MPEG基础和协议分析指南 初级读本 视频信号中的熵是不断变化的。在记录播音员报导新闻位移量和垂直位移量(它们统称为运动矢量所决定。传送 的场景时,信息中有较大的冗余度,压缩也比较容易。与运动矢量的所需数据率要低于传送图象差的数据率 此不同的是,在对风中飘动的树叶或不停奔跑的足球运 MPEG编码既可用于隔行扫描图象也可用于非隔行扫描图 动员的场景进行压缩记录时就要困难的多,这是因为此象。时间轴上的某点图象称为“画面”,而不管它是一场 时信息的冗余度较低(信息量较大或熵较大)。在后两种情还是一帧。隔行扫描不是理想的数字压缩信号源,因为 况下,如果有些熵未被发送,图象的质量就会降低。不它本身就是一种压缩技术。时间域编码更为复杂,因为 及通道中的图象质量保持不变而比特率可变之间作出选某一场中的象素会处于下一场的不同位置 择。电讯通信网络工作人员在实际应用中倾向于保持传运动补偿能够减少但不能消除连续画面之间的差别。这 输比特率不变 使用缓冲存储器来平均熵的变化,只种图象差本身是空间性的,可以采用上述基于帧内编码 要所产生的延迟能被接受即可。但在记录时,可变比特的变换编码。运动补偿只是简单地减少差值图象中的数 率更便于处理,DVD就是使用可变比特率,它是通过缓存据量。 以平均比特率,使数据率保持在光盘系统的可接受范围采用较大的时间跨度可以提高时间域编码器的效率。图 之内。 1-2c表明,如果需要更高的压缩因子,则在处理过程中 帧内编码是利用空间性冗余度的一项技术,即冗余度就必须有更长的时间跨度,但这样会产生较长的编码延迟 在该图象之内;帧间编码是利用时间性冗余度。帧内编很明显,时间域编码信号在编辑时也较难于处理,因为 码可以单独使用,如用于静止图象的JPEG标准,它也可某一给定输出图象的内容有可能是基于早先发送的图象 以和帧间编码结合使用,如MPEG标准 数据。要使编辑得以正常进行,制作系统将不得不对时 帧内编码利用了典型图象的两种特性。首先,并非所有间域编码作出一定的限制,当然,对时间域编码的限制 的空间域频率均同时存在:其次,空间域频率愈高,匆也就限制了压缩因子的可用范围。 其幅度可能愈小帧内编码需要对图象中的空间域频率16音频压缩简介 进行分析,这种分析是便于变换,例如小波变换和 DCT PCM数字音频通道的比特率大约只有每秒15兆比特,它 离散余弦变换)。变换所产生的系数是用于描述每个空大约为422数字视频的05%在适度的视频压缩方案中 间域频率的幅度。在一般情况下,许多系数为零,或者如数字 Betacam,音频压缩是不必要的。但是,随着视频 接近于零,这些系数可以忽略,从而可以减少数据率。压缩因子的提升,音频压缩随之也日益受到关注。 帧间编码是利用连续画面之间的相似性。如果某幅画面 音频压缩可利用它的两个特点。第一,在典型的音频信 可被解码器使用,那么解码器只须利用图象差即可得到 号中,并非所有的频率均同时存在。第二,由于存在着掩 下一个画面。随着图象中目标的运动,图象差也会增加,蔽效应,人耳不可能分辨出音频信号中的每个细节。音 但是这种变化可以通过运动补偿来获取,因为一股而言,颏压缩是通过滤波或变换将音频频谱分散到各个频带中, 从一个画面过渡到下一画面时运动目标不会有太大的变 在描述较低电平的频带时只使用少量的数据。低电平频 化。如果这种运动可以被测量,那么利用前一画面中目带中的的掩蔽效应可以消除或降低特定频带的可听度 标移动到新位置的信息就可以得出与当前画面非常接近这样可以只需发送较少的数据 的目标位置。这种移动过程由发送至解码器的一对水平 ww.tektronix.com/video_audioMPEG 基础和协议分析指南 初级读本 视频信号中的熵是不断变化的。在记录播音员报导新闻 的场景时，信息中有较大的冗余度，压缩也比较容易。与 此不同的是，在对风中飘动的树叶或不停奔跑的足球运 动员的场景进行压缩记录时就要困难的多，这是因为此 时信息的冗余度较低(信息量较大或熵较大)。在后两种情 况下，如果有些熵未被发送，图象的质量就会降低。不 过，我们可以在通道比特率保持不变但图象质量可变以 及通道中的图象质量保持不变而比特率可变之间作出选 择。电讯通信网络工作人员在实际应用中倾向于保持传 输比特率不变，可以使用缓冲存储器来平均熵的变化，只 要所产生的延迟能被接受即可。但在记录时，可变比特 率更便于处理，DVD就是使用可变比特率，它是通过缓存 以平均比特率，使数据率保持在光盘系统的可接受范围 之内。 帧内编码是利用空间性冗余度的一项技术，即冗余度就 在该图象之内；帧间编码是利用时间性冗余度。帧内编 码可以单独使用，如用于静止图象的JPEG标准，它也可 以和帧间编码结合使用，如 MPEG 标准。 帧内编码利用了典型图象的两种特性。首先，并非所有 的空间域频率均同时存在；其次，空间域频率愈高，则 其幅度可能愈小。帧内编码需要对图象中的空间域频率 进行分析，这种分析是便于变换，例如小波变换和 DCT （离散余弦变换）。变换所产生的系数是用于描述每个空 间域频率的幅度。在一般情况下，许多系数为零，或者 接近于零，这些系数可以忽略，从而可以减少数据率。 帧间编码是利用连续画面之间的相似性。如果某幅画面 可被解码器使用，那么解码器只须利用图象差即可得到 下一个画面。随着图象中目标的运动，图象差也会增加， 但是这种变化可以通过运动补偿来获取，因为一般而言， 从一个画面过渡到下一画面时运动目标不会有太大的变 化。如果这种运动可以被测量，那么利用前一画面中目 标移动到新位置的信息就可以得出与当前画面非常接近 的目标位置。这种移动过程由发送至解码器的一对水平 位移量和垂直位移量(它们统称为运动矢量)所决定。传送 运动矢量的所需数据率要低于传送图象差的数据率。 MPEG编码既可用于隔行扫描图象也可用于非隔行扫描图 象。时间轴上的某点图象称为“画面”，而不管它是一场 还是一帧。隔行扫描不是理想的数字压缩信号源，因为 它本身就是一种压缩技术。时间域编码更为复杂，因为 某一场中的象素会处于下一场的不同位置。 运动补偿能够减少但不能消除连续画面之间的差别。这 种图象差本身是空间性的，可以采用上述基于帧内编码 的变换编码。运动补偿只是简单地减少差值图象中的数 据量。 采用较大的时间跨度可以提高时间域编码器的效率。图 1-2c 表明，如果需要更高的压缩因子，则在处理过程中 必须有更长的时间跨度，但这样会产生较长的编码延迟。 很明显，时间域编码信号在编辑时也较难于处理，因为 某一给定输出图象的内容有可能是基于早先发送的图象 数据。要使编辑得以正常进行，制作系统将不得不对时 间域编码作出一定的限制，当然，对时间域编码的限制 也就限制了压缩因子的可用范围。 1.6 音频压缩简介 PCM数字音频通道的比特率大约只有每秒1.5兆比特，它 大约为4:2:2数字视频的0.5%。在适度的视频压缩方案中， 如数字Betacam，音频压缩是不必要的。但是，随着视频 压缩因子的提升，音频压缩随之也日益受到关注。 音频压缩可利用它的两个特点。第一，在典型的音频信 号中，并非所有的频率均同时存在。第二，由于存在着掩 蔽效应，人耳不可能分辨出音频信号中的每个细节。音 频压缩是通过滤波或变换将音频频谱分散到各个频带中， 在描述较低电平的频带时只使用少量的数据。低电平频 带中的的掩蔽效应可以消除或降低特定频带的可听度， 这样可以只需发送较少的数据。 www.tektronix.com/video_audio 5