数字电视的国际标准1

数字电视原理第五章数字电视的国际标准信息工程系22019/12/255.4JPEG标准JPEG的目标：JPEG用于连续变化的静止图像连续变化是指灰度等级和颜色两方面的连续变化静止图像数据压缩标准JPEG•JointPhoto-GraphicExpertsGroup联合图像专家组•从1986年正式开始制订,由多个国际组织联合制定:•国际标准组织ISO•国际电报电话咨询委员会CCITT(后改为国际电信联盟ITU)。•国际电工委员会(IEC)也参加合作•1992年7月通过了标准的第一部分，后又对有关测试标准草案(即标准的第二部分)作了进一步修改信息工程系32019/12/255.4JPEG标准JPEG包含两种基本压缩方法：•有损压缩：基于DCT的有损压缩，又称为基线顺序编解码(BaselineSequentialCodec)方法•无损压缩：又称预测压缩方法JPEG编码压缩的基本算法与H.261的帧内模式相似，JPEG标准的图像压缩是在本帧内进行,与前后帧无关JPEG可用于活动图像压缩编码，只不过压缩方法只限于帧内进行，不作运动补偿和帧间差运算。这种用于活动图像的压缩技术称作：M-JPEG(Motion-JPEG),主要用于高质量图像压缩编码方案中，例如电视台节目编辑中信息工程系42019/12/255.4JPEG标准1.基于DCT的编码器和解码器基于DCT的JPEG编码器：正向DCT量化器熵编码器压缩图像数据专用数据表专用数据表基于DCT的编码器源图像数据8×8方块信息工程系52019/12/255.4JPEG标准基于DCT的JPEG解码器：反向DCT去量化器熵解码器压缩图像数据专用数据表专用数据表基于DCT的解码器重建源图像信息工程系62019/12/255.4JPEG标准JPEG标准中的像素•以NTSC制为例，它的视频最高频率为4.2MHz，故抽样频率可取8.4MHz至9MHz•NTSC制▪行频▪行周期▪每行的显示时间▪若设抽样频率52559.9415734.252HfHz163.5556HHtsf0.835dHtt0.83563.555653.069dts9.045sfMHz信息工程系72019/12/255.4JPEG标准▪则时间内的抽样数N如下式所示抽样数N:一行中的显示区或称有效像素区中的像素数dt9.04553.069480sdNftMHzs信息工程系82019/12/255.4JPEG标准像素形状•又称为纵横比，按JPEG标准规定像素纵横比为1：1，也就是像素为正方形•例如上述NTSC制中一行像素为480个，若像素纵横比为1：1，图像尺寸纵横比为3：4，则一帧图像应有的行数为480×3／4＝360行•光栅转换或扫描转换：NTSC制一帧图像为525行，其中包含两场，若扣除两场的场消隐所需74行，则余451行,转换到360行,则需要并行。按，则每10行需要并成8行，这就是图像光栅处理中常用的光栅转换或扫描转换360/45180%信息工程系92019/12/255.4JPEG标准JPEG压缩流程示意图信息工程系102019/12/255.4JPEG标准2.离散余弦变换和DCT系数量化JPEG标准是将“二维”空间的图像数据用离散余弦变换DCT公式变换到二维频域成为二维频率系数。变换后的系数经量化矩阵量化亮度量化矩阵色度量化矩阵161110162440516112121419265860551413162440576956141722295187806218223756681091037724355564811041139249647887103121120101729295981121001039917182447999999991821266699999999242656999999999947669999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999信息工程系112019/12/255.4JPEG标准量化矩阵量化正量化：式中为DCT系数，为量化步长反量化：(,)(,)(,)QGuvGuvQuv取整数(,)Guv(,)Quv'(,)(,)(,)GuvuvQuvQG信息工程系122019/12/255.4JPEG标准经Zig-Zag扫描后，把二维量化系数转换为一维数据序列，以便进行熵编码•这种低频在前高频在后Zig-Zag扫描的排列方式也称带状编码，因为它和频带由低到高呈带状一致。这和量化步长逐步提高的方式一致，所以也称门限系数排列方式对于直流分量DC进行差分脉冲编码DIFF=DCi-DCi-1DCiDCi-1Bi-1Bi信息工程系132019/12/255.4JPEG标准3.熵编码器熵编码也称无损编码或无误差编码。熵编码分为两个步骤，其一为中间熵编码，其二是可变长度熵编码JPEG标准的DCT变换编码、解码过程及熵编码的具体操作方法请见附录信息工程系142019/12/255.4JPEG标准4.数据交换格式SOI帧EOI(表/杂项)帧头扫描1扫描2扫描未DNL段(表/杂项)扫描1ECS0RST0ECS未-1RST未-1ECS未(MUC1),(MUC2),厖..(MUCRi)(MUCn),(MUCn+1),厖..(MUC末)熵编码0熵编码末信息工程系152019/12/255.5MPEG-1标准MPEG-1目标•MPEG-1标准的设计思想是在1Mbit/s到1.5Mbit/s的低带宽条件下，提供尽可能高的图像质量（包括音频，以下所指图像均包括音频）。针对CD-ROM、光盘的视频存储和放像所制定的数字电视标准VCD使用MPEG-1标准，图像尺寸为352×288，标准速率为1.2Mbit/sMPEG是活动图像专家组(MovingPictureExpertGroup)的英文缩写，MPEG的任务是开发活动图像及其声音的数字编码标准，成立于1988年。它是国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)联合技术委员会l(JTCl)的第29分委员会(S29)的第ll工作组(WGll)，其全称是WGllofSI29ofISO／IECJTCl信息工程系162019/12/255.5MPEG-1标准ISO的活动图像专家组(MPEG)在1991年11月提出了ISO11172标准的建议草案，通称MPEG-l标准。该标准予1992年l1月被通过，l993年8月公布信息工程系172019/12/255.5MPEG-1标准1.MPEG-1标准的内容ISO/IEC11172包括三大部分:①ISO/IEC11172-1第一部分系统②ISO/IEC11172-2第二部分视频③ISO/IEC11172-3第三部分音频MPEG-l标准可以处理各种类型的活动图像，其基本算法对于压缩水平方向352个像素、竖直方向288个像素的空间分辨力，每秒24/25/30幅画面的运动图像有很好的效果在MPEG-l标准中的一帧图像的概念不同于电视中帧的概念，前者一定是逐行扫描的图像，如果待处理信号是隔行扫描的图像，则编码前必须将其转换成逐行扫描的格式信息工程系182019/12/255.5MPEG-1标准MPEG-1标准采用了一系列技术以获得高压缩比①对色差信号进行亚采样，减少数据量②采用运动补偿技术减少帧间冗余度③做二维DCT变换去除空间相关性④对DCT系数进行量化，舍去不重要的信息，将量化后的DCT系数按照频率重新排序⑤将DCT系数进行变字长熵保持编码⑥对每数据块的直流分量(DC)进行预测差分编码信息工程系192019/12/255.5MPEG-1标准在MPEG-l标准中，考虑到压缩比和随机存取这对矛盾，一共定义了四种图像类型：1.I帧图像：帧内帧图像，采用帧内编码，不参照其他图像2.P帧图像：预测帧图像，参照前一幅I帧或P帧图像做运动补偿编码3.B帧图像：双向预测帧图像，参照前一幅和后一幅I帧或P帧图像做双向运动补偿编码4.D类图像：直流(DC)图像，这类图像中只含直流分量，是为快放功能而设计的信息工程系202019/12/255.5MPEG-1标准帧内图像I的压缩编码算法框图信息工程系212019/12/255.5MPEG-1标准预测图像P的压缩编码算法框图信息工程系222019/12/255.5MPEG-1标准双向预测图像B的压缩编码算法框图信息工程系232019/12/255.5MPEG-1标准I帧、P帧和B帧图像的依赖关系信息工程系242019/12/255.5MPEG-1标准图像的显示顺序和编码顺序显示顺序：编码顺序：信息工程系252019/12/255.5MPEG-1标准I帧、P帧、B帧的数据字节和压缩比信息工程系262019/12/255.5MPEG-1标准编解码延时问题•由于编码顺序和显示顺序之间的差异,带来编、解码总延时达0.8～1秒时间•这种延时对广播性质的图像传输不会带来任何影响，因为用户并不能发现发射端与接收端信号起始时间的差异•对于交互性质的图像传输，例如，数字会议电视则带来十分不便。因为甲方图像传至乙方经编码、解码要延时0.8～1秒时间;乙方图像传至甲方经编码、解码也要延时0.8～1秒时间,这样，如果甲对乙提一个问题，则1.8～2秒以后才能得到回答信息工程系272019/12/255.5MPEG-1标准解决编解码延时过长问题•减少B帧使两个I帧之间的帧数减少，则编、解码总延时下降，甚至可以把B帧、P帧全部取消，这样，可以得到0延时。这种方式也称M-JPEG(Motion-JPEG)方式。但此时的压缩比降到了5:1～7:1•延时与压缩倍数是互相矛盾的信息工程系282019/12/255.5MPEG-1标准2.MPEG-1视频流数据结构视频流数据由以下部分组成：1.视频序列2.图像组3.图像4.片5.宏块信息工程系292019/12/255.5MPEG-1标准MPEG-1视频流结构2019/12/25信息工程系30QuestionTime