數(shù)字電視編碼原理

1、數(shù)字電視原理 品質(zhì)管理中心 QE team二零一六年一月數(shù)字電視數(shù)字電視方框圖模擬信號(hào)的數(shù)字化編碼格式目錄目錄123數(shù)字電視系統(tǒng)方框圖模擬信號(hào)的數(shù)字化數(shù)字電視方框圖A/D轉(zhuǎn)換采樣:將連續(xù)的模擬信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)量化:將采樣后的幅值連續(xù)信號(hào)變成離散的信號(hào)編碼:每個(gè)采樣點(diǎn)的幅度用二進(jìn)制碼表示，然后 將每個(gè)采樣點(diǎn)的幅度（二進(jìn)制碼）合成一串二進(jìn) 制碼流采樣 為了避免產(chǎn)生如右圖的混迭現(xiàn)象，則 為了兼顧制式不同，減少干擾，將視頻信號(hào)分成亮度信號(hào)（Y）、色度信號(hào)（pb、pr）,傳輸視頻信號(hào)的亮度信號(hào)為6M，色度信號(hào)為6M,加起來(lái)占用帶寬18M，為了節(jié)省帶寬，由于R、G、B間有以下關(guān)系UR-Y=UR-U

2、Y；UB-Y=UB-UY；UG-Y=UG-UY所以可以只采用pb、pr，帶寬變成12M在后期顯示時(shí)可以通過(guò)運(yùn)算將G信號(hào)運(yùn)算出來(lái)。 綜合考慮P制和N制：亮度信號(hào)采樣頻率為13.5M，色度信號(hào)為6.75M，所以采用的采樣格式為4：2:2。采樣點(diǎn)排列如右圖 音頻信號(hào)采樣頻率，根據(jù)后期的編碼標(biāo)準(zhǔn)。比如AC-3的采樣頻率是最大的，為48KHZ。采樣格式格式/像素P1P2P3P4P5P6P7P8.4:4:4YUV4:2:2YUV4:1:1YUV4:2:0YUVYUv量化 量化比特?cái)?shù)的確定 考慮傳輸碼率、量化信噪比、偽輪廓效應(yīng)及邊緣散亂效應(yīng)等量化級(jí)視頻量化選擇8或10bit。音頻信號(hào)量化一般采 用1624b

3、it。 量化前的歸一化處理 根據(jù)ITU-R BT.601的建議，對(duì)電視信號(hào)采用分量信號(hào)編碼，應(yīng)先對(duì)Y、R-Y、B-Y這3個(gè)分量信號(hào)進(jìn)行g(shù)amma校正。 校正后的亮度信號(hào)及兩個(gè)色差信號(hào)可表示為： Y=0.299R+0.587G+0.114B；R-Y=0.701R-0.587G-0.14B；B-Y=-0.299R-0.587G-0.866B 在傳送標(biāo)準(zhǔn)彩條信號(hào)(100/0100/0)時(shí)，從以上3式可得到視頻信號(hào)不經(jīng)壓縮時(shí)的標(biāo)稱值。亮度信號(hào)Y有1-0的動(dòng)態(tài) 范圍，但色差信號(hào)R-Y和B-Y分別在0.701和0.866范圍內(nèi)變化。為對(duì)其進(jìn)行歸一化，應(yīng)將色差信號(hào)R-Y、B-Y分 別在0.5之間變化，則色差

4、信號(hào)必須引入壓縮系數(shù)：KR=0.5/0.701=0.703；KB=0.5/0.866=0.564 歸一化后的色差信號(hào)為： CR=0.713(R-Y)=0.5R-0.419G-0.081B；CB=0.564(B-Y)=-0.169R-0.331G+0.5B 均勻量化后亮度信號(hào)碼電平的分配圖2.14（a）是亮度模擬電平0-1進(jìn)行8bit量化的情況。8bit量化共256個(gè)量化級(jí)，每一量化級(jí)對(duì)應(yīng)一個(gè)碼電平Y(jié)，碼電平范圍為0-255，相當(dāng)于二進(jìn)制的00000000-11111111。為了避免信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)大，在256個(gè)量化級(jí)中上端留下20級(jí)、下端留下16級(jí)作為防止超越動(dòng)態(tài)范圍的保護(hù)帶。其中亮度模擬黑電

5、平Y(jié)=0時(shí)，對(duì)應(yīng)碼電平為Y=16，亮度模擬白電平為Y=235。于是，可求得量化前的亮度模擬信號(hào)電平Y(jié)和碼電平Y(jié)之間的關(guān)系：Y=219（Y）+16根據(jù)在黑、白區(qū)之間的Y值，按上式求得Y，取其最近的整數(shù)值為碼電平，其中219=235-16量化 均勻量化后色差信號(hào)碼電平的分配經(jīng)歸一化處理后色差信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍為-0.5-+0.5，如圖2.14（b）及（c）所示，色差模擬電平的零電平即CR=CB=0對(duì)應(yīng)的碼電平為CR=CB=256/2=128。色差信號(hào)總共分配224個(gè)量化級(jí)，上端和下端各留下16個(gè)量化級(jí)作為防止過(guò)載的保護(hù)帶。于是可求出量化前的色差信號(hào)CR、CB和碼電平CR、CB之間的關(guān)系為：CR=224

6、 CR+128CB=224 CB+128其中224=240-16.若將CR、CB值代入上兩式中可得碼電平為：CR =224【0.713（R-Y）】+128=160（R-Y）+128CB =224【0.564（B-Y）】+128=126（B-Y）+128傳紅色時(shí)：R-Y=0.701，CR=240傳青色時(shí)：R-Y=0.701，CR=16傳藍(lán)色時(shí)：B-Y=0.866，CB=240傳黃色時(shí)：B-Y=0.866；CB=16傳白和黑時(shí)：R-Y=0，B-Y=0，CB= CB=128在計(jì)算時(shí)應(yīng)將四舍五人取整后的值作為碼電平。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)8bit系統(tǒng)，碼電平0和255，專供同步基準(zhǔn)數(shù)據(jù)使用，不能用作視頻數(shù)據(jù) 量化考慮：量化會(huì)產(chǎn)生量化噪聲，級(jí)數(shù)越大，量化噪聲越大小，并且還需要考慮偽輪廓效應(yīng)和邊緣散亂現(xiàn)象。 編碼編碼方式分類分類方式類型解碼重建與原始圖像是否相同有損壓縮無(wú)損壓縮壓縮編碼算法基于圖形的統(tǒng)計(jì)特性基于人的視覺(jué)特性基于內(nèi)容基于模型主流方式預(yù)測(cè)編碼變換編碼編碼圖像數(shù)據(jù)的冗余01空間冗余02時(shí)間冗余03統(tǒng)計(jì)冗余04視覺(jué)冗余編碼音頻數(shù)據(jù)的冗余01統(tǒng)計(jì)冗余02聽(tīng)覺(jué)冗余編碼標(biāo)準(zhǔn) 音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)為：H.264、MPENG-2、MPENG-4、H.320、H.323、AVS。 行業(yè)正