数字电视编码原理
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
行业正在使用的音视频标准：JPEG、MPENG-2 正在使用的音频标准：AAC、AC-3 将来使用的的音视频标准：MPENG-4、H.265 中国具备知识产权的音视频标准：AVS
会议系统专用标准：H.320、H.323
THANKS
综合考虑P制和N制： 亮度信号采样频率为13.5M，色度信号为6.75M， 所以采用的采样格式为4：2:2。采样点排列如右图
音频信号采样频率，根据后期的编码标准。比如AC-3的采样频率是最大的，为48KHZ。
采样格式
格式/像素 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 …..
Y
4:4:4
采样
为了避免产生如右图的混迭现象，则
为了兼顾制式不同，减少干扰，将视频信号分成亮度信号（Y）、色度信号（pb、pr）,传输视频信号的亮度信号 为6M，色度信号为6M,加起来占用带宽18M，为了节省带宽，由于R、G、B间有以下关系 UR-Y=UR-UY；UB-Y=UB-UY；UG-Y=UG-UY 所以可以只采用pb、pr，带宽变成12M在后期显示时可以通过运算将G信号运算出来。
数字电视原理
品质管理中心
QE team
二零一六年一月
数字电视
1
数字电视方框图
目录
2 3
模拟信号的数字化
编码格式
数字电视系统方框图
模拟信号的数字化
数字电视方框图
A/D转换
采样:将连续的模拟信号变成时间上离散的信号
量化:将采样后的幅值连续信号变成离散的信号
编码:每个采样点的幅度用二进制码表示，然后 将每个采样点的幅度（二进制码）合成一串二进 制码流
编码
编码方式分类
分类方式 解码重建与原始图像是 否相同 类型
有损压缩
无损压缩
压缩编码算法
基于图形 的统计特 性
基于人的 视觉特性
基于内容
基于模型
主流方式
预测编码
变换编码
编码
图像数据的冗余
01
空间冗余
02
时间冗余
03
统计冗余
04
视觉冗余
编码
音频数据的冗余
01
统计冗余
02
听觉冗余
编码标准
音视频编码标准为：H.264、MPENG-2、MPENG-4、H.320、H.323、AVS。
U V Y
4:2:2
U V
Y
4:1:1
U V Y U V
4:2:0
Y U v
量化
量化比特数的确定 考虑传输码率、量化信噪比、伪轮廓效应及边缘散乱效应等量化级视频量化选择8或10bit。音频信号量化一般采 用16~24bit。 量化前的归一化处理 根据ITU-R BT.601的建议，对电视信号采用分量信号编码，应先对Y、R-Y、B-Y这3个分量信号进行gamma校正。 校正后的亮度信号及两个色差信号可表示为： Y=0.299R+0.587G+0.114B；R-Y=0.701R-0.587G-0.14B；B-Y=-0.299R-0.587G-0.866B 在传送标准彩条信号(100/0100/0)时，从以上3式可得到视频信号不经压缩时的标称值。亮度信号Y有1-0的动态 范围，但色差信号R-Y和B-Y分别在±0.701和±0.866范围内变化。为对其进行归一化，应将色差信号R-Y、B-Y分 别在±0.5之间变化，则色差信号必须引入压缩系数：KR=0.5/0.701=0.703；KB=0.5/0.866=0.564 归一化后的色差信号为： CR=0.713(R-Y)=0.5R-0.419G-0.081B；CB=0.564(B-Y)=-0.169R-0.331G+0.5B 均匀量化后亮度信号码电平的分配 图2.14（a）是亮度模拟电平0-1进行8bit量化的情况。8bit量化共256个量化级，每一量化级对应一个码电平Y，码 电平范围为0-255，相当于二进制的00000000-11111111。为了避免信号动态范围的扩大，在256个量化级中上端 留下20级、下端留下16级作为防止超越动态范围的保护带。其中亮度模拟黑电平Y=0时，对应码电平为Y=16，亮度 模拟白电平为Y=235。于是，可求得量化前的亮度模拟信号电平Y和码电平Y之间的关系：Y=219（Y）+16 根据在黑、白区之间的Y值，按上式求得Y，取其最近的整数值为码电平，其中219=235-16
ຫໍສະໝຸດ Baidu化
均匀量化后色差信号码电平的分配 经归一化处理后色差信号的动态范围为-0.5--+0.5，如图2.14（b）及（c）所示，色差模拟电平的零电平即CR=CB=0 对应的码电平为CR=CB=256/2=128。色差信号总共分配224个量化级，上端和下端各留下16个量化级作为防止过载 的保护带。于是可求出量化前的色差信号CR、CB和码电平CR、CB之间的关系为： CR=224 CR+128 CB=224 CB+128 其中224=240-16.若将CR、CB值代入上两式中可得码电平为： CR =224【0.713（R-Y）】+128=160（R-Y）+128 CB =224【0.564（B-Y）】+128=126（B-Y）+128 传红色时：R-Y=0.701，CR=240 传青色时：R-Y=0.701，CR=16 传蓝色时：B-Y=0.866，CB=240 传黄色时：B-Y=0.866；CB=16 传白和黑时：R-Y=0，B-Y=0，CB= CB=128 在计算时应将四舍五人取整后的值作为码电平。 标准规定，对8bit系统，码电平0和255，专供同步基准数据使用，不能用作视频数据 量化考虑：量化会产生量化噪声，级数越大，量化噪声越大小，并且还需要考虑伪轮廓效应和边缘散乱现象。
会议系统专用标准：H.320、H.323
THANKS
综合考虑P制和N制： 亮度信号采样频率为13.5M，色度信号为6.75M， 所以采用的采样格式为4：2:2。采样点排列如右图
音频信号采样频率，根据后期的编码标准。比如AC-3的采样频率是最大的，为48KHZ。
采样格式
格式/像素 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 …..
Y
4:4:4
采样
为了避免产生如右图的混迭现象，则
为了兼顾制式不同，减少干扰，将视频信号分成亮度信号（Y）、色度信号（pb、pr）,传输视频信号的亮度信号 为6M，色度信号为6M,加起来占用带宽18M，为了节省带宽，由于R、G、B间有以下关系 UR-Y=UR-UY；UB-Y=UB-UY；UG-Y=UG-UY 所以可以只采用pb、pr，带宽变成12M在后期显示时可以通过运算将G信号运算出来。
数字电视原理
品质管理中心
QE team
二零一六年一月
数字电视
1
数字电视方框图
目录
2 3
模拟信号的数字化
编码格式
数字电视系统方框图
模拟信号的数字化
数字电视方框图
A/D转换
采样:将连续的模拟信号变成时间上离散的信号
量化:将采样后的幅值连续信号变成离散的信号
编码:每个采样点的幅度用二进制码表示，然后 将每个采样点的幅度（二进制码）合成一串二进 制码流
编码
编码方式分类
分类方式 解码重建与原始图像是 否相同 类型
有损压缩
无损压缩
压缩编码算法
基于图形 的统计特 性
基于人的 视觉特性
基于内容
基于模型
主流方式
预测编码
变换编码
编码
图像数据的冗余
01
空间冗余
02
时间冗余
03
统计冗余
04
视觉冗余
编码
音频数据的冗余
01
统计冗余
02
听觉冗余
编码标准
音视频编码标准为：H.264、MPENG-2、MPENG-4、H.320、H.323、AVS。
U V Y
4:2:2
U V
Y
4:1:1
U V Y U V
4:2:0
Y U v
量化
量化比特数的确定 考虑传输码率、量化信噪比、伪轮廓效应及边缘散乱效应等量化级视频量化选择8或10bit。音频信号量化一般采 用16~24bit。 量化前的归一化处理 根据ITU-R BT.601的建议，对电视信号采用分量信号编码，应先对Y、R-Y、B-Y这3个分量信号进行gamma校正。 校正后的亮度信号及两个色差信号可表示为： Y=0.299R+0.587G+0.114B；R-Y=0.701R-0.587G-0.14B；B-Y=-0.299R-0.587G-0.866B 在传送标准彩条信号(100/0100/0)时，从以上3式可得到视频信号不经压缩时的标称值。亮度信号Y有1-0的动态 范围，但色差信号R-Y和B-Y分别在±0.701和±0.866范围内变化。为对其进行归一化，应将色差信号R-Y、B-Y分 别在±0.5之间变化，则色差信号必须引入压缩系数：KR=0.5/0.701=0.703；KB=0.5/0.866=0.564 归一化后的色差信号为： CR=0.713(R-Y)=0.5R-0.419G-0.081B；CB=0.564(B-Y)=-0.169R-0.331G+0.5B 均匀量化后亮度信号码电平的分配 图2.14（a）是亮度模拟电平0-1进行8bit量化的情况。8bit量化共256个量化级，每一量化级对应一个码电平Y，码 电平范围为0-255，相当于二进制的00000000-11111111。为了避免信号动态范围的扩大，在256个量化级中上端 留下20级、下端留下16级作为防止超越动态范围的保护带。其中亮度模拟黑电平Y=0时，对应码电平为Y=16，亮度 模拟白电平为Y=235。于是，可求得量化前的亮度模拟信号电平Y和码电平Y之间的关系：Y=219（Y）+16 根据在黑、白区之间的Y值，按上式求得Y，取其最近的整数值为码电平，其中219=235-16
ຫໍສະໝຸດ Baidu化
均匀量化后色差信号码电平的分配 经归一化处理后色差信号的动态范围为-0.5--+0.5，如图2.14（b）及（c）所示，色差模拟电平的零电平即CR=CB=0 对应的码电平为CR=CB=256/2=128。色差信号总共分配224个量化级，上端和下端各留下16个量化级作为防止过载 的保护带。于是可求出量化前的色差信号CR、CB和码电平CR、CB之间的关系为： CR=224 CR+128 CB=224 CB+128 其中224=240-16.若将CR、CB值代入上两式中可得码电平为： CR =224【0.713（R-Y）】+128=160（R-Y）+128 CB =224【0.564（B-Y）】+128=126（B-Y）+128 传红色时：R-Y=0.701，CR=240 传青色时：R-Y=0.701，CR=16 传蓝色时：B-Y=0.866，CB=240 传黄色时：B-Y=0.866；CB=16 传白和黑时：R-Y=0，B-Y=0，CB= CB=128 在计算时应将四舍五人取整后的值作为码电平。 标准规定，对8bit系统，码电平0和255，专供同步基准数据使用，不能用作视频数据 量化考虑：量化会产生量化噪声，级数越大，量化噪声越大小，并且还需要考虑伪轮廓效应和边缘散乱现象。