7第4章數(shù)字彩色電視制式(上)(編輯修改稿)
2025-03-13 20:09 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 產(chǎn)生誤碼，由于遞歸預(yù)測(cè)算法，對(duì)于幀內(nèi)編碼會(huì)使誤差擴(kuò)散到圖像中一個(gè)較大的區(qū)域，對(duì)于幀間編碼會(huì)使誤差擴(kuò)散到后續(xù)的若干幀中。為便于聯(lián)合運(yùn)用幀內(nèi)編碼和幀間編碼技術(shù)，把由連續(xù)的電視畫(huà)面組成的視頻序列 （ sequence ） 劃分為許多圖像組（ GOP,Group of Picture），每個(gè)圖像組由幾幀或十幾幀圖像組成，這些圖像相互間存在預(yù)測(cè)和生成關(guān)系。采用幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼的圖像稱(chēng)為 I圖像 (IntraCoded Picture)采用前向幀間預(yù)測(cè)編碼的圖像稱(chēng)為 P圖像 (PredictivelyCoded Picture)采用雙向幀間預(yù)測(cè)編碼的圖像稱(chēng)為 B圖像 (BidirectionallyCoded Picture)下頁(yè)為由 9幀圖像組成的 GOP示意圖幀間預(yù)測(cè)編碼是以圖像組 GOP為單位進(jìn)行的I圖像 —— 幀內(nèi)編碼圖像，其編碼不依賴(lài)于其它圖像，它還是 P圖像和 B圖像編碼、解碼的參考圖像。使用周期性的 I幀便于初始化接收機(jī)和捕獲頻道。 I幀出現(xiàn)的頻度可以變化，由編碼器選擇。P圖像 —— 前向編碼預(yù)測(cè)圖像，像素的預(yù)測(cè)值為其前面一幀 I圖像或 P圖像中相應(yīng)像素值，即幀間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償前值預(yù)測(cè)。B圖像 —— 雙向預(yù)測(cè)編碼圖像，像素的預(yù)測(cè)值為其前后相鄰幀相應(yīng)像素值的加權(quán)平均。 B圖像不能作為其它圖像的編碼參考圖像。使用 B幀可提高壓縮效率，但需要幀存儲(chǔ)器。編碼器輸入端或解碼器輸出端的顯示順序編碼器輸出端或解碼器輸入端的編解碼順序 視頻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 塊 :Block 88 像素塊宏塊 :Macroblock1616 像素塊像條 :Slice—— 由多個(gè)Macroblock組成圖像組： GOP視頻序列： Sequence圖像： Picture宏塊的組成4:2:0格式的宏塊 4:2:2格式的宏塊4:4:4格式的宏塊宏塊的三種構(gòu)成方式，其中亮度塊的數(shù)目均為 4，而色度塊的數(shù)目分別為 4和 8。圖中每一塊表示 8*8像素 在對(duì) I圖像進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼之前，首先對(duì)每一個(gè) 88 的像塊進(jìn)行二維離散余弦變換（ DCT， Discrete Cosine Transform），將像塊變換為由 88 個(gè)變換系數(shù)組成的系數(shù)塊。位于系數(shù)塊左上角的第一個(gè)系數(shù)是像塊中 88 個(gè)像素的平均值，代表像塊的直流分量，稱(chēng)為 DC系數(shù) ，其余系數(shù)為 AC系數(shù) 。幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼是對(duì)各個(gè)系數(shù)塊的 DC系數(shù)進(jìn)行的，目的是去除在相鄰像塊的直流分量之間較強(qiáng)的相關(guān)性。幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼只在像條所在的區(qū)域進(jìn)行。幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼采用前值預(yù)測(cè)：v 幀間預(yù)測(cè)編碼中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償最簡(jiǎn)單的時(shí)域預(yù)測(cè)就是用前一幀作為當(dāng)前幀的預(yù)測(cè)參考幀。一個(gè)視頻序列里兩個(gè)相鄰幀如右圖所示。第一幀作為第二幀的參考幀，殘差是第二幀與參考幀之差。在右圖中，中間灰度代表差值為零，淺灰和深灰分別對(duì)應(yīng)正、負(fù)差值。這種簡(jiǎn)單預(yù)測(cè)的明顯問(wèn)題是殘差幀中剩余能量太多，也就是說(shuō)預(yù)測(cè)后還有很多信息需要壓縮。多數(shù)殘差是由于兩幀之間物體運(yùn)動(dòng)引起的，所以更好的預(yù)測(cè)是在兩幀之間進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)示意圖v運(yùn)動(dòng)矢量 ：表示從編碼幀到參考幀像素運(yùn)動(dòng)的方向和距離。v運(yùn)動(dòng)估值 ：通過(guò)比較參考幀與編碼幀中的圖像，求出運(yùn)動(dòng)物體像素的運(yùn)動(dòng)矢量。v運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償 ：考慮了運(yùn)動(dòng)矢量的幀間預(yù)測(cè)稱(chēng)為具有運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膸g預(yù)測(cè)。v采用 塊匹配算法 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估值167。 攝像機(jī)所攝取的景物的運(yùn)動(dòng)可能是十分復(fù)雜的，精確對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估值是十分困難的。167。 在許多情況下物體上的各個(gè)像素均做相同的運(yùn)動(dòng)，這時(shí)只需估計(jì)其整體的運(yùn)動(dòng)就可以了。塊匹配算法：對(duì)每個(gè)編碼幀宏塊中的 1616 亮度塊，在參考幀中一定搜索范圍內(nèi)，搜索與它最相似的亮度塊 —— 匹配塊，并根據(jù)匹配塊與它的坐標(biāo)差，確定運(yùn)動(dòng)矢量。像塊匹配程度的判定常采用平均絕對(duì)差準(zhǔn)則（ MAD， Mean Absolute Difference），即在搜索范圍內(nèi)按下式求幀間像素塊亮度差的絕對(duì)值的平均值。當(dāng) MAD(i,j)達(dá)到最小時(shí)，兩個(gè)像素塊匹配。此時(shí)運(yùn)動(dòng)矢量為 MV（ i,j） 。這種搜索方法稱(chēng)為全搜索，運(yùn)算量相當(dāng)大。為加快搜索過(guò)程，提出了三步法、共軛方向法、正交搜索法等，但效果不如全搜索，全搜索仍然是通用的方法。v B幀圖像的幀間預(yù)測(cè)編碼預(yù)測(cè)值是其前面參考幀的前向預(yù)測(cè)值與其后面參考幀的后向預(yù)測(cè)值的平均值 —— 雙向預(yù)測(cè)。在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償時(shí)，需要前向和后向兩個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量。 在圖像序列中， P幀和 B幀傳送的是像素值與預(yù)測(cè)值的差值和每個(gè)宏塊
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