對電視視頻信號進行壓縮有兩個原因，即處理速度(帶寬)的實際局限性和因所需帶寬引起的傳輸或存儲費用。目前，高速半導(dǎo)體和集成電路的使用使得在幾乎所有應(yīng)用中后一個原因變得更為重要。實際上，所有視頻壓縮的方法均利用了人類視覺系統(tǒng)的局限性，去掉了那些本應(yīng)展現(xiàn)但又不太容易看到的畫面內(nèi)容。

隨著廣播電視的不斷發(fā)展，每秒鐘50或60幅畫面的顯示速率被認為是必須的，為了提供足夠的視覺信息，每幅畫面在每個方向上需要500個顯示元素(現(xiàn)在稱為象素)。要以模擬形式產(chǎn)生和傳輸如此的畫面序列需要的處理速度和傳輸帶寬達到大約10MHz。這是現(xiàn)有技術(shù)很難達到的，而且也超過了現(xiàn)有的無線電頻率范圍。第一個實際使用的電視廣播系統(tǒng)使用二比一的頻帶降低或壓縮，稱之為交織。每幀畫面分為兩場，每場包括一半數(shù)量的行，而不是每秒鐘發(fā)送50至60幅畫面。第一場中的行是相間隔的，比方說1、3、5..，第二場中的行則填補了第一場中的空行。因交織引起的圖象衰減以副產(chǎn)物的形式表示出來，稱為行間抖動。然而在娛樂節(jié)目中如此的圖象質(zhì)量已經(jīng)令人滿意了。

十九世紀五十年代，彩色電視問世。一幅彩色畫面需要三種色彩圖象，指定為發(fā)光器件像陰極射線管(如顯象管)中的紅色、綠色和藍色(RGB)。在全幀逐行掃描畫面的時代，要提供所需的圖像率需要30MHz的帶寬，而對于模擬RGB系統(tǒng)來說，使用交織技術(shù)可將帶寬降低至15MHz，在演播室中信號分別由三根各為5MHz或更大帶寬的電纜承載。彩色電視中使用的最基本壓縮方案是將三種彩色信號變?yōu)椴噬町愑�，即畫面通過亮度(相當于早期的黑白電視)畫面和兩個色差畫面R-Y及B-Y表現(xiàn)出來。該系統(tǒng)的另一個名稱是YUV，Y代表亮度，U、V代表兩個色差信號。我們利用人類視覺系統(tǒng)的局限性，即對色彩遠不如對亮度那樣敏感的原理，將色差信號的帶寬再降低50%，從而使YUV帶寬只需要10MHz。目前，YUV信號已經(jīng)以模擬和數(shù)字的方式使用，并且與交織RGB視頻信號相比幾乎看不到視覺上的衰減。隨著YUV的廣泛使用，這兩種形式被稱為分量視頻信號。

從十九世紀五十年代到現(xiàn)在，彩色電視一直需要進一步壓縮以適應(yīng)6MHz的發(fā)射通道帶寬，并與已建立的黑白電視設(shè)備相兼容。為了達到這個目的，兩個色差信號的帶寬均降低至每個1.5MHz，并正交調(diào)制到副載波上，再加到亮度信號上產(chǎn)生復(fù)合視頻信號。復(fù)合NTSC和PAL制信號均能產(chǎn)生質(zhì)量很好的彩色娛樂節(jié)目視頻信號，而其帶寬為5MHz，與理想的逐行掃描的RGB視頻信號相比壓縮比率為六比一。最后以二比一的壓縮比率將分量信號壓縮為復(fù)合信號會造成畫面質(zhì)量降低，包括色度信息看上去像亮度錯誤，或出現(xiàn)相反的情況。

目前，使用現(xiàn)代數(shù)字壓縮方法，四路或更多路的高質(zhì)量數(shù)字分量電視信號可以通過相同的6MHz傳輸通道送到各個家庭。如果數(shù)字分量信號源的質(zhì)量很高的話，壓縮后的多路電視信號的質(zhì)量會比單個6MHz帶寬的復(fù)合視頻信號有明顯的提高。

數(shù)字壓縮方法

隨著1973年視頻錄像機以復(fù)合信號為基礎(chǔ)的數(shù)字時基校正器的問世，數(shù)字視頻信號變成了現(xiàn)實。十九世紀八十年代初，全世界范圍的數(shù)字分量視頻信號標準被制定了出來，要求根據(jù)使用8位或10位取樣值的不同，采用216Mb/s或270Mb/s的數(shù)據(jù)率。這個標準通常稱為Rec.601。它是數(shù)字電視中主要的取樣框架，在各種實際應(yīng)用中它不斷地得到發(fā)展。自從Rec.601標準通過以后，針對降低數(shù)字視頻數(shù)據(jù)率這一目標進行了大量的研究和開發(fā)工作，產(chǎn)生了各種視頻壓縮方法。這些壓縮方法中的每一個均有其優(yōu)點、缺點和畫面質(zhì)量降低的特性。對我們而言，重要的是有一種用于一般目的的畫面質(zhì)量測量儀器能提供測量結(jié)果，而不需要考慮具體使用何種壓縮方法。

目前逐漸占有主導(dǎo)地位的壓縮方法叫作MPEG-2由運動畫面專家組定義，并是由國際標準組織(ISO)和國際電工技術(shù)委員會(IEC)共同予以標準化。MPEG-2是以離散余弦變換(DCT)方法和強大的空間壓縮技術(shù)為基礎(chǔ)的。雖然在有些應(yīng)用中使用其它壓縮方法效果更好，但MPEG-2必將在未來成為使用最廣的壓縮方法。這是因為它是在大范圍應(yīng)用中被公認的最佳的或效果足夠好的標準。人們正在花大量的精力開發(fā)低成本編碼器和解碼器的集成芯片。不久將建立的龐大基地將吸引大量的設(shè)備制造商和應(yīng)用開發(fā)商。

現(xiàn)代電視系統(tǒng)

現(xiàn)代壓縮電視的處理和傳輸系統(tǒng)主要包括音頻和視頻兩部分，但整個系統(tǒng)也可能包括數(shù)據(jù)和控制信號，所以可以認為是一個多媒體系統(tǒng)。

模擬RGB視頻信號由攝像機產(chǎn)生并處理成一種或多種格式：如模擬復(fù)合信號、數(shù)字復(fù)合信號、模擬分量信號或數(shù)字分量信號。在當今電視系統(tǒng)中全帶寬數(shù)字視頻信號是最為重要的。節(jié)目制作和處理必須以全帶寬數(shù)字(或模擬)方式進行，從而可以利用畫面來制作想要達到的藝術(shù)效果。

節(jié)目制作完成之后，電視信號將被壓縮以便于儲存，有效傳輸或以數(shù)字形式在設(shè)備內(nèi)部互聯(lián)。一般會采用MPEG-2壓縮產(chǎn)生一個MPEG傳送碼流(MTS)，然后可以與其它MPEG傳送碼流復(fù)合以便于傳輸或互聯(lián)。電視信號RF傳輸?shù)男孪到y(tǒng)使用數(shù)字調(diào)制方案，在相同傳輸功率下通常更強大，并且為壓縮電視信號提供了數(shù)字通道。需要注意的是，傳輸?shù)郊抑械膲嚎s電視信號也經(jīng)常是由全帶寬數(shù)字視頻信號開始，以驅(qū)動比特率有效、統(tǒng)計上復(fù)合的壓縮系統(tǒng)。

寬帶電信系統(tǒng)提供了多種傳輸方法。傳統(tǒng)上它們由數(shù)字電視信號的特殊數(shù)據(jù)的映射，進行聲音通道定向。雖然MTS直接映射到數(shù)字電信層中的方法正在被標準化，但非同步傳送方式(ATM)將成為設(shè)備之間視頻傳送的一個好方法。

現(xiàn)代電視中的視頻檢測不僅僅是發(fā)展一門新技術(shù)來評估壓縮的效果。利用模擬和全帶寬數(shù)字信號的系統(tǒng)的有意義之處就在于將傳統(tǒng)的模擬方法和最新發(fā)展的數(shù)字檢測方法共同使用。要確定由壓縮造成的畫面質(zhì)量損傷，視頻測量系統(tǒng)必須考慮到不同信號格式的變換對整個系統(tǒng)視頻的影響。

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