。,了解数字电视的核心技术。,模拟电视系统的特点,在电视信号的制作处理、控制调节、记录重放、调制解调、传输转播、接收显示等过程中，图像信号和伴音信号都是在时间轴上和振幅轴上连续变化的模拟信号。,模拟电视最明显的缺点是接力传输方式产生噪声，长距离传输的信噪比恶化，使图像清晰度越来越受到损伤；发送传输设备中，放大器的非线性积累使图像对比度产生越来越大的畸变；相位失真的积累产生色彩失真，使“鬼影”现象愈来愈严重。同时，模拟电视还具有稳定度差、可靠性低、调整繁杂、不便集成、自动控制困难等。,数字电视的概念与优势,数字电视的概念,数字电视是指包括节目摄制、编辑、发送、传输、存储、接收和显示等环节全部采用数字处理的全新电视系统，也可以说数字电视是在信源、信道、信宿三个方面全面实现数字化和数字处理的电视系统。,“数码彩电”：,在现有模拟电视广播制式下，在接收机内部的电路设计、信号处理中使用了一些数字技术，将接收的模拟电视信号部分地进行了数字化处理，改进和提高现有彩电的图像及伴音质量，既不能接收数字电视信号，也不能按数字电视显示格式显示图像。它不是真正意义上的“数字电视”接收机，本质上仍然是模拟电视。,(1),抗干扰能力强、无噪声积累。,模拟信号在传输的每个环节，都要加入噪声，如放大器，每级放大器的噪声都要加进去，放大后信号大了，,C/N,低了。数字信号是一连串的“,0”,和“,1”,脉冲序列，在传输过程中，侵入的噪声可以通过再生的方法去除。所谓再生处理，就是收到信号后，不是直接放大，而是重新在有脉冲的位置制作一个形状完全相同的脉冲，恢复信号中脉冲的原样而清除了噪声。再生是基带数字传输抗干扰的重要手段。其次，数字传输技术有非常有效的纠错方式，如我们使用的,R-S,纠错，可以把误码率由,10E-4,改善到,10E-12,。所以，我们收看数字有线电视时，主观感觉最为明显的是画面清洁，没有杂波、雪花。,(2),便于加密处理。,(3),便于存储、处理和交换。,(4),频谱资源利用率高：由于采用压缩率非常高的,MPEG-2,压缩方法，使码率降低很多，加上采用高效率的调制方式，可以在一个,8Mhz,的带宽里传送,6,套以上质量达到标准清晰度（,SDTV,）的节目。,(5),节省发送功率，覆盖范围广：数字信号对,C/N,的要求也比模拟信号宽容。模拟信号,C/N=43dB,时可以得到,4,分的收看质量。数字电视,C/N=31dB,就可以满意收看。事实上，整个网络中，数字信号的功率电平就是以比模拟电平低,10dB,来传输的。,(6),设备便于集成化、微型化。,(7),便于构成综合业务数字网。,数字电视的优点,数字电视,设,设备和技,术,术,数字电视,是,是一个大,系,系统，从,横,横向来说,由,由以下四,个,个方面组,成,成：,数字电视,节,节目制作,的,的设备,主要有：,数,数字摄像,机,机、数字,录,录像机、,数,数字特技,机,机、数字,编,编辑机、,数,数字字幕,机,机和非线,性,性编辑系,统,统等；,数字信号,处,处理的技,术,术,有：压缩,编,编码和解,码,码技术、,数,数据加扰,和,和解扰、,加,加密和解,密,密技术等,；,；,信号传输,的,的方式,有：地面,无,无线传输,、,、有线,(,光缆,),传输、卫,星,星广播等,；,；,用于显示,的,的设备,有：阴极,射,射线管显,示,示器,(CRT),、液晶显,示,示器,(LCD),、等离子,体,体显示器,(PDP),、投影显,示,示,(,包括前投,、,、背投,),等。显示,器,器是最终,体,体现数字,电,电视效果,或,或魅力的,产,产品。,从纵向来,说,说，是物,理,理层传输,协,协议、中,间,间件标准,、,、信息表,述,述、信息,使,使用、内,容,容保护等,一,一系列的,系,系统问题,。,。,其中,信源编,解,解码技术,、,、传送复,用,用技术、,信,信道编,解,解码技术,、,、调制,解,解调技术,、,、中间件,技,技术、条,件,件接收、,大,大屏幕显,示,示技术。,数字电视,系,系统结构,框,框图,（,1,）信源编码,和,和压缩编,码,码：设法减,少,少原始数,字,字视频、,音,音频和各,种,种辅助数,据,据流的比,特,特率。,（,2,）复用：将数字,化,化的数据,流,流分割成,许,许多信息,包,包，并标,识,识各种信,息,息包及类,型,型，将视,频,频数据流,、,、音频数,据,据流和辅,助,助数据流,复,复用成一,个,个单一的,复,复用数据,流,流。,（,3,）,信道编码,和,和调制：信道编,解,解码是负,责,责传输误,码,码的检测,和,和校正的,环,环节，调,制,制解调是,负,负责信号,变,变换和频,带,带搬移的,环,环节；,（,4,）,传输信道：可以是,广,广播电视,系,系统（如,地,地面、卫,星,星或有线,电,电视广播,系,系统），,也,也可以是,电,电信网络,系,系统，或,存,存储媒介,（,（如磁盘,、,、光盘等,）,）；,（,5,）,接收机：包括解,调,调、信道,解,解码、解,复,复用、视,频,频、音频,和,和各种辅,助,助数据流,的,的解码和,终,终端显示,等,等。,广电一体,化,化的数字,电,电视系统,非线编,录像机,摄像机,信号源,切换台,CA,SI,EPG,复用业务集成,接收,卫星,有线网,地面,无线接入,互联网接入,视频压缩编码,音频压缩编码,数字电视,系,系统,卫星传输,卫星直播,有线干线网,有线接入网,互联网,无线网,通信网,传输网络,加密,用户管理,网络管理,BOSS,PSI/SI,监控监测,收费系统,管理系统,非线性编辑,后期制作,硬盘播出,节目库,台内网,电视台、电台,资产管理,家用网,中间件,机顶盒硬件,xDSL,Cable Mod.,应用软件,以太网卡,无线接入,数字电视,的,的主要功,能,能,免费基本,数,数字电视,业,业务,按频道付,费,费的数字,电,电视业务,（,（,PPC,等）,VOD,视频点播,业,业务,按次,/,时间付费,的,的数字电,视,视业务（,IPPV,、,IPPT,等）,增强电视,节,节目（,EPG,、电视广,告,告等）,数据广播,业,业务,其它业务,（,（音乐、,游,游戏、远,程,程教育、,双,双向互动,业,业务）,数字电视,产,产业的发,展,展趋势,随着,HDTV,技术、双,向,向交互式,数,数字电视,技,技术、,IPTV,技术、移,动,动电视与,手,手机电视,技,技术在数,字,字电视领,域,域的应用,，,，目前的,数,数字电视,产,产业技术,上,上可以实,现,现以下功,能,能：,标准清晰,度,度电视和,高,高清晰度,电,电视,单向广播,、,、双向交,互,互,固定接收,、,、移动接,收,收和手持,接,接收,有线数字,电,电视系统,示,示意图,广播电视,数,数字化与,三,三网融合,国家“十,一,一五”规,划,划明确指,出,出：要“,加,加强宽带,通,通信网、,数,数字电视,网,网和下一,代,代互联网,等,等信息基,础,础设施建,设,设，推进,三,三网融合,”,”。,三网融合,的,的基础是,下,下一代通,信,信网、互,联,联网和数,字,字电视网,。,。,传统电信,网,网、计算,机,机网主要,指,指因特网,和,和有线电,视,视网正通,过,过各种方,式,式趋向于,相,相互渗透,和,和融合,它涉及技,术,术、业务,、,、市场、,行,行业、终,端,端、网络,乃,乃至行业,管,管制和政,策,策等方面,。,。三网融,合,合表现为,技,技术上趋,向,向一致,网络层上,可,可以实现,互,互联互通,业务层上,互,互相渗透,和,和交叉,应用层上,趋,趋向使用,统,统一的协,议,议,行业管制,和,和政策方,面,面也逐渐,趋,趋向统一,。,。,在未来通,信,信中,数字化是,基,基础,个性化、,综,综合化是,目,目标,宽带化、,多,多媒化、,软,软件化与,智,智能化是,实,实现的主,要,要手段。,TV,为核心的,家,家庭网络,结,结构,ADSLmodem,2M,4M,ADSL,POTS,Bluetooth,Bluetooth,Webpad,Kitchenmate,Games player,USB,1394,Email phone,Bluetooth,Satellitic,Terrestrial,Openworld,PDR,A/VOut,RF,STB,ADSL,PC,HUB,AP,Bluetooth,Ethernet,100B/T,A/V,in/out,Hi-Fi,D-VCR,Camcorder,(POTS),USB,Camera,Printer,Cable,习题,什么是数,字,字电视？,与,与模拟电,视,视比有哪,些,些优点,?,简述数字,电,电视系统,的,的组成及,其,其关键技,术,术？,什么是三,网,网融合？,第,2,章数字电,视,视编码技,术,术（信,源,源编码）,本章要点,了解模,拟,拟信号和,数,数字信号,的,的特点,各种电,视,视信号的,格,格式和简,介,介,熟悉模,拟,拟信号数,字,字化的基,本,本过程。,熟悉电,视,视图像信,号,号的压缩,编,编码方法,。,。,熟悉音,频,频信号压,缩,缩编码方,法,法。,数字化的,应,应用中发,现,现的问题,1,、视频信,号,号质量影,响,响编码后,的,的数字信,号,号视觉效,果,果。（数,字,字量化导,致,致的）,2,、数字化,后,后视频信,号,号受带外,干,干扰。（,抽,抽样频率,和,和干扰源,频,频率接近,导,导致的）,3,、码率压,缩,缩太低，,造,造成画面,出,出现块效,应,应。,4,、视频和,音,音频不同,步,步,口形对不,上,上。,2.1,模拟信号,与,与数字信,号,号的区别,模拟信号,的,的特点,特点是幅,度,度连续,(,连续的含,义,义是在某,一,一取值范,围,围内可以,取,取无限多,个,个数值,),。图,2,2(a),所示的信,号,号是模拟,信,信号，,其,其信号波,形,形在时间,上,上也是连,续,续的，因,此,此它又是,连,连续信号,。,。图,2,2(b),所示的信,号,号是对图,(a),所 示的,模,模拟信号,按,按一定的,时,时间间隔,T,抽样后的,抽,抽样信号,，,，由于其,波,波形在时,间,间上是离,散,散的，,它,它又叫离,散,散信号。,但,但此信号,的,的幅度仍,然,然是连续,的,的，所以,仍,仍然是模,拟,拟信号。,电,电话、传,真,真、电视,信,信号都是,模,模拟信号,。,。,数字信号,的,的特点,数字信图,2,是数,字,字信号，,其,其特点是,幅,幅值被限,制,制在有限,个,个数值之,内,内，它不,是,是连续的,而,而是离散,的,的。 图,2,(a),是二进,码,码，每,一,一个码,元,元只取,两,两个幅,值,值,(0,，,A),：图,(b),是四进,码,码，每,个,个码元,取,取四,(3,、,1,、,1,、,3),中的一,个,个。这,种,种幅度,是,是离散,的,的信号,称,称数字,信,信号。,2.1.3.,模拟信,号,号数字,化,化,模拟信,号,号的数,字,字化过,程,程称为脉冲编,码,码调制,PCM,（,PulseCode Modulation,）,PCM,的三个,步,步骤是,：,：,抽样：在时,间,间域离,散,散化处,理,理,量化：在取,值,值域离,散,散化处,理,理,编码：在时,间,间域和,取,取值域,都,都离散,抽样是,指,指用每,隔,隔一定,时,时间的,信,信号样,值,值序列,来,来代替,原,原来在,时,时间上,连,连续的,信,信号，,也,也就是,在,在时间,上,上将模,拟,拟信号,离,离散化,。,。,量化是,用,用有限,个,个幅度,值,值近似,原,原来连,续,续变化,的,的幅度,值,值，把,模,模拟信,号,号的连,续,续幅度,变,变为有,限,限数量,的,的有一,定,定间隔,的,的离散,值,值。,编码则,是,是按照,一,一定的,规,规律，,把,把量化,后,后的值,用,用二进,制,制数字,表,表示，,然,然后转,换,换成二,值,值或多,值,值的数,字,字信号,流,流。,在编码,处,处理方,式,式上分,为,为两种：,信源编,码,码,编码器,中,中实现,信道编,码,码,调制器,中,中实现,这样得,到,到的数,字,字信号,可,可以通,过,过电缆,、,、微波,干,干线、,卫,卫星通,道,道等数,字,字线路,传,传输,。,。在接,收,收端则,与,与上述,模,模拟信,号,号数字,化,化过程,相,相反，,再,再经过,后,后置滤,波,波又恢,复,复成原,来,来的模,拟,拟信号,。,。,编码器,原,原理,1.,各种电,视,视信号,的,的格式,和,和简介,2.,视频基,本,本流结,构,构,3.,取样频,率,率和取,样,样结构,4.,量化位,数,数和量,化,化等级,的,的分配,2.2,视频信,号,号数字,化,化,彩色,空间,转换,矩阵,复合编码器,A to D,Conv,串行器,R,G,B,270MHz,Y,R-Y,B-Y,6.75MHz Sample,Rate for B-Y and R-Y,13.5MHzSampleRate for Y,串行器,Clock X10,ITU-R BT.601-2Serial DigitalComponent270Mb/sec,Y,R-Y,B-Y,10 Bits Parallel,ITU-R BT.601-2Parallel Digital Component27MB/sec,Serial Digital Composite143Mb/sec (NTSC),177Mb/sec (PAL),Parallel Digital Composite PAL=17.7MHzNTSC=14.3MHz,Multiplexed 27MB/secB-Y/Y/R-Y/Y/B-Y/Y,10 Bits Parallel,4Fsc(PAL=17.7MHz)(NTSC=14.3MHz),ComponentAnalog Video(RGB),Analog CompositeVideo(PAL/NTSC),MPEG2ProgramEncoder,DVD,Digital Versatile (Video) Disk,A to DConv,Audio,Color DifferenceComponentAnalog Video(Y, B-Y, R-Y),MPEG2 Protocol Transport Stream,TransmissionChannel,Tx,TransmissionChannel,Rx,MPEG2ProgramDecoder,MPEG2 Protocol Transport Stream,Transmission Channel Analysis,SDH, ATM, SONET or Modulated RF Signals.,MPEG2 Protocol Analysis,PictureQualityAnalysis,ITU-R BT.601-2 Serial DigitalComponent 270Mb/sec,MPEG2 Protocol Program Stream,Data,Data,Analog CompositeVideo (PAL/NTSC),A to DConv,A to DConv,2.2.1各,种,种电视,信,信号格,式,式的产,生,生,模拟分量,模拟复合,数字复合,数字分量,MPEG,电视信,号,号的简,介,介,信号名称,信号简介,模,拟,模拟复合,信号,2,个色差信号经正交调幅后与亮度信号频率合成，缺点是彩色分辨率低、有亮色串扰,亮色分离,信号,Y/C,2,个色差信号经正交调幅后单独传输，避免了亮色串扰，缺点是彩色分辨率低。俗称“,S,端子信号,”,模拟分量,Y/Cr/Cb,信号,亮度,Y,、色差,Cr,、色差,Cb,独立处理和传输，彼此之间无串扰，彩色分辨率可以达到亮度的,1/2,模拟分量,R/G/B,信号,R,、,G,、,B,三基色信号独立处理和传输，彼此之间无串扰，而且都有最高的分辨率,数,字,数字复合,信号,由模拟复合信号直接,A/D,变换而来。早期在从模拟复合系统直接向数字系统过渡时使用。信号质量受模拟复合信号源质量的限制。,数字分量,信号,可由模拟分量,Y/Cr/Cb,信号经,A/D,变换得到。既适用于从模拟复合系统直接向数字系统过渡，也是全数字电视系统及全数字设备的标准信号源。,NTSC,和,PAL,两种制,式,式的参,数,数比较,三基色,原,原理自,然,然界中,的,的任何,颜,颜色有,R,、,G,、,B,三种颜,色,色按照,不,不同比,例,例组成,。,。,为了实,现,现黑白,电,电视和,彩,彩色电,视,视的兼,容,容，将,信,信号编,码,码为亮,度,度信号,Y,和两个,色,色差信,号,号,Cr,和,Cb,。,：,参数,PAL,NTSC,扫描,625,行,525,行,行帧,15625Hz,15734Hz,帧频,25Hz,29.97Hz,场频,50Hz,59.94Hz,彩色副载波,4.43MHz,3.58Hz,MPEG-2,的编码,流,流程,输入,一,一个,I,帧、,P,帧或,B,帧；,在,B,帧或,P,帧的情,况,况下进,行,行运动,预,预测补,偿,偿；,进行,8,8,像素的,DCT,变换；,变换,系,系数被,量,量化,(,量化级,安,安排依,赖,赖于可,用,用的比,特,特率,),；,完成,变,变字长,编,编码，,实,实现比,特,特率的,缩,缩减。,MPEG-2,的解码,流,流程是,MPEG-2,的编码,流,流程的,反,反过程,。,。,DCT,量化,游程编码,与,VLC,编码,反,DCT,，反量,化,与,帧贮存,反馈,I-,画面,输出,(,固定速率,),之字形扫描,参考画面信息,4:2:0,输入,缓存,+,_,P,或,B-,画面,MPEG-2,的编码器简化框图,视频基,本,本码流,(ES),层次结,构,构,分成,6,个层次,：,：视频序,列,列层,(Sequence),，图像,组,组层（,GOP,），图,像,像层，,像,像条层,，,，宏块,层,层，像,块,块层,视频序,列,列实际,上,上是节,目,目的随,机,机进入,点,点；而,GOP,则是视,频,频编辑,的,的随机,进,进入点,；,；图像,（,（或帧,）,）是编,码,码处理,的,的单位,；,；像条,是,是用于,同,同步的,单,单位；,宏,宏块是,运,运动补,偿,偿处理,的,的单位,；,；像块,则,则是,DCT,处理单,位,位。,图像组,8,8,图像组,宏块条,宏块 块,图像组,图像,视频序列,视频基,本,本码流,ES,层次结,构,构,宏块结,构,构,（,a,）,4,：,4,：,4,（,b,）,4,：,2,：,2,YC,B,C,R,YC,B,C,R,5,6,1 2,3,(c)4,：,2,：,0,YC,B,C,R,4,图像序,列,列层：,在起始,码,码后是,序,序列头,，,，包括,了,了图像,尺,尺寸，,宽,宽高比,，,，图像,速,速率等,信,信息。,在,在序列,头,头后面,总,总是跟,着,着包含,附,附加数,据,据的序,列,列扩展,数,数据。,为,为了确,保,保能在,不,不同的,时,时间随,时,时进入,视,视频序,列,列，,MPEG-2,允许重,复,复发送,序,序列头,。,。序列,层,层结束,在,在序列,结,结束码,(SEQ EC),。,图像组,层,层：图像组,是,是指相,互,互间有,预,预测和,生,生成关,系,系的一,组,组图像,。,。在起,始,始码后,面,面是可,选,选的,GOP,头，包,括,括了时,间,间信息,，,，但这,一,一信息,并,并不是,解,解码中,实,实际使,用,用的信,息,息，即,便,便丢失,，,，解码,也,也可以,继,继续进,行,行。分,成,成图像,组,组的一,个,个目的,是,是在同,一,一序列,内,内可随,时,时进入,不,不同的,图,图像。一般情,况,况下,0.5s,内必须,传,传一次,I,帧，因,此,此对于,PAL,制，一,个,个,GOP,通常包,含,含,12,帧，常,见,见的结,构,构为,IBBPBBPBBPBB.,由于,B,帧为未,来,来帧，,作,作为预,测,测参考,帧,帧，因,此,此视频,码,码流的,传,传输要,有,有利于,解,解码器,的,的解码,，,，在传,输,输,B,帧之前,，,，传,I,帧或,P,帧。,图像层,：,：它包括,了,了不同,种,种类编,码,码的图,像,像。在,MPEG2,中图像,分,分成三,种,种编码,类,类型：,帧,帧内编,码,码,I,帧；双,向,向预测,编,编码的,图,图像称,为,为,B,帧；前,向,向预测,编,编码的,图,图像称,为,为,P,帧。,I,帧只进,行,行帧内,压,压缩，,是,是作为,预,预测基,准,准的独,立,立帧，,具,具有较,小,小的压,缩,缩比。,由,由,I,帧前向,预,预测产,生,生的,P,帧具有,中,中等压,缩,缩比，,并,并与,I,帧一起,成,成为,B,帧的预,测,测基准,。,。由此,产,产生的,B,帧则具,有,有最高,的,的压缩,比,比。,逐行扫描的,图,图像只能是,帧,帧格式，隔,行,行扫描的图,像,像可以使帧,格,格式，也可,以,以使场格式,。,。,像条层：图像层下面,是,是像条层,(slice),。每一个像,条,条包括一定,数,数量的宏块,，,，其顺序和,行,行扫描顺序,一,一致。像条,可,可以从一个,宏,宏块行,(16,行宽,),的任何一个,宏,宏块开始。,在,在,MPEG-l,中，像条可,以,以包括多个,宏,宏块行，但,在,在,MPEG-2MP,ML,中一个像条,必,必须在同一,宏,宏块行中起,始,始和结束。,一,一个像条至,少,少应包括一,个,个宏块。像,条,条是最低的,比,比特流级别,，,，即一旦因,误,误码失步可,以,以根据起始,码,码重新同步,。,。起始码对,以,以上各层都,是,是相同的。宏块层 ：像条层下面,的,的是宏块层,(Macro block),，宏块层已,是,是整个结构,的,的最下层。,最,最前面是宏,块,块层说明，,表,表示用什么,编,编码模式，,后,后面是运动,矢,矢量以及,1616,位数据。像,条,条的第一个,宏,宏块中包含,了,了绝对运动,矢,矢量值，而,其,其他宏块包,含,含的是前面,宏,宏块运动矢,量,量的差值。,一,一个宏块包,括,括亮度分量,和,和空间位置,上,上相对应的,色,色度分量。,MPEG-2,定义了三种,宏,宏块结构。,这,这三种结构,为,为：,4:2:0,宏块；,4:2:2,宏块和,4:4:4,宏块，分别,包,包括,6,，,8,，,16,个像块，实,际,际上对应于,三,三种亮度和,色,色度的采样,格,格式。,4:2:2,中每隔一个,像,像素对色差,信,信号采一次,样,样。,4:2:0,每隔一行对,两,两个色差信,号,号采一次样,，,，每采样行,中,中，每隔一,个,个像素对两,个,个色差信号,采,采样一次。,尽,尽管像块是,最,最低一层，,但,但从数据结,构,构来说除了,有,有块结束码,外,外，已无结,构,构描述码，,因,因此把宏块,作,作为结构的,最,最下层。,像块层：,在,MPEG-2,中，块“,Block,”,”,可以是,88,样值，既可,称,称为像块，,也,也可以是,88 DCT,系数或重组,数,数据，这时,应,应称为系数,块,块或数据块,。,。它是亮度,信,信号、两个,色,色差信号之,一,一。,所有上述各,个,个层次都与,一,一定的信号,处,处理有关。,如,如视频序列,实,实际上是节,目,目的随机进,入,入点；而,GOP,则是视频编,辑,辑的随机进,入,入点；图像,（,（或帧）是,编,编码处理的,单,单位；像条,是,是用于同步,的,的单位；宏,块,块是运动补,偿,偿处理的单,位,位；像块则,是,是,DCT,处理单位。,抽样,把模拟信号,变,变成数字信,号,号时，先用,一,一个周期为,T,的窄脉冲流,对,对模拟信号,幅,幅度进行抽,取,取,把时间上连,续,续变化的模,拟,拟信号变成,时,时间上离散,的,的信号。,打个比方：,气,气温是逐渐,变,变化的，每,时,时每刻都在,变,变化，因而,它,它是随时间,连,连续变化的,模,模拟量。但,观,观测气温不,必,必每分每秒,都,都测量，隔,一,一定时间测,一,一点画在坐,标,标图上，连,一,一条线，就,表,表示了气温,的,的变化。如,果,果时间间隔,合,合适，这条,线,线的形状与,连,连续不间断,测,测量的曲线,形,形状会基本,吻,吻合，即，,用,用离散量可,以,以表示连续,的,的模拟量。,这,这种间隔测,量,量的方式，,叫,叫做在连续,变,变化的模拟,量,量上的取样,。,。这是把模,拟,拟信号数字,化,化的第一步,。,。,图（,a,）是时间上,连,连续变化的,模,模拟信号,f,（,t,）；,图（,b,）是抽样脉,冲,冲序列；,图（,c,）是抽样后,的,的信号,f,s,（,t,）,(d)(e)(f),相应的频谱,。,。,抽样频率的,选,选择原则,首先的原则,是,是能基本如,实,实的代表原,来,来的连续模,拟,拟量。间隔,太,太,远了要漏去,重,重要的信息,，,，比如测气,温,温，最高气,温,温出现在每,天,天的,14,：,00,，取样间隔,太,太大，偏偏,漏,漏掉了,14,：,00,，就会发生,大,大错。,因而，取样,间,间隔与信号,性,性质有关，,要,要符合奈奎,斯,斯特定理：,即,即取,样频率要大,于,于信号最高,频,频率的二倍,。,。这样抽取,的,的样值就包,含,含了,原来模拟信,号,号的全部信,息,息而不遗漏,。,。,取样的实现,也,也简单，让,信,信号经过一,个,个电子开关,，,，开关每,秒钟接通,13.5M,次（当然每,次,次接通时间,都,都很短），,就,就实现了在,模拟信号中,每,每秒取,13.5M,个离散了的,样,样值。这些,样,样值，不再,是,是,连续的了。,取,取样的结果,，,，仅是把模,拟,拟信号进行,时,时间上的离,散,散。,抽样频率,f,S,的选择要考,虑,虑以下,3,个条件：,（,1,）满足奈奎,斯,斯特准则：,f,S, 2f,m,，不产生混,失,失真 。,fs=,（,2.2,2.7,）,fm,；,fm =5.8-6MHz,；,fs12.76,13.2MHz,（,2,）,需要有正交,的,的样值结构,：,：,应取行频的,整,整数倍使抽,样,样样点,位置形成正,交,交结构使行,与,与行、帧与,帧,帧之间的样,点,点位置都能,对,对齐,，称为正交,结,结构。,fs=mfH, m,为整数。,（,3,）兼顾不同的,扫,扫描制式。,量化,量化：将抽,样,样的样值变,为,为幅度上离,散,散的有限个,二,二进制信号,。,。,抽样使时间,上,上连续的信,号,号变为离散,信,信号，量化,又,又使幅度上,的,的连续变为,离,离散。图中,Q,代表量化间,距,距；,n, n+1,，,代表量化电,平,平的级序。,例,例如，,n,指的位置表,示,示量化电平,为,为,nQ,。,量化间距都,相,相等，称为,均,均匀量化或,线,线性量化。,量,量化后的样,值,值电平与原,来,来的模拟信,号,号电平之间,有,有误差，称,为,为量化误差,。,。,量化过程是,一,一个有损处,理,理过程，会,引,引入量化失,真,真，在重构,图,图像上增加,块,块效应。,技术参数,标清电视,SDTV,高清电视,HDTV,分辨率,每帧,576,有效行,每行,720,有效像素,每帧,1080,有效行,每行,1920,有效像素,宽高比,4/3,16/9,扫描方式,50,场,/,秒隔行扫描,信号源标准：,50,场,/,秒隔行扫描,;,制作和交换：,24,帧,/,秒逐行扫描,图像码率,（不压缩）,270Mbps,取样频率,X,量化比特数,= 13.5MHz X 10bit = 135Mbps,2,个色差信号的码率为,2 X 6.75MHz X 10bit = 135Mbps,SDTV,的总码率为,亮度信号码率,+ 2,个色差信号码率,= 135Mbps + 135Mbps =,270Mbps,1.5Gbps,亮度信号的码率为,取样频率,X,量化比特数,= 74.25MHz X 10bit = 742.5Mbps,2,个色差信号的码率为,X 37.125MHz X 10bit = 742.5Mbps,HDTV,的总码率为,亮度信号码率,+ 2,个色差信号码率,= 742.5Mbps+742.5Mbps=,1485Mbps,标清电视和高清晰度电,视,视信号的比,较,较,串行数据接,口,口,SDI,串行数字复,合,合信号的图,像,像质量仍受,制,制于彩色电,视,视编码。,SDI,信号指符合,ITU-RBT601,建议的数字,视,视频信号。,我,我国已将该,建,建议等同为,国,国家标准,GB/T17953-2000,，其中规定,了,了比特并行,和,和比特串行,两,两种接口信,号,号格式。,并行数字分,量,量信号因传,输,输距离短及,采,采用,25,针“,D”,型接插件连,接,接，给系统,检,检修带来诸,多,多不便，实,用,用性不强。,因,因此串行数,字,字分量信号,已,已成为当前,数,数字演播室,普,普遍采用的,格,格式。,对,SDI,信号而言，,它,它是一种,10bits,字长的复用,数,数据流，以,27MS/s,的符号率传,送,送，即它的,传,传输速率为,270Mb/s,。,2.3,数字电视的,信,信源编码,1.,数字视频信,号,号压缩的必,要,要性,2.,常用的数字,视,视频编码方,式,式,3.MPEG2,标准,2.3,数字电视的,信,信源编码,数字视频信,号,号压缩的必,要,要性,电视信号数,字,字化后易与,计,计算机结合,因而有很多,优,优点，如方,便,便存储和复,制,制、信号处,理,理多样化、,提,提高信号质,量,量和抗干扰,能,能力强。,问题：数据,量,量大，要求,大,大容量存储,器,器，传输数,据,据率高（,270Mb/s,）。,4,：,2,：,2,采样，,10bit,量化的一帧,图,图象数据量,为,为：,（,13.510 +2 6.75 10,）,/25 =10 .8Mb=1.35MB,1GB,硬盘存：,1GB/,（,1.35MB*25,帧）,= 29.6s,的节目,结论：要使,数,数字电视信,号,号适合于实,际,际存储和传,输,输，必须压,缩,缩数据量，,降,降低传输数,据,据码率。,前提：压缩,后,后图象质量,保,保证满足要,求,求。,数字视频信,号,号压缩的可,行,行性,视频数据压,缩,缩的可行性,来,来自两个方,面,面：一是视,频,频信号中存,在,在大量冗余,度,度可供压缩,，,，并且这种,冗,冗余度在解,码,码后还可无,失,失真地恢复,；,；二是利用,人,人的视觉特,性,性，在不被,主,主观视觉察,觉,觉的容限内,，,，通过减少,表,表示信号的,精,精度，以一,定,定的客观失,真,真换取数据,压,压缩,。,视频信号的编码方式：,复合编码,（,compositevideo,）,：,将彩色全电,视,视信息直接,编,编成,PCM,码，变成一,个,个数字复合,电,电视信号,分量编码,（,componentvideo,）：,将亮度信号,Y,，色差信号,R-Y,和,B-Y,分别编码成,三,三个数字分,量,量电视信号,二者比较：,“复合编码,”,”与电视制,式,式有关,“分量编码,”,”与电视制,式,式无关,在节目后期,制,制作中：,“,“复合”需,解,解码,“分量”无,需,需解码,传输时：“,复,复合”由于,频,频分复用，,产,产生亮，色,串,串扰,“分量”采,用,用时分复用,，,，无亮，色,串,串扰,压缩编码方,法,法,1),利用图象时,间,间的相关性,与,与时间冗余,度,度的压缩,电视图象中,相,相继各帧对,应,应象素点的,值,值往往相近,或,或相同，具,有,有时间相关,性,性，找出这,些,些相关性就,可,可以减小信,息,息量，从而,实,实现与时间,有,有关的压缩,。,。,2),利用图象空,间,间的相关性,与,与空间冗余,度,度的压缩,一幅图象相,邻,邻各点的取,值,值往往相近,或,或相同，具,有,有空间相关,性,性，找出这,些,些相关性就,可,可以减少信,息,息量，从而,实,实现与空间,有,有关的压缩,。,。,3),利用,事,事件,的,的统,计,计特,性,性与,统,统计,冗,冗余,度,度的,压,压缩,对经,常,常出,现,现的,数,数据,用,用短,码,码组,表,表，,对,对不,经,经常,出,出,现,现的,数,数据,用,用长,码,码组,表,表示,，,，则,最,最终,用,用于,表,表示,这,这一,串,串数,据,据的,总,总码,位,位就,减,减少,了,了。,从,从而,实,实现,与,与统,计,计冗,余,余有,关,关的,压,压缩,。,。,4),利用,人,人眼,的,的视,觉,觉特,性,性与,视,视觉,冗,冗余,度,度的,压,压缩,人眼,的,的视,觉,觉特,性,性：,对,对亮,度,度信,号,号比,对,对色,度,度信,号,号敏,感,感,对低,频,频信,号,号比,对,对高,频,频信,号,号敏,感,感,对静,止,止图,象,象比,对,对运,动,动图,象,象敏,感,感,对图,象,象中,水,水平,和,和垂,直,直线,条,条比,对,对斜,线,线条,敏,敏感,包含,在,在色,度,度信,号,号、,图,图象,高,高频,信,信号,和,和运,动,动图,象,象中,的,的一,些,些数,据,据并,不,不能,对,对增,加,加图,象,象相,对,对于,人,人眼,清,清晰,度,度作,出,出贡,献,献，,而,而被,认,认为,是,是多,余,余的,数,数据,，,，这,就,就是,视,视觉,冗,冗余,度,度。,压缩,视,视觉,冗,冗余,度,度就,是,是去,掉,掉那,些,些相,对,对人,眼,眼而,言,言是,看,看不,到,到的,或,或可,有,有可,无,无的,图,图象,数,数据,。,。,基本,的,的图,象,象压,缩,缩编,码,码技,术,术,1),分类,冗余,度,度压,缩,缩技,术,术，,无,无损,伤,伤压,缩,缩技,术,术，,无,无失,真,真，,数,数学,上,上可,逆,逆。,即,即它,是,是可,还,还原,的,的。,信息,量,量压,缩,缩技,术,术，,有,有损,伤,伤压,缩,缩技,术,术，,有,有失,真,真，,数,数学,上,上不,可,可逆,。,。即,它,它是,不,不可,还,还原,的,的。,2),基本,压,压缩,编,编码,方,方法,预测,编,编码,（,（,DPCM,）,差分,脉,脉冲,编,编码,调,调制,DPCM,不直,接,接传,送,送图,象,象样,值,值本,身,身，,而,而是,对,对实,际,际样,值,值与,它,它的,一,一个,预,预测,值,值之,间,间的,差,差值,进,进行,再,再次,量,量化,、,、编,码,码。,这种,方,方法,可,可消,除,除图,象,象信,号,号的,空,空间,相,相关,冗,冗余,帧,帧内,预,预测,）,）和,时,时间,相,相关,冗,冗余,（,（帧,间,间预,测,测）,。,。利,用,用象,素,素的,相,相关,性,性还,可,可进,一,一步,减,减小,差,差值,。,。,运动,预,预测,I 帧,B 帧,P 帧,全帧编码,利用I帧的运动矢量对球编码,只有运动被编码,球取自I帧和P帧（双向）,膝取自P帧,运动,矢,矢量,运动,矢,矢量,加,加于,图,图像,上,上,离散,余,余弦,变,变换,（,（,DCT,）,变换,编,编码,的,的基,本,本思,想,想是,，,，把,空,空间,域,域描,写,写的,图,图象,变,变换,到,到一,个,个正,交,交的,变,变换,域,域简,单,单描,写,写。,空,空间,域,域的,一,一个,NN,个象,素,素的,像,像块,正,正交,变,变换,后,后，,在,在变,换,换域,变,变成,NN,变换,系,系数,块,块。,原,原象,素,素块,的,的象,素,素间,相,相关,性,性很,强,强,变换,系,系数,近,近似,统,统计,独,独立,，,，能,量,量集,中,中在,直,直流,和,和少,数,数低,频,频系,数,数上,，,，降,低,低相,关,关性,(,冗余,度,度,),。,DCT(DiscreteCosineTransform),是数,码,码率,压,压缩,的,的一,种,种常,用,用的,变,变换,编,编码,方,方法,。,。,DCT,是先,将,将整,体,体图,像,像分,成,成,N,N,像素,块,块，,然,然后,对,对,N,N,像素,块,块逐,一,一进,行,行,DCT,变换,（,（时,域,域到,频,频域,的,的变,换,换，,利,利用,频,频谱,的,的特,性,性传,输,输图,像,像信,息,息）,。,。由,于,于多,数,数图,像,像高,频,频分,量,量较,少,少，,相,相应,图,图像,高,高频,分,分量,的,的系,数,数经,常,常为,零,零，,加,加之,人,人眼,对,对高,频,频成,分,分的,失,失真,不,不太,敏,敏感,，,，所,以,以可,用,用更,粗,粗的,量,量化,。,。因,此,此传,送,送变,换,换,系,系,数,数的,数,数,码,码,率,率,，,，,要,要,大,大,大,大,小,小,于,于,传,传,送,送像,素,素所,用,用,的,的,数,数,码,码,率,率,。,。,到,到,达,达,接,接,收,收,端,端,后,后,通,通,过,过,反,反,离,离,散,散,余,余,弦,弦,变,变,换,换,回,回,到,到,样,样,值,值,。,。,虽,虽,有,有,失,失,真,真,，,，,但,但,人,人,眼,眼,是,是,可,可,以,以,接,接,受,受,的,的,。,。,去,空,空,间,间,相,相,关,关,性,性,变,换,换,编,编,码,码,系,系,统,统,框,框,图,图,分块,DCT,变换,量化,编码,解码,反量化,反,DCT,变换,消除,分块,输入数据,接收输出,信道,DCT,分,块,块,90,blocks ( 720 pixels ),72,blocks ( 576 pixels ),8,pixels,1,DCT block,Y signal in one frame,8,pixels,8,8,亮,度,度,块,块,的,的,DCT,变,换,换,、,、,量,量,化,化,例,例,0 i 7 0 u 7,j,7,a,v,7,量化,DCT,变换,0 u 7 0 u 7,v,7,98 92 95 80 75 82 68 50,97 91 94 79 74 81 67 49,95 89 92 77 72 79 65 47,93 87 90 75 70 77 63 45,91 85 88 73 68 75 61 43,89 83 86 71 66 73 59 41,87 81 84 69 64 71 57 39,85 79 82 67 62 69 55 37,591 106 -18 28 -34 14 18 3,35 0 0 0 0 0 0 0,-1 0 0 0 0 0 0 0,3 0 0 0 0 0 0 0,-1 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 0,-1 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 0,40 10 -2 2 1 0 0 0,3 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 0,b,c,8,8,亮,度,度,块,块,的,的,DCT,反,变,变,换,换,、,、,反,反,量,量,化,化,处,处,理,理,例,例,d,反量化后的,DCT,系数,e,重建的像素样值,f,重建样值与原始值之差,591 110 20 32 24 0 0 0,36 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 0,98 97 90 81 80 79 67 50,97 96 89 80 79 78 66 49,95 94 87 78 77 77 64 47,93 92 85 76 75 74 62 45,90 89 82 74 72 72 59 43,88 87 80 71 70 69 57 40,86 85 78 70 68 68 55 39,85 84 77 69 67 67 54 38,0 5 5 1 5 3 1 0,0 5 5 1 5 3 1 0,0 5 5 1 5 2 1 0,0 5 5 1 5 3 1 0,1 4 6 1 4 3 2 0,1 4 6 0 -4 4 2 1,1 4 6 1 4 3 2 0,0 5 5 2 5 2 1 -1,d,e,f,DCT,变换 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