數(shù)字視頻信號(hào)源的編碼器和解碼器的設(shè)計(jì)

1、 1 數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展概況1.1數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)(1) 清晰度高、音頻效果好、抗干擾能力強(qiáng)。數(shù)字電視信號(hào)在傳輸過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)噪聲積累效應(yīng)，幾乎完全不受噪聲干擾，電視信號(hào)的強(qiáng)度衰減與失真度很低，電視畫(huà)面十分逼近演播室水平。數(shù)字電視的音頻效果很好，支持五聲道的杜比數(shù)碼（AC-3）5.1環(huán)繞立體聲家庭影院服務(wù)； (2) 數(shù)字頻道數(shù)成倍增加?；诂F(xiàn)有模擬電視頻道，可同時(shí)傳輸6-8套DVD質(zhì)量或15-18套VCD質(zhì)量的數(shù)字電視節(jié)目。如全部采用數(shù)字電視技術(shù)傳輸，可同時(shí)傳送大約200套DVD質(zhì)量或500多套VCD質(zhì)量的電視節(jié)目。電視頻道資源利用率高，可完全滿足用戶自由收看電視節(jié)目的個(gè)性化要求； (3) 數(shù)

2、字業(yè)務(wù)功能極大拓展。隨著有線電視傳輸和用戶接收的數(shù)字化，以前模擬方式無(wú)法提供的服務(wù)都將成為可能，如電視網(wǎng)站、交互電視、股票行情與分析、視頻點(diǎn)播等，電視互動(dòng)數(shù)字新業(yè)務(wù)的開(kāi)展將變得更加容易； (4) 數(shù)字電視信號(hào)容易加密，保密性好，便于采用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理?？傊瑪?shù)字電視替代模擬電視的趨勢(shì)是現(xiàn)代科技發(fā)展的必然結(jié)果。1.2數(shù)字電視機(jī)的發(fā)展隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，廣播電視的受眾需求日益高漲和多元化，點(diǎn)對(duì)面單一模式的模擬電視已經(jīng)無(wú)法滿足人民群眾日益增長(zhǎng)的精神和文化需求。模擬電視改為數(shù)字電視信號(hào)播送，不但能為電視用戶提供全業(yè)務(wù)、多層次的高清晰度的數(shù)字電視信號(hào)，滿足當(dāng)今不同領(lǐng)域、不同階層、不同家庭與個(gè)體用

3、戶不同的精神文化的固定與移動(dòng)、單向與交互的多元化、個(gè)性化服務(wù)，同時(shí)也為廣播電視市場(chǎng)提供新的發(fā)展契機(jī)。接收數(shù)字電視信號(hào)的數(shù)字電視用戶必須更換購(gòu)買(mǎi)數(shù)字電視或購(gòu)置與原有電視機(jī)配用的接收數(shù)字電視信號(hào)的機(jī)頂盒解碼器。數(shù)字電視在歐美地區(qū)已應(yīng)用多年，技術(shù)上非常成熟，在國(guó)家863計(jì)劃支持下，我國(guó)在積極參與MPEG/JVT國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定的基礎(chǔ)上，提出并完成了具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)AVS。AVS是我國(guó)自主創(chuàng)新所構(gòu)建的自主標(biāo)準(zhǔn)，可在一定程度上規(guī)避專利費(fèi)，數(shù)字電視是一個(gè)信息化系統(tǒng)工程，從電視節(jié)目的采集、制作到信號(hào)的發(fā)射、傳輸以及最終接收的全過(guò)程全部采用數(shù)字化，是整個(gè)廣播電視事業(yè)鏈條的一次大變革。數(shù)字

4、電視節(jié)目?jī)?nèi)容的廣播傳送采用數(shù)字信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字節(jié)目的接收是提供端到端的數(shù)字電視內(nèi)容的一個(gè)過(guò)程。因此，數(shù)字電視的信息提供端和傳輸網(wǎng)絡(luò)都將面臨全面的建設(shè)和設(shè)備更新，信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求將穩(wěn)定增加，這是一項(xiàng)涉及萬(wàn)戶千家的數(shù)字信息化系統(tǒng)工程。數(shù)字電視與因特網(wǎng)結(jié)合，將各家各戶與因特網(wǎng)連接到一起，大大加快了社會(huì)信息化進(jìn)程2 數(shù)字視頻壓縮編碼視頻壓縮的目標(biāo)是在盡可能保證視覺(jué)效果的前提下減少視頻數(shù)據(jù)率。視頻壓縮比一般指壓縮后的數(shù)據(jù)量與壓縮前的數(shù)據(jù)量之比。由于視頻是連續(xù)的靜態(tài)圖像，因此其壓縮編碼算法與靜態(tài)圖像的壓縮編碼算法有某些共同之處，但是運(yùn)動(dòng)的視頻還有其自身的特性，因此在壓縮時(shí)還應(yīng)考慮其運(yùn)動(dòng)特性才能達(dá)到高壓

5、縮的目標(biāo)。目前有多種視頻壓縮編碼方法，但其中最有代表性的是MPEG數(shù)字視頻格式和AVI數(shù)字視頻格式。2.1數(shù)據(jù)壓縮編碼的分類(1) 有損壓縮編碼方式：有損壓縮意味著解壓縮后的數(shù)據(jù)與壓縮前的數(shù)據(jù)不一致。在壓縮的過(guò)程中要丟失一些人眼和人耳所不敏感的圖像或音頻信息，而且丟失的信息不可恢復(fù)。幾乎所有高壓縮的算法都采用有損壓縮，這樣才能達(dá)到低數(shù)據(jù)率的目標(biāo)。丟失的數(shù)據(jù)率與壓縮比有關(guān)，壓縮比越小，丟失的數(shù)據(jù)越多，解壓縮后的效果一般越差。此外，某些有損壓縮算法采用多次重復(fù)壓縮的方式，這樣還會(huì)引起額外的數(shù)據(jù)丟失。(2) 無(wú)損壓縮編碼方式：無(wú)損壓縮也即壓縮前和解壓縮后的數(shù)據(jù)完全一致，多數(shù)的無(wú)損壓縮都采用RLE行程

6、編碼算法。2.2數(shù)字視頻壓縮編碼的標(biāo)準(zhǔn)常用名稱制定機(jī)構(gòu)發(fā)布日期標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)標(biāo)題典型應(yīng)用領(lǐng)域H261ITU-T1990年ITU-T H261運(yùn)動(dòng)圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)可視電話和會(huì)議電視，窄寬ISDNMPEG-1ISO/IEC1991年ISO/IEC 11172運(yùn)動(dòng)圖像和伴音的通用編碼第2部分視頻VCD等JPECISO/IEC1992年ITU-TT.81ISO/IEC 10918靜止圖像編碼數(shù)碼相機(jī)、圖像庫(kù)等MPEG-2ISO/IECITU-T1994年ITU-T H262ISO/IEC 13818-2運(yùn)動(dòng)圖像和伴音的通用編碼第2部分視頻數(shù)字電視傳輸?shù)菻.263ITU-T1995年ITU-T H263運(yùn)動(dòng)圖像編

7、碼標(biāo)準(zhǔn)多媒體通信等MPEG-4ISO/IEC2000年ISO/IEC 14496-2基于對(duì)象的視/音頻編碼第2部分視頻網(wǎng)絡(luò)/視音頻等JPEG2000ISO/IEC2000年ISO/IEC 15444-3靜止圖像編碼圖像庫(kù)、數(shù)字電影等H.264/AVCMPEG-4-10ITU-TISO/IEC2003年ITU-T Rec.H.264ISO/IEC 14496-10高級(jí)視頻編碼數(shù)字電視、多媒體通信等VC-1SMPTE2006年SMPTE421M電視壓縮視頻格式和解碼處理數(shù)字電視等AVS中國(guó)國(guó)家標(biāo)委會(huì)2006年GB/T20090-2006先進(jìn)視/音頻編碼第2部分視頻數(shù)字電視、網(wǎng)絡(luò)視頻等表1.數(shù)字視頻

8、壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)3 MPEG -2概述MPEG-2制定于1994年，設(shè)計(jì)目標(biāo)是高級(jí)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的圖象質(zhì)量以及更高的傳輸率。MPEG-2所能提供的傳輸率在3-10Mbits/sec間,其在NTSC制式下的分辨率可達(dá)720X486，MPEG-2也可提供并能夠提供廣播級(jí)的視像和CD級(jí)的音質(zhì)。MPEG-2的音頻編碼可提供左右中及兩個(gè)環(huán)繞聲道,以及一個(gè)加重低音聲道，和多達(dá)7個(gè)伴音聲道(DVD可有8種語(yǔ)言配音的原因)。由于MPEG-2在設(shè)計(jì)時(shí)的巧妙處理，使得大多數(shù)MPEG-2解碼器也可播放MPEG-1格式的數(shù)據(jù)，如VCD。同時(shí)，由于MPEG-2的出色性能表現(xiàn)，已能適用于HDTV，使得原打算為HDTV設(shè)計(jì)的MPEG

9、-3，還沒(méi)出世就被拋棄了。(MPEG-3要求傳輸速率在20Mbits/sev-40Mbits/sec間，但這將使畫(huà)面有輕度扭曲)。除了做為DVD的指定標(biāo)準(zhǔn)外，MPEG-2還可用于為廣播，有線電視網(wǎng)，電纜網(wǎng)絡(luò)以及衛(wèi)星直播(DirectBroadcastSatellite)提供廣播級(jí)的數(shù)字視頻。MPEG-2的另一特點(diǎn)是，其可提供一個(gè)較廣的范圍改變壓縮比，以適應(yīng)不同畫(huà)面質(zhì)量，存儲(chǔ)容量，以及帶寬的要求。對(duì)于最終用戶來(lái)說(shuō)，由于現(xiàn)存電視機(jī)分辨率限制，MPEG-2所帶來(lái)的高清晰度畫(huà)面質(zhì)量(如DVD畫(huà)面)在電視上效果并不明顯，到是其音頻特性(如加重低音，多伴音聲道等)更引人注目。3.1系統(tǒng)的定義MPEG-2系

10、統(tǒng)是將視頻、音頻及其它數(shù)據(jù)基本流組合成一個(gè)或多個(gè)適宜于存儲(chǔ)或傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流的規(guī)范，如圖1所示。由圖2可見(jiàn)，符合ITU-R. 601標(biāo)準(zhǔn)的、幀次序?yàn)镮1B2B3P4B5B6P7B8B9I10數(shù)字視頻數(shù)據(jù)和符合AES/EBU標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)分別通過(guò)圖像編碼和聲音編碼之后，生成次序?yàn)镮1P4B2B3 P7B5B6I10 B8B9視頻基本流（ES）和音頻ES。在視頻ES中還要加入一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，即加入從視頻信號(hào)中取出的27MHz時(shí)鐘。然后，再分別通過(guò)各自的數(shù)據(jù)包形成器，將相應(yīng)的ES打包成打包基本流（PES）包，并由PES包構(gòu)成PES。最后，節(jié)目復(fù)用器和傳輸復(fù)用器分別將視頻PES和音頻PES組合成相應(yīng)的節(jié)

11、目流（PS）包和傳輸流（TS）包，并由PS包構(gòu)成PS和由TS包構(gòu)成TS。顯然，不允許直接傳輸PES，只允許傳輸PS和TS；PES只是PS轉(zhuǎn)換為T(mén)S或TS轉(zhuǎn)換為PS的中間步驟或橋梁，是MPEG數(shù)據(jù)流互換的邏輯結(jié)構(gòu)，本身不能參與交換和互操作。由系統(tǒng)的定義，可知MPEG-2系統(tǒng)的任務(wù)。系統(tǒng)的要點(diǎn)是根據(jù)數(shù)字通信信息量可以逐段傳輸?shù)臋C(jī)理，將已編碼數(shù)據(jù)流在時(shí)間上以一定重復(fù)周期結(jié)構(gòu)分割成不能再細(xì)分的最小信息單元，這個(gè)最小信息單元就定義為數(shù)據(jù)包，幾個(gè)小數(shù)據(jù)包（Data Packet）又可以打包成大數(shù)據(jù)包（Data Pack）。用數(shù)據(jù)包傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)中信息可占用不同的連接線路和簡(jiǎn)單暫存；通過(guò)數(shù)據(jù)包交織將多個(gè)

12、數(shù)據(jù)流組合（復(fù)用）成一個(gè)新的數(shù)據(jù)流；便于解碼器按照相應(yīng)順序?qū)?shù)據(jù)包進(jìn)行靈活地整理。從而，數(shù)據(jù)包為數(shù)據(jù)流同步和復(fù)用奠定了基礎(chǔ)。因此，MPEG-2系統(tǒng)規(guī)范不僅采用了PS、TS和PES三種數(shù)據(jù)包，而且也涉及PS和TS兩種可以互相轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)流。顯然，以數(shù)據(jù)包形式存儲(chǔ)和傳送數(shù)據(jù)流是MPEG-2系統(tǒng)的要點(diǎn)。為此，MPEG-2系統(tǒng)規(guī)范定義了三種數(shù)據(jù)包及兩種數(shù)據(jù)流。 圖2.MPEG-2系統(tǒng)框圖3.2 MPEG-2的型和級(jí)MPEG-2按照不同的型和不同的級(jí)的組合，有20種組合方式，但是在實(shí)際應(yīng)用中只有其中的11種組合可以應(yīng)用。MPEG-2型和級(jí)的定義及其組合如圖表3所示，表中越是右上方的編碼檔次越高，MPEG-

13、2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，凡是能解碼某一組合點(diǎn)上比特流的解碼器，必須能解碼其左方和下方組合點(diǎn)上的比特流，這是MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)所要求的解碼兼容性能。 型profile級(jí)level 簡(jiǎn)單型SP 主型MP 信雜比可級(jí)SNRP 空間可分級(jí)SSP 高型HP高級(jí)（HL）1920×1080×301920×1080×25 MPHLHPHL全部層底層高1440級(jí)（H1440L）1440×1080×301440×1080×25 MPH1440LSSPH1440L全部層底層HPH1440L全部層底層主級(jí)（ML）720×480×30

14、720×576×25 SPML(無(wú)B幀)MPMLSNPML全部層底層HPML全部層底層低級(jí)（LL）352×248×30352×248×25 MPLLSNPLL全部層底層圖表3.MPEG-2的型和級(jí)3.3 MPEG-2的編碼碼流分為六個(gè)層次從上至下依次為：視頻序列層(Sequence)，圖像組層(GOP：GroupofPicture)，圖像層(Picture)，像條層(Slice)，宏塊層(MacroBlock)和像塊層(Block)。除宏塊層和像塊層外，上面四層中都有相應(yīng)的起始碼(SC：StartCode)，可用于因誤碼或其它原因收發(fā)

15、兩端失步時(shí)，解碼器重新捕捉同步。因此一次失步將至少丟失一個(gè)像條的數(shù)據(jù)。 (1) 序列指構(gòu)成某路節(jié)目的圖像序列，序列起始碼后的序列頭中包含了圖像尺寸，寬高比，圖像速率等信息。 (2) 序列層下是圖像組層，一個(gè)圖像組由相互間有預(yù)測(cè)和生成關(guān)系的一組I、P、B圖像構(gòu)成，但頭一幀圖像總是I幀。GOP頭中包含了時(shí)間信息。 (3) 圖像組層下是圖像層，分為I、P、B三類。PIC頭中包含了圖像編碼的類型和時(shí)間參考信息。 (4) 圖像層下是像條層，一個(gè)像條包括一定數(shù)量的宏塊，其順序與掃描順序一致。MPML中一個(gè)像條必須在同一宏塊行內(nèi)。 (5) 像條層下是宏塊層。MPEG-2中定義了三種宏塊結(jié)構(gòu)：4:2:0宏塊4

16、:2:2宏塊和4:4:4宏塊，分別代表構(gòu)成一個(gè)宏塊的亮度像塊和色差像塊的數(shù)量關(guān)系。(6) 宏塊層之下是像塊層，像塊是MPEG-2碼流的最底層，是DCT變換的基本單元。MPML中一個(gè)像塊由8x8個(gè)抽樣值構(gòu)成，同一像塊內(nèi)的抽樣值必須全部是Y信號(hào)樣值，或全部是Cb信號(hào)樣值，或全部是Cr信號(hào)樣值。另外，像塊也用于表示8x8個(gè)抽樣值經(jīng)DCT變換后所生成的8x8個(gè)DCT系數(shù)。3.4 MPEG-2編碼器原理圖4.MPEG-2壓縮編碼原理框圖MPEG-2圖像壓縮的原理是利用了圖像中的兩種特性：空間相關(guān)性和時(shí)間相關(guān)性。一幀圖像內(nèi)的任何一個(gè)場(chǎng)景都是由若干像素點(diǎn)構(gòu)成的，因此一個(gè)像素通常與它周?chē)哪承┫袼卦诹炼群蜕?/p>

17、上存在一定的關(guān)系，這種關(guān)系叫作空間相關(guān)性；一個(gè)節(jié)目中的一個(gè)情節(jié)常常由若干幀連續(xù)圖像組成的圖像序列構(gòu)成，一個(gè)圖像序列中前后幀圖像間也存在一定的關(guān)系，這種關(guān)系叫作時(shí)間相關(guān)性。這兩種相關(guān)性使得圖像中存在大量的冗余信息。如果我們能將這些冗余信息去除，只保留少量非相關(guān)信息進(jìn)行傳輸，就可以大大節(jié)省傳輸頻帶。而接收機(jī)利用這些非相關(guān)信息，按照一定的解碼算法，可以在保證一定的圖像質(zhì)量的前提下恢復(fù)原始圖像。一個(gè)好的壓縮編碼方案就是能夠最大限度地去除圖像中的冗余信息。(1) MPEG-2中編碼圖像被分為三類，分別稱為I幀，P幀和B幀 I幀圖像采用幀內(nèi)編碼圖（ICP）利用了單幀圖像內(nèi)的空間相關(guān)性，而沒(méi)有利用時(shí)間相關(guān)性

18、。I幀主要用于接收機(jī)的初始化和信道的獲取，以及節(jié)目的切換和插入，I幀圖像的壓縮倍數(shù)相對(duì)較低。I幀圖像是周期性出現(xiàn)在圖像序列中的，出現(xiàn)頻率可由編碼。器選擇特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)量最大；幀內(nèi)中等程度壓縮；無(wú)運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)，可采用自相關(guān)性，即幀內(nèi)相鄰像素、相鄰行的亮度、色度信號(hào)都具有漸變的空間相關(guān)性，可作靜止圖像處理，無(wú)條件傳送；圖像可隨機(jī)進(jìn)入壓縮圖像數(shù)據(jù)序列，進(jìn)行編碼。 P幀圖像采用前向預(yù)測(cè)編碼圖（PCP）P幀圖像采用前向時(shí)間預(yù)測(cè)，可以提高壓縮效率和圖像質(zhì)量。P幀圖像中可以包含幀內(nèi)編碼的部分，即P幀中的每一個(gè)宏塊可以是前向預(yù)測(cè)，也可以是幀內(nèi)編碼。P圖的特點(diǎn)是：本身是前I圖或P圖的前向預(yù)測(cè)（FP-Forward P

19、rediction）結(jié)果，也是產(chǎn)生下一個(gè)P圖的基準(zhǔn)圖像；高編碼效率，與I圖相較，可提供更大的壓縮比；前一個(gè)P圖是下一個(gè)P圖補(bǔ)償預(yù)測(cè)的基準(zhǔn)，如果前者存在誤碼，則后者會(huì)將編碼誤差積累起來(lái)、傳播下去。 B幀圖像采用雙向預(yù)測(cè)編碼圖目前對(duì)B圖有兩種趨同的理解：其一，B圖是同時(shí)以前面的I圖或P圖和后面的P圖或I圖為基準(zhǔn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)所產(chǎn)生的圖像，稱為雙向預(yù)測(cè)編碼圖。其二，由于幀序列相鄰幀畫(huà)面間的運(yùn)動(dòng)部分具有連續(xù)到時(shí)間相關(guān)性，可將當(dāng)前畫(huà)面看成是前一畫(huà)面某一時(shí)刻圖像的位移，當(dāng)然位移方向及幅值在幀內(nèi)各處未必相同，只要用前面最近時(shí)刻的I圖或P圖及代表運(yùn)動(dòng)的位移信息，便可預(yù)測(cè)出當(dāng)前圖像，稱為前向預(yù)測(cè)（FP）。值得

20、注意的是，由于B幀圖像采用了未來(lái)幀作為參考，因此MPEG-2編碼碼流中圖像幀的傳輸順序和顯示順序是不同的。4 數(shù)字視頻壓縮解碼4.1 MPEG-2解碼圖5.MPEG-2解碼框圖由圖5可見(jiàn)，接受到的碼流經(jīng)過(guò)TS流解復(fù)用和視/音頻PES包解復(fù)用后輸出視頻基本流(ES)和運(yùn)動(dòng)矢量(MV)。ES經(jīng)飯量化(IQ)和反DCT(IDCT)后輸出重建的宏塊差值MB。解碼框圖中沒(méi)有復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)估計(jì)電路，它直接用碼流中傳輸來(lái)的運(yùn)動(dòng)矢量(MV)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，從幀儲(chǔ)存器中讀出匹配宏塊MB0，在加法器中與宏塊差值MB相加，還原出相應(yīng)的P、B圖像塊。在幀重排內(nèi)得到一組GOP解碼圖像后，重排成編碼時(shí)輸入顯示圖像的原始序列。由

21、于編碼器中都有幀重排，結(jié)果使顯示圖像比原始圖像產(chǎn)生一定的延時(shí)，相對(duì)于聲音編碼會(huì)導(dǎo)致畫(huà)面滯后于聲音，故需相應(yīng)的延時(shí)補(bǔ)償。MPEG-2中編碼與解碼電路不是一一對(duì)應(yīng)的，編碼復(fù)雜，解碼簡(jiǎn)單。因?yàn)榻獯a所需的許多參數(shù)如運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)值和量化矩陣等都在傳輸碼流中以規(guī)定的句法元素格式提供給接收端，由解碼器直接使用就可以。因此，不同廠家的設(shè)計(jì)人員可以設(shè)計(jì)制造各具特點(diǎn)的編解碼器，它們可能各有差異，然而，任一個(gè)解碼器應(yīng)該對(duì)任何編碼器給出的碼流都能正確地解碼。4.2 MPEG-2視頻壓縮方案中包含以下關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)(1) 余弦變換DCT DCT是一種空間變換，在MPEG-2中DCT以8x8的像塊為單位進(jìn)行，生成的是8x8的D

22、CT系數(shù)數(shù)據(jù)塊。DCT變換的最大特點(diǎn)是對(duì)于一般的圖像都能夠?qū)⑾駢K的能量集中于少數(shù)低頻DCT系數(shù)上，即生成8x8DCT系數(shù)塊中，僅左上角的少量低頻系數(shù)數(shù)值較大，其余系數(shù)的數(shù)值很小，這樣就可能只編碼和傳輸少數(shù)系數(shù)而不嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量。 (2) 量化器 量化是針對(duì)DCT變換系數(shù)進(jìn)行的，量化過(guò)程就是以某個(gè)量化步長(zhǎng)去除DCT系數(shù)。量化步長(zhǎng)的大小稱為量化精度，量化步長(zhǎng)越小，量化精度就越細(xì)，包含的信息越多，但所需的傳輸頻帶越高。不同的DCT變換系數(shù)對(duì)人類視覺(jué)感應(yīng)的重要性是不同的，因此編碼器根據(jù)視覺(jué)感應(yīng)準(zhǔn)則，對(duì)一個(gè)8x8的DCT變換塊中的64個(gè)DCT變換系數(shù)采用不同的量化精度，以保證盡可能多地包含特定的DCT

23、空間頻率信息，又使量化精度不超過(guò)需要。DCT變換系數(shù)中，低頻系數(shù)對(duì)視覺(jué)感應(yīng)的重要性較高，因此分配的量化精度較細(xì)；高頻系數(shù)對(duì)視覺(jué)感應(yīng)的重要性較低，分配的量化精度較粗，通常情況下，一個(gè)DCT變換塊中的大多數(shù)高頻系數(shù)量化后都會(huì)變?yōu)榱恪?(3) 之型掃描與游程編碼 DCT變換產(chǎn)生的是一8x8的二維數(shù)組，為進(jìn)行傳輸，還須將其轉(zhuǎn)換為一維排列方式。有兩種二維到一維的轉(zhuǎn)換方式，或稱掃描方式：之型掃描(Zig-Zag)和交替掃描，其中之型掃描是最常用的一種。由于經(jīng)量化后，大多數(shù)非零DCT系數(shù)集中于8x8二維矩陣的左上角，即低頻分量區(qū)，之型掃描后，這些非零DCT系數(shù)就集中于一維排列數(shù)組的前部，后面跟著長(zhǎng)串的量化為

24、零的DCT系數(shù)，這些就為游程編碼創(chuàng)造了條件。 游程編碼中，只有非零系數(shù)被編碼。一個(gè)非零系數(shù)的編碼由兩部分組成：前一部分表示非零系數(shù)前的連續(xù)零系數(shù)的數(shù)量(稱為游程)，后一部分是那個(gè)非零系數(shù)。這樣就把之型掃描的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)出來(lái)了，因?yàn)橹蛼呙柙诖蠖鄶?shù)情況下出現(xiàn)連零的機(jī)會(huì)比較多，游程編碼的效率就比較高。當(dāng)一維序列中的后部剩余的DCT系數(shù)都為零時(shí)，只要用一個(gè)“塊結(jié)束”標(biāo)志(EOB)來(lái)指示，就可結(jié)束這一8x8變換塊的編碼，產(chǎn)生的壓縮效果是非常明顯的。 (4) 熵編碼量化僅生成了DCT系數(shù)的一種有效的離散表示，實(shí)際傳輸前，還須對(duì)其進(jìn)行比特流編碼，產(chǎn)生用于傳輸?shù)臄?shù)字比特流。簡(jiǎn)單的編碼方法是采用定長(zhǎng)碼，即每個(gè)量化

25、值以同樣數(shù)目的比特表示，但這種方法的效率較低。而采用熵編碼可以提高編碼效率。熵編碼是基于編碼信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性，使得平均比特率下降。游程和非零系數(shù)既可獨(dú)立的，也可聯(lián)合的作熵編碼。熵編碼中使用較多的一種是霍夫曼編碼，MPEG-2視頻壓縮系統(tǒng)中采用的就是霍夫曼編碼?；舴蚵幋a中，在確定了所有編碼信號(hào)的概率后生產(chǎn)一個(gè)碼表，對(duì)經(jīng)常發(fā)生的大概率信號(hào)分配較少的比特表示，對(duì)不常發(fā)生的小概率信號(hào)分配較多的比特表示，使得整個(gè)碼流的平均長(zhǎng)度趨于最短。 (5) 信道緩存 由于采用了熵編碼，產(chǎn)生的比特流的速率是變化的，隨著視頻圖像的統(tǒng)計(jì)特性變化。但大多數(shù)情況下傳輸系統(tǒng)分配的頻帶都是恒定的，因此在編碼比特流進(jìn)入信道前需設(shè)置

26、信道緩存。信道緩存是一緩存器，以變比特率從熵編碼器向里寫(xiě)入數(shù)據(jù)，以傳輸系統(tǒng)標(biāo)稱的恒定比特率向外讀出，送入信道。緩存器的大小，或稱容量是設(shè)定好的，但編碼器的瞬時(shí)輸出比特率常明顯高于或低于傳輸系統(tǒng)的頻帶，這就有可能造成緩存器的上溢出或下溢出。因此緩存器須帶有控制機(jī)制，通過(guò)反饋控制壓縮算法，調(diào)整編碼器的比特率，使得緩存器的寫(xiě)入數(shù)據(jù)速率與讀出數(shù)據(jù)速率趨于平衡。緩存器對(duì)壓縮算法的控制是通過(guò)控制量化器的量化步長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)編碼器的瞬時(shí)輸出速率過(guò)高，緩存器將要上溢時(shí)，就使量化步長(zhǎng)增大以降低編碼數(shù)據(jù)速率，當(dāng)然也相應(yīng)增大了圖像的損失；當(dāng)編碼器的瞬時(shí)輸出速率過(guò)低，緩存器將要下溢出時(shí)，就使量化步長(zhǎng)減小以提高編碼數(shù)據(jù)速

27、率。 (6) 運(yùn)動(dòng)估計(jì) 運(yùn)努估計(jì)使用于幀間編碼方式時(shí)，通過(guò)參考幀圖像產(chǎn)生對(duì)被壓縮圖像的估計(jì)。運(yùn)動(dòng)估計(jì)的準(zhǔn)確程度對(duì)幀間編碼的壓縮效果非常重要。如果估計(jì)作的好，那么被壓縮圖像與估計(jì)圖像相減后只留下很小的值用于傳輸。運(yùn)動(dòng)估計(jì)以宏塊為單位進(jìn)行，計(jì)算被壓縮圖像與參考圖像的對(duì)應(yīng)位置上的宏塊間的位置偏移。這種位置偏移是以運(yùn)動(dòng)矢量來(lái)描述的，一個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量代表水平和垂直兩個(gè)方向上的位移。運(yùn)動(dòng)估計(jì)時(shí)，P幀和B幀圖像所使用的參考幀圖像是不同的。P幀圖像使用前面最近解碼的I幀或P幀作參考圖像，稱為前向預(yù)測(cè)；而B(niǎo)幀圖像使用兩幀圖像作為預(yù)測(cè)參考，稱為雙向預(yù)測(cè)，其中一個(gè)參考幀在顯示順序上先于編碼幀(前向預(yù)測(cè))，另一幀在顯示順序上晚于編碼幀(后向預(yù)測(cè))，B幀的參考幀在任何情況下都是I幀或P幀。 (7) 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償 利用運(yùn)動(dòng)估計(jì)算出的運(yùn)動(dòng)矢量，將參考幀圖像中的宏塊移至水平和垂直方向上的相對(duì)應(yīng)位置，即可生成對(duì)被壓縮圖像的預(yù)測(cè)。在絕大多數(shù)的自然場(chǎng)景中運(yùn)動(dòng)都是有序的。因此這種運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償生成的預(yù)測(cè)圖像與被壓縮圖像的差分值是很小的。4.3聲音圖像要同步顯示由于時(shí)分多路復(fù)用中的位時(shí)隙、路時(shí)隙、幀之間具有嚴(yán)格的時(shí)間關(guān)系，這就是同步。區(qū)分各路信號(hào)以此為據(jù)。為了恢復(fù)節(jié)目，先對(duì)ES進(jìn)行解碼。聲音、圖像信號(hào)的重現(xiàn)需要同步顯示，從而要求收發(fā)兩端數(shù)據(jù)流要達(dá)到同步。為此，