数字电视技术第2章信源编码

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1、第2章信源编码2.1视频压缩技术2.2音频压缩技术2.3压缩技术的应用2.1视频压缩技术2.1.1视频信号压缩的可能性视频数据主要存在以下形式的冗余。1.空间冗余2.时间冗余3.结构冗余4.知识冗余5.视觉冗余2.1.2视频信号的数字化模拟视频信号通过取样、量化后编码为二进制数字信号的过程称为模/数变换(A／D变换)或PCM(PulseCodingModulation，脉冲编码调制)，所得到的信号也称为PCM信号，其过程可用图2-1(a)表示。若取样频率等于fs,用n比特量化，则PCM信号的数码率为nf

2、s(b／s)。PCM编码既可以对彩色全电视信号直接进行，也可以对亮度信号和两个色差信号分别进行。前者称为全信号编码，后者称为分量编码。PCM信号经解码和插入滤波后恢复为模拟信号，如图2-1(b)所示。解码是编码的逆过程，插入滤波是把解码后的信号用理想低通滤波恢复为平滑、连续的模拟信号。这两个步骤合称为数/模变换（D／A变换）或PCM解码。图2-1电视信号的数字化和复原(a)A/D变换；(b)D/A变换1.奈奎斯特取样定理理想取样时，只要取样频率大于或等于模拟信号中最高频率的两倍，就可以不失真地恢复模拟信

3、号，这称为奈奎斯特取样定理。模拟信号中最高频率的两倍称为折叠频率。一般取样频率应为最高频率的3～5倍。2.亚奈奎斯特取样按取样定理，若取样频率fs小于模拟信号最高频率fmax的两倍，就会产生混叠失真，但若巧妙地选择取样频率，令取样后频谱中的混叠分量落在色度分量和亮度分量之间，就可用梳状滤波器去除混叠成分。3.均匀量化和非均匀量化在输入信号的动态范围内，量化间距处处相等的量化称为均匀量化或线性量化。均匀量化时信噪比随输入信号动态幅度的增加而增加。采用均匀量化，在强信号时固然可把噪波淹没掉，但在弱信号时，噪波的

4、干扰就十分显著。为改善弱信号时的信噪比，量化间距应随输入信号幅度而变化，大信号时进行粗量化，小信号时进行细量化，也就是采用非均匀量化，或称非线性量化。非均匀量化有两种方法。一是把非线性处理放在编码器前和解码器后的模拟部分，编、解码仍采用均匀量化，在均匀量化编码器之前，对输入信号进行压缩，这样等效于对大信号进行粗量化，对小信号进行细量化；在均匀量化解码器之后，再进行扩张，以恢复原信号。另一种方法是直接采用非均匀量化器，输入信号大时进行粗量化(量化间距大)，输入信号小时进行细量化(量化间距小)。也有采用若干个量

5、化间距不等的均匀量化器，当输入信号超过某一电平时进入粗间距均匀量化器，低于某一电平时进入细间距量化器，这称为准瞬时压扩方式。通常用Q表示量化，用IQ或Q-1表示反量化。量化过程相当于由输入值找到它所在的区间号，反量化过程相当于由量化区间号得到对应的量化电平值。量化区间总数远远小于输入值的总数，所以量化能实现数据压缩。很明显，反量化后并不能保证得到原来的值，因此量化过程是一个不可逆过程，用量化的方法来进行压缩编码是一种非信息保持型编码。通常这两个过程均可用查表法实现，量化过程在编码端完成，而反量化过程则在解码

6、端完成。对量化区间标号(量化值)的编码可以采用等长编码方法，当量化分层总数为K时，经过量化压缩后的二进制数码率为lbKb／量化值。也可以采用可变字长编码如哈夫曼编码或算术编码来进一步提高编码效率。4.ITU-RBT.601分量数字系统数字视频信号是将模拟视频信号经过取样、量化和编码而形成的。模拟电视有PAL、NTSC等制式，必然会形成不同制式的数字视频信号，不便于国际数字视频信号的互通。1982年10月，CCIR(ConsultativeCommitteeforInternationalRadio，国际无

7、线电咨询委员会)通过了第一个关于演播室彩色电视信号数字编码的建议，1993年变更为ITU-R(InternationalTelecommunicationsUnion-RadiocommunicationsSector，国际电联无线电通信部门)BT.601分量数字系统建议。我国对应的国家标准为GB/T14857-93《演播室数字电视编码参数规范》。BT.601建议采用对亮度信号和两个色差信号分别编码的分量编码方式，对不同制式的信号均采用相同的取样频率，对亮度信号Y采用的取样频率为13.5MHz。由于色度信号

8、的带宽远比亮度信号的带宽窄，因此对色度信号U和V的取样频率为6.75MHz。每个数字有效行分别有720个亮度取样点和360×2个色差信号取样点。对每个分量的取样点都是均匀量化的，即对每个取样进行8b精度的PCM编码。Y信号的黑、白电平分别对应16级和235级；U和V信号的最大正电平对应240级，零电平对应128级，最小负电平对应16级。这几个参数对525行、60场／秒和625行50场／秒的制式都是相同的。有效取样