第4章 运动图像压缩技术

第4章 MPEG压缩编码技术 (一)视频信号的取样结构
无论何种制式，电视屏幕上的一幅完整图像都是以 隔行扫描的形式进行的，既有水平扫描又有垂直扫 描。这样在取样时就产生了取样点的分布问题，因 取样而构成图像上的样点排列方式称为取样结构。 视频取样结构：移动型、固定型
第7页
2020年7月28日星期二
第13页
2020年7月28日星期二
第4章 MPEG压缩编码技术
二、视频信号数字标准
视频信号数字标准有两个：主要标准和普通标推。
第8页
2020年7月28日星期二
第4章 MPEG压缩编码技术
2.色度信号的取样频率
为了获得满意的彩色图像，两个色差信号应有2MHz 带宽，另外，考虑到混叠噪声、取样频率应为行频 的整数倍、制式的兼容性等要求，色差信号的取样 频率取6.75MHz。 图4-4为亮度信号和色差信号的取样点，其中圆圈为 亮度信号的取样点，三角为色差信号的取样点。
视频信号与音频信号的区别：
一：由于亮度信号被同步信号和消隐信号分成一段一 段的，在时间上成为不连续；
二：音频信号的频率范围只有0~20kHz，而视频信号 的频率范围则达0~6MHz，两者之间相差很大。
第5页
2020年7月28日星期二
第4章 MPEG压缩编码技术
对视频信号数字化的方式：全信 号数字化和分量数字化
第4章 MPEG压缩编码技术
(二)取样频率
在电视信号中，取样频率考虑因素：亮度、色差、其他因素。
1、亮度信号的取样频率
1)与被取样信号的带宽有关 根据奈奎斯特取样定理，取样频率 至少是信号上限频率的2倍。对PAL制要求5.8－6MHz带宽， NTSC为5.6 MHz带宽。
2)混叠要求 为了保证取样后的混叠噪声足够小，要求取样频率 是信号带宽的2.2－2.7倍，对PAL制信号，取样频率至少应为 12.72～13.2MHz，为留有余量，应大于13.2MHZ。
(VCD、DVD)的核心
第2页
2020年7月28日星期二
第4章 MPEG压缩编码技术 第一节 视频信号数字化
视频信号数字化处理的一些基本方式，如取样、量 化、编码和D/A转换等，与音频信号基本相同。 但由于视频信号自身的特点，其数字化处理也有其 特殊性，主要表现在取样结构和取样频率上。
第3页
2020年7月28日星期二
全信号数字化：对图C信号直接进 行数字化
分量数字化：对图a、d和e信号分 别进行数字化，然后利用时分 复合方法进行处理。
分量数字化由于省去了电视信号 的反复解码和编码，亮度信号 和色差信号被分开处理，相互 间不存在干扰，同时对制式的 兼容性也好，所以目前普遍采 用分量数字化。
第6页
2020年7月28日星期二
第4章 MPEG压缩编码技术 一、视频信号数字化的特点
视频信号指的是彩色全电视信号(FBAS)：亮度信号、 色度信号、行场同步信号、行场消隐信号及其他辅 助信号组成。
第4页
2020年7月28日星期二
第4章 MPEG压缩编码技术
常用的电视制式：NTSC制和PAL制。
PAL制即625/50制，场频为50HZ，两场为1帧，帧频 为25Hz，每帧有625行。根据隔行扫描原理，每一场 由312.5行组成，每一帧为625行，由此构成一幅完整 的电视图像。同步信号和消隐信号是始终不变的， 变化的是亮度信号，它随图像的明暗程度而变化。
第10页
2020年7月28日星期二
第4章 MPEG压缩编码技术
码电平是指对模拟信号的量化级电平。
若对亮度信号采用8位均匀量化，可获得256个量化级， 即码电平从0－255，对应二进制的00000000— 11111111。
由于电路工作的不稳定性、陡峭的前置滤波器和孔阑 校正电路造成的过冲及钳位过程中的过渡过程等， 亮度信号可能超过这一动态范围而产生过载性限幅。 为了避免这一现象，256个量化级要进行分配，把亮 度 信 号 的 峰 峰 值 定 为 1 V， 便 其 电 平 变 化 范 围 为 0.063V一0.922V，对应的量化级数便从16—235，共 220级，在256个量化级中上端保留20级，下端保留 16级作为保护带；
第12页
2020年7月28日星期二
第4章 MPEG压缩编码技术
(四)传输速率
在分量数字化中，亮度信号的取样频率为13.5MHz， 两个色差信号为6.75MHz，量化数为8，于是视频数 字信号的码率为： R＝ (13.5×8十 (6.75×8) × 2)Mbit/s＝216Mbit/s 可见它比数字音频的码率1.41Mbit/s要高得多，这就 对数字视频电路提出了更高的要求，这也是要采取 数据压缩的原因。
第4章 MPEG压缩编码技术
4.1 视频信号数字化 4.2 静画数字压缩编码 4.3 活动图像压缩编码 4.4 音频信号压缩编码
第1页
2020年7月28日星期二
第4章 MPEG压缩编码技术
重点:活动图像MPEG压缩编码技术。 MPEG:MPEG-l、MPEG-2、MPEG-3、
MPEG-4等。(传输码率) MPEG压缩编码技术，是数字光盘设备
3)正交取样结构的要求 取样频率必须是行频的整数倍。
4)制式兼容要求 为了使NTSC和PAL两种制式兼容、必须采用同
一 种 取 样 频 率 ， 而 PAL 制 行 频 为 l5625Hz，NTSC 制 行 频 为
15734Hz。二者的最小公倍数为2.25MHz。 综合以上因素，
将亮度信号的取样频率定为13.5MHz。
第11页
2020年7月28日星期二
第4章 MPEG压缩编码技术
两个色差信号与亮度信号不一样，它们以零 电平为中心上下分布。中心零电平对应的量 化级数为128，二进制表示为l0000000。另外 上下保护带各留16个量化级，即两个色差信 号共占用224级，从16—240，对应的二进制 为00010000一11110000。
第9页
2020年7月28日星期二
第4章 MPEG压缩编码技术 (三)量化位数和码电平的分配
Hale Waihona Puke Baidu信号的信噪比与量化位数有关。
单极性信号，其信噪比与量化位数的关系：
S／Ng＝6n十10.8
n为量化位数
量化位数越大，信噪比越高。
综合考虑图像质量和设备技术要求等因素，采用8位量 化数比较合理，此时信噪比可达到59dB。