数字电视信源编码技术PPT课件
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数字电视和电视机顶盒原理及维修——数字电视信号的信道编码和调制02-PPT课件
2.5.2 QAM调制器的主要技术要求
分类
一般特性
项目
主要性能
主要技术要求
均应符合GY/T 170一2019的规定
信道编码
必备调制方式 输出符号率范围 滚降系数 码流输入 基带接口 接口特性 数据速率 中频输出 中频输出频率 中频输出阻抗 中频输出电平 射频输出 工作频率
RS编码：RS（204，188，T=8）；交织：卷积交织，交织深度I=12
有线网络上透明再传送和频谱有效使用举例
2.4.1有关传输速率的一些概念
• 2.码元传输速率(符号速率) • 携带消息的信号单元称为码元或符号，单位时间(s)内通过 信道传输的码元或符号数称为码元传输速率或符号速率， 又称为波特率或传码率，可用RB表示，单位是波特 (Baud)。 • 这里的码元可以是二进制的，也可以是多进制的，所以在 给出码元传输速率的同时，应说明它的进制。 • 在数字电视系统中，有时又会以字节作为码元或符号，作 为携带信息的信号单元，用单位时间(秒)内通过信道传输 的字节数来表述传输速率，单位为B/s，其中的“B”就是 字节(Byte的缩写)。
3.符号差错率及调制差错率
因为在实际的有线电视网络中传输的是QAM调制信号，也就是说是 QAM符号，因此，符号差错率或调制差错率可以更直接他反映出数 字信号在传输这个环节上受到的损伤。
2.4.3 有关传输带宽的一些概念
1.脉冲编码调制信号的带宽
传输速率与传输带宽之间是有一定的对应关系，比特率直接反映了比特信号传输 中占用的频带宽度。即比特率越高，在相同信息比特量的情况下，它占用的频带 就越宽。
同轴电缆构成的ASI传输链路
• QAM调制器的码流输入接口采用ASI(异步串行接口)作为必备的数据输入 端口，而且在数字电视的前端系统中几乎所有的信号处理设备之间均以 ASI作为标准接口，因为这样就能很容易地增加不同厂商所提供的前端设 备，使设备之间具有良好的兼容性，为此有必要对其进行简要说明。
数字电视培训教程PPT课件
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16
2、有线数字电视的主流标准与方式
1）标准： DVB-C ATSC-16VSB，ATSC-64QAM
ISDB-C
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17
2)四种方式：
DVB-C
ATSC-64QAM ATSC-16VSB
ISDB-C
传送方式 16-64QAM 64QAM
16VSB
64QAM
➢ 提供其他增值业务：数据广播，视频点播，电子商务，软件下载 ，电视购物……
➢ 为“三网融合”提供了技术上的可能性。
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4
3、数字电视分类
HDTV：图像分辨率1920×1080（16：9） SDTV：图像分辨率720×756（PAL）
720×480（NTSC） LDTV：VCD级图像分辨率
编码：量化后的信号仍然只是离散信号，还不是数字信号。用 n比特二进制码来表示已经量化了的取样值，称为编码。 每个二进制数对应一个量化电平，再按时序将它们排列 起来，就得到基带数字信息流。
传输速率：传输速率=取样频率fs×量化比特数
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20
2）音频信号的数字化
• 取样频率：>40KHz。 常用11.025KHz，22.05KHz，44.1KHz，48KHz。
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2
一、数字电视基本概念
1、什么是数字电视
数字电视是一个系统。它指一个从节目摄 制、制作、编辑、存储、发送、传输，到信号 接收、处理、显示等全过程完全数字化的电视 系统。
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3
2、数字电视实现的意义
➢ 使整个广播电视节目制作和传输质量显著改善，信道资源利用率 大大提高。
现代通信系统课件：信源数字编码技术
信源数字编码技术
• 图2. 11(a）给出了DM的构成原理框图，它主要由减法电路、判 决、码形成和本地解 码电路组成。
信源数字编码技术
与PCM相比，DM在语音质量、频率响应、抗干扰性能等方面有其自身的特点。 (1）当码率低于40 kb/s时，DM的信噪比高于PCM；当码率高于40 kb/s时， PCM 的信噪比高于DM。 (2) DM编码动态范围随码位增加的速率比PCM慢，PCM每增加一位码，动态 范围 扩大6 dB，而DM当码速率增加一倍时，动态范围才扩大6 dB。 (3) DM系统频带与输入信号电平有关，电平升高，通带变窄，而PCM系统频 带较为 平坦。 (4) DM的抗信道误码性能好于PCM。 (5) DM设备简单,容易实现；PCM设备比较复杂。
信源数字编码技术
常用的差值脉冲编码主要有增量调制（Delta Modulation, DM）、 差值脉冲编码 调制（Differential Pulse Code Modulation, DPCM） 和自适应差值脉冲编码调制（Adaptive Differential Pulse Code Modulation, ADPCM）等，下面分别介绍它们的原理。
512 256 128 64
段落长度/Δ
16 16 32 64 128 256 512 1024
信源数字编码技术
• 编码方法。常用的非线性PCM编码方法有两种。一种称做代码变 换法，它先进行 12位线性编码，然后再利用数字逻辑电路或只读 存储器按折线的规律实现数字压扩，将12 位线性代码变换成8位 非线性代码，其编码步骤为： ①将样值编成12位线性代码； ②将11位线性幅度码按照线性与非线性代码转换关系转换成7位
段落码
A2 A3 A4 000
通信原理——信源编码的技术95页PPT
功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
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PPT5-4 数字有线电视的信源编码技术
图像组是指相互间有预测和生成关系的一组图像。在起始码后面是可选的
GOP头，包括了时间信息，但这一信息并不是解码中实际使用的信息，即
便丢失，解码也可以继续进行。分成图像组的一个目的是在同一序列内可 随时进入不同的图像。 一般情况下0.5s内必须传一次I帧，因此对于PAL制，一个GOP通常包含 12帧，常见的结构为IBBPBBPBBPBB.由于B帧为未来帧，作为预测参考帧
的事件分配短字码，给使用概率小的事件分配长字码，最大限度地提高编
码效率。
20
MPEG-2的编码流程 ①输入一个I帧、P帧或B帧；
②在B帧或P帧的情况下进行运动预测补偿； ③进行88像素的DCT变换； ④变换系数被量化； ⑤完成变字长编码，实现比特率的缩减。 MPEG-2的解码流程是MPEG-2的编码流程的反过程。
逐行扫描的图像只能是帧格式，隔行扫描的图像可以使帧格式，也可以使
场格式。
9
像条层
图像层下面是像条层(slice)。每一个像条包括一定数量的宏块，其顺序和
行扫描顺序一致。像条可以从一个宏块行(16行宽)的任何一个宏块开始。 在MPEG-l中，像条可以包括多个宏块行，但在MPEG-2MP＠ML中一个 像条必须在同一宏块行中起始和结束。 一个像条至少应包括一个宏块。
像条是最低的比特流级别，即一旦因误码失步可以根据起始码重新同步。
起始码对以上各层都是相同的。
10
像块层
在 MPEG-2 中，块“Block”可以是 8×8 样值，既可称为像块，也可以
是8×8 DCT系数或重组数据，这时应称为系数块或数据块。它是亮度信 号、两个色差信号之一。 所有上述各个层次都与一定的信号处理有关。如视频序列实际上是 节目的随机进入点；而GOP则是视频编辑的随机进入点；图像（或帧） 是编码处理的单位；像条是用于同步的单位；宏块是运动补偿处理的单 位；像块则是DCT处理单位。
GOP头，包括了时间信息，但这一信息并不是解码中实际使用的信息，即
便丢失，解码也可以继续进行。分成图像组的一个目的是在同一序列内可 随时进入不同的图像。 一般情况下0.5s内必须传一次I帧，因此对于PAL制，一个GOP通常包含 12帧，常见的结构为IBBPBBPBBPBB.由于B帧为未来帧，作为预测参考帧
的事件分配短字码，给使用概率小的事件分配长字码，最大限度地提高编
码效率。
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MPEG-2的编码流程 ①输入一个I帧、P帧或B帧；
②在B帧或P帧的情况下进行运动预测补偿； ③进行88像素的DCT变换； ④变换系数被量化； ⑤完成变字长编码，实现比特率的缩减。 MPEG-2的解码流程是MPEG-2的编码流程的反过程。
逐行扫描的图像只能是帧格式，隔行扫描的图像可以使帧格式，也可以使
场格式。
9
像条层
图像层下面是像条层(slice)。每一个像条包括一定数量的宏块，其顺序和
行扫描顺序一致。像条可以从一个宏块行(16行宽)的任何一个宏块开始。 在MPEG-l中，像条可以包括多个宏块行，但在MPEG-2MP＠ML中一个 像条必须在同一宏块行中起始和结束。 一个像条至少应包括一个宏块。
像条是最低的比特流级别，即一旦因误码失步可以根据起始码重新同步。
起始码对以上各层都是相同的。
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像块层
在 MPEG-2 中，块“Block”可以是 8×8 样值，既可称为像块，也可以
是8×8 DCT系数或重组数据，这时应称为系数块或数据块。它是亮度信 号、两个色差信号之一。 所有上述各个层次都与一定的信号处理有关。如视频序列实际上是 节目的随机进入点；而GOP则是视频编辑的随机进入点；图像（或帧） 是编码处理的单位；像条是用于同步的单位；宏块是运动补偿处理的单 位；像块则是DCT处理单位。
第28讲 数字电视信号的信源编码
27
电 视 技 术 • 1．I，P和B编码图像
– (1)帧内编码图像(Intra Picture)
– (2)前向预测编码图像(Predicated Picture)
– (3)双向预测编码图像(Bidrectional Picture)
28
电 视 技 术
• 2．编码原理
• •
(1)帧重排 (2)当输入的第一帧作为I帧图像进入 图4-8所示的编码器中时，开关K1，K2和 K4在上方，K3 在左方。 (3)当P4作为P帧进入编码器时，开关 K1，K2和K4切换到下方，K3还在左方。
含有30，000个沿着基底膜排列的多列绒 毛细胞，每列大约32mm长，这就是所说 的螺旋器。
41
电 视 技 术
•
Bark( 以 德 国 的 物 理 学 家 Geory
Heinrich Barkhausen的名字命名的)是感
知频率的单位。我们用Bark来度量临界
频带的比值，一个临界频带具有一个
Bark的宽度，1/100Bark相当于1美。 • 音调定位理论进一步解释了基底膜的 作用。16电 视 技 术•
第三部分音频(ISO/IEC13818-3)，扩 充了MPEG-1的音频标准，使之成为多通 道音频编码系统，可达到的环绕声5.1声 道。
– (2)兼容性
•
MPEG-2以空间和时间可分级方法提 供空间和时间不同分辨率视频格式之间 的兼容。
17
电 视 技 术
– (3)MPEG-1与MPEG-2的区别
图像专家组的英文缩写。
10
电 视 技 术
– MPEG-1
•
MPEG专家组于1992年制定了MPEG-1 标准。标准的文件编号为ISO/IEC11172。 MPEG-1主要包括三个部分：
《信源编码PCM编码》课件
PCM编码的应用
PCM编码在音频信号处理中被广泛应用，如音频压缩、语音识别等。同时， 它也在视频信号处理中发挥着重要作用，如视频压缩、图像识别等。
PCM编码的优缺点
PCM编码的优点包括精度高、抗干扰能力强、编解码简单等。然而，它也存在着数据冗余大、传输带宽要求高 等缺点。
PCM与其他编码方式的对比
与Delta编码相比，PCM编码具有更好的抗干扰能力和重构信号质量。与DPCM 编码相比，PCM编码可以减少误码率和波形失真。与ADPCM编码相比，PCM 编码在对于通信系统的效率和可靠性具有重要意义。未来，随着技术的发展，PCM编码将在音频和视频领域 有更广阔的应用前景。
信源编码PCM编码
这是一个关于信源编码和PCM编码的PPT课件。了解信源编码的定义、作用， 以及PCM编码的原理、应用、优缺点和与其他编码方式的对比。
什么是信源编码？
信源编码是一种将信源产生的符号序列转换为编码符号序列的过程。它的作 用是提高通信系统的效率和可靠性。
PCM编码的原理
PCM编码是一种用于模拟信号的数字编码方法。它通过将连续时间的信号进行采样和量化，然后将量化结果用 二进制代码表示。
信源编码技术PPT课件
二、编码方式 1、离散无记忆信源编码DMS
包括有Huffman编码和等长编码
2、脉冲编码调制和增量编码调制PCM/DM 3、线性预测编码LPC
将信源等效地视为在一个适当输入信号激励下的线性系 统输出。用线性系统的参数及伴随的输入激励信号进行编 码。
数字通信原理
2019年6月21日星期五
三、DMS编码
（3）每三个符号组合，进行等长二进制 编码；
数字通信原理
2019年6月21日星期五
2、不等长编码
即将出现概率较大的符号用位数较少的 码字代表，而出现概率较小的符号用较长 的码字代表，也称为概率匹配编码。
（1）哈夫曼编码：单义可译码，平均长度 最短的码种；
平均码长为：
L
H ( x) N p( xi ) ni H ( x) 1
（1）Huffman编码所产生的8个不等长码 字；
（2）每个符号平均二进制编码长度；
（3）信源的熵；
数字通信原理
2019年6月21日星期五
注意：
Huffman编码构造的码字不唯一； Huffman编码是变长编码，硬件实现
比较困难； 采用Huffman编码，要传送编码表，
占用传送时间； Huffman编码是变长编码，出错时难
数字通信原理
2019年6月21日星期五
4.2 抽样定理
一、抽样 模拟信号数字化的第一步是在时间上
对信号进行离散化处理，即将时间上连续 的信号处理成时间上离散的信号，这一过 程称之为抽样。
每隔一定的时间间隔T，抽取模拟信 号的一个瞬时幅度值，所形成的一串在时 间上离散的样值称为样值序列或样值信号， 或叫脉幅调制信号（PAM信号）。
i 1
ni：相应出现概率为p(xi)的符号的编码长度。
包括有Huffman编码和等长编码
2、脉冲编码调制和增量编码调制PCM/DM 3、线性预测编码LPC
将信源等效地视为在一个适当输入信号激励下的线性系 统输出。用线性系统的参数及伴随的输入激励信号进行编 码。
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三、DMS编码
（3）每三个符号组合，进行等长二进制 编码；
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2、不等长编码
即将出现概率较大的符号用位数较少的 码字代表，而出现概率较小的符号用较长 的码字代表，也称为概率匹配编码。
（1）哈夫曼编码：单义可译码，平均长度 最短的码种；
平均码长为：
L
H ( x) N p( xi ) ni H ( x) 1
（1）Huffman编码所产生的8个不等长码 字；
（2）每个符号平均二进制编码长度；
（3）信源的熵；
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注意：
Huffman编码构造的码字不唯一； Huffman编码是变长编码，硬件实现
比较困难； 采用Huffman编码，要传送编码表，
占用传送时间； Huffman编码是变长编码，出错时难
数字通信原理
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4.2 抽样定理
一、抽样 模拟信号数字化的第一步是在时间上
对信号进行离散化处理，即将时间上连续 的信号处理成时间上离散的信号，这一过 程称之为抽样。
每隔一定的时间间隔T，抽取模拟信 号的一个瞬时幅度值，所形成的一串在时 间上离散的样值称为样值序列或样值信号， 或叫脉幅调制信号（PAM信号）。
i 1
ni：相应出现概率为p(xi)的符号的编码长度。
信源编码PCM编码PPT课件
4Ts
5Ts
6Ts
7Ts
量化（比较）电平
量化（输出）值
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t
2
量化噪声
----量化误差
2021/4/14
f t
f ' t
et
第3页/共21页
t
3
例：对幅值为A的单频正弦信号进行均 匀量化，已知量化器量化范围为(-V， V)，量化级数为N，信噪比为多少？(设 A=V)
量化信号的平均功率近似等于
总码率为256比特/帧×8000帧/秒＝2048kb/s。
2021/4/1每4 个话路传输速率为8×8000＝64kb/s。
19
第19页/共21页
2021/4/14
4
480路 34.386Mb/s
4
PCM的高次群
7680路 565Mb/s
4
1920路 139.264Mb/s
16
120路 8.448Mb/s
2021/4/14
16
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时分复用原理
低通 x1(t)
低通 x1(t)
旋转开关
1
1
x2(t)
低通
2 3
传输系统
2 3
低通
x2(t)
低通 x3(t)
x1t
2021/4/14
TS
2TS
x3 t
低通 x3(t)
x2 t
xs2 t
3TS
xs3 t
4TS
5TS t
xs1 t
17
第17页/共21页
第1路
第16路
F2 a b c d a b c d
第2路
第17路
数据通信 第四章 信源编码ppt课件
(S0
Nq )PCM
f 2(t) e2(t)
4.3.1 均匀量化
把输入信号的取值域按等间隔分割的量化称 为均匀量化。在均匀量化中，每个量化区间的量 化电平均取在各区间的中点。假设设输入信号的最 小值和最大值分别用a和b表示, 量化电平数为M，那么均 匀量化时的量化间隔为：
ibaM
q7 m6
分层电平 q 6
下面分两种情况阐明：
〔1〕假设最高频率fH为带宽的整数倍，即fH =nH。此时fH /H=n是整数，m=n，所以抽样速 率fs=2 fH /n=2H。
〔2〕假设最高频率fH不为带宽的整数倍， 即
fH =nH+kH, 0＜k＜1
此时，fH /H=n+k，由定理知，m是一个不超 越n+k的最大整数，显然，m=n，所以能恢 复出原信号f(t)的最小抽样速率为
－ fH
－ fL
－ 3fs － 2. 5fs － 2fs
－ fs
M ( )
fL
fH
O
fs
(a )
2fs 2. 5fs 3fs
f
s( )
－ 3fs
－ 2fs
－ fs
O
fs
2fs
(b )
M s( )
3fs
f
－ 3fs
－ 2fs
－ fs
O
fs
2fs
3fs
f
(c)
fH=5H时带通讯号的抽样频谱
定理内容：一个带通讯号f(t)，其频率限制在fL 与fH之间，带宽为H=fH—fL，假设最小抽样速 率fs=2fH/m，m是一个不超越fH/H的最大整数， 那么f(t)就可完全由抽样值确定。
称为f奈s 奎2斯fH特速率。
数字电视信源编码技术
DCT 变换：次最佳正交变换，变换压缩性能接近 K-L变换，具有良好的去相关性及能量压缩特性， 同时变换矩阵是固定的，与图像内容无关，有快速 算法。DCT变换在图像压缩领域得到广泛应用。
变换编码中对变换系数的量化是造成图像损伤的主 要原因。图像损伤的表现形式主要是块效应。
例如，灰度级1 3/8 1 灰度级2 3/8 01 灰度级3 1/8 001 灰度级4 1/8 000
L 3 1 3 2 1 3 1 3 1 .8b 7/i 5 符 t 88 88
熵冗余＝1.875－1.81＝0.065 bit / 符号
所以，采用变长编码可降低信源熵冗余
输入
像素块化
输出
正交变换 发端
正交反变换 收端
量化器
熵编码
反量化器 熵解码
传输 通道
Copyright © 2019. Shi Ping CUC
变换编码的根本目的是去除图像的相关性！
K-L 变换：最佳正交变换，变换后系数互不相关， 而且能量主要集中在少数系数上。但K-L变换矩阵 不是固定的，而是与图像统计特性有关，因此没 有快速算法，只适合进行理论分析与实验。
2、 视频压缩编码分类 按无损压缩和有损压缩进行分类： 无损压缩编码、有损压缩编码 按压缩编码原理进行分类： 统计编码、预测编码、变换编码、矢量量化编码 按信源模型进行分类： 基于波形编码、基于内容编码
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3、预测编码
3.1 预测编码的基本原理 预测编码传送的不是实际像素值，而是实际值与其 预测值之间的差值，即预测误差。 像素的预测值由其在时间和空间上相邻的若干个像 素的线性组合产生，它反映了在预测区域内各像素 的共性部分，因此用像素的实际值减去其预测值就 可基本去除像素间的相关性。
变换编码中对变换系数的量化是造成图像损伤的主 要原因。图像损伤的表现形式主要是块效应。
例如，灰度级1 3/8 1 灰度级2 3/8 01 灰度级3 1/8 001 灰度级4 1/8 000
L 3 1 3 2 1 3 1 3 1 .8b 7/i 5 符 t 88 88
熵冗余＝1.875－1.81＝0.065 bit / 符号
所以，采用变长编码可降低信源熵冗余
输入
像素块化
输出
正交变换 发端
正交反变换 收端
量化器
熵编码
反量化器 熵解码
传输 通道
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变换编码的根本目的是去除图像的相关性！
K-L 变换：最佳正交变换，变换后系数互不相关， 而且能量主要集中在少数系数上。但K-L变换矩阵 不是固定的，而是与图像统计特性有关，因此没 有快速算法，只适合进行理论分析与实验。
2、 视频压缩编码分类 按无损压缩和有损压缩进行分类： 无损压缩编码、有损压缩编码 按压缩编码原理进行分类： 统计编码、预测编码、变换编码、矢量量化编码 按信源模型进行分类： 基于波形编码、基于内容编码
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3、预测编码
3.1 预测编码的基本原理 预测编码传送的不是实际像素值，而是实际值与其 预测值之间的差值，即预测误差。 像素的预测值由其在时间和空间上相邻的若干个像 素的线性组合产生，它反映了在预测区域内各像素 的共性部分，因此用像素的实际值减去其预测值就 可基本去除像素间的相关性。
相关主题
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变换编码：DCT + 量化 预测编码：MC 帧间预测 熵编码：VLC
.
第二代视频编码技术： 突破了香农信息论的框架 采用基于内容的方法来表征视频信息 充分考虑人眼视觉特性及信源特性 通过去除内容冗余来实现数据压缩 基于对象的视频压缩－中层压缩 基于语义的视频压缩－高层压缩
分形编码 分级编码 模型基编码
.
3、预测编码
3.1 预测编码的基本原理 预测编码传送的不是实际像素值，而是实际值与其 预测值之间的差值，即预测误差。 像素的预测值由其在时间和空间上相邻的若干个像 素的线性组合产生，它反映了在预测区域内各像素 的共性部分，因此用像素的实际值减去其预测值就 可基本去除像素间的相关性。
.
Xn ＋ en 量化器 en’ 编码器
.
3、压缩的可能性（以视频信号为例）
视频压缩过程：去除图像中与信息无关或对图像质 量影响不大的部分，即冗余部分。电视信号中存在 很多这样的冗余部分，这就为压缩提供了可能性。
视频信号的冗余性表现在以下几个方面： 空间相关冗余 时间相关冗余 视觉冗余 熵冗余
.
空间相关冗余
.
时间相关冗余（帧间相关冗余）
熵冗余＝L – H ＝ 2－1.81＝0.19 bit / 符号
.
若采用变长编码方式，对概率大的符号赋予短码， 对概率小的符号赋予长码，则可降低平均码长L
例如，灰度级1 3/8 1 灰度级2 3/8 01 灰度级3 1/8 001 灰度级4 1/8 000
L 3 1 3 2 1 3 1 3 1 .8b 7/i 5 符 t 88 88
熵冗余＝1.875－1.81＝0.065 bit / 符号
所以，采用变长编码可降低信源熵冗余
. return
视频压缩编码技术
1、视频压缩编码技术的研究进展
第一代视频编码技术（经典的视频编码技术）： 以香农信息论为基础 采用基于象素或象素块的方法来表征视频信息 利用图像信号的统计特性来设计编码器 未考虑事件本身的具体含义、重要程度及引起后果 未充分考虑人眼视觉特性对编码图像的影响 只能去除数据冗余－低层压缩
任意随机事件的自信息量为该事件发生概率的倒 数的对数。
.
信源熵（信源每个符号的平均信息量）：
n
H P(xi)lo21 g/P(xi) bi/符 t 号 i1
P(xi)是符号xi出现的概率
平均码长（每个符号的平均编码长度）：
n
L P(xi)li bi/t符号 i1
li 是符号xi 的编码码长
熵冗余＝平均码长－信息熵
.
2、压缩的必要性
电视信号数字化后：数码率高，数据量大。 例如：4：2：2编码、8比特量化的SDTV信号，其 数码率为216 Mbps。若按每2bit构成一个周期，则 传输这样一路数字电视信号需要有108MHz的通道 带宽。 4：2：2编码、8比特量化时，一帧SDTV图像的数 据量约为8.6Mb，要记录10分钟的电视节目就需要 130Gb的存储器容量。 综上所述，要实现数字电视信号的有效存储和传输， 就需要采取措施降低其数据量和数码率
t＝t1
t＝t2
.
人眼视觉冗余
人眼视觉特性： 对静止或缓慢运动图像的灰度等级及图像细
节的分辨力高 对快速运动图像的灰度等级及图像细节的分
辨力低 观察大面积图像时，对灰度等级分辨力高，
对细节分辨力低 观察细节时，对灰度等级分辨力低，对细节
分辨力高
人眼接收综合信息的能力有限
.
利用人眼的视觉特性
.
例如：
某一图像总共可出现4个灰度级，对每个灰度级进行二进 制定长编码时，码长为2比特，即 L ＝ 2bit / 符号。
当每个灰度级出现的概率不相等时： 设灰度级1～4的概率分别为1/8、3/8、3/8、1/8，
H = 2 × 8 1 lo 2 8 ＋ g 2 × 8 3 lo 23 8 g ＝ 1 .8b 1 /i符 t 号
数字电视信源编码技术
概述 视频压缩编码技术 视频压缩编码标准介绍 MPEG2 视频编码技术 H.264 视频编码技术 AVS 视频编码技术 视频压缩损伤分析
.
概述
1、数字电视信源编码的目的 通过压缩编码技术来去除视频、音频、数
据等原始信号的冗余信息，以实现码率压缩与 带宽减小，使信号在各种传输信道中能够有效 传输。
输入
－
＋
＋
xn
预测器
传输通道
Xn’
输出
en’
解码器
＋＋
预测器 xn
若不考虑量化器的影响，则有 Xn’＝ Xn （无损压缩）
Δx：量化误差
en’ ＝ en＋Δx ＝ Xn－ xn ＋ Δx
Xn’ ＝ en’ ＋xn
＝ Xn ＋ Δx
.
预测编码的压缩效果取决于预测器的预测精度，精 度越高，预测误差越小，量化时所需的量化比特数 就越少，压缩率也就越高。 一般来说，参与预测的像素数越多，预测值就越精 确，但同时预测器电路组成也就越复杂。 利用相关像素值x1、 x2 …… xn-1来预测当前像素值
.
视频压缩编码用到的主要算法
统计编码
变换 预测 编码 编码
分析、综合编码
霍 游 算字
DCT
夫 程 术典
变
曼 编 编编
换
编 码 码码
编
码
码
运
子 分 分模
动
带 级 形型
补
编 编 编基
偿
码 码 码编
预
码
测
编
码
.
2、 视频压缩编码分类 按无损压缩和有损压缩进行分类： 无损压缩编码、有损压缩编码 按压缩编码原理进行分类： 统计编码、预测编码、变换编码、矢量量化编码 按信源模型进行分类： 基于波形编码、基于内容编码
对静止或缓慢运动图像： 减小帧率 在图像细节部分选择较高的取样频率和较低的
量化比特数 在大面积像块区域选择较低的取样频率和较高
的量化比特数 对快速运动图像： 提高帧率 降低取样频率和量化比特数
.
熵冗余
自信息量
定义：指某个随机事件（或消息）发生后所提供的信息 数量的多少
I(xi)loag p(1 xi)loag p(xi)
n1
xna1x1a2x2 an-1xn-1 aixi i1
n1
a1、a2······an-1称为相关系数，且满足： a i 1 i1
.
3.2 帧内预测编码
上一行
X1
X2
X3
X4
相隔行
当前行
X5
X6
X7
由距X7最近的四个像素
当前像素
X6、X4 、X3、X2参与对X7的预测。
相关系数为：a6＝1/2、 a4＝ a2＝1/8、 a3＝1/4，则：
.
第二代视频编码技术： 突破了香农信息论的框架 采用基于内容的方法来表征视频信息 充分考虑人眼视觉特性及信源特性 通过去除内容冗余来实现数据压缩 基于对象的视频压缩－中层压缩 基于语义的视频压缩－高层压缩
分形编码 分级编码 模型基编码
.
3、预测编码
3.1 预测编码的基本原理 预测编码传送的不是实际像素值，而是实际值与其 预测值之间的差值，即预测误差。 像素的预测值由其在时间和空间上相邻的若干个像 素的线性组合产生，它反映了在预测区域内各像素 的共性部分，因此用像素的实际值减去其预测值就 可基本去除像素间的相关性。
.
Xn ＋ en 量化器 en’ 编码器
.
3、压缩的可能性（以视频信号为例）
视频压缩过程：去除图像中与信息无关或对图像质 量影响不大的部分，即冗余部分。电视信号中存在 很多这样的冗余部分，这就为压缩提供了可能性。
视频信号的冗余性表现在以下几个方面： 空间相关冗余 时间相关冗余 视觉冗余 熵冗余
.
空间相关冗余
.
时间相关冗余（帧间相关冗余）
熵冗余＝L – H ＝ 2－1.81＝0.19 bit / 符号
.
若采用变长编码方式，对概率大的符号赋予短码， 对概率小的符号赋予长码，则可降低平均码长L
例如，灰度级1 3/8 1 灰度级2 3/8 01 灰度级3 1/8 001 灰度级4 1/8 000
L 3 1 3 2 1 3 1 3 1 .8b 7/i 5 符 t 88 88
熵冗余＝1.875－1.81＝0.065 bit / 符号
所以，采用变长编码可降低信源熵冗余
. return
视频压缩编码技术
1、视频压缩编码技术的研究进展
第一代视频编码技术（经典的视频编码技术）： 以香农信息论为基础 采用基于象素或象素块的方法来表征视频信息 利用图像信号的统计特性来设计编码器 未考虑事件本身的具体含义、重要程度及引起后果 未充分考虑人眼视觉特性对编码图像的影响 只能去除数据冗余－低层压缩
任意随机事件的自信息量为该事件发生概率的倒 数的对数。
.
信源熵（信源每个符号的平均信息量）：
n
H P(xi)lo21 g/P(xi) bi/符 t 号 i1
P(xi)是符号xi出现的概率
平均码长（每个符号的平均编码长度）：
n
L P(xi)li bi/t符号 i1
li 是符号xi 的编码码长
熵冗余＝平均码长－信息熵
.
2、压缩的必要性
电视信号数字化后：数码率高，数据量大。 例如：4：2：2编码、8比特量化的SDTV信号，其 数码率为216 Mbps。若按每2bit构成一个周期，则 传输这样一路数字电视信号需要有108MHz的通道 带宽。 4：2：2编码、8比特量化时，一帧SDTV图像的数 据量约为8.6Mb，要记录10分钟的电视节目就需要 130Gb的存储器容量。 综上所述，要实现数字电视信号的有效存储和传输， 就需要采取措施降低其数据量和数码率
t＝t1
t＝t2
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人眼视觉冗余
人眼视觉特性： 对静止或缓慢运动图像的灰度等级及图像细
节的分辨力高 对快速运动图像的灰度等级及图像细节的分
辨力低 观察大面积图像时，对灰度等级分辨力高，
对细节分辨力低 观察细节时，对灰度等级分辨力低，对细节
分辨力高
人眼接收综合信息的能力有限
.
利用人眼的视觉特性
.
例如：
某一图像总共可出现4个灰度级，对每个灰度级进行二进 制定长编码时，码长为2比特，即 L ＝ 2bit / 符号。
当每个灰度级出现的概率不相等时： 设灰度级1～4的概率分别为1/8、3/8、3/8、1/8，
H = 2 × 8 1 lo 2 8 ＋ g 2 × 8 3 lo 23 8 g ＝ 1 .8b 1 /i符 t 号
数字电视信源编码技术
概述 视频压缩编码技术 视频压缩编码标准介绍 MPEG2 视频编码技术 H.264 视频编码技术 AVS 视频编码技术 视频压缩损伤分析
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概述
1、数字电视信源编码的目的 通过压缩编码技术来去除视频、音频、数
据等原始信号的冗余信息，以实现码率压缩与 带宽减小，使信号在各种传输信道中能够有效 传输。
输入
－
＋
＋
xn
预测器
传输通道
Xn’
输出
en’
解码器
＋＋
预测器 xn
若不考虑量化器的影响，则有 Xn’＝ Xn （无损压缩）
Δx：量化误差
en’ ＝ en＋Δx ＝ Xn－ xn ＋ Δx
Xn’ ＝ en’ ＋xn
＝ Xn ＋ Δx
.
预测编码的压缩效果取决于预测器的预测精度，精 度越高，预测误差越小，量化时所需的量化比特数 就越少，压缩率也就越高。 一般来说，参与预测的像素数越多，预测值就越精 确，但同时预测器电路组成也就越复杂。 利用相关像素值x1、 x2 …… xn-1来预测当前像素值
.
视频压缩编码用到的主要算法
统计编码
变换 预测 编码 编码
分析、综合编码
霍 游 算字
DCT
夫 程 术典
变
曼 编 编编
换
编 码 码码
编
码
码
运
子 分 分模
动
带 级 形型
补
编 编 编基
偿
码 码 码编
预
码
测
编
码
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2、 视频压缩编码分类 按无损压缩和有损压缩进行分类： 无损压缩编码、有损压缩编码 按压缩编码原理进行分类： 统计编码、预测编码、变换编码、矢量量化编码 按信源模型进行分类： 基于波形编码、基于内容编码
对静止或缓慢运动图像： 减小帧率 在图像细节部分选择较高的取样频率和较低的
量化比特数 在大面积像块区域选择较低的取样频率和较高
的量化比特数 对快速运动图像： 提高帧率 降低取样频率和量化比特数
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熵冗余
自信息量
定义：指某个随机事件（或消息）发生后所提供的信息 数量的多少
I(xi)loag p(1 xi)loag p(xi)
n1
xna1x1a2x2 an-1xn-1 aixi i1
n1
a1、a2······an-1称为相关系数，且满足： a i 1 i1
.
3.2 帧内预测编码
上一行
X1
X2
X3
X4
相隔行
当前行
X5
X6
X7
由距X7最近的四个像素
当前像素
X6、X4 、X3、X2参与对X7的预测。
相关系数为：a6＝1/2、 a4＝ a2＝1/8、 a3＝1/4，则：