《数字电视原理》第五章数字电视广告传媒国际管理标准PPT课件

数字电视原理 第五章 数字电视的国际标准2021/12/221信息工程系5.4 JPEG标准nJPEG的目标：JPEG用于连续变化的静止图像 连续变化是指灰度等级和颜色两方面的连续变化n静止图像数据压缩标准 JPEGJoint Photo-Graphic Experts Group联合图像专家组从1986年正式开始制订,由多个国际组织联合制定:国际标准组织 ISO国际电报电话咨询委员会 CCITT(后改为国际电信联盟ITU)。 国际电工委员会(IEC)也参加合作1992年7月通过了标准的第一部分，后又对有关测试标准草案(即标准的第二部分)作了进一步修改 2021/12/222信息工程系5.4 JPEG标准nJPEG包含两种基本压缩方法：有损压缩：基于DCT的有损压缩，又称为基线顺序编解码(Baseline Sequential Codec)方法无损压缩：又称预测压缩方法nJPEG编码压缩的基本算法与H.261的帧内模式相似，JPEG标准的图像压缩是在本帧内进行, 与前后帧无关nJPEG可用于活动图像压缩编码，只不过压缩方法只限于帧内进行，不作运动补偿和帧间差运算。这种用于活动图像的压缩技术称作：M-JPEG(Motion-JPEG), 主要用于高质量图像压缩编码方案中，例如电视台节目编辑中2021/12/223信息工程系5.4 JPEG标准1. 基于DCT的编码器和解码器 n基于DCT的JPEG编码器： 2021/12/224信息工程系5.4 JPEG标准n基于DCT的JPEG解码器：2021/12/225信息工程系5.4 JPEG标准nJPEG标准中的像素 以NTSC制为例，它的视频最高频率为4.2MHz，故抽样频率可取8.4MHz至9MHz NTSC制 行频 行周期 每行的显示时间 若设抽样频率 2021/12/226信息工程系5.4 JPEG标准则 时间内的抽样数N如下式所示 抽样数N:一行中的显示区或称有效像素区中的像素数 2021/12/227信息工程系5.4 JPEG标准n像素形状又称为纵横比，按JPEG标准规定像素纵横比为1：1，也就是像素为正方形例如上述NTSC制中一行像素为480个，若像素纵横比为1：1，图像尺寸纵横比为3：4，则一帧图像应有的行数为48034360行光栅转换或扫描转换：NTSC制一帧图像为525行，其中包含两场，若扣除两场的场消隐所需74行，则余451行,转换到360行,则需要并行。按 ，则每10行需要并成8行，这就是图像光栅处理中常用的光栅转换或扫描转换2021/12/228信息工程系5.4 JPEG标准nJPEG压缩流程示意图2021/12/229信息工程系5.4 JPEG标准2. 离散余弦变换和DCT系数量化nJPEG标准是将“二维”空间的图像数据用离散余弦变换DCT公式变换到二维频域成为二维频率系数。变换后的系数经量化矩阵量化 亮度量化矩阵 色度量化矩阵 2021/12/2210信息工程系5.4 JPEG标准n量化矩阵量化正量化： 式中 为DCT系数， 为量化步长 反量化 ：2021/12/2211信息工程系5.4 JPEG标准n经Zig-Zag扫描后，把二维量化系数转换为一维数据序列，以便进行熵编码 这种低频在前高频在后Zig-Zag扫描的排列方式也称带状编码，因为它和频带由低到高呈带状一致。这和量化步长逐步提高的方式一致，所以也称门限系数排列方式 n对于直流分量DC进行差分脉冲编码2021/12/2212信息工程系5.4 JPEG标准3. 熵编码器n熵编码也称无损编码或无误差编码。熵编码分为两个步骤，其一为中间熵编码，其二是可变长度熵编码nJPEG标准的DCT变换编码、解码过程及熵编码的具体操作方法请见附录 2021/12/2213信息工程系5.4 JPEG标准4. 数据交换格式2021/12/2214信息工程系5.5 MPEG-1标准 nMPEG-1目标MPEG-1标准的设计思想是在1Mbit/s到1.5Mbit/s的低带宽条件下，提供尽可能高的图像质量（包括音频，以下所指图像均包括音频）。针对CD-ROM、光盘的视频存储和放像所制定的数字电视标准 nVCD使用MPEG-1标准，图像尺寸为352288，标准速率为1.2Mbit/snMPEG是活动图像专家组(Moving Picture Expert Group)的英文缩写，MPEG的任务是开发活动图像及其声音的数字编码标准，成立于 1988年。它是国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)联合技术委员会 l(JTC l)的第 29分委员会(S29)的第 l l工作组(WG l l)，其全称是 WG l l of SI 29 of ISOIEC JTC l 2021/12/2215信息工程系5.5 MPEG-1标准nISO的活动图像专家组(MPEG)在1991年11月提出了ISO 11172标准的建议草案，通称MPEG-l标准。该标准予 1992年 l 1月被通过， l993年 8月公布2021/12/2216信息工程系5.5 MPEG-1标准1. MPEG-1标准的内容nISO/IEC 11172 包括三大部分:ISO/IEC 11172-1 第一部分 系统ISO/IEC 11172-2 第二部分 视频ISO/IEC 11172-3 第三部分 音频 nMPEG-l标准可以处理各种类型的活动图像，其基本算法对于压缩水平方向 352个像素、竖直方向 288个像素的空间分辨力，每秒 24/25/30幅画面的运动图像有很好的效果n在MPEG-l标准中的一帧图像的概念不同于电视中帧的概念，前者一定是逐行扫描的图像，如果待处理信号是隔行扫描的图像，则编码前必须将其转换成逐行扫描的格式2021/12/2217信息工程系5.5 MPEG-1标准nMPEG-1标准采用了一系列技术以获得高压缩比对色差信号进行亚采样，减少数据量采用运动补偿技术减少帧间冗余度做二维DCT变换去除空间相关性对DCT系数进行量化，舍去不重要的信息，将量化后的DCT系数按照频率重新排序将DCT系数进行变字长熵保持编码对每数据块的直流分量(DC)进行预测差分编码2021/12/2218信息工程系5.5 MPEG-1标准n在 MPEG-l标准中，考虑到压缩比和随机存取这对矛盾，一共定义了四种图像类型： I帧图像： 帧内帧图像，采用帧内编码，不参照其他图像P帧图像：预测帧图像，参照前一幅 I帧或 P帧图像做运动补偿编码B帧图像：双向预测帧图像，参照前一幅和后一幅 I帧或 P帧图像做双向运动补偿编码 D类图像：直流(DC)图像，这类图像中只含直流分量，是为快放功能而设计的2021/12/2219信息工程系5.5 MPEG-1标准n帧内图像I的压缩编码算法框图2021/12/2220信息工程系5.5 MPEG-1标准n预测图像P的压缩编码算法框图2021/12/2221信息工程系5.5 MPEG-1标准n双向预测图像B的压缩编码算法框图 2021/12/2222信息工程系5.5 MPEG-1标准nI 帧、P帧和B帧图像的依赖关系 2021/12/2223信息工程系5.5 MPEG-1标准n图像的显示顺序和编码顺序 显示顺序：编码顺序：2021/12/2224信息工程系5.5 MPEG-1标准nI帧、P帧、B帧的数据字节和压缩比 2021/12/2225信息工程系5.5 MPEG-1标准n编解码延时问题由于编码顺序和显示顺序之间的差异,带来编、解码总延时达0.81秒时间这种延时对广播性质的图像传输不会带来任何影响，因为用户并不能发现发射端与接收端信号起始时间的差异对于交互性质的图像传输，例如，数字会议电视则带来十分不便。因为甲方图像传至乙方经编码、解码要延时0.81秒时间; 乙方图像传至甲方经编码、解码也要延时0.81秒时间, 这样，如果甲对乙提一个问题，则1.82秒以后才能得到回答 2021/12/2226信息工程系5.5 MPEG-1标准n解决编解码延时过长问题减少B帧使两个I帧之间的帧数减少，则编、解码总延时下降，甚至可以把B帧、P帧全部取消，这样，可以得到0延时。这种方式也称M-JPEG(Motion-JPEG)方式。但此时的压缩比降到了5:17:1延时与压缩倍数是互相矛盾的2021/12/2227信息工程系5.5 MPEG-1标准2. MPEG-1视频流数据结构视频流数据由以下部分组成：1.视频序列 2.图像组 3.图像 4.片 5.宏块2021/12/2228信息工程系5.5 MPEG-1标准nMPEG-1视频流结构2021/12/2229信息工程系Question Time2021/12/2230信息工程系