數(shù)字電視技術(shù)應(yīng)用

1、第4章 數(shù)字彩色電視制式數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視技術(shù)14.1 數(shù)字彩色電視制式概述數(shù)字彩色電視制式概述模擬彩色電視制式的缺陷模擬彩色電視制式的缺陷高清晰度電視的需求高清晰度電視的需求數(shù)字技術(shù)的發(fā)展數(shù)字技術(shù)的發(fā)展國(guó)際電信聯(lián)盟國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)(ITU)對(duì)高清晰度電視的定義：對(duì)高清晰度電視的定義：垂直和水平方向的空間分解力大致是垂直和水平方向的空間分解力大致是CCIR601CCIR601號(hào)建議號(hào)建議書中規(guī)定值的兩倍，例如水平書中規(guī)定值的兩倍，例如水平19201920像素，垂直像素，垂直10801080像像素；素；寬高比為寬高比為16:916:9，屏幕對(duì)角線長(zhǎng)度大于，屏幕對(duì)角線長(zhǎng)度大于1 1米，并配

2、有多米，并配有多聲道優(yōu)質(zhì)伴音；聲道優(yōu)質(zhì)伴音；觀看距離為屏幕高度的三倍時(shí)，圖像的主觀質(zhì)量接近觀看距離為屏幕高度的三倍時(shí)，圖像的主觀質(zhì)量接近或達(dá)到觀看真實(shí)景物的效果，相當(dāng)于或達(dá)到觀看真實(shí)景物的效果，相當(dāng)于35mm35mm電影放映的電影放映的圖像質(zhì)量。圖像質(zhì)量。4.1.1 多極化的傳輸標(biāo)準(zhǔn)多極化的傳輸標(biāo)準(zhǔn)2美國(guó)美國(guó)1986年以前支持日本的年以前支持日本的MUSE制制1987年提出發(fā)展年提出發(fā)展ATV(Advanced Television，高級(jí)電視，高級(jí)電視)1990年年5月月,美國(guó)美國(guó)GI公司正式發(fā)表全數(shù)字公司正式發(fā)表全數(shù)字HDTV傳輸制式傳輸制式DigiCipher1993年年5月成立月成立HD

3、TV大聯(lián)盟大聯(lián)盟(Grand Alliance, GA)，著，著手制定統(tǒng)一的美國(guó)手制定統(tǒng)一的美國(guó)HDTV標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)1995年年4月通過了月通過了ATSC(Advanced Television System Committee)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)3歐洲歐洲1981年英國(guó)獨(dú)立廣播公司研制出年英國(guó)獨(dú)立廣播公司研制出C-MAC(Multipled Analogue Component)制制:亮度、色差時(shí)分，兩個(gè)色差逐行輪換，射頻載波調(diào)頻傳送，視頻亮度、色差時(shí)分，兩個(gè)色差逐行輪換，射頻載波調(diào)頻傳送，視頻帶寬帶寬8.4MHz1986年提出年提出HD-MAC制制受美國(guó)數(shù)字制式影響，受美國(guó)數(shù)字制式影響，

4、1993年開展年開展DVB(Digital Video Broadcasting)研究研究1995年，歐洲成立了年，歐洲成立了DVB聯(lián)盟，共同制定數(shù)字電視的聯(lián)盟，共同制定數(shù)字電視的DVB標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：DVB-S(Satellite)、 DVB-C(Cable)、 DVB-T(Terrestrial)4日本日本l日本廣播協(xié)會(huì)日本廣播協(xié)會(huì)(NHK)1970-80年代提出模擬高清晰度電視年代提出模擬高清晰度電視制式制式MUSE制（多重亞奈抽樣編碼）：制（多重亞奈抽樣編碼）：1125行，行，60場(chǎng)，隔行掃描，場(chǎng)，隔行掃描，16:9幅型比；色度信號(hào)與亮幅型比；色度信號(hào)與亮度信號(hào)時(shí)分復(fù)用：度信號(hào)時(shí)分復(fù)用：T

5、CI（時(shí)間壓縮合成）；多重亞奈抽樣（時(shí)間壓縮合成）；多重亞奈抽樣壓縮信號(hào)頻帶：壓縮信號(hào)頻帶：4場(chǎng)傳送場(chǎng)傳送1幅幅HDTV圖像；圖像；8.1MHz帶寬，帶寬，調(diào)頻傳送調(diào)頻傳送l1996年啟動(dòng)數(shù)字電視研制年啟動(dòng)數(shù)字電視研制l1998年年9月制訂月制訂ISDB-T(Integrated Services Digital Broadcasting -Terrestrial)數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，與歐洲的，與歐洲的DVB-T類似類似5中國(guó)中國(guó)l2002年組建音視頻技術(shù)（年組建音視頻技術(shù)（AVS）標(biāo)準(zhǔn)工作組）標(biāo)準(zhǔn)工作組l2006年視頻部分正式頒布為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)年視頻部分正式頒布為國(guó)

6、家標(biāo)準(zhǔn)需要注意：上述標(biāo)準(zhǔn)適用于需要注意：上述標(biāo)準(zhǔn)適用于HDTV和和SDTV6 4.1.2 通用的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)通用的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)據(jù)壓縮的必要性數(shù)據(jù)壓縮的必要性4:2:2 ，PAL：8646252528=216Mb/s(108MHz) 數(shù)字電視系統(tǒng)框圖數(shù)字電視系統(tǒng)框圖7 通用的信源編碼標(biāo)準(zhǔn)通用的信源編碼標(biāo)準(zhǔn)MPEG-2MPEG(Moving Pictures Experts Group)即活動(dòng)圖即活動(dòng)圖像專家組，建立于像專家組，建立于1988年年MPEG-1： 4:2:0采樣壓縮，每秒采樣壓縮，每秒1.5Mbps的傳輸碼的傳輸碼率，圖像大小率，圖像大小352240，掃描頻率，掃描頻率30場(chǎng)場(chǎng)/

7、秒。圖像質(zhì)秒。圖像質(zhì)量比電視略強(qiáng)，適合于非專業(yè)視頻領(lǐng)域，如量比電視略強(qiáng)，適合于非專業(yè)視頻領(lǐng)域，如VCD等等。MPEG-4：一種廣域傳輸標(biāo)準(zhǔn)，傳輸碼率：一種廣域傳輸標(biāo)準(zhǔn)，傳輸碼率10kbps- 1Mbps，于，于2000年正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)年正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn):內(nèi)容的交互性內(nèi)容的交互性, 高效的壓縮性，通用的訪問性高效的壓縮性，通用的訪問性8MPEG-2：1994-1996年提出的用于廣播電視的視年提出的用于廣播電視的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。“Profile”和和“Level”(“型型”和和“級(jí)級(jí)”) 按視頻格式分按視頻格式分四個(gè)級(jí)四個(gè)級(jí)按編碼工具分按編碼工具分五個(gè)型五個(gè)型“級(jí)級(jí)”與與“型型”的若

8、干組合構(gòu)成的若干組合構(gòu)成MPEG-2視頻編碼視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)在某種特定應(yīng)用下的子集：對(duì)某一輸入格式的標(biāo)準(zhǔn)在某種特定應(yīng)用下的子集：對(duì)某一輸入格式的圖像，采用特定集合的壓縮編碼工具，產(chǎn)生規(guī)定速圖像，采用特定集合的壓縮編碼工具，產(chǎn)生規(guī)定速率范圍內(nèi)的編碼碼流。在率范圍內(nèi)的編碼碼流。在20種可能的組合中，目前種可能的組合中，目前有有11種是已獲通過的，稱為種是已獲通過的，稱為MPEG-2適用點(diǎn)適用點(diǎn)。91011MPEG-2MPEG-2適用點(diǎn)適用點(diǎn)124.2.1 視頻信源編碼的理論依據(jù)視頻信源編碼的理論依據(jù)原始圖像數(shù)據(jù)在空間及時(shí)間上的統(tǒng)計(jì)冗余度很大，存在大原始圖像數(shù)據(jù)在空間及時(shí)間上的統(tǒng)計(jì)冗余度很大，存在大量無

9、需傳送的多余信息：量無需傳送的多余信息：l圖像的相鄰像素、相鄰行之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性圖像的相鄰像素、相鄰行之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性空空間相關(guān)性間相關(guān)性l相鄰場(chǎng)或幀對(duì)應(yīng)像素間存在相關(guān)性相鄰場(chǎng)或幀對(duì)應(yīng)像素間存在相關(guān)性時(shí)間相關(guān)性時(shí)間相關(guān)性l信息保持無損壓縮編碼信息保持無損壓縮編碼人眼對(duì)圖像細(xì)節(jié)、幅度的變化、圖像的運(yùn)動(dòng)不同時(shí)具有最人眼對(duì)圖像細(xì)節(jié)、幅度的變化、圖像的運(yùn)動(dòng)不同時(shí)具有最高的分辨力：高的分辨力：l信息非保持有損壓縮編碼信息非保持有損壓縮編碼4.2 視頻信源編碼原理視頻信源編碼原理134.2.2 預(yù)測(cè)編碼原理預(yù)測(cè)編碼原理預(yù)測(cè)編碼概述預(yù)測(cè)編碼概述l預(yù)測(cè)編碼也稱為預(yù)測(cè)編碼也稱為差分脈沖編碼調(diào)制差分脈沖編

10、碼調(diào)制(DPCM，Differential Pulse Code Modulation)，使用已編碼像素的線性組合對(duì)，使用已編碼像素的線性組合對(duì)未編碼像素進(jìn)行預(yù)測(cè)，傳送其預(yù)測(cè)誤差（殘差）。未編碼像素進(jìn)行預(yù)測(cè)，傳送其預(yù)測(cè)誤差（殘差）。l約約80%-90%以上的殘差信號(hào)的絕對(duì)值落在以上的殘差信號(hào)的絕對(duì)值落在16-18個(gè)量化級(jí)以個(gè)量化級(jí)以內(nèi)?？梢杂幂^少的比特表示差值，達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的目的。內(nèi)。可以用較少的比特表示差值，達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的目的。l幀內(nèi)預(yù)測(cè)采用幀內(nèi)預(yù)測(cè)采用1階前值預(yù)測(cè)，利用空間相關(guān)性；幀間預(yù)測(cè)采階前值預(yù)測(cè)，利用空間相關(guān)性；幀間預(yù)測(cè)采用用1階前向預(yù)測(cè)或階前向預(yù)測(cè)或2階雙向預(yù)測(cè)，利用時(shí)間相關(guān)性。階

11、雙向預(yù)測(cè)，利用時(shí)間相關(guān)性。l預(yù)測(cè)編碼的主要缺點(diǎn)是抗誤碼能力差。若傳輸中產(chǎn)生誤碼，預(yù)測(cè)編碼的主要缺點(diǎn)是抗誤碼能力差。若傳輸中產(chǎn)生誤碼，由于遞歸預(yù)測(cè)算法，對(duì)于幀內(nèi)編碼會(huì)使誤差擴(kuò)散到圖像中一由于遞歸預(yù)測(cè)算法，對(duì)于幀內(nèi)編碼會(huì)使誤差擴(kuò)散到圖像中一個(gè)較大的區(qū)域，對(duì)于幀間編碼會(huì)使誤差擴(kuò)散到后續(xù)的若干幀個(gè)較大的區(qū)域，對(duì)于幀間編碼會(huì)使誤差擴(kuò)散到后續(xù)的若干幀中。中。14為便于聯(lián)合運(yùn)用幀內(nèi)編碼和幀間編碼技術(shù)，把由連續(xù)的電視畫面組成為便于聯(lián)合運(yùn)用幀內(nèi)編碼和幀間編碼技術(shù)，把由連續(xù)的電視畫面組成的視頻序列的視頻序列 （ sequence sequence ） 劃分為許多圖像組（劃分為許多圖像組（GOP,Group of

12、GOP,Group of PicturePicture），每個(gè)圖像組由幾幀或十幾幀圖像組成，這些圖像相互間存），每個(gè)圖像組由幾幀或十幾幀圖像組成，這些圖像相互間存在預(yù)測(cè)和生成關(guān)系。在預(yù)測(cè)和生成關(guān)系。采用幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼的圖像稱為采用幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼的圖像稱為I I圖像圖像(Intra-Coded Picture)(Intra-Coded Picture)采用前向幀間預(yù)測(cè)編碼的圖像稱為采用前向幀間預(yù)測(cè)編碼的圖像稱為P P圖像圖像(Predictively-Coded (Predictively-Coded Picture)Picture)采用雙向幀間預(yù)測(cè)編碼的圖像稱為采用雙向幀間預(yù)測(cè)編碼的圖像稱為B B

13、圖像圖像(Bidirectionally-Coded (Bidirectionally-Coded Picture)Picture)下頁為由下頁為由9 9幀圖像組成的幀圖像組成的GOPGOP示意圖示意圖15編碼器輸入端或解碼器輸出端的顯示順序編碼器輸入端或解碼器輸出端的顯示順序編碼器輸出端或解碼器輸入端的編解碼順序編碼器輸出端或解碼器輸入端的編解碼順序16 視頻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)視頻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)塊塊:Block 8:Block 88 8像素塊像素塊宏塊宏塊:Macroblock:Macroblock16161616像素塊像素塊像條像條:Slice:Slice由多由多個(gè)個(gè)MacroblockMacrobloc

14、k組成組成圖像組：圖像組：GOPGOP視頻序列：視頻序列：SequenceSequence圖像：圖像：PicturePicture17宏塊的組成宏塊的組成124350YCrCb12375460YCrCb12437568910110YCrCb4:2:04:2:0格式的宏塊格式的宏塊4:2:24:2:2格式的宏塊格式的宏塊4:4:44:4:4格式的宏塊格式的宏塊宏塊的三種構(gòu)成方式，其宏塊的三種構(gòu)成方式，其中亮度塊的數(shù)目均為中亮度塊的數(shù)目均為4 4，而，而色度塊的數(shù)目分別為色度塊的數(shù)目分別為2 2、4 4和和8 8。18在對(duì)在對(duì)I I圖像進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼之前，首先對(duì)每一個(gè)圖像進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼之前，首

15、先對(duì)每一個(gè)8 88 8的像塊進(jìn)行的像塊進(jìn)行二維離散余弦變換（二維離散余弦變換（DCTDCT，Discrete Cosine TransformDiscrete Cosine Transform），將像塊），將像塊變換為由變換為由8 88 8個(gè)變換系數(shù)組成的系數(shù)塊。個(gè)變換系數(shù)組成的系數(shù)塊。位于系數(shù)塊左上角的第一個(gè)系數(shù)是像塊中位于系數(shù)塊左上角的第一個(gè)系數(shù)是像塊中8 88 8個(gè)像素的平均值，代個(gè)像素的平均值，代表像塊的直流分量，稱為表像塊的直流分量，稱為DCDC系數(shù)系數(shù)，其余系數(shù)為，其余系數(shù)為ACAC系數(shù)系數(shù)。幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼是對(duì)各個(gè)系數(shù)塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼是對(duì)各個(gè)系數(shù)塊的DCDC系數(shù)進(jìn)行的，目的是去除在相

16、鄰系數(shù)進(jìn)行的，目的是去除在相鄰像塊的直流分量之間較強(qiáng)的相關(guān)性。像塊的直流分量之間較強(qiáng)的相關(guān)性。幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼只在像條所在的區(qū)域進(jìn)行。幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼只在像條所在的區(qū)域進(jìn)行。幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼采用前值預(yù)測(cè)：幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼采用前值預(yù)測(cè)：0000 (1)( )ynyn19幀間預(yù)測(cè)編碼是以圖像組幀間預(yù)測(cè)編碼是以圖像組GOP為單位進(jìn)行的為單位進(jìn)行的I圖像圖像幀內(nèi)編碼圖像，其編碼不依賴于其它圖像，它還是幀內(nèi)編碼圖像，其編碼不依賴于其它圖像，它還是P圖像和圖像和B圖像編碼、解碼的參考圖像。使用周期性的圖像編碼、解碼的參考圖像。使用周期性的I幀便于幀便于初始化接收機(jī)和捕獲頻道。初始化接收機(jī)和捕獲頻道。I幀出現(xiàn)的頻度可以變化

17、，由編幀出現(xiàn)的頻度可以變化，由編碼器選擇。碼器選擇。P圖像圖像前向編碼預(yù)測(cè)圖像，像素的預(yù)測(cè)值為其前面一幀前向編碼預(yù)測(cè)圖像，像素的預(yù)測(cè)值為其前面一幀I圖圖像或像或P圖像中相應(yīng)像素值，即幀間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償前值預(yù)測(cè)。圖像中相應(yīng)像素值，即幀間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償前值預(yù)測(cè)。B圖像圖像雙向預(yù)測(cè)編碼圖像，像素的預(yù)測(cè)值為其前后相鄰幀相雙向預(yù)測(cè)編碼圖像，像素的預(yù)測(cè)值為其前后相鄰幀相應(yīng)像素值的加權(quán)平均。應(yīng)像素值的加權(quán)平均。B圖像不能作為其它圖像的編碼參考圖像不能作為其它圖像的編碼參考圖像。使用圖像。使用B幀可提高壓縮效率，但需要幀存儲(chǔ)器。幀可提高壓縮效率，但需要幀存儲(chǔ)器。20幀間預(yù)測(cè)編碼中的運(yùn)動(dòng)幀間預(yù)測(cè)編碼中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償補(bǔ)償最簡(jiǎn)單的

18、時(shí)域預(yù)測(cè)就是用最簡(jiǎn)單的時(shí)域預(yù)測(cè)就是用前一幀作為當(dāng)前幀的預(yù)測(cè)前一幀作為當(dāng)前幀的預(yù)測(cè)參考幀。參考幀。一個(gè)視頻序列里兩個(gè)相鄰一個(gè)視頻序列里兩個(gè)相鄰幀如右圖所示。第一幀作幀如右圖所示。第一幀作為第二幀的參考幀，殘差為第二幀的參考幀，殘差是第二幀與參考幀之差。是第二幀與參考幀之差。21在右圖中，中間灰度代表差在右圖中，中間灰度代表差值為零，淺灰和深灰分別對(duì)值為零，淺灰和深灰分別對(duì)應(yīng)正、負(fù)差值。這種簡(jiǎn)單預(yù)應(yīng)正、負(fù)差值。這種簡(jiǎn)單預(yù)測(cè)的明顯問題是殘差幀中剩測(cè)的明顯問題是殘差幀中剩余能量太多，也就是說預(yù)測(cè)余能量太多，也就是說預(yù)測(cè)后還有很多信息需要壓縮。后還有很多信息需要壓縮。多數(shù)殘差是由于兩幀之間物多數(shù)殘差是由

19、于兩幀之間物體運(yùn)動(dòng)引起的，所以更好的體運(yùn)動(dòng)引起的，所以更好的預(yù)測(cè)是在兩幀之間進(jìn)行運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)是在兩幀之間進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。補(bǔ)償。22運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)示意圖運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)示意圖23運(yùn)動(dòng)矢量運(yùn)動(dòng)矢量：表示從編碼幀到參考幀像素運(yùn)動(dòng)的方向：表示從編碼幀到參考幀像素運(yùn)動(dòng)的方向和距離。和距離。運(yùn)動(dòng)估值運(yùn)動(dòng)估值：通過比較參考幀與編碼幀中的圖像，求：通過比較參考幀與編碼幀中的圖像，求出運(yùn)動(dòng)物體像素的運(yùn)動(dòng)矢量。出運(yùn)動(dòng)物體像素的運(yùn)動(dòng)矢量。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償：考慮了運(yùn)動(dòng)矢量的幀間預(yù)測(cè)稱為具有運(yùn)：考慮了運(yùn)動(dòng)矢量的幀間預(yù)測(cè)稱為具有運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膸g預(yù)測(cè)。動(dòng)補(bǔ)償?shù)膸g預(yù)測(cè)。采用采用塊匹配算法塊匹配算法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估值進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估值l攝像機(jī)所攝取的

20、景物的運(yùn)動(dòng)可能是十分復(fù)雜的，攝像機(jī)所攝取的景物的運(yùn)動(dòng)可能是十分復(fù)雜的，精確對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估值是十分困難的。精確對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估值是十分困難的。l在許多情況下物體上的各個(gè)像素均做相同的在許多情況下物體上的各個(gè)像素均做相同的運(yùn)動(dòng)，這時(shí)只需估計(jì)其整體的運(yùn)動(dòng)就可以了。運(yùn)動(dòng)，這時(shí)只需估計(jì)其整體的運(yùn)動(dòng)就可以了。24塊匹配算法：對(duì)每個(gè)編碼幀宏塊中的塊匹配算法：對(duì)每個(gè)編碼幀宏塊中的16161616亮度塊，在參考幀中一定搜索范圍亮度塊，在參考幀中一定搜索范圍內(nèi)，搜索與它最相似的亮度塊內(nèi)，搜索與它最相似的亮度塊匹配塊，并根據(jù)匹配塊與它的坐標(biāo)差，確定匹配塊，并根據(jù)匹配塊與它的坐標(biāo)差，確定運(yùn)動(dòng)矢量。運(yùn)動(dòng)矢量。

21、25像塊匹配程度的判定常采用平均絕對(duì)差準(zhǔn)則（像塊匹配程度的判定常采用平均絕對(duì)差準(zhǔn)則（MADMAD，Mean Absolute Mean Absolute DifferenceDifference），即在搜索范圍內(nèi)按下式求幀間像素塊亮度差的絕對(duì)值的平均值。），即在搜索范圍內(nèi)按下式求幀間像素塊亮度差的絕對(duì)值的平均值。16161111( , )(,)( , )256kkmnMAD i jfmi njfm n當(dāng)當(dāng)MAD(i,j)MAD(i,j)達(dá)到最小時(shí)，兩個(gè)像素塊匹配。此時(shí)運(yùn)動(dòng)矢量為達(dá)到最小時(shí)，兩個(gè)像素塊匹配。此時(shí)運(yùn)動(dòng)矢量為MVMV（i,ji,j）。這種搜索方法稱為全搜索，運(yùn)算量相當(dāng)大。為加快搜索過

22、程，提出了三步法、這種搜索方法稱為全搜索，運(yùn)算量相當(dāng)大。為加快搜索過程，提出了三步法、共軛方向法、正交搜索法等，但效果不如全搜索，全搜索仍然是通用的方法。共軛方向法、正交搜索法等，但效果不如全搜索，全搜索仍然是通用的方法。; MiMNjN 26MPEG-2MPEG-2中運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)木仁前胂袼兀羞\(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)木仁前胂袼?，H.264H.264中運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)木仁撬姆种幌袼兀羞\(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)木仁撬姆种幌袼?，都需要在參考幀中根?jù)已知整像素值，用線性內(nèi)插的方法得到半像素和四分都需要在參考幀中根據(jù)已知整像素值，用線性內(nèi)插的方法得到半像素和四分之一像素值以后，再進(jìn)行塊匹配計(jì)算。之一像素值以后，再進(jìn)行塊匹配計(jì)

23、算。2728B幀圖像的幀間預(yù)測(cè)編碼幀圖像的幀間預(yù)測(cè)編碼預(yù)測(cè)值是其前面參考幀的前向預(yù)測(cè)值與其后面參考幀的預(yù)測(cè)值是其前面參考幀的前向預(yù)測(cè)值與其后面參考幀的后向預(yù)測(cè)值的平均值后向預(yù)測(cè)值的平均值雙向預(yù)測(cè)。雙向預(yù)測(cè)。在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償時(shí)，需要前向和后向兩個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量。在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償時(shí)，需要前向和后向兩個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量。圖圖4-9在圖像序列中，在圖像序列中，P幀和幀和B幀傳送的是像素值與預(yù)測(cè)幀傳送的是像素值與預(yù)測(cè)值的差值和每個(gè)宏塊的運(yùn)動(dòng)矢量?？紤]到鄰近宏值的差值和每個(gè)宏塊的運(yùn)動(dòng)矢量?？紤]到鄰近宏塊間運(yùn)動(dòng)矢量存在相關(guān)性，對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量也采用預(yù)塊間運(yùn)動(dòng)矢量存在相關(guān)性，對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量也采用預(yù)測(cè)編碼。測(cè)編碼。29幀間預(yù)測(cè)模式幀間預(yù)測(cè)

24、模式為了既能處理逐行掃描圖像，又能處理隔行掃描圖像，為了既能處理逐行掃描圖像，又能處理隔行掃描圖像，數(shù)字電視的幀間預(yù)測(cè)編碼主要有兩類：幀預(yù)測(cè)和場(chǎng)預(yù)測(cè)。數(shù)字電視的幀間預(yù)測(cè)編碼主要有兩類：幀預(yù)測(cè)和場(chǎng)預(yù)測(cè)。幀預(yù)測(cè)：預(yù)測(cè)來自于最近的重構(gòu)參考圖像。幀預(yù)測(cè)：預(yù)測(cè)來自于最近的重構(gòu)參考圖像。Reference FramePossible Intervening B-pictures (Not yet decoded)Reference FramePossible Intervening B-pictures (Not yet decoded)Reference FramePossible Intervenin

25、g B-pictures (Already decoded)P幀預(yù)測(cè)示意幀預(yù)測(cè)示意B幀預(yù)測(cè)示意幀預(yù)測(cè)示意30P場(chǎng)預(yù)測(cè)：預(yù)測(cè)來自于最近的重構(gòu)參考圖像。場(chǎng)預(yù)測(cè)：預(yù)測(cè)來自于最近的重構(gòu)參考圖像。編碼幀中第一場(chǎng)編碼幀中第一場(chǎng)圖像的預(yù)測(cè)圖像的預(yù)測(cè)Top Reference FieldBottom Reference FieldPossible Intervening B-pictures (Not yet decoded)Top Reference FieldBottom Reference FieldPossible Intervening B-pictures (Not yet decoded)編碼幀

26、中第二場(chǎng)圖編碼幀中第二場(chǎng)圖像為底場(chǎng)的預(yù)測(cè)像為底場(chǎng)的預(yù)測(cè)31B場(chǎng)預(yù)測(cè)：用于預(yù)測(cè)的兩個(gè)參考場(chǎng)來自于最近的解碼參考場(chǎng)預(yù)測(cè)：用于預(yù)測(cè)的兩個(gè)參考場(chǎng)來自于最近的解碼參考頂場(chǎng)和底場(chǎng)。頂場(chǎng)和底場(chǎng)。編碼幀中第二場(chǎng)圖編碼幀中第二場(chǎng)圖像為頂場(chǎng)的預(yù)測(cè)像為頂場(chǎng)的預(yù)測(cè)Top Reference FieldBottom Reference FieldPossible Intervening B-pictures (Not yet decoded)Top Reference FieldBottom Reference FieldPossible Intervening B-pictures (Not yet decoded)

27、Possible Intervening B-pictures (Already decoded)Top Reference FieldBottom Reference FieldB場(chǎng)圖像或場(chǎng)圖像或B幀幀圖像的預(yù)測(cè)圖像的預(yù)測(cè)324.2.3 變換編碼原理變換編碼原理變換編碼是為了將圖像數(shù)據(jù)或運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償殘差數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到變變換編碼是為了將圖像數(shù)據(jù)或運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償殘差數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到變換域，以去除空間相關(guān)性，對(duì)變換后的系數(shù)編碼，達(dá)到數(shù)換域，以去除空間相關(guān)性，對(duì)變換后的系數(shù)編碼，達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的目的。據(jù)壓縮的目的。變換編碼系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)變換編碼系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)33離散余弦變換離散余弦變換(DCT，Discrete Cosine

28、 Transform)考慮到空間相關(guān)性只在一定范圍內(nèi)存在，變換是以塊為單考慮到空間相關(guān)性只在一定范圍內(nèi)存在，變換是以塊為單位進(jìn)行的，采用位進(jìn)行的，采用88塊。塊。設(shè)由設(shè)由88像素組成的像素塊用矩陣像素組成的像素塊用矩陣X表示，變換后的系數(shù)表示，變換后的系數(shù)塊用矩陣塊用矩陣Y表示，則：表示，則：正向正向DCT反反DCT其中其中C表示表示88的的DCT矩陣，矩陣，CT是其轉(zhuǎn)置矩陣是其轉(zhuǎn)置矩陣TTYCXCXC YC18(21)12160,07cos17,07ijijijCijTTCCC CIC C滿足正交矩陣性質(zhì)滿足正交矩陣性質(zhì)34右圖為右圖為8 88DCT8DCT基本圖基本圖像。任何像。任何8 8

29、8 8圖像塊圖像塊都可以用基本圖像與都可以用基本圖像與變換系數(shù)乘積的組合變換系數(shù)乘積的組合來表示。來表示。DCTDCT系數(shù)矩陣左上角系系數(shù)矩陣左上角系數(shù)數(shù)y y0000對(duì)應(yīng)空間直流分對(duì)應(yīng)空間直流分量，稱為量，稱為DCDC系數(shù)，其系數(shù)，其他他6363個(gè)對(duì)應(yīng)交流分量，個(gè)對(duì)應(yīng)交流分量，稱為稱為ACAC系數(shù)。系數(shù)。3536經(jīng)過經(jīng)過DCT變換后，變換后，64個(gè)樣值仍然得到個(gè)樣值仍然得到64個(gè)系數(shù)。原樣值是個(gè)系數(shù)。原樣值是9比特，數(shù)據(jù)從比特，數(shù)據(jù)從0511；得到的直流系數(shù)的范圍是；得到的直流系數(shù)的范圍是04095，交流系數(shù)的范圍是，交流系數(shù)的范圍是-20482047；量化之后大多數(shù)高頻分；量化之后大多數(shù)高頻分量的系數(shù)變?yōu)榱康南禂?shù)變?yōu)?。人眼對(duì)低頻分量比較敏感，對(duì)高頻分量則。人眼對(duì)低頻分量比較敏感，對(duì)高頻分量則不太敏感；因而量化的結(jié)果是去掉了不太重要的高頻分量不太敏感；因而量化的結(jié)果是去掉了不太重要的高頻分量，降低了碼率。，降低了碼率。 I幀：系數(shù)矩陣左上角部位的系數(shù)對(duì)應(yīng)空間低頻分量，采用幀：系數(shù)矩陣左上角部位的系數(shù)對(duì)應(yīng)空間低頻分量，采用較小的量化間隔，位于右下角部位的系數(shù)采用較大的量化較小的量化間隔，位于右下角部位的系數(shù)采用較大的量化