DVB-S 码型研究及信道编码FPGA实现(2)

DVB-S码型研究及信道编码的FPGA

第二章 信源编解码

2.1、信源编码介绍

无论HDTV还是SDTV未压缩的数字电视信号都具有很高的数据速率，不能在1个6MHZ或8MHZ的电视频道射频带宽内传输。

(1)视频压缩编码：各国基本采用MPEG-2标准。

更先进的MPEG-4以及MPEG-4AVC/H.264标准能使一个HDTV带宽由15MBIT/S降低到6-7MBIT/S。

(2)音频压缩编码：美国：5.1声道环绕声压缩DOLBY AC-3;日本：MPEG-2 AAC;欧洲MPEG-1 LAYER1和LAYER2算法。

2.2、图像：预测编码

图像的近邻像素相似性很强，可以通过对应于一个或多个像素的观测，预测他们相邻像素的估计值。根据预测像素选取位置的不同，分为帧间预测和帧内预测。

(1)帧内预设编码

DPCM：Differential Pulse code Modulation，差分脉码调制。这一系统是对实际像素值与其估计值进行量化和编码。 编码器 量化器 预测器 解码器 预测器 (图2.1) - ○+ ○+ ○- 3 -

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(2)帧间预测

由于视频相邻两帧时间间隔很短，通常变化很少，存在极强的相关性，利用帧间预测可获得更大的压缩比。

X+dX

Y+dX

（图2.2）

<1>、运动补偿预测：对于视频序列的图像，采用帧间预测编码可以减少时间域上的冗余度，提高压缩比。

1、对于静止不动的场景，当前帧的图像内容完全相同时。

2、对于运动物体，只要知道运动规律就可以从前一帧图像推算出他的当前位置 3、摄像头对场景的横向移动、焦距的变化会引起整个图像的平移、放大或缩小。只要摄像机的运动规律和镜头改变参数已知，图像产生的变化也是可以推算出来的。

<2>运动估值:就是对运动物体的位移作出估计。

1.像素递归法： 根据像素亮度的变化和梯度，通过递归修正来轨迹每个像素的运动矢量。

2.块匹配算法（BMA）：目前最常用的运动估值算法，先将前帧图像分割成M*M的图像子块，并假设子块内所有的像素都作同样的运动。块大时，可能包括不同图像；块小时，估计精度容易受噪音干扰，不够可靠，且比特率过大。

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(如MPEG-1 MPEG-2一般采用16*16的块作为匹配单元，这是实践证明较好的折中结果)

A、单向运动补偿预测 B、双向运动补偿预测

C、插值运动补偿预测：由前后参照预测值的平均值。

2.3、I/P/B帧:帧内编码帧

I帧特点:它是一个全帧压缩编码帧。它将全帧图像信息进行JPEG压缩编码及传输; P帧(前向预测编码帧)预测与重构:P帧是以I帧为参考帧,在I帧中找出P帧“某点”的预测值和运动矢量,取预测差值和运动矢量一起传送。在接收端根据运动矢量从I帧中找出P帧“某点”的预测值并与差值相加以得到P帧“某点”样值,从而可得到完整的P帧。

B帧(双向预测内插编码帧)预测与重构B帧以前面的I或P帧和后面的P帧为参考帧,“找出”B帧“某点”的预测值和两个运动矢量,并取预测差值和运动矢量传送。接收端根据运动矢量在两个参考帧 中“找出(算出)”预测值并与差值求和,得到B帧“某点”样值,从而可得到完整的B帧。 以下是他们的结构图

I P B B B P B B B P B B B...、

（图2.3）

I B B P B B P

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2.4、变换编码

变换编码：不直接对空间域数据进行编码，而是首先将空间域图像数据映射变换到另一个正交空间（变换域）得到一组变换系数，然后量化和编码。

图像是缓慢变化的，相邻像素间存在很强的相关性，绝大多数图像子块中的相邻像素灰度级相等或很接近。

（图2.4）

2.5、其他信源编码标准

音频：MUSICAM AC-3 AVS音频立体声

视频：MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 H.261 H.262 H.263 H.263+ H.263++ H.264

中国数字音视频编解码技术标准工作组（AVS）

帧内预测、帧间预测、环路滤波、变换编码、量化、熵编码等技术模块。 性能高，编码效率师MPEG-2的2倍以上，复杂度低，算法比H.264明显低。

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是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准。顾名思义，“信源”是信息的“源头”，信源编码技术解决的重点问题是数字音视频海量数据（即初始 数据、信源）的编码压缩问题，故也称数字音视频编解码技术。显而易见，它是其后数字信息传输、存储、播放等环节的前提，因此是数字音视频产业的共性基础标准。经过十年多演变，音视频编码技术本身和产业应用背景都发生了明显变化，后起之秀辈出。目前音视频产业可以选择的信源编码标准有四个：MPEG-2、 MPEG-4、MPEG-4 AVC（简称AVC，也称JVT、H.264）、AVS。从制订者分，前三个标准是由MPEG专家组完成的，第四个是我国自主制定的。从发展阶段分，MPEG-2是第一代信源标准，其余三个为第二代标准。从主要技术指标——编码效率比较：MPEG-4是MPEG-2的1.4倍，AVS和AVC相 当，都是MPEG-2两倍以上。

AVS具备三大特点：

1. 我国牵头制定的、技术先进的第二代信源编码标准——先进；

2. 领导国际潮流的专利池管理方案，完备的标准工作组法律文件——自主； 3. 制定过程开放、国际化——开放。

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