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數 字 電 視 的 國 際 標 準(1)
2009/6/9

    自1948年提出視頻數字化概念后, 經過將近40年的探索, 于1982年提出了電視演播室數字編碼的國際標準(CCIR 601號建議);又于1984年提出了第一個實用化的、適應于會議電視和可視電話要求的H.261標準;1993年公布了活動圖像的編碼壓縮標準MPEG-1;1994年發表了MPEG-2標準, 該標準向下兼容MPEG-1, 向上兼容HDTV的圖像質量;1999年公布了MPEG-4標準; 今后還計劃發表MPEG-7標準。下面將上述國際標準逐一介紹。

    2.1. CCIR 601號建議

    為了便于國際間的節目交換,為消除數字設備之間的制式差別,和為625行電視系統與 525行電視系統之間兼容,在 1982年 2月國際無線電咨詢委員會(CCIR)第 15次全會上,通過了
601號建議,確定以分量編碼為基礎, 即以亮度分量Y、和兩個色差分量R-Y、B-Y為基礎進行編碼,作為電視演播室數字編碼的國際標準。

    該標準規定: (1).不管是PAL制,還是NTSC制電視,Y、R-Y、B-Y三分量的抽樣頻率分別為13.5MHz、6.75MHz、6.75MHz。(2).
抽樣后采用線性量化,每個樣點的量化比特數用于演播室為10bit, 用于傳輸為8bit。(3). Y、R-Y、B-Y三分量樣點之間比例為4:2: 2。

    在 1983年 9月召開的國際無線電咨詢委員會(CCIR)中期會議上,又作了三點補充:(l)明確規定編碼信號是經過γ預校正的 Y、(R-Y)、B-Y)信號;(2)相應于量化級 0和 255的碼字專用于同步, l到254的量化級用于視頻信號; (3)進一步明確了模擬與數字行的對應關系,并規定從數字有效行末尾至基準時間樣點的間隔,對525行、 60場/秒制式來說為 1 6個樣點,對 625行、 50場/秒制式則為 12個樣點。不論 625行/50場或 525行/60場,其數字有效行的亮度樣點數都是720,色差信號的樣點數均是 360,這是為了便于制式轉換。若亮度樣點數被2除,就得到色差信號的數據。

    2.2. H·261標準

    1984年國際電報電話咨詢委員會的第15研究組成立了一個專家組,專門研究電視電話的編碼問題,所用的電話網絡為綜合業務數據網絡ISDN,當時的目標是推薦一個圖像編碼標準,其傳輸速率為m×384kb/s(千位/秒),m= l,2,3,4,5。這里384kb/s在 ISDN中稱為 Ho通道。另有基本通道 B的速率為64kb/s, 6×B= 384kb/s。5×Ho = 30×B= 1920kb/s為窄帶 ISDN的最高速率。后來因為 384kb/s速率作為起始點偏高,廣泛性受限制,另外跨度也太大,靈活性受影響,所以改為p×64kb/s, p= l, 2,3,..30。最后又把 p擴展到 32,因為 32×
64kb/s=2084kb/s, 其中2084=211,基本上等于2Mb/s, 實際上已超過了窄帶 ISDN的最高速率1920kb/s,最高速率也稱通道容量。經過5年以上的精心研究和努力,終于在1990年12月完成和批準了CCITT推薦書 H.261,即"采用 p×64kb/s的聲像業務的圖像編解碼",H.261簡稱p×64。

    由于 H.261標準是用于電視電話和電視會議,所以推薦的圖像編碼算法必須是實時處理的,并且要求最小的延遲時間,因為圖像必須和語音密切配合,否則必須延遲語音時間。當p取l或2時,速率只能達到128kb/s, 由于速率較低只能傳清晰度不太高的圖像,所以適合于面對面的電視電話。當 p>6時,速率>384kb/s則速率較高,可以傳輸清晰度尚好的圖像,所以適用于電視會議。

    2.3. JPEG標準

 

    靜像數據壓縮標準JPEG(Joint Photo一graphic Experts Group),直譯為聯合攝影術專家組,其中聯合是指幾個國際組織的聯合。它是從1986年正式開始制訂的。當時由兩個國際組織聯合支持,其一,是國際標準組織ISO; 其二,是國際電報電話咨詢委員會 CCITT。到 1987年 l1月,國際電工委員會 IEC也參加合作,因此說 JPEG是三個國際組織合作的成果。雖然從1986開始,經過許多次國際會議討論和修改后,于1992年 7月 2日表決通過標準的第一部分,但是可能對有關測試標準草案(即標準的第二部分)作進一步修改。JPEG是ISO的標準,同時也CCITT的推薦標準。

    JPEG是數字圖像壓縮的國際標準。它用于連續變化的靜止圖像,這里包括灰度等級和顏色兩方面的連續變化。JPEG包含兩種基本壓縮方法,各有不同的操作模式。第一種是有損壓縮,它是以DCT(Discrete Cosine Transform)為基礎的壓縮方法。第二種為無損壓縮,又稱預測壓縮方法。但最常使用的是第一種, 即DCT壓縮方法,也稱為基線順序編解碼(Baseline Sequential  Codec)方法,因為這種方法的優點是先進、有效、簡單、易于交
流,因此應用廣泛,是以DCT為基礎的最基本、最重要的方法。

    2.4. MPEG- l標準

    MPEG是活動圖像專家組(Moving Picture Expert Group)的英文縮寫。實際上,它是標準化組織(ISO)和國際電工委員會(IEC)聯合技術委員會l(JTC l)的第29分委員會(SC29)的第 l l工作組(WG l l),其全稱是 WG l l of SC 29 of ISO/IEC JTCl。MPEG的任務是開發運動圖像及其聲音的數字編碼標準,成立于1988年。

    專家組最初的任務有三個:實現1.5Mb/s、 10Mb/s、40Mb/s的壓縮編碼標準,即 MPEG-l、MPEG-2、MPEG-3。但因為 MPEG-2的功能已使 MPEG-3為多余,所以MPEG-3于1992月撤消。MPEG-4項目是1991年5月建議并于 1993年 7月確認,其目標是甚低數碼率的音頻壓縮編碼(碼率低于28.8Kb/s)。下面分別介紹各個標準。

    隨著數字音頻和數字視頻技術的廣泛應用,ISO的活動圖像專家組(MPEG)在1991年11月提出了ISO ll172標準的建議草案,通稱 MPEG-1標準。該標準于 1992年 11月通過, 1993年8月公布。MPEG-1標準適用于數碼率在1.5Mbps左右的應用環境,也就是為CD-ROM光盤的視頻存儲和放像所制定的。

    MPEG-l標準可以處理各種類型的活動圖像,其基本算法對于壓縮水平方向360個像素豎直方向 288個象素的空間分辨力,每秒24至30幅畫面的運動圖像有很好的效果,在 MPEG-1標準中的一幀圖像的概念不同于電視中幀的概念,前者一定是成逐行掃
描的圖像,如果待處理信號是隔行掃描的圖像,則編碼前必須將其轉換成逐行掃描的格式。

    MPEG-l標準提供了一些錄像機的功能:正放,圖像凍結、快進、快倒和慢放。此外,還提供了隨機存儲的功能,當然,解碼器這些功能的實現在一定程度上同圖像數據存儲介質相關。

    MPEG-l標準采用了一系列技術以獲得高壓縮比,第一,對色差信號進行亞采樣,減少數據量;第二,采用運動補償技術減少幀間冗余度;第三,做二維DCT變換去除空間相關性; 第四,對DCT分量進行量化,舍去不重要的信息,將量化后DCT分量按照頻率重新排序; 第五,將 DCT分量進行變字長編碼 ;第六,對每數據塊的直流分量(DC)進行預測差分編碼MPEG-l中的圖像類型共分四種: I圖像, 或稱Intra圖像,采用幀內編碼,不參照其它圖像; P圖像, 或稱Predicted圖像, 它們參照前一幅I或P圖像做運動補償編碼; B圖像,或稱雙向預測圖像,它們參照前一幅和后一幅I或P圖像做雙向運動補償編碼; D圖像,或稱直流(DC) 圖像,這類圖像中只含直流分量,是為快放功能而設計的。

   
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