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高清电视HDTV概述

我爱方案网| 高清电视,HDTV| 2010-11-16
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一、Rec.709 HDTV彩色编码
Rec.709定义了YCbCr彩色编码。不幸的是,与SDTV的范围因子定义不同,故YCbCr编码分成了两种。一种是用于小图像(SDTV)的编码,另一种是用于大图像(HDTV)的编码。

二、视频压缩

直接存储或传输YCbCr数字视频需要大量数据吞吐——对于SDTV来说大约每秒20兆字节,而对于HDTV来说大约每秒120兆字节。从第一代的摄影棚数字录象机到今天的超高质量摄影棚录象机,均存储未压缩的数据。


 

(1) 数据压缩
数据压缩减少了存储文本、数字、二进制、图像、声音或其它数据所需的大量位。但是,数据压缩同时也带来压缩和解压缩所需的大量计算。
从定义来说,数据压缩应该是无损的,解压缩后能精确恢复,位对应位(或字节对应字节)。

最主要的数据压缩算法包括:RLE算法和LZW算法。

(2) 图像压缩
图像数据通常具有较强的纵向和横向像素之间的相关性。RLE和LZW算法适用于存储两层(bilevel)或伪彩色(pseudocolor)图像数据。,他通常利用一定程序的扫描线顺序、水平像素之间的相关性进行压缩,这是一种适度的压缩,或许是2:1。
图像数据算法还可利用图像数据的统计结果进行压缩,与任意二进制数据不同,改进压缩比是可能的。ITU-T的传真标准就利用图像数据的水平和垂直相关性实现了币RLE或LZW更高的压缩比。

转换技术对于连续色调(灰度或真彩色)图像数据的压缩很有效。离散余弦变换DCT就很适合连续色调的图像数据的压缩。

(3) 有损压缩
总体来说,无损压缩只能实现连续色调的适度压缩。然而,人类的感官能力有限,一些超过范围的数据无法被人感知。因此,这些数据可以舍去,以实现更大的压缩率。这就是有损压缩。

有损压缩并不适合双层或伪彩色图像,但它非常适合灰度级或真彩色图像。

(3.1) JPEG
JPEG就是一种图像的有损压缩方法。它的变种M-JPEG专用于运动图像序列。数字摄像机就使用了M-JPEG算法。
MPEG也是一种视频序列的有损压缩算法标准。MPEG-2被用于数字电视和DVD的发布。
说到JPEG也比较搞笑,最初JPEG委员会开发此标准,目的是想用于彩色传真,但迅速就被广泛使用和部署到桌面图形和数字照片等领域。
JPEG压缩器一般会吧R'G'B'转换为Y'CbCr,然后应用4:2:0的色度二次采样实现2:1压缩。
 
(3.2) Motion-JPEG
Motion-JPEG简单地压缩视频序列的每个域或帧作为自包含的压缩图像,每个域或帧是“内编码”(intra coded)。由于每幅图像都是单独压缩的,故M-JPEG视频序列可以直接编辑,其不利的一点是采用临时的连贯性。
M-JPEG技术和实现了压缩比从2:1提高到大约20:1。20MB/S的数字视频数据率能被压缩成20Mb/S,适合消费电子数字录像带的记录。
 
(3.3) MPEG
ISO和IEC的Moving Picture Experts Group开发了MPEG标准。在MPEG的初时,自包含图像提供了一个基值——它形成一个锚图像(anchor picture)。后续的图像能根据与锚图像不同的像素进行编码,此方法称为帧间编码(interframe coding)。
一旦解码器接收了锚图像,它就能提供后续图像的基本预测。此预测能在编码器传输后改进预测错误。
运动能导致屏幕元素的位置改变,一个快速移动的元素能在一帧时间内移动10个像素。在连续的运动,某一位置的像素在连续的图像中有不同的值。故运动能导致预测错误数据的增加。
像间编码(Interpicture coding)利用了类似技术。不再赘述。
MPEG克服了活动图像的问题,采用了编码器计算活动矢量(motion vector)。编码器通过预测运动取代了锚图像的像素值——此过程称为运动补偿(motion compensation)。

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