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視頻壓縮編解碼技術(shù)就是對(duì)數(shù)字的視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮和解壓縮的過程。

1.數(shù)字電視的PCM原理

將輸入的模擬電視信號(hào)變成輸出的數(shù)字電視信號(hào)需經(jīng)過取樣、量化、編碼三個(gè)步驟，由 A/D 變換器完成這三個(gè)步驟。

• 取樣：所謂取樣，就是在時(shí)間軸上把連續(xù)變化的模擬信號(hào)變?yōu)殡x散量的過程。

• 量化：取樣后的脈沖信號(hào)在時(shí)間上是離散的，但在幅值上空間上仍是連續(xù)的，即其可能取的值有無限多個(gè)，這就需要對(duì)它采用四舍五入的方法，將其可能的幅值數(shù)由無限多個(gè)變?yōu)橛邢迋€(gè)值。這種將信號(hào)幅值由連續(xù)量變成離散量的過程稱為量化。

• PCM編碼：對(duì)于量化后的信號(hào)，通常用“0”和“1”表示，即用二進(jìn)制碼表示。這時(shí)的編碼稱為脈沖編碼調(diào)制——PCM 編碼。

• A/D與D/A變換：取樣、量化、編碼過程由A/D變換器完成。數(shù)字信號(hào)的解碼、反量化、恢復(fù)成模擬信號(hào)的逆過程由D/A變換器完成

?? 模擬電視信號(hào)經(jīng)取樣、量化、編碼（PCM 編碼）后得到的二進(jìn)制序列，即數(shù)字電視信號(hào)。

2.電視信號(hào)的時(shí)間和空間取樣

電視信號(hào)的取樣有兩種：空間取樣和時(shí)間取樣。 1.時(shí)間取樣：運(yùn)動(dòng)圖像可由每秒若干幀靜止圖像構(gòu)成，我國采用的 PAL 制彩色電視規(guī)定每秒 25 幀，美日等采用的 NTSC 制彩色電視則為每秒 30 幀。這種取樣方式即時(shí)間取樣。

隔行掃描幀圖像由兩場(chǎng)組成，每場(chǎng)由若干行組成，奇數(shù)行和偶數(shù)行各構(gòu)成一場(chǎng)，它們分別為頂場(chǎng)和底場(chǎng)。幀場(chǎng)的鄰近行相關(guān)性并不相同。幀的鄰近行空間相關(guān)性強(qiáng)，時(shí)間相關(guān)性弱，因?yàn)槟承械泥徑?#xff08;下一行）要一場(chǎng)掃描完才能被掃描，在壓縮靜止圖像或運(yùn)動(dòng)量不大的圖像時(shí)采用幀編碼方式。場(chǎng)的鄰近行時(shí)間相關(guān)性強(qiáng)，空間相關(guān)性差，因?yàn)閳?chǎng)的一行掃描完畢，接著對(duì)場(chǎng)中下一行掃描。因此對(duì)運(yùn)動(dòng)量大的圖像常采用場(chǎng)編碼方式。實(shí)際的視頻圖像有快有慢，有粗有細(xì)，應(yīng)根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)自適應(yīng)選擇幀/場(chǎng)編碼方式。

3.彩色空間

黑白圖像的每個(gè)像素只需一個(gè)幅值表示其亮度即可；而彩色圖像的每個(gè)像素至少需要 3 個(gè)值表示表示其亮度和色度。所謂色度空間即表示彩色圖像的亮度與色度的方法。 1.RGB：眾所周知，任何彩色圖像可由不同比例的紅色、綠色和藍(lán)色組合而成，即三基色原理。這種表示彩色圖像的方法即 RGB 彩色空間。 彩色顯象管（CRT）和液晶顯示器件（LCD）可顯示彩色圖像，彩色攝像機(jī)中的電荷耦合器件（CCD）等傳感器可產(chǎn)生彩色電視圖像，都是根據(jù) RGB 原理獲得的。 2.YC b C r (YUV)：人類視覺系統(tǒng)（HDV）對(duì)亮度比彩色更敏感，因此可以把亮度信息從彩色信息分離處來，并使之具有更高的清晰度，彩色信息的清晰度較低些，可顯著壓縮帶寬，實(shí)現(xiàn)視頻壓縮的一部分，人的感覺卻沒有不同。 3.YUV和RGB轉(zhuǎn)換：由大量實(shí)驗(yàn)得出（說明轉(zhuǎn)換是不精確的）： Y=0.299R+0587G+0.114B Cb=0564(B－Y) Cr=0.713(R－Y) R=Y+1.402Cr G=Y-0.344Cb-0.714Cr B=Y+1.772Cb

4.彩色電視取樣格式

有三種不同的彩色電視取樣格式

①4:4:4：Y、Cb和Cr具有相同的水平和垂直清晰度，在每一個(gè)像素位置，都有Y、Cb和Cr分量，即不論水平方向還是垂直方向，每4個(gè)亮度像素相應(yīng)的4個(gè)Cb和4個(gè)Cr色度像素。 ②4:2:2 ：彩色分量和亮度分量具有相同的垂直清晰度，但水平清晰度彩色分量是亮度分量的一半。水平方向上，每5個(gè)亮度像素具有兩個(gè)Cb和兩個(gè)Cr。 ③4:2:0：在水平和垂直清晰度方面，Cb和Cr都是Y的一半。

5.數(shù)字電視信號(hào)的編碼參數(shù)

1.量化值Qp：量化值（量化節(jié)距）取的太大，視頻圖像顯得粗糙；取的太小，視頻圖像質(zhì)量好，但帶寬浪費(fèi)過大。一般認(rèn)為，每個(gè)取樣值采用8個(gè)比特表示，即256個(gè)灰度級(jí)，是比較合理的。 2.取樣頻率：CCIR601 建議的電視國際標(biāo)準(zhǔn)為：對(duì)每幅畫面 625/50（625 行，每秒 50 場(chǎng)）的電視系統(tǒng)和 525/60（525 行，每秒 60 場(chǎng)）的電視系統(tǒng)取樣頻率都為： fs＝13.5MHz （亮度信號(hào)，即 Y 信號(hào)） fs＝6.75MHz （色差信號(hào)，即 Cb、 Cr 信號(hào)）

7.視頻信號(hào)的預(yù)處理

一個(gè)基本的視頻處理和通信系統(tǒng)主要包括采集、預(yù)處理、視頻編碼、通信、圖像處理及顯示等幾個(gè)方面

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?

圖像采集的功能由圖像傳感器實(shí)現(xiàn)，目前圖像傳感器主要有電荷耦合器件（CCD， charge coupled devices）和 CMOS 傳感器

8.視頻質(zhì)量

對(duì)壓縮后的視頻質(zhì)量估計(jì)可分為主觀視頻質(zhì)量評(píng)定和客觀視頻質(zhì)量評(píng)定兩種估計(jì)方法。 1.主觀視頻質(zhì)量評(píng)定： 由于個(gè)人的視覺系統(tǒng)（HVS）不盡相同，對(duì)視頻內(nèi)容的熟悉程度也不一樣。為了減少主觀隨意性，在對(duì)視頻圖像主觀評(píng)定前，選若干名專家和“非專家”作為評(píng)分委員，共同利用五項(xiàng)或七項(xiàng)評(píng)分法對(duì)同一種視頻圖像進(jìn)行壓縮編碼構(gòu)圖像評(píng)定。最后按加權(quán)平均法則對(duì)該壓縮后的圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評(píng)定。

測(cè)試方法可用隨機(jī)次序請(qǐng)?jiān)u委觀察比較原始圖像和壓縮編碼的圖像。國際上稱為 DSCOS 的測(cè)試系統(tǒng)如圖所示。其中 A 為原始圖像，B 為編碼解碼后的圖像，以任意的 A、B 次序讓評(píng)委打分評(píng)定。

2.客觀視頻質(zhì)量評(píng)定： 主觀的視頻質(zhì)量評(píng)分更接近人的真實(shí)視覺感受，但需耗費(fèi)人力和時(shí)間，成本較高。客觀質(zhì)量的測(cè)定方法速度快、易實(shí)行，但往往不會(huì)太符合人眼的視覺感受，只能說大體上的質(zhì)量。客觀質(zhì)量測(cè)定方法應(yīng)致力于改進(jìn)其測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法，使其符合人的視覺感受。 最常用的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)是峰值信號(hào)與噪聲之比（PSNR）： 其中 MSE 為原始和編解碼后圖像之間的均方誤差，（2ⁿ -1）²為圖像種最大可能的信號(hào)值平方，n 為表示每個(gè)像素的比特?cái)?shù)。 一般而言，PSNR越高視頻質(zhì)量越高，反之亦然。 紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。

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總結(jié)

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