《彩色电视机原理与维修 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 教学课件 ppt 作者 李怀甫第4章 第4.2讲 数字电视信号的信源压缩编码》由会员分享，可在线阅读，更多相关《彩色电视机原理与维修 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 教学课件 ppt 作者 李怀甫第4章 第4.2讲 数字电视信号的信源压缩编码（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、图像信号的压缩编码 音频信号的压缩编码 电视数字信号的纠错原理,本节内容简介：,教学重点： 1、图像信号的压缩编码原理； 2、音频信号的压缩编码原理。,教学难点： 1、运动补偿； 2、子带编码。,教学目的： 1、理解图像信号的压缩编码； 2、理解音频信号的压缩编码； 3、认识信道复用种类；,4.2.2 图像信号压缩编码简介,1、视频压缩编码必要性分析 （1）为将图像信号顺利传递，将画面帧结构作如下设计：,411采样格式,图中数据以LDTV为例：,（2）数字电视图像数传输率估算示例：,Y=（1822488）像素/帧=101376像素/帧 8bit/像素 R-Y=（182288）像素/帧=2534
2、4像素/帧 6bit/像素 B-Y=（182288）像素/帧=25344像素/帧 6bit/像素,Y=（1522488）像素/帧=84480像素/帧 8bit/像素 R-Y=（152288）像素/帧=21120像素/帧 6bit/像素 B-Y=（152288）像素/帧=21120像素/帧 6bit/像素,PLA(LDTV):,NTSC (LDTV):,25帧/秒, 30帧/秒,27.8784Mbt/s,用4:1:1采样格式时，传送原图像每像素点所需的bit率为： （27.878Mbit/s）/(352288) =275bit/s LDTV中（PLA与NTSC制）： 27.8784Mbt/s ；
3、 SDTV中（PLA与NTSC制）：275bt/s(704576) =111.5136Mbit/s； HDTV中： 275bt/s(19201080) =570.24Mbit/s 或 275bt/s(19201152) =608.256Mbit/s。,（3）不同清晰度下数字电视图像数传输率估算如下：,27.8784Mbt/s,（4）目前各种信息媒体的传输码率（见下表）：,（5）现有模拟电视传输信道带宽为8MHz，而经数字化后的数字电视信号带宽远大于8MHz。,2. 视频信号压缩编码可行性分析；,（1） 视频图象压缩编码机理通常利用两个基本原理： 利用图象信号的统计特性； 利用人眼视觉的视觉特性
4、。,结论： 数字视频信号必须经过压缩编码后才能送入现有信道传输。,3、图像信号的常用压缩编码方法或技术,（1）图象预测编码：, 绝大多数图象在局部空间和时间上具有连续变化性，即原始图象数据具有很强的相关性，因而可以通过对一个或多个像素的观测，预测出未来相邻像素的估计值，这就是预测编码的思想。,（2）变换编码 变换编码法是将常用的以时间为横轴的波形样值（时域波形），以某种数学方法变换到另外正交矢量空间（变换域）进行描述，从而使图像的描述十分简单，再对其进行编码的方法,（3）Huffman编码（可变字长编码VLC）： Huffman码编码原理：,霍夫曼（Huffman）编码属于可变字长编码（VLC
5、），由霍夫曼于1952年提出，它是最常见的一种熵编码方法。 这种编码方法的基本思想是，对出现概率较大的符号（电平）取较短的码，而对概率较小的符号则取较长的码，因此，它是一种变长码，下面用例子加以说明。,例：设经量化后的信源输出电平有4种，用Si（i=1，2，3，4）表示为：,假设信源输出的序列为（1）式，用等长编码和霍夫曼编码所得编码结果分别为（2）和（3）式。,原信源输出序列 S1 S2 S1 S3 S2 S1 S1 S4 （1） 等长编码序列 00 01 00 10 01 00 00 11 （2） 霍夫曼编码序列 0 10 0 110 10 0 0 111 （3）,可以看出，表示这一段符号
6、等长码需要16bit，而霍夫曼码只需要14bit。霍夫曼编码能够进行数据压缩的原因在于是将原信源符号转换成新的符号（0，1），而新符号出现的概率相等，不存在统计冗余，这可以从（3）式中0和1出现的频率相同得到验证。,霍夫曼编码方式不引起信息的损失，因而属于无损编码。,（4）帧内图像数据压缩技术：, DCT变换实质上是将一空间域函数（以时间为横轴的抽样序列）转换成频率域函数（以频率为横轴的抽样序列），相当于模拟信号中的傅里叶变换（FFT）。这一变换本身并不能降低数码率，但变换后矩阵中的频率系数按直流、低频、高频分区分布，即将空域复杂的图像信息变换成频域内简单的频率信息，再由预测编码法与变换编码法
7、分别去压缩编码。, 帧内图像数据的压缩使用预测编码与变换编码的混合编码，它们是以图像区块为基础的进行的，在相临区块间使用预测编码，在同一区块内使用变换编码。变换编码在MPEG中使用离散余弦变换（DCT），我国在AVS标准中使用整数余弦变换（ICT）。,DCT编解码系统（如下图示）,值得注意的是由这种压缩编码经过二次量化，其数据不能恢复图像原样，属于有损压缩编码。,（5）活动图像的帧间压缩技术：, I 帧是帧内编码帧，它是场景变化后的第一帧画面，也是一种独立的可作为参照的画面。这种画面的数据需全部记录、保存与传输，画面的数据代表了活动图像的主体内容和背景信息，它是产生P、B帧的基础。对I画面进行
8、压缩编码时，对DCT变换后的频率系数进行精量化，数据压缩量小，其典型的压缩比为每像素1Bit，通常每12帧或15帧图像需传送1帧I帧信息。,MPEG标准把构成活动图像的帧分为三种类型，即I、B、P三种 ：, B帧是双向预测帧，它传送了I、P画面间运动主体的变化情况，它的数据是参照前后相邻的P帧或I帧画面得来的，即双向预测。由于B帧不能作其他图像的基准，所以对B帧编码校粗，需要比特数比预测帧P少。,P帧是正向预测帧，可通过正向预测得到的图像。它是以前一I帧或P帧作参考帧，只传送此画面与参考帧在主体内容上的变化差值和相同图像部份（以宏块为单位比较）的移动失量，不传送背景等相同信息。重放时将该帧数据
9、与参考帧数据进行算术运算即可。,（6）运动补偿（移动矢量法）：,4.2.3 音频数据压缩编码,1、视频数据信号的压缩依据,人耳的最小可闻阈值以下的声音，人耳听不到，可以不传送,强音源将临近的高于最小可闻阈的声音掩蔽掉，人耳就听不到，可以不传送,2、子带压缩编码, MPEG1将20Hz20KHz的声音按频率划分成32个不同带宽的子带；,按心理听觉模型对各子带中的信号进行比特分配及量化编码；,MPEG-1的音频信号的压缩编码器框图,3、信道复用,为了提高信道利用率，使多个信号沿同一信道传输而互相不干扰，称多路复用。,信道复用,频分复用,时分复用,码分复用,多用于模拟通信，以频率的相对不同位置表示不
10、同的信号类型，例如模拟电视中的图像信号（6MHz以下）与伴音信号（6.5MHz）实质上就是一个频分复用 ；,多用于几个同类型信号复用同一数字通道，是各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信,常用于不同类形的信号复用同一数字信道，它是在不同信号的数据包前加一个代表性代码，此代码表征了该数据包的信号类型，它最能充分利用信道的频率资源，被目前大多数先进的数字通信系统使用，,数字电视系统要在一个信道上传送多路电视节目及控制信号和数字伴音等使用了码分复用,1、图像画面的帧结构； 2、图像信号压缩的可行性； 3、图像信号的常用压缩编码方法与技术； 4、音频信号的压缩依据； 5、子带压缩编码； 6、信道
11、复用。,本 节 小 结：,4-5、什么叫图像信号的压缩编码？为什么要对图像信号进行压缩编码？ 4-6、预测编码与变换编码是怎样对图像信号数据压缩的？ 4-7、请画图示意说明什么是4：1：1采样格式？每一个宏块内像块数目是多少？各像块所含像素量是否一样？色差块与亮度块在图像上所占面积是否一样？ 4-8、DCT变换本身能不能数据压缩，为什么？请说明DCT变换编码的原理。 4-9、活动图像帧间压缩在MPEG标准中是怎样进行处理的？ 4-10、运动补偿是怎样实现的？ 4-11、霍夫曼编码其本思路是怎样的？为什么说它是一样无损编码？ 4-12、MPEG-1的音频信号压缩编码是用什么编码？它是怎样实现数据压缩的？,本节作业：,
