2019年8月29日星期四

有線數字電視壓縮的必要性、可能性和壓縮的方法


  經過取樣、量化、編碼後的電視信號信息量非常大。
  電視亮度信號的最高頻率是6Mhz,每個色差信號大最高頻率為兩個1.5Mhz。根據奈奎斯特定理,亮度與色度信號的取樣頻率分別應該大於12Mhz和2×3Mhz=6Mhz。量化等級取256,凱擘大寬頻需要8 位二進制編碼。這樣,傳送一套電視節目,所需要的碼率(每秒鍾傳送碼的位數)為(12+2×3)×8=144Mbit/s。傳送這么高的速率,對我們現在一個頻道8Mhz的帶寬,實在是大得了不得。實際上取樣頻率是13.5Mhz,量化比特數是10,因而碼率為270Mhz。所以大安文山有線電視,要想使數字化節目真正能付之使用,必須對碼率進行壓縮。這就是數字電視信號壓縮的必要性。
  數字電視信號之可以壓縮,是因為電視信號存在著冗餘。首先是空間冗餘。就是一幅畫面內,各象素之間有很強的相關性。例如,藍天,不必全部藍天的每一個象素都傳送一次,只傳送一個象素就行,其餘的,到接收點全部按第一個複制。陽明山有線電視這樣一來就節約了大量信息,去除了冗餘。其次是時間冗餘。相鄰兩幀圖像的內容也大體相似。我們可以不必每一幀圖像都傳,例如只傳送第一幀、在接收端,第三幀用第一幀預測產生,第二幀用第一、三兩幀取平均產生,這又可以壓縮碼率。再次,是人的視覺冗餘。利用人眼對圖象高頻細節、色度信號靈敏度低的特點進行壓縮,把人眼本來看不到的信號取消,以節省碼率。這就是信號壓縮的可能性。壓縮的方法,金頻道有線電視采用MPEG-2 標准。運用運動估值、離散餘弦變換(DCT)、自適應量化和熵編碼等技術(實際是一些算法),實現對信號碼率的壓縮。
  把數字化後144Mbit/s 的碼率壓縮到6Mbit/s,仍然可以保持SDTV 的水平。而且壓縮比可變,由VCD 到HDTV 等級都可以。目前數字有線電視使用的壓縮等級是主級主類:MP@ML,相當於SDTV(標准清晰度電視720*576象素)水平。
  運動估值是為了消除相鄰幀間的空間冗餘。因為相鄰的幀間,圖象大量的數據是相同的,不必都全部傳輸,僅傳遞相鄰幀的變化部分就可以了,這樣就可以壓縮了傳輸的數據量。離散餘弦變換DCT,是將信號由空間域變換到頻域,使信號能量集中到低頻率。

  自適應量化是針對DCT而言,因為人眼的視覺對圖象細節不敏感,故表示圖象細節的高頻部分可以壓縮。自適應量化就是對DCT變換後的高頻系數采用粗量化,對低頻系數細量化。實際上是基於視覺冗餘。熵編碼,就是可變字長編碼。給使用概率大的事件分配短字碼,給使用概率小的事件分配長字碼,最大限度的提高編碼效率。

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