通信技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)(改)(編輯修改稿)
2025-08-27 02:01 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 由二進(jìn)制脈沖組成的數(shù)字流信號(hào)。圖5是對(duì)一個(gè)周期的正弦波編碼的全過程。圖5 一個(gè)周期正弦波的編碼用這種方式組成的脈沖串的頻率與其量化比特?cái)?shù)的乘積，稱為所傳數(shù)字信號(hào)的數(shù)碼率，顯然，抽樣頻率越高，量化比特?cái)?shù)越大，數(shù)碼率就越高，所需要的存儲(chǔ)器容量就越大，傳輸信道的帶寬就越寬。表1列出了三種形式的二進(jìn)制碼。這三種碼各有優(yōu)缺點(diǎn)，自然二進(jìn)制碼與二進(jìn)制一一對(duì)應(yīng)，每一位都有確定的值，換算簡(jiǎn)單易行，可以直接由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器變換成模擬信號(hào)。格雷碼的每一位碼沒有確定的大小，不能直接進(jìn)行大小比較和算術(shù)運(yùn)算，也不能直接轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，需經(jīng)過一次碼變換，變成自然二進(jìn)制碼。折疊二進(jìn)制碼沿中心電平處上下對(duì)稱，適合于表示正負(fù)對(duì)稱的雙極性信號(hào)，它的最高位用來(lái)區(qū)分信號(hào)幅度的正負(fù)，折疊嗎具有很強(qiáng)的抗誤碼能力。表1 三種二進(jìn)制碼 數(shù)字電視信號(hào)的壓縮與編碼技術(shù)模擬電視信號(hào)經(jīng)A/D變換后成為數(shù)字電視信號(hào)，在中長(zhǎng)距離的電視信號(hào)傳輸中各比特必須采用串行方式，這使得數(shù)字電視信號(hào)的數(shù)碼率大大提高，也就是說(shuō)每路數(shù)字電視信號(hào)的傳輸帶寬將大大增加。顯然，這將導(dǎo)致有限的電視頻率資源利用率大為下降。那么數(shù)字電視信號(hào)的數(shù)碼率究竟需要多大才能既保證信號(hào)質(zhì)量，又盡可能提高頻帶利用率，這就是數(shù)字電視信號(hào)的壓縮所提出的問題。通常數(shù)字電視信號(hào)的總數(shù)碼率，復(fù)合編碼方式為142Mb/s，分量編碼方式為217Mb/s。如此高的數(shù)碼率不但不可能在公共通信網(wǎng)中傳輸，就是存儲(chǔ)與記錄也是相當(dāng)困難的，因此，數(shù)字電視信號(hào)碼率的壓縮就十分必要。數(shù)字電視信號(hào)的傳輸碼率取決于抽樣頻率和編碼的比特?cái)?shù)。從原理上講，只要設(shè)備的復(fù)雜性允許就可以任意地提高抽樣頻率，減少量化噪聲。而減少量化噪聲就要增加量化等級(jí)，增加編碼的比特?cái)?shù)。實(shí)際上設(shè)備的復(fù)雜性與經(jīng)濟(jì)性、維護(hù)使用性、設(shè)備可靠性有關(guān)，也就是說(shuō)設(shè)備復(fù)雜性是受限的，此外，任意小量化噪聲也不是一個(gè)實(shí)際的要求，人的聽覺、視覺在某些條件下往往可以容忍一些失真。 因此，片面地提高抽樣頻率和減少量化噪聲是不恰當(dāng)?shù)?。換句話說(shuō)，在聲像質(zhì)量許可的條件下，應(yīng)盡量減少量化等級(jí)以喊少編碼的比特?cái)?shù)。減少數(shù)字電視信號(hào)編碼比特?cái)?shù)的另一個(gè)重要方面是減少電視信號(hào)中的冗余信息電視信號(hào)本身有很強(qiáng)的相關(guān)性，即相鄰像素、相鄰行、相鄰幀之間的樣值相 同的可能性很大，這就是由前一個(gè)樣值可以提供后一個(gè)樣值的某些信息。因此， 在每幅畫面上，畫面與畫面之間以及不可見信息中都存在有多余的、人類視覺系統(tǒng)非常不敏感的冗余信息。在普通電視中所有的像素都是被全部傳出去的，并未考慮冗余信息的問題。這樣雖然浪費(fèi)了大量頻譜，但卻使硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉。在數(shù)字電視中將這些冗余信息用壓縮的方法去除，就可以減少數(shù)碼率提高信源的效率，也就是說(shuō)以增加硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜性為代價(jià)并保證傳輸能力不變的情況下，將冗余信息減至最少。這就是數(shù)字視頻壓縮技術(shù) DVC( Digital Video Compression)。 DVC技術(shù)的目的就是以較少的存儲(chǔ)空聞，在有限的通道內(nèi)得到較多的信息和較高的效率。電視會(huì)議系統(tǒng)就是DVC技術(shù)的代表產(chǎn)品。目前DVC技術(shù)有這樣幾種方式：離散余弦變換(DCT)，矢量量化(VQ)，分形變換(Fractals)，小波變換(Wavelets)。以前兩種方式應(yīng)用最為廣泛。DVC技術(shù)不僅應(yīng)用于數(shù)字電視系統(tǒng)，目前流行的VCD小影碟同樣受益于DVC技術(shù)。與其它的壓縮技術(shù)相比DVC是具有比較好的圖像效果的一種壓縮方式，其再現(xiàn)畫面上的傳輸噪聲、重影、反射載頻差等均不明顯。 DVC的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)MPEG一1是由活動(dòng)圖像專家組(Moving Pictures Experts Group)，于1990年l2月提出1992年完成出版的，作為國(guó)際性的標(biāo)準(zhǔn)是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO和國(guó)際電工委員會(huì)IEC共同制定的，它的標(biāo)準(zhǔn)號(hào)是ISO／IEc11172 —1，11172—2，11172—3，其中11172—1為整體系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，11172—2為圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，11172—3為聲音壓縮標(biāo)準(zhǔn)。除了MPEG一1之外還有MPEG～2，MPEG～3，但有待于數(shù)字高清晰度電視(HDT)出現(xiàn)后才能體現(xiàn)其使用價(jià)值。關(guān)于視頻壓縮編碼的具體方法有變換編碼、熵編碼、運(yùn)動(dòng)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償以及混合編碼，現(xiàn)在重點(diǎn)介紹一種編碼方法熵編碼。熵編碼(entropy coding)是一類無(wú)損編碼，因編碼后的平均碼長(zhǎng)接近信源而得名。熵編碼多用可變字長(zhǎng)編碼 VLC(variable length coding)實(shí)現(xiàn)。其基本原理是對(duì)信源中出現(xiàn)概率大的符號(hào)賦予短碼，對(duì)于出現(xiàn)概率小的符號(hào)賦予長(zhǎng)碼，從而在統(tǒng)計(jì)上獲得較短的平均碼長(zhǎng)。通常有霍夫曼 (Huffman)編碼、算術(shù)編碼、游程編碼。其中游程編碼RLC(run length coding)是一種十分簡(jiǎn)單的壓縮方法，它的壓縮效率不高，但編碼、解碼速度塊，仍被得到廣泛的應(yīng)用，特別在變換編碼之后使用游程編碼，有很好的效果。可變長(zhǎng)編碼，首先要將量化后定長(zhǎng)的交流系數(shù)變換為可變長(zhǎng)度碼字，即量化器輸出的直流系數(shù)后對(duì)緊跟其后的交流系數(shù)進(jìn)行Z型掃描 (如圖6箭頭線所示 )。Z型掃描將二維的量化系數(shù)轉(zhuǎn)換為一維的時(shí)間序列，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行游程編碼。游程編碼就是將上述的一維時(shí)間序列變成一個(gè)二維事件，每個(gè)事件包括兩部分，前一部分稱為游程，表示在非零系數(shù)之間 0的系數(shù)的個(gè)數(shù)，后一部分為系數(shù)之值。如上面的例子，經(jīng) Z掃描后，直流系數(shù)后的交流系數(shù)得到的一維時(shí)間序列為0、 0、0、 0、…對(duì)這個(gè)序列做游程編碼后得到以下幾個(gè)二維事件 (1, 2)、(0, 1)、(0, 1)、(0, 1) ,(2, 1)，這幾個(gè)二維事件就已經(jīng)完全表示了量化后系數(shù)矩陣的所有信息。要對(duì)以上產(chǎn)生二維數(shù)據(jù)還要進(jìn)行一種變長(zhǎng)編碼技術(shù)比定長(zhǎng)編碼進(jìn)一步節(jié)約數(shù)據(jù)。這種變長(zhǎng)編碼，是對(duì)出現(xiàn)概率大的事件用較短的碼字來(lái)表示，而對(duì)出現(xiàn)概率小的事件用較長(zhǎng)的碼字來(lái)表示，從而使編碼后的平均碼長(zhǎng)比采用定長(zhǎng)結(jié)構(gòu)要短，提高了編碼的效率
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