數(shù)字電視原理PPT演示課件

1、數(shù)字電視原理與應(yīng)用,Principle and Application of Digital Television,主講：張文軍 教授 上海交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院 Email： 20062007學(xué)年第一學(xué)期,2,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,課程安排,3,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,數(shù)字電視基本原理,視頻壓縮原理 第5章 MPEG-2視頻編碼及其測量 第4,6,11章 MPEG-2音頻編碼部分及其測量 第7章 MPEG-2系統(tǒng)部分及其測量 第3,9,10章 數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ) 第12章 數(shù)字電視中的糾錯編碼原理 補(bǔ)充,4,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,MPEG-2視頻編碼及其測量,1.數(shù)字視頻信號ITU-BT.R.601,5

2、,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,電視演播室中使用了一段時間的無壓縮數(shù)字視頻信號。 ITU-BT.R.601(CCIR 601)的獲得： 視頻攝像機(jī)得到模擬RGB信號 RGB信號在攝像機(jī)中通過矩陣變換得到亮度(Y)和色度(色差CB和CR)信號。,1、數(shù)字視頻信號ITU-BT.R.601,圖4.1 亮度和色度信號的數(shù)字化,6,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,RGB信號轉(zhuǎn)換成亮度和色度信號 亮度信號 色差信號 亮度信號的帶寬利用低通濾波器限定到5.75MHz 兩個色差信號帶寬限定到2.75MHz 色度信號的分辨率比亮度信號分辨率低人眼視覺特性 模擬電視中色度信號限定到1.3MHz。,1、數(shù)字視頻信號ITU-BT.R.60

3、1,7,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,帶限后的亮度和色度信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)采樣和數(shù)字化 亮度分量Y中A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率是13.5MHz 色度分量CB和CR中A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率是6.75MHz 滿足采樣定理：信號的最高頻率不超過采樣頻率的一半。,1、數(shù)字視頻信號ITU-BT.R.601,圖4.2 IUT-BT.R.601亮度和色度分量的采樣,8,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率可達(dá)8或10bits 10bits對應(yīng)270Mbit/s碼率 碼率高，適合演播室應(yīng)用，不適合TV傳輸應(yīng)用。 Y,CB,CR三個分量的復(fù)用順序： CB Y CR Y CB Y 亮度分量Y與兩色度分量CB CR相交替

4、， 亮度分量Y的分辨率是CB或CR分辨率的兩倍4:2:2格式。 采樣前，矩陣變換輸出的Y、CB和CR的分辨率相同4:4:4格式。 信號接口： 25pin subD并口 75Ohm BNC串口，叫做SDI(Serial Digital Interface) 廣泛采用傳統(tǒng)的75Ohm雙絞線/同軸電纜接口。,1、數(shù)字視頻信號ITU-BT.R.601,9,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,碼流中視頻信號的開始和結(jié)束由特殊碼字SAV(Start of Active Video)和EAV (End of Active Video)標(biāo)記。 EAV到SAV之間有水平空白間隔，不包含任何視頻信號，可傳輸輔助信息，例如音頻信號

5、或數(shù)字信號的錯誤掩蓋信息。 SAV和EAV碼字各自由4個8或10bit碼字組成，第一個碼字是全1，第二和第三個碼字全0，第四個碼字包含相應(yīng)場或相應(yīng)垂直空白間隔的信息。,1、數(shù)字視頻信號ITU-BT.R.601,10,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,第四個碼字用于檢測垂直方向一幀、一場圖像的開始 最高位始終是1。 次高位第8位（10bit）或第6位（8bit）是場標(biāo)志，如果該位為0，是第一場；如果該位為1，是第二場； 第7位（10bit）或第5位（8bit）是垂直方向活動視頻區(qū)域標(biāo)志，如果該位為0，表示是可見的視頻區(qū)域；如果該位為1，是垂直空白間隔。 第6位（10bit）或第4位（8bit）標(biāo)記該碼字是SA

6、V還是EAV，如果該位為0，是SAV；如果該位為1，是EAV。 第52位（10bit）或第30位（8bit）用于SAV和EAV碼字的誤碼保護(hù)。 F=Field (0=1st field, 1=2nd field) V=Vertical blanking (1=vertical blanking interval) H=SAV/EAV標(biāo)記（0SAV，1EAV） P0,P1,P2,P3=保護(hù)位（漢明碼）,1、數(shù)字視頻信號ITU-BT.R.601,11,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,Y、CB和CR都沒有用到全部的動態(tài)范圍，留有一個禁止區(qū)間作為保留凈空，同時使得SAV和EAV便于識別。 亮度信號Y的范圍： 16

7、235（8bits） 64940（10bits） 色度信號CB和CR的動態(tài)范圍： 16240（8bits） 64960（10bits） 該范圍外的區(qū)間作為凈空和同步標(biāo)識,1、數(shù)字視頻信號ITU-BT.R.601,圖4.4 Y,CB,CR的動態(tài)范圍,12,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,MPEG-2視頻編碼及其測量,1.數(shù)字視頻信號ITU-BT.R.601,2.MPEG-2視頻編碼,13,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,2、MPEG-2視頻編碼,視頻壓縮步驟,壓縮算法總結(jié),視頻ES流結(jié)構(gòu),14,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,數(shù)字SDTV視頻信號數(shù)碼率270Mbit/s，必須壓縮到26Mbit/s才能用于廣播傳輸。 攝像機(jī)輸出的R

8、GB信號通過矩陣變換得到Y(jié),CB和CR信號 降低信號帶寬，信號通過低通濾波 模數(shù)轉(zhuǎn)換 降低色度分辨率為4:2:2格式 按照ITU-BT.R.601，信號碼率270Mbit/s 通過MPEG視頻壓縮過程，必須壓縮到26(15)Mbit/s，壓縮比高達(dá)130。,視頻壓縮,15,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,視頻壓縮,冗余度消除 多余信息：碼流中多次存在，或沒有信息量，或在接收端可通過數(shù)學(xué)方法無失真恢復(fù)。 VLC游程編碼 霍夫曼編碼：使用頻率高的字母用短碼，使用頻率低的字母用長碼。 無損壓縮,高壓縮比,不相關(guān)性消除 不必要信息：人眼無法察覺的信息。 人眼的彩色視覺細(xì)胞遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于亮度視覺細(xì)胞，因此色度分辨率可以降

9、低，色度信號帶寬可以減少。 人眼不能辨別圖像中過于精細(xì)結(jié)構(gòu)和粗結(jié)構(gòu)。 不能復(fù)原的有損過程,16,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,MPEG采用的壓縮步驟,有損,1,量化從10bits降為8bits,無損,2,省略水平和垂直空白間隔,有損,3,降低垂直方向色度分辨率(4:2:0),無損,4,活動圖像的DPCM,有損,5,DCT和量化,無損,6,Z掃描和零序列的游程編碼,無損,7,Huffman編碼,17,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,模擬電視中，視頻信號的信噪比大于48dB時，噪聲恰好人眼不可見。 A/D轉(zhuǎn)換器中8bit分辨率的量化噪聲已經(jīng)不可見，因此在演播室以外，對Y,CB和CR信號不必要采用10bit分辨率。 演播

10、室中最好采用10bit，更容易進(jìn)行后處理，質(zhì)量更好。 10bit降為8bit可節(jié)省20碼率 (10-8)/10=2/10=20% 不相關(guān)性消除 接收端不能恢復(fù)原始信號 S/NdB6N，量化噪聲增加12dB。,1、10bits量化降為8bits量化,18,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,ITU BT.R601信號的水平和垂直空白間隔不包含任何信息，可以包含輔助數(shù)據(jù)例如聲音信號，但根據(jù)MPEG這些輔助數(shù)據(jù)必須單獨(dú)編碼，因此可以省略，接收端可以輕易恢復(fù)。,2、省略水平和垂直空白間隔,圖6.1 水平和垂直空白,PAL信號的625線只有575線可見，如果省略垂直空白間隔可以節(jié)省8的碼率 (625-575)/625=

11、8% 一行長64微秒，只有52微秒可見，如果省略水平空白間隔又可以節(jié)省19的碼率 (64-52)/64=19% 因?yàn)閮蓚€節(jié)省有部分重疊，總的節(jié)省率大約25。,Visible, active picture,64s,52s Active line,V Blanking(8%),575 Visible lines,625 lines,H Blanking(19%),19,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,按照ITU BT.R601，兩個色度分量CB和CR的采樣頻率是亮度分量Y的一半， Y的帶寬5.75MHz，CB和CR的帶寬降為2.75MHz。 4:2:2格式 4:2:2色度分辨率只是水平方向降低。 人眼無法分

12、辨水平和垂直方向的色度分辨率。 垂直方向降低一半色度分辨率的影響人眼不可見。 4:2:0信號，四個Y像素對應(yīng)一個CB和CR值。 又節(jié)省25碼率。,3、降低垂直色度分辨率(4:2:0),圖6.2 4:4:4 4:2:2 4:2:0分辨率,20,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,MPEG視頻壓縮步驟,21,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,進(jìn)一步數(shù)據(jù)壓縮,DPCM,Z掃描VLC,Huffman編碼,進(jìn)一步數(shù)據(jù)壓縮,DCT量化,22,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,相鄰幀之間差別較小，有靜止區(qū)域不發(fā)生變化，有活動區(qū)域只改變其位置，還有新增加的對象。 如果每幀圖像都完全傳輸，有部分傳輸?shù)男畔⑼耆嗤瑫?dǎo)致很高的碼率。 顯然對這些圖像區(qū)域只

13、傳輸兩幀之間的差值更合適DPCM：,4、DPCM,23,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,連續(xù)模擬信號采樣數(shù)字化時得到等間隔的離散采樣值，相當(dāng)于等間隔的脈沖，即PCM脈沖編碼調(diào)制，每個脈沖的高度表示該時刻信號的離散采樣值。 由于經(jīng)過了帶限預(yù)處理，相鄰采樣值之間的差值不大，如果只傳輸差值可以節(jié)省傳輸容量，降低碼率，即DPCM差分脈沖編碼調(diào)制。 DPCM的問題在于恢復(fù)原始信號的延遲較長，可以通過在傳輸差值時，每隔固定間隔就傳輸一次完全采樣值，來解決該問題。 這種方法非常接近MPEG-1/-2圖像壓縮中采用的幀間預(yù)測編碼。,4、DPCM,24,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,在一幀圖像進(jìn)行靜止和運(yùn)動對象檢測之前，首先被分成若

14、干宏塊。 4:2:0格式每個宏塊由一個16x16亮度像素Y和兩個8x8的色度像素CB、CR。 每幀圖像水平和垂直像素?cái)?shù)目選擇為16和8的整數(shù)倍（720 x576）。 每隔一定間隔傳輸一幀完全參考幀，I幀(Intracoded)，兩個I幀之間傳輸差值幀。,4、DPCM,圖6.20 幀分解為宏塊,25,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,求差值的單位是宏塊，當(dāng)前幀宏塊與前一幀的宏塊進(jìn)行比較： 首先檢測該宏塊是否由于圖像中的運(yùn)動在某方向發(fā)生位移。 只傳輸運(yùn)動向量MV， 如果當(dāng)前宏塊與前一幀的宏塊有差值，還傳輸殘差。 或者宏塊是否沒變化，也沒有位移。 不需傳輸任何信息。 或者是否是新出現(xiàn)的對象。 完全編碼,4、DPC

15、M,26,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,P幀前向預(yù)測幀 B幀雙向預(yù)測幀，包括前向和后向預(yù)測，碼率比I/P幀低很多。 GOP兩個I幀之間P/B幀的組織結(jié)構(gòu)。 GOP結(jié)構(gòu)靈活，一個GOP通常包括12幀：I,B,B,P,B,B,P, B幀介于I和P幀之間，在解碼B幀之前，必須先解碼重建它的前向和后向參考幀（I幀或P幀）。 因此，視頻幀的傳送順序和原始顯示順序不同。 接收端的緩存大小可事先計(jì)算出，可以利用PES頭中的DTS(decoding time stamp)值。,4、DPCM,圖6.9 GOP結(jié)構(gòu),27,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,運(yùn)動估計(jì)得到運(yùn)動向量過程： 對當(dāng)前要編碼幀的宏塊，在前面的參考幀（P幀）或后面的參

16、考幀（B幀）中搜索最佳匹配宏塊。 在當(dāng)前宏塊周圍的搜索窗內(nèi)的塊匹配 找到匹配宏塊后就得到所需傳輸?shù)倪\(yùn)動向量。 另外還傳輸匹配宏塊的殘差。 殘差單獨(dú)再經(jīng)過DCT和量化進(jìn)一步壓縮。,4、DPCM,圖6.11 運(yùn)動向量,28,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,80年代末，靜止圖象壓縮，JPEG標(biāo)準(zhǔn)的核心算法DCT DCT也是MPEG視頻編碼的核心算法 根據(jù)人眼視覺特性，低頻圖象干擾（相應(yīng)于粗圖象結(jié)構(gòu)）比高頻圖象（圖象細(xì)節(jié)）干擾更易察覺。 因此，信噪比測量時要根據(jù)視覺敏感度進(jìn)行加權(quán)，高頻方向比低頻圖象分量可以容許更大噪聲。 為節(jié)省碼率，低頻信號進(jìn)行更精細(xì)量化，高頻信號進(jìn)行粗量化。 如何得到不同頻率圖象分量？變換編碼

17、。 DCT是DFT和FFT的特例，將時域圖象信號變換到頻域。,5、DCT和量化,29,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,5、DCT和量化,圖6.13/14 一維DCT及DCT系數(shù)量化,30,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,5、DCT和量化,對視頻幀一行中8個象素的時域電壓值進(jìn)行DCT得到頻域的8個系數(shù)，依次為直流DC系數(shù)、低頻、中頻和高頻系數(shù)（視頻信號能量）。 根據(jù)人眼視覺特性，DCT系數(shù)在頻域進(jìn)行量化，除以某個量化因子。 量化因子越大，量化越粗。對較平滑圖象，量化因子改變不大或根本不變；而對細(xì)節(jié)豐富圖象，量化因子隨著頻率增高而變大。 量化后很多系數(shù)變?yōu)?，尤其對高頻系數(shù)而言。,31,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,5、DCT和量

18、化,JPEG和MPEG中采用二維變換編碼。 圖象先被分成8x8象素塊，再通過二維DCT變換到頻域。 為得到帶符號值，在做二維DCT之前，所有象素值先減去128。 DCT后即量化，除以合適的量化步長,8X8象素塊f(x,y),二維DCT,減去128,F(v,u)=DCT(f(x,y),QF(v,u)=F(v,u)/Q(v,u)/scale_factor,Q(v,u),Scale_factor=2,量化,32,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,8x8象素塊做二維DCT后得到頻域中的8x8數(shù)組: 第一個系數(shù)是DC系數(shù)，對應(yīng)整個塊的直流分量。 第二個系數(shù)對應(yīng)水平方向最粗圖象結(jié)構(gòu)的能量。 第一行最后一個系數(shù)對應(yīng)水平方

19、向最精細(xì)圖象結(jié)構(gòu)的能量。 第一列從上到下對應(yīng)垂直方向最粗到最細(xì)圖象結(jié)構(gòu)的能量。 對角線上系數(shù)對應(yīng)對角線方向從粗到細(xì)圖象結(jié)構(gòu)的能量。,5、DCT和量化,33,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,DCT后即量化，除以合適的量化步長 MPEG定義了量化表，可以自定義 量化后很多系數(shù)變?yōu)? 量化后矩陣關(guān)于對角線近似對稱 量化后矩陣系數(shù)通過Z掃描過程使得連續(xù)0的個數(shù)最大，便于采用游程編碼可以大大節(jié)省碼率。 量化是控制基本視頻流碼率的唯一手段。 DCT量化對宏塊中的Y分量和CB、CR分量進(jìn)行。 量化在宏塊層可以通過量化因子調(diào)整來控制碼率。 量化表只能在視頻序列層修改。 I幀的宏塊即按上述方式編碼 P幀和B幀的宏塊先按運(yùn)動

20、向量得到參考幀中的預(yù)測值，再計(jì)算與當(dāng)前宏塊的差值，殘差值再經(jīng)過DCT變換到頻域，再進(jìn)行量化。,5、DCT和量化,34,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,量化DCT系數(shù)進(jìn)行Z掃描之后，使得連0數(shù)目最大。 碼流中不傳這些連續(xù)0系數(shù)，而是通過游程編碼只傳連0的個數(shù)， Z掃描和游程編碼，與DCT和量化相配合，是MPEG-2高壓縮比的主要因素。,6、Z掃描和游程編碼,Z掃描,173, 6,2*0,-1,1*0,2, 1*0,-2, 6*0,-1,13*0,-1,34*0,RLC,35,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,游程編碼后的碼流再進(jìn)行霍夫曼編碼。 出現(xiàn)頻率高的碼字編碼為短碼，出現(xiàn)頻率低的碼字編碼為長碼。 進(jìn)一步冗余度消除，無

21、損過程。,7、霍夫曼編碼,36,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,2、MPEG-2視頻編碼,視頻壓縮步驟,壓縮算法總結(jié),視頻ES流結(jié)構(gòu),37,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,將IUT BT.R601的4:2:2標(biāo)清電視信號(270Mbit/s)壓縮到26Mbit/s。 核心壓縮算法是運(yùn)動補(bǔ)償DPCM與DCT變換編碼相結(jié)合。 MPEG-2的不同應(yīng)用支持4:2:0和4:2:2不同格式。 SD 4:2:0Main ProfileMain Level SD 4:2:2High ProfileMain Level HD 4:2:0Main ProfileHigh Level HD 4:2:2High ProfileHigh Le

22、vel 壓縮過程都一樣，只是質(zhì)量和碼率不同，碼率越高質(zhì)量越好。 6Mbit/s 4:2:0 SDTV信號質(zhì)量與傳統(tǒng)模擬電視信號相似。 視頻基本流的碼率可以是固定碼率或根據(jù)當(dāng)前圖像內(nèi)容可變碼率。 碼率通過編碼器改變量化因子進(jìn)行控制。,壓縮算法總結(jié),38,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,MPEG-2編碼器總體框圖,壓縮算法總結(jié),39,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,I,P,B幀的宏塊有多種編碼模式。 B幀宏塊的編碼模式包括： 幀內(nèi)編碼（完全編碼） 前向預(yù)測 雙向預(yù)測 跳過（不編碼） 編碼模式由編碼器根據(jù)當(dāng)前圖像內(nèi)容和信道容量決定。 只傳輸幀不傳輸場，在接收端由特殊方式恢復(fù)場結(jié)構(gòu)。 宏塊有幀編碼和場編碼方式，場編碼方式在D

23、CT之前先分成兩場。,壓縮算法總結(jié),幀宏塊編碼,場宏塊編碼,40,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,2、MPEG-2視頻編碼,視頻壓縮步驟,壓縮算法總結(jié),視頻ES流結(jié)構(gòu),41,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,塊：視頻流的最小單元是8x8像素塊，是DCT的單位。 宏塊：是量化控制的單位，不同宏塊可采用不同量化因子。 量化因子是實(shí)際視頻PES流控制碼率的調(diào)節(jié)器。 量化表不能在宏塊層改變。 宏塊可以是幀編碼或場編碼。,視頻ES流結(jié)構(gòu),圖6.28 塊、宏塊、條、幀,42,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,Slice：一行中若干宏塊構(gòu)成一個slice 每個slice頭在誤碼時用于重同步 誤碼掩蓋主要在slice層，發(fā)生誤碼時，MPEG解碼器將

24、前一幀的slice復(fù)制到當(dāng)前幀，解碼器可以在一個新slice開頭重新同步，slice越短，誤碼造成的干擾越小。 幀：若干slice構(gòu)成一幀，有I/P/B幀 每一幀都有幀頭 由于B幀，編碼順序和顯示順序不同，幀頭和PES頭帶有時間戳，可以恢復(fù)原始幀順序。 GOP：若干I/P/B幀構(gòu)成一個GOP 每一組GOP都有GOP頭 廣播采用短GOP，半秒12幀 MPEG解碼器只能在GOP的第一個I幀重同步。 大容量設(shè)備如DVD可以采用長GOP。 序列：一個GOP或多個GOP構(gòu)成一個序列 序列有序列頭，包括重要視頻參數(shù)如量化表。,視頻ES流結(jié)構(gòu),43,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,上述視頻PES流結(jié)構(gòu)全部或部分嵌入PE

25、S包中，打包方式和PES包的長度由視頻編碼器決定，PES包也有各自的包頭。,視頻ES流結(jié)構(gòu),圖6.29 視頻ES流結(jié)構(gòu),44,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,MPEG-2視頻編碼及其測量,1.數(shù)字視頻信號ITU-BT.R.601,3.DTV信號的圖像質(zhì)量分析,45,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,DTV信號圖像質(zhì)量的影響因素,DTV信號圖像質(zhì)量的影響因素與模擬電視信號不同 模擬電視信號中的噪聲直接表現(xiàn)為圖像中的雪花，而在數(shù)字電視中只會造成信道誤碼率的增加，由于信號中的誤碼保護(hù)機(jī)制，大部分誤碼可以被恢復(fù)，不會被察覺。如果信道噪聲太大，會造成信道突然中斷。 對數(shù)字電視，線性或非線性失真不會對聲音和圖像有直接影響，在極端情

26、況會造成完全傳輸中斷。數(shù)字電視不需要VITS(vertical insertion test signal)來檢測線性和非線性失真，不需要黑電平信號來檢測噪聲，也不需要有關(guān)傳輸連接的測試信號。 數(shù)字電視圖像質(zhì)量也有好壞之分，但質(zhì)量好壞評價標(biāo)準(zhǔn)不同，評價方法也有多種。 主要有兩種因素會影響視頻傳輸，會造成不同類型的干擾： MPEG-2編碼器或復(fù)用器 不同的壓縮率對圖像質(zhì)量有直接影響，壓縮比太大會造成塊效應(yīng)。 調(diào)制器到接收機(jī)的傳輸鏈接 傳輸鏈接的干擾會造成信道誤碼，最終表現(xiàn)為大面積塊影響，如圖像區(qū)域凍結(jié)或完全傳輸中斷。,46,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,MPEG-2視頻編碼對圖像質(zhì)量的影響及分析,視頻壓縮

27、算法的單位都是塊或宏塊，圖像首先被分成8x8像素塊，每塊單獨(dú)壓縮，16x16宏塊是預(yù)測編碼單位。 如果壓縮比過大，塊邊界可見，出現(xiàn)塊效應(yīng)。亮度和色度信號塊邊界不連續(xù)性可被察覺。 壓縮比固定的情況下，塊效應(yīng)的大小取決于圖像內(nèi)容和其他因素：,圖11.1 壓縮比過大造成的塊效應(yīng),運(yùn)動緩慢細(xì)節(jié)較少的場景，卡通動畫和傳統(tǒng)電影膠片相對沒有問題，因?yàn)閮蓤鲋g沒有運(yùn)動，而且卡通動畫的圖像結(jié)構(gòu)較粗。 體育節(jié)目取決于不同體育項(xiàng)目，問題較大。一級方程式賽車節(jié)目比棋類比賽節(jié)目壓縮難度更大。 實(shí)際圖像質(zhì)量取決于MPEG-2編碼器采用的算法。,47,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,MPEG-2視頻編碼對圖像質(zhì)量的影響及分析,除了塊效

28、應(yīng)，壓縮比過大還可能顯出DCT結(jié)構(gòu)，圖像中突然出現(xiàn)圖形干擾。 干擾影響的決定性因素在于MPEG-2編碼器. 壓縮算法對圖像質(zhì)量的影響較難測量: 不可能100測量，總有主觀因素。 所謂的客觀視頻質(zhì)量分析也是測試人員用主觀測試來校準(zhǔn)的。 實(shí)際上對壓縮視頻信號，沒有參考信號可以做質(zhì)量評估。 所有視頻質(zhì)量分析的基礎(chǔ)ITU-R BT.500標(biāo)準(zhǔn) 描述一組測試人員分析圖像質(zhì)量時的主觀視頻質(zhì)量分析方法,48,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,圖像質(zhì)量測量方法,ITU的VQEG(video quality experts group)定義了評估圖像質(zhì)量的方法ITU-R BT.500標(biāo)準(zhǔn)。 原理上有兩種主觀圖像質(zhì)量評估方法：

29、 DSCQS(double stimulus continual quality scale) SSCQE(single stimulus continual quality evaluation) 區(qū)別在于是否利用參考視頻信號?；径际且唤M測試人員的主觀圖像質(zhì)量分析，按照特定步驟評估一組圖像序列。 嘗試采用測試儀器，用自適應(yīng)算法對宏塊進(jìn)行圖像分析，力圖通過客觀方法取代上述主觀方法。,49,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,主觀圖像質(zhì)量分析,一組測試人員評估一組圖像序列（SSCQE）或相對原始圖像比較壓縮后的一組圖像序列(DSCQS)，用一個滑動控制裝置從質(zhì)量范圍0（最差）到100（最好）打分，滑動控制的位

30、置由計(jì)算機(jī)檢測，計(jì)算機(jī)與測試人員相連，連續(xù)（如每隔0.5秒）給出測試人員給出的所有分?jǐn)?shù)的平均值。這樣可以得到一個視頻序列隨時間變化的圖像質(zhì)量值。,50,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,DSCQS方法,按照ITU-R BT.500標(biāo)準(zhǔn)，一組測試人員對編輯或處理過的視頻序列與原始視頻序列進(jìn)行比較，得到的結(jié)果是編輯或處理過視頻序列的比較性質(zhì)量評價，隨時間變化的質(zhì)量值曲線（0到100）。 總是需要一個參考信號。 通過構(gòu)成差值，可進(jìn)行純粹的客觀分析。 實(shí)際上參考信號常常不存在。 傳輸鏈接測量不能采用這種方法。 市場上有該方法的測量儀器（Tektronix PQA）,51,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,SSCQE方法,故意避免

31、參考信號，因此實(shí)際使用更廣泛。 一組測試人員只對處理視頻序列進(jìn)行評估，從0（最差）到100（最好）打分。 測試結(jié)果也是隨時間變化的視頻質(zhì)量曲線。,52,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,客觀圖像質(zhì)量分析,由于壓縮視頻信號DCT相關(guān)的干擾總是表現(xiàn)為塊效應(yīng)，SSCQE類型的數(shù)字圖像分析可以嘗試檢驗(yàn)圖像中塊效應(yīng)的存在，需要仔細(xì)分析圖像中的宏塊和塊。 Technical University of Braunschweig和Rohde&Schwarz的測試方法：求宏塊內(nèi)相鄰像素間的差值。,圖11.4 求宏塊內(nèi)像素差值DVQ,53,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,客觀圖像質(zhì)量分析-DVQ,即宏塊內(nèi)相鄰像素Y分量、CB和CR分量的

32、幅度值相減。 對每個宏塊，Y分量每行求得16個像素差值，共16行；然后每列求得16個像素差值，共16列；塊邊界的像素差值有特殊重要性，如果有塊效應(yīng)的情況下，塊邊界的像素差值特別大。 每行內(nèi)所有宏塊的像素差值求和，每行共得到16個值。一幀內(nèi)每行的16個值再求和，每幀共得到16個值。這16個值最終作為所有宏塊水平和垂直方向的0到15的平均像素差值。 兩個色差分量CB和CR重復(fù)上述過程。,圖11.4 求宏塊內(nèi)像素差值DVQ,54,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,客觀圖像質(zhì)量分析,分析圖像質(zhì)量好壞兩種視頻序列的像素差值，可以清楚看出這種客觀測試方法的意義： 圖像質(zhì)量好的視頻序列，宏塊內(nèi)16個像素差值互相非常接近，圖中均為1012。 圖像質(zhì)量差有塊效應(yīng)