电视原理与系统>>第五章数字电视与高清晰度电视>>第三节频带压缩编码

第五章 >>第三节数字电视与高清晰度电视

帮助

1.为什么要进行频带压缩编码?

（1）图像数据率太高，分量视频信号编码数据速率达到216Mbps，不利于传输;
（2）图像数据量太大，存储困难。

2.压缩的可能性存在否?

（1）图像信号在频谱、空间、时间上存在冗余，既有许多无需传送的多余信息；
（2）利用人眼的视觉特性，对于人眼不能觉察的图像细节、图像变化无需传送。

3.具体的压缩频带方法

    （1）预测编码（主要消除时间冗余和生理冗余）
    （2）变换编码（主要消除空间冗余）
    （3）其它压缩码率的措施

[提要] 本节介绍了几种信号压缩编码原理

5.3.1 预测编码

5.3.2 变换编码

5.3.3 其它压缩码率的措施

5.3.1 预测编码（predictive coding）

      预测编码是以减小时间和空间的冗余信息为目的的编码方法。
      1.预测编码的原理
      预测编码是根据某一模型利用前面出现的（因果的）样本值对于后面将出现的新样本值进行预测，然后将实际的样本值与其预测值相减得到一个误差值，并对这一误差值进行编码。图5-6就是现用的线性预测编码（又称差分脉码调制DPCM）成框图。

图中，xn是待编码的电视取样序列，是未被量化的PAM信号，xn'为量化后的数字序列，x^n为预测器产生的预测值。预测值x^n是由xn′以前已传送各点量化值的线性组合

式中， x'n-1 、x'n-2 、… x'n-N 可以为一行中临近取样点的值（行内），也可以是相邻行的对应取样值（行间），甚至可以是相邻帧的取样值。ai是预测系数。当序列的统计特性已知时（如相关函数），可以得到这些系数的最佳值，使得预测值与样值的预测误差最小（均方误差意义上的最小），即

最小。通常N值只取3-4个值。

内容扩展

一种皮尔希（Pirsch）的预测公式为
x^n = （1/2） x'n-1 + （1/4） x'n-2 + （1/8） x'n-3 +（1/8） x'n-4 取样点的结构如图5-7所示。由图可见，这里既有行内预测，也有行间预测。

      在收端，解码器将编码的数字信号，译为e'n值，在通过与预测器产生的预测量x^n相加，就得到x'n，x'n与xn的差别只是因量化引入的误差。
      2．DPCM的编码
      DPCM编码，由于是对实际样值与预测值的差进行编码，那么误差信号的幅度将远小于原始信号幅度，从而就可用较少的电平对误差信号进行量化，得到较好的压缩性能。但压缩的程度与采用的具体编码方法有很大关系。
      以亮度信号为例，预测误差信号是以零值为中心变化，显然不是均匀分布的。图5-8

是只用一个预测值时统计得出的预测信号的概率密度分布，数学上呈现拉普拉斯分布：

      式中，e为预测误差信号，σe为其均方根值。呈现大预测误差的概率是很小的。利用这种分布特性，可用下面两种编码方法压缩数据率。
      （1）非均匀量化编码
      对误差信号幅值小的范围，量化间距减小；对大的幅值，则用大的量化间距。即对出现概率大的小信号细量化，对出现概率小的大信号粗量化。与均匀量化比较， 5bit/pel的非均匀量化可以获得与8bit/pel均匀量化大致相同的图像质量。
      （2）可变字长编码
      可变字长（即n可变）编码，其基本原理是，用均匀量化方法，对概率大的小差值信号编为n小的码（位数少，去掉前导零）；而对概率小的大差值信号编为n大的码。这样恢复图像时不影响质量（因有相同的量化间隔），而总的码率就要减小。实际表明，可变字长编码的平均字长比非均匀量化还小些。
      总之，DPCM预测编码结构简单，易于实现，压缩效率高，已成为频带压缩编码的主要方法。DPCM的主要缺点是抗御误码的能力差。

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