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視頻壓縮編解碼技術(shù)就是對數(shù)字的視頻信號進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變成輸出的數(shù)字電視信號需經(jīng)過取樣、量化、編碼三個步驟，由 A/D 變換器完成這三個步驟。

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

• 量化：取樣后的脈沖信號在時間上是離散的，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，這就需要對它采用四舍五入的方法，將其可能的幅值數(shù)由無限多個變?yōu)橛邢迋€值。這種將信號幅值由連續(xù)量變成離散量的過程稱為量化。

• PCM編碼：對于量化后的信號，通常用“0”和“1”表示，即用二進制碼表示。這時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)字信號的解碼、反量化、恢復(fù)成模擬信號的逆過程由D/A變換器完成

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

2.電視信號的時間和空間取樣

電視信號的取樣有兩種：空間取樣和時間取樣。 1.時間取樣：運動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。這種取樣方式即時間取樣。

隔行掃描幀圖像由兩場組成，每場由若干行組成，奇數(shù)行和偶數(shù)行各構(gòu)成一場，它們分別為頂場和底場。幀場的鄰近行相關(guān)性并不相同。幀的鄰近行空間相關(guān)性強，時間相關(guān)性弱，因為某行的鄰近行（下一行）要一場掃描完才能被掃描，在壓縮靜止圖像或運動量不大的圖像時采用幀編碼方式。場的鄰近行時間相關(guān)性強，空間相關(guān)性差，因為場的一行掃描完畢，接著對場中下一行掃描。因此對運動量大的圖像常采用場編碼方式。實際的視頻圖像有快有慢，有粗有細(xì)，應(yīng)根據(jù)這個標(biāo)準(zhǔn)自適應(yīng)選擇幀/場編碼方式。

3.彩色空間

黑白圖像的每個像素只需一個幅值表示其亮度即可；而彩色圖像的每個像素至少需要 3 個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：由大量實驗得出（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個亮度像素相應(yīng)的4個Cb和4個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個亮度像素具有兩個Cb和兩個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，但帶寬浪費過大。一般認(rèn)為，每個取樣值采用8個比特表示，即256個灰度級，是比較合理的。 2.取樣頻率：CCIR601 建議的電視國際標(biāo)準(zhǔn)為：對每幅畫面 625/50（625 行，每秒 50 場）的電視系統(tǒng)和 525/60（525 行，每秒 60 場）的電視系統(tǒng)取樣頻率都為： fs＝13.5MHz （亮度信號，即 Y 信號） fs＝6.75MHz （色差信號，即 Cb、 Cr 信號）

7.視頻信號的預(yù)處理

一個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方面

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圖像采集的功能由圖像傳感器實現(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

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

測試方法可用隨機次序請評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 次序讓評委打分評定。

2.客觀視頻質(zhì)量評定： 主觀的視頻質(zhì)量評分更接近人的真實視覺感受，但需耗費人力和時間，成本較高。客觀質(zhì)量的測定方法速度快、易實行，但往往不會太符合人眼的視覺感受，只能說大體上的質(zhì)量。客觀質(zhì)量測定方法應(yīng)致力于改進其測試標(biāo)準(zhǔn)和測試方法，使其符合人的視覺感受。 最常用的測試標(biāo)準(zhǔn)是峰值信號與噪聲之比（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值平方，n 為表示每個像素的比特數(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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