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數字電視信號的壓縮

★★★★★【文章導讀】:數字電視信號的壓縮具體內容是:電視圖像、音頻信號數字化后,其信息的數據是非常大的。傳送一路未壓縮的數字電視數碼率達200mb/s以上,占用的頻率帶寬達100mhz以上。實時地處理這樣大的數據量,傳輸速率和存儲容量都是難以達到的。因此必須對數字…

來源: 日期:2013-10-30 21:38:20 人氣:標簽:

數字電視信號的壓縮

  電視圖像、音頻信號數字化后,其信息的數據是非常大的。傳送一路未壓縮的數字電視數碼率達200mb/s以上,占用的頻率帶寬達100mhz以上。實時地處理這樣大的數據量,傳輸速率和存儲容量都是難以達到的。因此必須對數字信號的數據實行壓縮。
  
  (1)數字視頻壓縮編碼原理
  
  數字視頻壓縮編碼就是根據一幅畫面內的圖像內容特點和相鄰幀之間的圖像內容特點對數據進行壓縮,盡量減少信息中的冗余度,少傳或不傳已經傳輸過的信息,除去那些與信息無關(如18%的行逆程和8%的場逆程)或對圖像影響不大的多余部分等,以提高傳輸效率。
  
  在電視圖像中,每幅圖像的各像素之間、相鄰的行之間、相鄰的幀之間都相關聯,存在很大的相似地方。如一幅圖像中,具有相同亮度和顏色,相鄰幀之間的像素差別不大。又如我們在觀察電影膠片可知,每幅電影畫面由數十張內容變化不大的靜止圖像組成。這些說明信息中存在一定的空間相關冗余度和時間冗余度,沒有必要把這些重復的像素等一一傳送。去除或減少冗余度便可壓縮傳輸碼率,也壓縮了頻帶。
  
  空間冗余是指電視圖像的某幀畫面的取樣點亮度和色度的信息,與其在一幀畫面相鄰取樣點之間存在很強的相關性,可進行幀內壓縮,對沒有相關性的部分進行變換編碼。
  
  時間冗余是指某幀畫面的取樣點的亮度和色度信息,與其在時間軸上相鄰的相應位置上的取樣點之間存在很強的相關性,可利用畫面前后幀之間的時域相關性進行幀間壓縮,把過去幾幀圖像和內容預測下一幀圖像,與前幾幀不相同的數據進行預測編碼。
  
  通過一定的編碼方法來減少某一圖像序列的數據量的方法稱為圖像壓縮編碼。壓縮編碼就是去掉信息中的冗余,保留不確定的信息,去除確定的可推知的信息,用一種接近信息的信息量的描述來代替原有冗余的傳輸密切關系。常用的碼率壓縮方式有很多種,有預測編碼、變換編碼、統計編碼等。為了使數字電視技術得到更廣泛的應用,使各生產廠家的產品具有通用性。國際相關組織通過了幾種通用圖像壓縮編碼標準。即jpeg(聯合圖片專家組)標準,mpeg(活動圖像專家組)標準,h.261標準(稱為p×64標準)。其中mpeg標準為 常用標準。
  
  (2)mpeg圖像壓縮編碼標準簡介
  
  ①mpeg是活動圖像專家組的英文縮寫,它是mpeg提出對高質量彩色活動圖像和伴音信號進行壓縮的標準。它采用了離散余弦變換、預測編碼和霍夫曼編碼等技術。離散余弦變換減少了空間冗余度,預測編碼減小了時間冗余度,霍夫曼編碼則進一步減少了所要傳輸的數據量。mpeg壓縮標準有mpeg-1、mpeg-2、mpeg-4、mpeg-7標準。
  
  ②mpeg-1于1993年通過,是關于1.5mbit/s數據傳輸率的數字存儲媒體活動圖像及音頻編碼的國際標準。它用于計算機網絡、數字存儲媒體和電子圖像出版物等領域。
  
  ③mpeg-2于1996年通過,是專門為數字廣播電視方面制定的標準。目前mpeg-2的壓縮方法標準分為六類四級,對音頻、視頻數字壓縮編碼提出了幾種方法和步驟。不同的輸入格式稱為級,不同的處理方法稱為類。類越高級,處理的方法就越復雜,但圖像質量越好。
  
  mpeg-2系統編碼結構方框圖如下圖所示。

mpeg-2系統編碼結構方框圖


  
  前面是視頻編碼和音頻編碼部分,視頻與音頻編碼器輸出的基本碼流(es)經過打包器打包,輸出打了包的視頻、音頻基本碼流(pes),打包的基本碼流再經過兩種不同的復用器,將視頻pes和音頻pes復合在一起,形成兩種不同的碼流,節目流ps和傳送流ts。
  
  節目流可以是固定碼率也可以是可變的碼率,傳送流碼率也可以是固定的或不固定的。在多載波(mcpc)傳輸,傳送流中可以包括多套節目。

  ④視頻基本碼流的層次結構如下圖所示。
  
  mpeg-4為1998年制定的標準,用于表述、集成和變換音/視頻信息的壓縮編碼標準。
  
  mpeg-7為2000年制定的國際標準,為應用于音/視頻信息檢索的壓縮編碼標準。

頻基本碼流的層次結構


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