第三章数字电视视音频信号压缩编码技术
视频编码技术-PPT
1.视频信号的数字化 2.视频文件格式 3.视频压缩编码原理 4.视频压缩标准
学习目标
掌握视频数字化方法 了解视频文件格式 掌握视频压缩编码原理（预测编码、变换编
码、统计编码原理）
理解视频压缩标准（ MPEG标准 ）
3.1 视频信号的数字化
1.视频相关的基本概念
所谓视频（video frequency ），连续的图像变化每秒 超过24帧（frame）画面以上时，根据视觉暂留原理，人 眼无法辨别单幅的静态画面，看上去是平滑连续的视觉效 果，这样连续的画面叫做视频。即视频是由一系列单独的 静止图像组成，其单位用帧或格来表示；
（1）本地影像视频格式
－MOV格式，美国Apple公司开发的一种视频格式，默认 的播放器是苹果的QuickTime Player。具有较高的压缩比率 和较完美的视频清晰度等特点，但其最大的特点还是跨平 台性，即不仅能支持Mac OS，同样也能支持Windows系列。
Avid Media composer非线性编辑软件支持该格式。
同步信号
)
地(色度)
S-Video四芯插头（座）
地(亮度)
2.视频的采集及数字化
视频采集卡的接口
莲花接头
2.视频的采集及数字化
视频采集卡的接口 IEEE1394接口
IEEE1394是一种外部串行总线标准，800Mbps的 高速。1394接口具有把一个输入信息源传来的数据向 多个输出机器广播的功能，特别适用于家庭视听的连接。 由于该接口具有等时间的传送功能，确保视听AV设备 重播声音和图像数据质量，具有好的重播效果。
人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂 的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，而能继续保 留其影像0.1-0.4秒左右，这种现象被称为视觉暂留现象。
第3章《多媒体数据压缩技术》练习思考题答案
第1章《多媒体技术概论》思考练习题答案填空题：1、国际电讯联盟（ITU）将媒体分为五大类，分别为感觉媒体、表示媒体、表现媒体、存储媒体、传输媒体。
2、多媒体技术中所说的媒体一般指感觉媒体，图像编码应属表示媒体。
3、多媒体信息的主要特点包括信息媒体的多样性、集成性、交互性、实时性，还有数据的海量性、媒体信息表示的空间性和方向性等。
4、多媒体技术的发展历程大致可分为三个阶段，即启蒙发展阶段、标准化阶段、普及应用阶段。
5、ISO和ITU联合制定的数字化图像压缩标准主要有JPEG标准、MPEG系列标准、H.26X 标准。
简答题：1、什么是多媒体？答：从多媒体技术专业角度讲，可理解为：多媒体的“多”是其多种媒体的表现，多种感官的作用，多种设备的使用，多学科的交汇，多领域的应用；“媒“是指人与客观世界的中介；“体”是言其综合、集成一体化。
2、什么是多媒体技术？答：是指多媒体信息的数字化、设计与制作技术、及各种媒体集成一体化，经数据压缩处理和存储，并由新传播媒介发布的具有交互性的多媒体信息技术。
3、JPEG标准（ISO/IEC 10918标准）？答：适用彩色和单色、多灰度连续色调、静态图像压缩国际标准。
4、MPEG-1（ISO/IEC 11172标准）？答：用于数字运动图像，其伴音速率为1.5Mbps的压缩编码。
5、我国国家信息产业部批准成立的数字音频视频的编码技术标准工作组（A VS）的主要工作是什么？答：开展具有自主产权的数字音视频产业的共性基础标准的研究。
并面向我国的信息产业需求，制定数字音视频的压缩、解压缩、处理和表示等共性技术标准A VS，服务于数字音视频产业应用。
第二章多媒体数据压缩技术复习思考题答案填空题：1、多媒体数据能不能被压缩，关键是多媒体数据中是否存在“＿＿＿＿＿”,即“多媒体数据压缩的可能性”。
答：数据冗余2、“信息量”与“数据量”之间的关系是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
答：信息量＝数据量－冗余量3、多媒体数据冗余信息包括＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、图像区域的相同性冗余、其它冗余。
数字音频技术的应用
数字音频技术的应用声音是人类接受信息的重要媒体，也是人类互相传递信息的一种方式，声音广播占有重要位置。
目前的声音广播有两种方式：调幅广播和调频广播。
从听众对广播的期望来看，这两种广播方式有以下的不足：1.声音质量不满足要求。
随着生活质量的不断提升，人们希望广播的声音质量能达到CD的水平，目前的声音广播质量在频带宽度、动态范围和干扰电平等方面都达不到这样的要求。
2.接收质量不能保证，特别是在移动接收的情况。
为了克服这些缺点，大幅度地提高声音广播的声音质量、接收质量和增加数据业务，只能是广播系统的数字化，即需要大力发展数字音频技术在广播中的应用。
3.广播业务单一。
随着对各种信息的需要，人们希望通过广播接受数据业务，尽管目前调频广播中可以传送数据(无线数据广播RDS)，但它传送数据的容量和质量不能满足人们的需求。
系统的基本组成和关键技术它与数字通信系统的组成非常相似，也就是说数字音频广播是一点对多点的数字通信系统。
数字音频广播的关键技术主要有三个方面，数字音频信号的压缩编码，高速数据信号的无线传输和组网技术。
1.数字音频信号的压缩编码将音频信号用线性PCM进行数字化后，其码率约为700kbit/S。
例如CD的抽样率为44.1kHz，每抽样用16bit字长表示，其码率为705.6kbit/S，一路立体声信号的码率达到1411.2 kbit/S。
这样高的码率在传输时需要很宽的频带，在存储时需要很大的存储容量，这将大大限制数字化音频的应用，也很难实现数字音频广播。
为了解决这个问题，需要采用压缩编码技术，在基本保证接近CD音质的情况下，有效地降低码率。
应用在数字广播(包括数字电视和数字音频广播)中的音频压缩编码技术有多种，它们都是基于人耳感觉特性来实现降低码率的目的。
在这些编码方案中，利用了人耳的频率、时间遮蔽效应和对声音的定位特性。
频率遮蔽效应是当频率接近、强度有明显区别的两个信号同时出现时，人耳只能感觉强度高的信号，而强度低的信号将被遮蔽；时间遮蔽效应是当一个强度比较弱的信号出现在强度比它强的信号之前或之后的一个时间区间内时，比较弱的信号将被遮蔽，显然被遮敝的信号不需要传送，从而降低了码率；人耳对声源定位时，对低频信号方向性不敏感，对高频信号的方向主要是从对包络的感觉判断，这些特性被用于降低立体声编码的码率。
数字视音频
视频压缩编码的必要性←数字化后的视频数据量十分巨大，不便于传输和存储。
单纯用扩大存储容量、增加通信信道带宽的办法是不现实的。
而数据压缩是个行之有效的方法，通过数据压缩手段把信息的数据量压下来，以压缩编码的形式存储和传输，即紧缩节约了存储空间，又提高了通信信道的传输效率。
←PAL 制式25帧/秒←NTSC制式30帧/秒←以PAL制25帧/秒为例，视频每秒钟的数据量←720 ⨯576 ⨯24 ⨯25/（1024 ⨯ 1024 ⨯ 8）=29.66MB视频压缩编码的可能性因为在视频数据中存在着极强的相关性，也就是说存在着很大的冗余度。
冗余数据造成比特浪费，消除这些冗余可以节约码字，也就是达到了数据压缩的目的。
←空间冗余这是静态图像存在的最主要的一种数据冗余。
一幅图像记录了画面上可见景物的颜色。
同一景物表面上各采样点的颜色之间往往存在着空间连贯性，但是基于离散像素采样来表示物体颜色的方式通常没有利用景物表面颜色的这种空间连贯性，从而产生了空间冗余←时间冗余这是序列图像表示中经常包含的冗余。
序列图像（如电视图像和运动图像）一般为位于时间轴区间内的一组连续画面，其中的相邻帧往往包含相同的背景和运动物体，只不过运动物体所在的空间位置略有不同，所以后一帧的数据与前一帧的数据有许多共同的地方。
变化的只是其中某些地方，这就形成了时间冗余。
←符号冗余符号冗余也称编码表示冗余，又称信息熵冗余。
信息熵指一组数据携带的平均信息量。
这里的信息量是指从N个不相等可能事件中选出一个事件所需要的信息度量，即在N个事件中辨识一个特定事件的过程中需要提问的最少次数（=log2N比特）。
将信息源所有可能事件的信息量进行平均，得到的信息平均量称为信息熵。
符号冗余、空间冗余和时间冗余统称为统计冗余，因为它们都取决于图像数据的统计特性。
←结构冗余数字化图像中的物体表面纹理等结构往往存在着冗余←知识冗余由图像的记录方式与人对图像的知识差异所产生的冗余←视觉冗余人类的视觉系统对于图像的敏感性是非均匀和非线性的，它并不能感知图像的所有变化。
电视数字制作技术串讲重点
前期拍摄后期制作单机拍摄多机拍摄视音频资料绝技拍摄外景地演播室编辑绝技字幕图表绘图动画配音配乐音效混音包装合成电视制作技术串讲重点第一章电视制作概述第一节电视系统构成一个电视系统包括节目制作系统、传播系统和承受系统。
节目制作过程分为两个阶段：前期制作阶段和后期制作阶段。
其次节电视制作手段电视节目制作有以下手段：实况直播、电视影片制作、录像制作、电子制作。
录像制作手段又可分为ENG〔电子闻采集〕、EFP〔电子现场制作〕、ESP〔电子演播室制作〕3 种方式。
ENG，即“电子闻采集”〔Electronic News Gatherin g〕。
这种方式，是使用便携式的摄像、录像设备，来采集电视闻。
EFP，即电子现场制作〔Electronic Field Productio n〕。
它应当是对一整套使用于“野外”〔电视台外〕作业的电视设备的统称。
这套系统包括3 台以上摄像机，一台视频信号〔图像〕切换台，一个音响操作台及其他关心设备〔灯光、话筒、录像机运载工具等〕。
ESP，亦即“电子演播室制作”〔Electronic Studio Productio n〕。
电子演播室制作主要是指演播室录像制作。
第四节电视节目制作流程前期制作流程：第一阶段：构思创作；其次阶段：现场录制后期制作流程：第三阶段：编辑第四阶段：合成〔课后重点总结：通常的节目制作过程分为两个阶段：前期制作阶段和后期制作阶段。
前期工作包括构思创作、拍摄录制；后期工作包括编辑、合成。
〕其次章电视技术根本原理不再引起闪耀感觉的光源最低重复频率称为临界闪耀频率〔选择题〕其次节电视扫描原理进展扫描的时候，必需做到发送、接收两端的扫描规律严格全都，这称为同步。
所谓同步，包含两个方面，一是两端的扫描频率一样，这叫作同频；二是两端画面的每一行、每一幅的起始时刻一样这叫做同相。
既同频又同相，才能实现同步扫描。
实现了同步扫描，收端才可以重现发端图像。
当收端、发端的频率与相位不同时，图像将无法正确重现。
2023年省广电有线电视高级工题库
省广播电视有线电视高级工题库（400题）（题目分布：判断140题、单选130题、多选100题、问答30题）一、判断题（140题）第一篇：相关的基础理论知识第一章：电磁波1.电磁波在绝缘介质中（如空气）可以传播很远，所以电磁波的能量不会随传播距离而变化。
（ B ）P12.电场强度矢量E、磁场强度矢量H和波的传播方向三者之间，两两互相垂直。
（ A ）P13.长波、中波等频率较低的电磁波可以绕过山坡、建筑物沿地表面继续向前传播。
（ A ）P34.长波、中波、短波都能借助于天空中电离层的折射和反射作用传播电磁波。
（ B ）P35.电磁波在自由空间的传输损耗与波长的平方成反比。
（ A ）P56.电磁波在自由空间的传输损耗与传播距离成正比。
（ B ）P57.传输线上来回两线间各点的电压是相同的。
（ B ）P68.同一条传输线上各点的电流是相同的。
（ B ）P69.绝对功率电平可以换算成绝对电压电平，换算关系为0 dBW= 78.75dBmV。
（ A ）P9第二章：电视广播基本原理10.根据频率从底到高排列为红外线、可见光、紫外线、无线电波。
（ B ）P1211.饱和度为0表达光谱中没有白光，只有一种色调。
（ B ）P1312.饱和度为100%表达光谱中没有白光成分，因此所有谱色光的饱和度都是100%。
（ A ）P1313.三基色必须是互相独立的，即其中任何一种基色都不能由其它两种基色混合得到。
（ A ）P1514.彩色电视选取的三基色是黄、蓝、青。
（ B ）P1515.电视扫描时收、发两端的扫描规律应严格一致，两端画面之每行、每幅的扫描起始时刻相同，这叫做同频。
（ B ）P1716.电视广播系统采用隔行扫描方式可以减少图像信号的频带宽度。
（ A ）P1717.电视亮度信号的频谱是以行频为间距的梳齿状结构，且亮度信号的重要能量集中在频率低端。
（ A ）P1918.PAL制采用了频谱间置技术来实现亮、色信号频分复用。
数字视频编码技术苏凯雄2011年03月29日
15Mb
60Mb
MP@HL 1920/1152/60 62668800
SNR@LL
352/288/30
2534400
80Mb
4Mb
SNR@ML Spt@H-14 HP@ML
720/576/30 1440/1152/60
720/576/30
2534400 47001600 14745600
1、几个基本概念：
（2）图像分辨率：
水平分辨率×垂直分辨率 水平分辨率：指每水平线的像素数目，如模拟电视
为704，数字标清为720，数字高清为1920等。 垂直分辨率：指一幅图像的水平线数，如模拟电视
为576，数字标清为570，数字高清为1080等。
1、几个基本概念：
（3）帧速率：
指图像的刷新率，用每秒钟通过的帧数来表示 （frames per second, fps）
4、常见信源编码标准:
（3）MPEG-4：基于内容的编码标准（1993-1999）
特点：基于内容的编码方法 灵活的组合结构 采用工具箱的方法 提供更高的压缩比 广泛应用于各种网络和多媒体通信领域 ★传输码率：几十~几百Kb/s
4、常见信源编码标准:
（4）H.264 /AVC /MPEG-4 Part10:（2003） 特点：采用差分编码和分块编码混合结构 吸收最新的视频编码与图像处理成果 采用视频编码层和网络传输层分层结构
输
输
入
“Z”
熵
出
码 流
DCT 量化 字形
编
码
扫描
码
流
8×8 Block
查量化 系数表
游程长度编码 可变长度编码
3、MPEG-2视频编码过程：
第三章 数字电视视音频信号压缩编码技术
为帧内预测编码；三维预测与前面的帧有关，所以也称为帧 间预测编码。
二、 变换编码
变换编码也有变换、量化、编码三大过程：
1、离散余弦变换——DCT的基本思想
DCT变换是把空间域上的信号变换到 频率域上，使能量在空间域上分散分布的 原信号变换后能量在频率域上相对集中到 某些少数区域内，即将空间域上的信号样 值变换成频率域上的系数，经变换后的系 数按频率由低到高分布。
率为 p(xi )，且有 p(xi ) 1，则x1,x2,x3…xn所包含的 i 1
信息量分别为 log2 p(x1), log2 p(x2 ) log2 p(xn ) 。 于是，每个符号所含信息量的统计平均值，即平均
信息量为：
H(x) p(x1)log2 p(x1) p(x2)log2(x2)
⑵对每一块像块进行DCT变换。 ⑶对变换后的系数进行量化。 ⑷进行之字形扫描（读出）和零游程编码。
3、DCT压缩编码的过程为：
三、统计编码（熵编码）
统计编码是基于信号统计特性的编码技术。 基本原理：
按信源符号出现概率的不同分配以不同长
度的码字（bit数），概率大的分配以短的码字， 概率小的分配以长的码字。这样使最终的平均
三、压缩的途径及方法
1、行、场逆程不传送，在接收端重新形成。 2、亚奈奎斯特取样 fs＜2fm。使混叠分量与 亮度谱线交错。
3、采用高效编码――信源编码。去除电视信号 中的冗余。
3.3 常用的数字电视视频压缩编码技术
一、 预测编码
1、预测编码的基本原理 利用某种数学模式对以前已知的相关数据进
数字电视技术概述
1.4 数字电视主要优势（续）2）频谱资源利用率高 有线电视数字化，节目容量大大提高。如1个8MHz模拟频道可以传6～10套数字电视节目。500 MHz带宽内可以传380～630套节目。HFC网络改造(1G)会使容量进一步提高。 3）多信息、多功能 数字技术有利于电视节目与数据的融合。大大扩展服务内容。如电子节目指南、财经信息、视频点播、歌唱点播、新闻选取、远程教育、电视购物、交互游戏等新颖的增值服务。
4.1 TS码流基本结构（续）： TS码流优点： 2）可分级性
TS包的格式允许一个复接好的传送码流与另外一些视频、音频的基本码流进行二次系统复接，生成占用频带更宽的更高一级的传送码流。这一特性在电视节目的网络传输中具有重要作用，使得在网络的每一节点处都可以灵活地复合或分离多路节目。
4.1 TS码流基本结构（续）： TS码流优点： 3）可扩展性
1.4 数字电视主要优势1）数字信号处理、传输使信号质量大大提高数字信号在记录/重放、信号传输和处理等过程中不会引起信号劣化， 通过整形和纠错编码等技术可将数字信号有效还原，收端图像质量与发端基本一致。以视频编码比特率为4～5Mb／s的数字信号，传输到用户清晰度提到480线，主观评价约4.3分。而模拟信号只有3分左右。（模拟电视经电视中心、微波、卫星、发射机和接收机各环节后为五级质量制评定为3.25级）。
4.1 TS码流基本结构（续）： 节目流PS与传送流TS的区别：传送流TS是将视频和音频的PES包作为固定长度的TS包的净荷，然后对TS包进行复接形成的。包结构是固定长度的(188字节)， 节目流PS是对完整的视频和音频PES包进行复接形成的，包结构是可变长度的。PS是针对那些不容易发生错误的环境（如光盘存储系统上的多媒体应用）而设计的系统编码方法，特别适合于软件环境的处理。TS流是针对那些很容易发生错误（表现为位值错误或丢失）的环境（如长距离网络或无线广播系统上的应用）而设计的编码方法。
音频视频技术基础习题3
《音频、视频技术基础》习题3一、单项选择题1.压缩编码技术，就是指用某种方法使数字化信息的（）降低的技术。
A、采样率B、传输速率C、数据量D、编码率2.（）决定了声音的动态范围。
A、声音大小B、量化位数大小C、采样频率D、压缩技术3.人类听觉的声音频率是（）。
A、0～20HzB、20Hz～20KHzC、20Hz～340HzD、20KHz以上4.人类接受的信息约70%来自于（）。
A、阅读B、听觉C、视觉D、触觉5.Premiere Pro中输出视频的快捷键是（）。
A、ctrl+Alt+MB、Shift+MC、ctrl+shift+MD、ctrl+M6.构成视频信息的基本单元是（）。
A、帧B、画面C、幅D、像素7.关于声音数字化技术中的量化位数叙述正确的是（）。
A、量化位数是指一秒种内对声波模拟信号采样的次数B、量化位数是指每个采样点十进制数据的位数C、量化位数是指每个采样点十六进制数据的位数D、量化位数是指每个采样点二进制数据的位数8.一般来说，要求声音的质量越高，则（）。
A、量化级数越低采样频率越高B、量化级数越低采样频率越低C、量化级数越高采样频率越低D、量化级数越高采样频率越高9.波形文件是采集各种声音的机械振动而得到的数字文件，其后缀是（）。
A、wavB、mpgaC、mp3D、voc10.超声波的频率范围是（）。
A、高于20KHzB、低于20HzC、低于20KHzD、高于20Hz，低于20KHz11.以下软件中不是声音编辑软件的是（）。
A、Windows“录音机”B、WinampC、SoundForgeD、Cool Edit Pro12.用（）软件可以将自己需要的VCD片段从VCD光盘中截取出来。
A、超级解霸B、PowerPointC、ACDseeD、画图13.DVD采用的视频压缩标准是（）。
A、DVIB、MPEG-1C、MPEG-2D、JPEG14.（）将音乐以1:10甚至1:12的压缩率压缩成较小的file。
电视中心视音频信号编码标准及解读
扫描（行、场扫描） 各像素的信息不是同时传送，而是按时间顺序经过惟一的一条 传输通道先后传输的，通常是沿着行的方向由左至右连续扫描 每个像素；（行扫描）
8
黑白电视信号
图像信号的产生：
扫描（行、场扫描） 每帧画面有625行，每帧画面分两场垂直扫描，即分为奇数场 和偶数场；（场）
同步（行、场同步信号） 为了使收、发两端扫描完全同步，发送端要给接收端提供同步 脉冲信号。分别有行同步脉冲和场同步脉冲。
即先按顺序隔行扫描第一场整幅画面（称为奇数场）后，再按顺序扫描 第二场整幅画面，从而完成一幅完整画面的摄像或显示。
在电视技术中，1幅完整画面称为1帧；而从第一场有效行构成的画面
称为奇数场；第二场有效行构成的画面称为偶数场。我国采用每秒25帧 （即每秒50场）、每帧625行的所谓“625/50扫描标准”。为了避免处理
14
彩色电视信号的产生
三基色原理： 自然界几乎所有的颜色都可以用红、绿、蓝三种互为独立的基色按一定 的比例混合得到；
三基色原理是对颜色进行分解与合成的重要原理，它为彩色电视技术奠 定了理论基础，简化了电视信号传送处理，有了三基色原理，只需要将 要传送的颜色分解为三基色(红、绿、蓝)，再分别以对应的一种电信号 进行传送处理即可。
家庭用户
有线广播 卫星广播
地面广播 电视信号传输
IPTV分发平台
3
电视中心技术
从上图我们看到：
电视传输系统
电视技术中心 这一过程，是场景还原给观 众。从现场的光信号转为电 视信号，在接收端，将电信 号还原为屏幕上的光信号。 家庭用户
4
模拟电视信号
•
• • •
第3章 数据压缩技术
3.3 多媒体文件
• 除此之外，许多在电视中播放的电影现在也提供英文字幕， 使讲英语但是听力较弱的人可以观看，结果，数字电影实 际上可能由多个文件组成：一个视频文件、多个音频文件 以及多个包含各种语言字幕的文本文件。DVD能够存放至 多32种语言的字幕文件。
3.3 多媒体文件
• 因此，文件系统需要跟踪每个文件的多个“子文件”。一 种可能的方案是像传统的文件一样管理每个子文件（例如， 使用i节点来跟踪文件的块），并且要有一个新的数据结构 列出每个多媒体文件的全部子文件。另一方法是创造一种 二维的i节点，使每一列列出每个子文件的全部块。一般而 言，其组织必须能够使观众观看电影时可以动态地选择使 用哪个音频及字幕轨迹。在各种情况下，还必须有保持子 文件同步的某种方法，才能保证当选中的音频轨迹回放时 与视频保持同步。
Hale Waihona Puke 3.1 多媒体信息的计算机表示
• 多媒体信息的主要类型有文本（text）、语音（voice）、音 响（audio）、矢量图（vector graphics）、位图（bitmap） 和视频（video）等。 • 通常，数字化的视频和音频信号其数据量是十分巨大的。 例如，一幅640×480点阵的彩色图像（6位色，即65536种 颜色/像素）数据量约为4.92MB；对于电视信号，如果以每 秒25帧图像的速度进行播放，则要求这种信号必须以不低 于122.9Mb/s速度进行数据传输，才不至于造成失真；而音 频信号，如果采样频率为 44.1kHz，量化为16位双声道立体 声，则650MB的光盘只能存放l个小时的播放量，并且要求 其传输速率不低于1.4Mb/s。
• 说多媒体数据是可以被压缩的，是因为多媒体数据中存在 着上述各种各样的冗余。针对不同类型的冗余，人们已经 提出了许多方法用于实施对多媒体数据的压缩。
MPEG压缩技术
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
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
普通标准：2:1:1标准，这是低档的标准。2:1:1标准的水 平 清 晰 度 只 有 2 4 0 线 ， 传 输 码 率 l08Mbit／s。 数 字 光 盘 VCD采用此标准。
两种标准具有兼容性，即可以互相转换。当从4:2:2标准 转到2:1:1标推时，取样点数减少一半，称为数字抽取； 当从2:1:1标准转到4:2:2标准时，取样点数将增加一倍， 称为数字内插。
帧内编码技术
帧内编码技术，也称为空域冗余压缩，是对同一幅图像 内的不同的空间部位(同一时域)进行压缩。
MPEG编码压缩的帧内编码技术也是采用DCT技术。首 先，将图像分为8× 8的像素块(宏块)，作为压缩处理的 基本单位。然后，依靠“Z”扫描，对像素块进行离散余 弦变换(DCT)。得到64个DCT系数，这些系数代表不同 空间频率成分的大小。第三步是根据视觉心理特征量化 表对DCT系数进行量化处理，使低频系数值减小，高频 系数值被抑制为零。最后，对量化后的系数进行可变长 编码(VLC)处理，以短码表示常用码，以零的个数值表 示所有的零位,这样使数据大大压缩。
数字电视基础知识
简单型SP 4:2:0
主型MP 4:2:0
信杂比可分 SNRP 4:2:0
-
空间可分 SSP 4:2:0
-
高型HP 4:2:0 4:2:2
HP@HL 100Mbit/s 25Mbit/s HP@H1440L 80Mbit/s 20Mbit/s
SP@ML 15Mbit/s (无B帧) -
SNP@ML 15Mbit/s 10Mbit/s SNP@LL 4Mbit/s 3Mbit/s
第二章
第一节
数字信号及常用接口
数字化过程
一、取样 1、取样结构： 正交结构 行交叉结构 2、取样频率：亮度取样频率13.5MHz 3、色度结构： 4:2:2 色度取样频率是亮度的1/2 4:4:4 色度取样频率是亮度的1/1 4:2:0 色度取样频率是亮度的1/4 4:1:1 色度取样频率是亮度的1/4
第三章
第三节
压缩编码技术
JPEG压缩编码原理
JPEG编解码算法主要有以下几个步骤： 1、DCT变换，去除图像数据空间冗余。 2、量化，利用人眼视觉特性。 3、之字形扫描，在编码前，需要把二维的变换系数矩阵转换为一 维序列。 4、可变长熵编码，消除码字中的统计冗余。
第三章
第三节
压缩编码技术
JPEG压缩编码原理
第二章
第二节
数字信号及常用接口
常用接口
一、比特并行接口
机械特性：110Ω25针电缆，接头D型
电气特性：时钟信号27MHz；电缆容许长度50米
说明：比特并行接口利用25芯电缆传输，插脚多，较容易发生接触不 良问题，而且电缆较粗，长度也受到限制，因此比特并行传输仅适合 短距离传输。
第二章
第二节
数字信号及常用接口
数字有线电视压缩编码标准
数字有线电视压缩编码标准
数字有线电视是一种利用数字技术进行传输和接收电视信号的系统。
在数字有线电视中，为了有效地传输和存储数字视频信号，需要对其进行压缩编码。
目前，数字有线电视所采用的压缩编码标准主要是MPEG-2。
MPEG-2 是一种视频压缩编码标准。
它是一种有损压缩技术，可以将原始的数字视频信号压缩到较小的比特率，从而减少传输带宽和存储空间的需求。
MPEG-2 采用了一系列的技术来实现视频压缩，其中包括运动补偿、离散余弦变换（DCT）、量化和熵编码等。
通过这些技术的综合运用，可以有效地减少视频信号中的冗余信息，从而实现高效的压缩。
MPEG-2 标准支持多种分辨率和帧率，从标准清晰度到高清晰度都可以使用。
它还支持多种视频格式，如4:3 和16:9 的纵横比，以及不同的颜色空间和比特深度。
除了视频编码，MPEG-2 还包括音频编码部分，支持多种音频编码格式，如MPEG-1 Layer II 和AC-3 等。
这些音频编码技术可以提供高质量的音频效果。
总的来说，MPEG-2 作为数字有线电视的压缩编码标准，具有高效的压缩性能、广泛的兼容性和良好的音频支持。
它为数字有线电视的发展和普及做出了重要贡献，使得高质量的数字电视信号能够在有限的带宽内传输和存储。
数字电视视频压缩技术原理
数字电视视频压缩技术原理摘要：视频压缩通过减少和去除冗余视频数据的方式，达到有效发送和存储数字视频文件的目的。
在压缩过程中，需要应用压缩算法对源视频进行压缩以创建压缩文件，以便进行传输和存储。
要想播放压缩文件，则需要应用相反的解压缩算法对视频进行还原，还原后的视频内容与原始的源视频内容几乎完全相同。
压缩、发送、解压缩和显示文件所需的时间称为延时。
在相同处理能力下，压缩算法越高级，延时就越长。
传统的压缩编码是建立在香农（Shannon）信息论基础上的，它以经典的集合论为基础，用统计概率模型来描述信源，但它未考虑信息接受者的主观特性及事件本身的具体含义、重要程度和引起的后果。
因此，压缩编码的发展历程实际上是以香农信息论为出发点，一个不断完善的过程。
从不同角度考虑，数据压缩编码具有不同的分类方式。
按信源的统计特性可分为预测编码、变换编码、矢量量化编码、子带－小波编码、神经网络编码方法等。
数眼的视觉特性可能基于方向滤波的图像编码、基于图像轮廓－纹理的编码方法等。
按图像传递的景物特性可分为分形编码、基于内容的编码方法等。
视频压缩技术是计算机处理视频的前提。
视频信号数字化后数据带宽很高，通常在20MB/秒以上，因此计算机很难对之进行保存和处理。
采用压缩技术以后通常数据带宽右以降到1-10MB/秒，这样就可以将视频信号保存在计算机中并作相应的处理。
常用的算法是由ISO制订的，即JPEG和MPEG算法。
JPEG是静态图像压缩标准，适用于连续色调彩色或灰度图像，它包括两部分：一是基于DPCM(空间线性预测)技术的无失真编码，一是基于DCT(离散余弦变换)和哈夫曼编码的有失真算法，前者压缩比很小，主要应用的是后一种算法。
在非线性编辑中最常用的是MJPEG算法，即Motion JPEG。
它是将视频信号50帧/秒(PAL制式)变为25帧/秒，然后按照25帧/秒的速度使用JPEG算法对每一帧压缩。
通常压缩倍数在3.5-5倍时可以达到Betacam的图像质量。
数字电视系统概述
什么叫模拟电视信号？
模拟电视信号是指信号在时间上是连续的，信号
的幅度（电压或电流）变化也是连续的电视信号。 例如摄像机输出的亮度信号Y是一个模拟电视信号， 即它是个用模拟量电压或电流来表示的信号。若亮 度信号电压高时表示图像亮，若亮度信号电压低时 图像就暗。用电压或电流的高低来表示电视图像的 亮暗的电视信号称为模拟电视信号。
数字电视与模拟电视比较有哪些优点？
采用诸多先进技术后的真正的数字电视比以三大制
式为代表的模拟电视有着突出的优点。主要的优点是：
（1）在一个8MHz宽带的模拟频道内原来只能传送一个普 通的模拟电视节目，采用数字电视后在原来一个模拟频道 内可传送DVD质量的节目5至6个，每一个节目的质量要比 模拟电视节目的质量高。或可以传送高清晰电视（HDTV） 质量的节目1个或2个。电视频道的利用率大大提高。我国 频道电视频道68个（不计增补频道），原来只能传68个 电视节目，采用数字电视后就可以传输DVD质量的节目
什么是数字电视的信道编码？（续）
数字电视常用的信道编码方法有RS码、卷积码、 TCM编码以及交织等。一些新的编码方法，如Turbo码，也 正在研究应用中。 目前，数字电视传输一般采用外码加内码级联的信 道编码方式，而且不同的调制方式采用不同的信道编码方 法。如ATSC（VSB）采用RS作外码，再交织，然后是TCM 编码调制；而DVB（COFDM）采用RS作外码，再交织，然 后是卷积编码作为内码。
MPEG-21是有关多媒体框架的协议。
什么是电视音频的压缩编码？电视音 频的压缩标准有几种？
音频信号经过采样得到的数字信号码率很高，直接传 输将占有很多带宽，所以需要对它进行压缩。现在的数字 电视中主要有三种压缩标准，即MPEG、Dolby AC-3及AAC。 MPEG-1可以支持立体声格式，MPEG-2、AC-3和AAC则可 以支持多达6个声道（5.1声道），即左、右、中、左环绕、 右环绕和超低音。
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⑵ 时间相关冗余
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
⑶ 符号相关冗余 ⑷ 结构相关冗余 ⑸ 知识相关冗余
n 2、人眼的视觉冗余
① 人眼对事物细节的分辨力是有限度的； ② 对颜色画面的分辨力低于对黑白画面的分辨力； ③ 对高频信号变化的分辨率低于低频信号的分辨率； ④ 对屏幕中心区失真的敏感度要高于屏幕四周的失真。
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
2、处理步骤： ⑴ 将一幅图像分成若干像块，每个像块的大小为
8×8个像素。
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
⑵ 对每一块像块进行DCT变换。
• 此式说明这是一个二维的变换关系式，即在一个平面上 •进行变换。
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
•如：变换系数：
图像样值：
•结论： • 像块样值数据f(x,y)为8×8的矩阵，经DCT后的频域系数 F(u,v)也为8×8的矩阵。此矩阵的左上角系数F00相当于像块中 64个样值的平均直流成分，其余的63个F(u,v)均表示64个样值 中所含交流成分的系数 。
• 经过变换后，较大的系数集中在直流分量及附近的低频区 域，即信号能量主要集中在直流及低频区域的少数变换系数上， 高频区域的系数多为0或很小。
为帧内预测编码；三维预测与前面的帧有关，所以也称为帧 间预测编码。
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
二、 变换编码
• 变换编码也有变换、量化、编码三大过程：
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
1、离散余弦变换——DCT的基本思想
DCT变换是把空间域上的信号变换到 频率域上，使能量在空间域上分散分布的 原信号变换后能量在频率域上相对集中到 某些少数区域内，即将空间域上的信号样 值变换成频率域上的系数，经变换后的系 数按频率由低到高分布。
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
③ 一维、二维和三维预测
一维预测： 参考样值仅与xN当前样值处于同一扫描行内的预测编码；
二维预测： 参考样值除了本行之外还和前一行或前几行的样值有关；
三维预测： 参考样值除了本帧之外还和前一帧或前几帧图像的样值有 关。 由于一、二维预测都是在同一帧内进行预测，所以也称
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
平均码字长度
n 设Ni为数字信号第i个码字的编码长度（即二进 制代码的位数），其相应出现的概率为Pi，则该数 字信号所赋予的码字的平均长度为：
•（比特／码字）
n 编码效率
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
2、霍夫曼编码 ⑴ 霍夫曼编码的具体步骤：
①将每个符号按其概率由大到小顺序排列起来。 ②将最小的两个概率相加，并对其中较大的概率用“1”表示，
•单义可译性 ： •例如：接收到下面例子中的一串数据序列 1100101101110111101， •则它只能惟一地分为下述码字： •110，0，1011，0，11101，11101， •110－B，0－A，1011－G，0－A，11101－D，11101－D。
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
n 三、压缩的途径及方法 1、行、场逆程不传送，在接收端重新形成。 2、亚奈奎斯特取样 fs＜2fm。使混叠分量与 亮度谱线交错。 3、采用高效编码――信源编码。去除电视信号 中的冗余。
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
3.3 常用的数字电视视频压缩编码技术
＝235－16＝219 第362样值：第362－第361＝0
…… 第720样值：第720－第719＝0 第二行第1－第一行第1＝0； 第二行第361－第一行第361＝0
……
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
2、预测编码的意义
① 去除了电视信号中空间、时间上的冗余。 ② 给出了良好的概率分布，为后面的压缩编码创
4:2:2标准: R=720×576×25×8+2×360×576×25×8=165.9Mb/s
一张12cm直径的VCD光盘可存储的时间 5200/165.9≈31秒
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
2、数码率太高使数字电视信号频带过宽，频道 利用率太低，甚至无法容纳。
分量编码：
4:2:2标准：R=165.9Mb/s 频带宽度B≈83MHz
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
xi： x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 pi：0.20 0.19 0.10 0.15 0.005 0.17 0.18 0.005
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
再举例： 符号A、B、C、D、E、F、G、H 概率 0.10、0.18、0.40、0.05、0.06、0.10、0.07、0.04
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
•8×8DCT基图像
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
•⑶ 对变换后的系数进行量化。 •⑷ 进行之字形扫描（读出）和 •零游程编码。
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
n 2、处理步骤： ⑴将一幅图象分成若干像块，每个像块的大小为
•××××××××××× ×××××××××××× ×××××××××××× ×××××××××××× ×××××××××××× ×××××××××××× ×××××××××××× ×
第一个样值：16－0＝16； 第二个样值：16－16＝0； 第三个样值：第3－第2＝0…… 第360样值：第360－第359＝0 第361样值：第361－第360
在某些场合，为降低码率发送 端会每隔一段时间丢弃一帧或几 帧图像，而在接收端再利用图像 的帧间相关性将丢弃的帧恢复出 来，以防止帧率下降引起闪烁和 动作的不连续，这种技术称为帧 间内插编码技术。
度的码字（bit数），概率大的分配以短的码字， 概率小的分配以长的码字。这样使最终的平均
码长很小，总的数码率大大降低。
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
1、信息熵的概念
n 香农的信息论认为，信源中所含有的 平均信息量（熵）就是进行无失真压缩编
码的理论极限。压缩编码只要不低于此极
限，那就总能找到某种编码方法去任意的 逼近熵。
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
2、运动处理—运动估计和运动补偿
•
k-1帧， x1y1
•
k帧，移动到x1+Δx,y1+Δy
•
•
位移矢量D(Δx,Δy)
•
•
把k帧（x1+Δx,y1+Δy）移到
•
k-1帧（x1，y1 ）点，再与k-1
•
帧求差值
• 估计算出运动物体的位移量，这就是运动估值
• 借助运动估值得到的物体帧间位移矢量进行运动补偿后，再做帧间预 测可以使预测误差明显下降。
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
平均信息量：
如果是非等概情况，设离散信源是一个由n个
符号组成的符号集，其中符号
出现的概
率为 ，且有
，则x1,x2,x3…xn所包含的
信息量分别为
。
于是，每个符号所含信息量的统计平均值，即平均
信息量为：
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
即信息源X的熵定义为： 单位为bit/符号。
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
⑶ 块匹配法
对当前帧中的每一个宏块MB，在前一帧中以与其 对应的位置（m，n）为中心，上下左右四个方向搜 寻找与其最佳匹配的宏块MB'，宏块MB和MB'在水平 和垂直方向上的距离即是求得的位移矢量。
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
二、具有运动补偿的帧间内插编码技术
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
运动处理的两个过程：
① 运动估计：在帧间预测之前，对运动物 体从上一帧到当前帧位移的方向和像素 数做出估计，即求出运动矢量。
② 运动补偿：按照运动矢量，找到上一帧 中相应的块，求得对当前帧的估计（预 测值）这个过程称为运动补偿。
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
4:4:4标准：R=278.7Mb/s
B≈140MHz
4次群的R为139.264Mb/s，可传话路1920路 。1920 路电话传不了一套4:2:2的数字电视节目；用11套模拟电 视节目换一套数字电视节目。
信号频带太宽，频带利用率低，频率资源严重浪费。 同时对电路要求高，设计复杂，维修困难，设备造价高。
帧间预测编码取不同帧（场）的像素作为预测 像素，求其差值，再对差值进行编码。
帧间预测编码的目的正是在于消除这些时间冗余。
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
2、运动处理—运动估计和运动补偿
n ⑴ 运动处理原理 通常，电视节目中只要画面镜头不切换，前后
帧图像的内容是差别不大的，许多情况下仅仅很 少一部分在运动，因此，只需知道画面中哪部分 在运动，其运动方向和位移量怎么样，把就可以 从前一帧图像中预测出当前帧图像。又由于运动 预测会有误差，需要对幀间预测误差信号进行编 码和传送，因此我们只需要传送运动矢量和幀间 预测差值，从而可以大幅度压缩码率。
第三章数字电视视音频信号压缩编码 技术
二、压缩的可行性
n 来自： n 图像本身存在大量的冗余: 空间相关冗余
时间相关冗余 符号相关冗余 结构相关冗余 知识相关冗余 n 人眼的视觉冗余
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n 1、图像本身存在大量的冗余度 ⑴ 空间相关冗余
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造了条件。
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3、DPCM――差值预测编码的实现
① 原理方框图