搜索
《现代电视原理》实验报告2015——2016学年第二学期班级：142专业：电子科学与技术姓名：陈进龙学号：1886140204实验四视频帧结构实验一、实验仪器1．WX2009DTV数字电视实验系统装置一台2．配置计算机一台二、实验目的1．熟悉数字电视图像压缩编码的基本原理2．熟悉I、P、B帧的基本压缩原理及压缩算法对实时图像压缩编码的作用3．熟悉MPEG视频帧的结构的基本作用4．掌握MPEG视频帧结构的配置方法和目的三、元器件的功能和作用一、编码小板序号位号型号功能备注1U3MB86391AMPEG-2编码电路主芯片2U2SAA7133视频编码电路AD模拟视频转数字视频信号3U7PCM1800音频编码电路AD模拟音频转数字音频信号4U1\U857V6432OSRAM数据缓存器5U9MB29LV800BAROM程序存储器6U10PL1700E锁相环电路产生音频所需时钟二、编码大板序号位号型号功能备注1U2、U3、U4U11、U12、U13DS90LV031A单路TS流信号转成平衡式TS流信号2U9EPM240TX作逻辑开关用CPLD3U874HC245电平转换器4U5STC89LE516RD+单片机对芯片初始化及控制5U7MX232串口通讯用三、解码板序号位号型号功能备注1U89DMB86H20AMPEG-2解码电路主芯片2U8、U10、U11DS90LV32A平衡TS流信号转成平单路TS流信号3U6MB29LV800BAROM程序存储器4U9HY57V641620HGSRAM数据缓存器5U1、U2、U4SGM9115视频放大器6U1274HC245电平转换器7U3LM339比较器8U7TS流测试点四、MPEG-2编码小板主要测试点序号位号作用备注1TP327M编码主时钟信号2TP4U2的场同步信号输出3TP1编码电路主芯片MB86391A的主时钟输入4TP1A音频编码时钟信号输出5TP9编码电路主芯片MB86391A的工作时钟五、MPEG-2编码大板主要测试点序号位号作用备注1TP13.3V电源测试点2TP28.192M晶振时钟信号3TP5音频左路信号输入4TP6音频右路信号输入5TP7模拟视频信号输入六、解码板主要测试点序号位号作用备注1TP1音频右路信号输出2TP3音频左路信号输出3TP2解码电路输出的模拟视频信号四、解析我们已经提到，MPEG是基于DCT、运动补偿和Huffman编码算法的，由此，MPEG在压缩中使用了帧内压缩和帧间压缩两种方式。为了在编码中实现最大的压缩比，MPEG使用三种类型的图像，即I帧，P帧和B帧。1、帧介绍I帧（I-frames）：帧内压缩编码形成的图像P帧（P-frames）：前向预测帧，以一个P帧或I帧为预测帧进行编码B帧（B-frames）：从相邻（前后均可）的最近的I帧或P帧作双向预测进行编码在MPEG编码的过程中，部分视频帧序列压缩成为I帧；部分压缩成P帧；还有部分压缩成B帧。I帧法是帧内压缩法，也称为“关键帧”压缩法。I帧法是基于离散余弦变换DCT（DIscreteCosIneTransform）的压缩技术，这种算法与JPEG压缩算法类似。JPEG压缩是一种针对静止的连续色调的图像压缩方法，它属于帧内压缩。采用I帧压缩可达到1/6的压缩比而无明显的压缩痕迹。MPEG标准采用YCbCr（YUV）4:：2：2的采样格式，其含义为：每个点保存一个8bIt的亮度值(也就是Y值)，每2个点保存一个Cr（8bIt）和Cb（8bIt）值,图像在肉眼中的感觉不会起太大的变化。其编码的基本方法是在单位时间内，首先采集并压缩第一帧的图像为I帧。然后对于其后的各帧，在对单帧图像进行有效压缩的基础上，只存储其相对于前后帧发生变化的部分。帧间压缩的过程中也常间隔采用帧内压缩法，由于帧内（关键帧）的压缩不基于前一帧，一般每隔15帧设一关键帧，这样可以减少相关前一帧压缩的误差积累。MPEG编码器首先要决定压缩当前帧为I帧或P帧或B帧，然后采用相应的算法对其进行压缩。一个视频序列经MPEG全编码压缩后可能的格式为：IBBPBBPBBPBBPBBIBBPBBPBBPBBPBBI......2、帧特点I帧特点：①它是一个全帧压缩编码帧。它将全帧图像信息进行JPEG压缩编码及传输。②解码时仅用I帧的数据就可重构完整图像。③I帧描述了图像背景和运动主体的详情。④I帧不需要参考其他画面而生成。⑤I帧是P帧和B帧的参考帧（其质量直接影响到同组中以后各帧的质量）。⑥I帧是帧组GOP的基础帧（第一帧），在一组中只有一个I帧。⑦I帧不需要考虑运动矢量。⑧I帧所占数据的信息量比较大。P帧：前向预测编码帧(1)P帧的预测与重构：P帧是以I帧为参考帧，在I帧中找出P帧“某点”的预测值和运动矢量，取预测差值（对其进行类似JPEG压缩编码）和运动矢量（Huffman编码）一起传送。在接收端根据运动矢量从I帧中找出P帧“某点”的预测值并与差值相加以得到P帧“某点”样值，从而可得到完整的P帧。(2)P帧特点①P帧是I帧后面相隔1～2帧的编码帧。②P帧采用运动补偿的方法传送它与前面的I或P帧的差值及运动矢量（预测误差）。③解码时必须将I帧中的预测值与预测误差求和后才能重构完整的P帧图像。④P帧属于前向预测的帧间编码。它只参考前面最靠近它的I帧或P帧。⑤P帧可以是其后面P帧的参考帧，也可以是其前后的B帧的参考帧。⑥由于P帧是参考帧，它可能造成解码错误的扩散。⑦由于是差值传送，P帧的压缩比较高。B帧：双向预测内插编码帧。(1)B帧的预测与重构B帧以前面的I或P帧和后面的P帧为参考帧，“找出”B帧“某点”的预测值和两个运动矢量，并取预测差值和运动矢量传送。接收端根据运动矢量在两个参考帧中“找出（算出）”预测值并与差值求和，得到B帧“某点”样值，从而可得到完整的B帧（不知如何算出）。（2)B帧特点①B帧是由前面的I或P帧和后面的P帧来进行预测的。②B帧传送的是它与前面的I或P帧和后面的P帧之间的预测误差及运动矢量。③B帧是双向预测编码帧。④B帧压缩比最高，因为它只反映丙参考帧间运动主体的变化情况，预测比较准确。⑤B帧不是参考帧，不会造成解码错误的扩散。I、B、P各帧是根据压缩算法的需要，是人为定义的，它们都是实实在在的物理帧，至于图像中的哪一帧是I帧，是随机的，一但确定了I帧，以后的各帧就严格按规定顺序排列。