MPEG基础和协议分析指南 初级读本 很明显,无损压缩虽然十分理想,但它却不能提供视音色信息的三倍一就需要三个单色通道传输彩色信息 频应用所需要的数据压缩量。然而,正因为它是无损压为了解决这一问题,第一步就是将GBR信号转换为一个 缩,所以它可用于系统的任意点,通常可用在有损压缩 亮度信号(通常以Y表示)和两个色差信号即U和V信号 器的数据输出端。 或/和Q信号。抽取亮度信号是在解决与单色接收机的兼 如果除去信息中的冗余度并不能满足所需要的数据压缩容性问题上前进了一大步,然而,信号带宽的减小主要 量,那就必须要丢弃某些(非冗余的)信息。有损压缩系还是来自于色差信号的处理 统就是通过去除不相关的信息或相关性较低的信息来实 现在来考察人的视觉系统。人眼对亮度敏感,可以“看 现所需要的压缩量。不存在对任意数据流均为适用的通 见”分辨率很高的图象。其它的彩色信息,人眼的分辨率 用的有损压缩技术:因为对相关性的评价只能就应用内 就要低得多。这样的综合效果就是,在受到某种限制的 容本身才能确定,在压缩时应当了解数据代表什么,它 又是如何使用的。在电视情况下,图象和声音的再现是 情况下,如果将代表亮度场景的、清晰的单色图象与模 糊的(低带宽)彩色信息相重叠,那么仍将出现清晰的彩 为人眼系统和听觉系统而提供的,因此,在设计一个有色图象。这一优点在处理GBR信号时是不可能具备的,因 效的压缩系统时,就必须充分考虑人的主观感受因素 为GBR中的每一种信号既包含亮度信息,又包含彩色信 在视频信号中,某些信息是不能被人的视觉系统所察觉息。然而,在YⅣV域中,大多数亮度信息被Y信号所传送, 的,因此,这样的信息内容就是真正的无关信息。只丢极少量的信息由色差信号传送。这样,就有可能滤除 弃无关图象信息的压缩系统可称为视觉无损压缩系统。部分彩色色差信号以大幅度地降低所需传送的信息。 以上是消除(大多数)无关信息的一个例子。在通常的观 1.4 在电视中的应用 电视信号,无论是模拟还是数字,总包含有大量的信息。看条件下,人的视觉系统不能显著地感受到色差信号中 的高频信息,因此,色差信号中的高频信息也可以被放 在电视发展的早期实际上已经在使用带宽压缩技术了。弃。在NS电视传输中,每路色差信号中只传送大约 最早的例子或许是隔行扫描。对于给定的行数和给定 图象刷新速率,隔行扫描使信号的所需带宽压缩了一半 500KHz以内的信号频率分量,但在许多应用中,图象仍 然是相当清晰的 隔行扫描是有损处理,在隔行扫描中,由于垂直信息和 瞬态信息之间的干扰而有所失真,从而降低了图象中的在NSC和PAL处理过程中,压缩带宽的最后一步是将色 垂直清晰度。不过,所丢弃的大多数信息主要是无关信差信号“隐藏”在单色信号频谱中的未用部分。尽管这种 因此,在电视发展的早期,在清晰度和带宽均可接处理严格说来不是无损的,但它可以提高信号的编码效 受的情况下,隔行扫描是一项简单的、成功的技术。然率。 而,在复杂的数字压缩处理过程中,隔行扫描及其失真与模拟技术相比较,数字域技术有相当大的差别,但有 却带来了新的问题。MPEG2技术中的一些复杂性,就是些原理是一样的。例如,MPEG可将信号转换为不同的域 因为需要处理隔行扫描信号而带来的。与处理逐行扫描以分离无关信息,但仍然将信号转换为色差域,在数字处 信号相比较,编码效率要低些,信号损失也要大些。理中可以滤除一部分色差信号以降低垂直分辨率。 在电视发展过程中,彩色的出现又带来了新的课题。彩 摄像机产生的是GBR信号,这样,彩色信息量就是单 @www.tektronix.com/video_audio很明显，无损压缩虽然十分理想，但它却不能提供视音 频应用所需要的数据压缩量。然而，正因为它是无损压 缩，所以它可用于系统的任意点，通常可用在有损压缩 器的数据输出端。 如果除去信息中的冗余度并不能满足所需要的数据压缩 量，那就必须要丢弃某些（非冗余的）信息。有损压缩系 统就是通过去除不相关的信息或相关性较低的信息来实 现所需要的压缩量。不存在对任意数据流均为适用的通 用的有损压缩技术；因为对相关性的评价只能就应用内 容本身才能确定，在压缩时应当了解数据代表什么，它 又是如何使用的。在电视情况下，图象和声音的再现是 为人眼系统和听觉系统而提供的，因此，在设计一个有 效的压缩系统时，就必须充分考虑人的主观感受因素。 在视频信号中，某些信息是不能被人的视觉系统所察觉 的，因此，这样的信息内容就是真正的无关信息。只丢 弃无关图象信息的压缩系统可称为视觉无损压缩系统。 1.4 压缩在电视中的应用 电视信号，无论是模拟还是数字，总包含有大量的信息。 在电视发展的早期实际上已经在使用带宽压缩技术了。 最早的例子或许是隔行扫描。对于给定的行数和给定的 图象刷新速率，隔行扫描使信号的所需带宽压缩了一半。 隔行扫描是有损处理，在隔行扫描中，由于垂直信息和 瞬态信息之间的干扰而有所失真，从而降低了图象中的 垂直清晰度。不过，所丢弃的大多数信息主要是无关信 息，因此，在电视发展的早期，在清晰度和带宽均可接 受的情况下，隔行扫描是一项简单的、成功的技术。然 而，在复杂的数字压缩处理过程中，隔行扫描及其失真 却带来了新的问题。MPEG-2 技术中的一些复杂性，就是 因为需要处理隔行扫描信号而带来的。与处理逐行扫描 信号相比较，编码效率要低些，信号损失也要大些。 在电视发展过程中，彩色的出现又带来了新的课题。彩 色摄像机产生的是 GBR 信号，这样，彩色信息量就是单 MPEG 基础和协议分析指南 初级读本 色信息的三倍－就需要三个单色通道传输彩色信息。 为了解决这一问题，第一步就是将 GBR 信号转换为一个 亮度信号（通常以Y表示）和两个色差信号即U和V信号， 或I和Q信号。抽取亮度信号是在解决与单色接收机的兼 容性问题上前进了一大步，然而，信号带宽的减小主要 还是来自于色差信号的处理。 现在来考察人的视觉系统。人眼对亮度敏感，可以“看 见”分辨率很高的图象。其它的彩色信息，人眼的分辨率 就要低得多。这样的综合效果就是，在受到某种限制的 情况下，如果将代表亮度场景的、清晰的单色图象与模 糊的（低带宽）彩色信息相重叠，那么仍将出现清晰的彩 色图象。这一优点在处理GBR信号时是不可能具备的，因 为 GBR 中的每一种信号既包含亮度信息，又包含彩色信 息。然而，在YUV域中，大多数亮度信息被Y信号所传送， 极少量的信息由色差信号传送。这样，就有可能滤除一 部分彩色色差信号以大幅度地降低所需传送的信息。 以上是消除（大多数）无关信息的一个例子。在通常的观 看条件下，人的视觉系统不能显著地感受到色差信号中 的高频信息，因此，色差信号中的高频信息也可以被放 弃。在 NTSC 电视传输中，每路色差信号中只传送大约 500KHz 以内的信号频率分量，但在许多应用中，图象仍 然是相当清晰的。 在NTSC和PAL处理过程中，压缩带宽的最后一步是将色 差信号“隐藏”在单色信号频谱中的未用部分。尽管这种 处理严格说来不是无损的，但它可以提高信号的编码效 率。 与模拟技术相比较，数字域技术有相当大的差别，但有 些原理是一样的。例如，MPEG可将信号转换为不同的域 以分离无关信息, 但仍然将信号转换为色差域，在数字处 理中可以滤除一部分色差信号以降低垂直分辨率。 2 www.tektronix.com/video_audio