6.数字信号的压缩

图像、音频信号数字化后，其信息的数据是非常大的。传送一路未压缩的数字电视数码率达 200 Mb／s以上，占用的频率带宽达 100 MHz 以上。实时地处理这样大的数据量，传输速率和存储容量都是难以达到的。因此必须对数字信号的数据实行压缩。

(1)数字视频压缩编码原理

数字视频压缩编码就是根据一幅画面内的图像内容特点和相邻帧之间的图像内容特点对数据进行压缩，尽量减少信息中的冗余度，少传或不传已经传输过的信息，除去那些与信息无关(如 18％的行逆程和 8％的场逆程)或对图像影响不大的多余部分等，以提高传输效率。

在电视图像中，每幅图像的各像素之间、相邻的行之间、相邻的帧之间都相关联，存在很大的相似地方。如一幅图像中，具有相同亮度和颜色，相邻帧之间的像素差别不大。又如我们在观察电影胶片可知，每幅电影画面由数十张内容变化不大的静止图像组成。这些说明信息中存在一定的空间相关冗余度和时间冗余度，没有必要把这些重复的像素等一一传送。去除或减少冗余度便可压缩传输码率，也压缩了频带。

空间冗余是指电视图像的某帧画面的取样点亮度和色度的信息，与其在一帧画面相邻取样点之间存在很强的相关性，可进行帧内压缩，对没有相关性的部分进行变换编码。时间冗余是指某帧画面的取样点的亮度和色度信息，与其在时间轴上相邻的相应位置上的取样点之间存在很强的相关性，可利用画面前后帧之间的时域相关性进行帧间压缩，把过去几帧图像和内容预测下一帧图像，与前几帧不相同的数据进行预测编码。

通过一定的编码方法来减少某一图像序列的数据量的方法称为图像压缩编码。压缩编码就是去掉信息中的冗余，保留不确定的信息，去除确定的可推知的信息，用一种接近信息的信息量的描述来代替原有冗余的传输密切关系。常用的码率压缩方式有很多种，有预测编码、变换编码、统计编码等。为了使数字电视技术得到更广泛的应用，使各生产厂家的产品具有通用性。国际相关组织通过了几种通用图像压缩编码标准。即 JPEG(联合图片专家组)标准，MPEG(活动图像专家组)标准，H.261 标准(称为 P×64 标准)。其中 MPEG 标准为最常用标准。

（2）MPEG 图像压缩编码标准简介

①MPEG 是活动图像专家组的英文缩写，它是 MPEG提出对高质量彩色活动图像和伴音信号进行压缩的标准。它采用了离散余弦变换、预测编码和霍夫曼编码等技术。离散余弦变换减少了空间冗余度，预测编码减小了时间冗余度，霍夫曼编码则进一步减少了所要传输的数据量。MPEG 压缩标准有 MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7 标准。

②MPEG-1 于 1993 年通过，是关于 1.5 Mbit／s数据传输率的数字存储媒体活动图像及音频编码的国际标准。它用于计算机网络、数字存储媒体和电子图像出版物等领域。

③MPEG-2 于 1996 年通过，是专门为数字广播电视方面制定的标准。目前 MPEG-2 的压缩方法标准分为六类四级，对音频、视频数字压缩编码提出了几种方法和步骤。不同的输入格式称为级，不同的处理方法称为类。类越高级，处理的方法就越复杂，但图像质量越好。MPEG-2 系统编码结构方框图如图 8 所示。

前面是视频编码和音频编码部分，视频与音频编码器输出的基本码流(ES)经过打包器打包，输出打了包的视频、音频基本码流(PES)，打包的基本码流再经过两种不同的复用器，将视频 PES 和音频 PES 复合在一起，形成两种不同的码流，节目流 PS 和传送流 TS。节目流可以是固定码率也可以是可变的码率，传送流码率也可以是固定的或不固定的。在多载波(MCPC)传输，传送流中可以包括多套节目。

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