數(shù)字電視技術(shù)及其應(yīng)用（二）

抖動(dòng)的性能參數(shù)主要為以下3種：

（1）輸入抖動(dòng)容限期系統(tǒng)容許輸入信號(hào)的最大抖動(dòng)范圍。

（2）輸出抖動(dòng) 系統(tǒng)輸出口的信號(hào)抖動(dòng)特性。

（3）抖動(dòng)轉(zhuǎn)移特性 在不同的測(cè)試頻率下，系統(tǒng)輸入信號(hào)的抖動(dòng)值和輸出信號(hào)的抖動(dòng)值之比（增益）的分布特性。

6、可靠性與壽命

人們習(xí)慣于用產(chǎn)品的技術(shù)性能指標(biāo)作為衡量產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)劣的標(biāo)志。但這只是一個(gè)方面，還不能反映產(chǎn)品質(zhì)量的全貌。只有既具備良好的技術(shù)性能，又經(jīng)久耐用、充分可靠的產(chǎn)品才能算真正質(zhì)量好的產(chǎn)品。而后者通常用產(chǎn)品的可靠性與壽命來(lái)加以衡量。對(duì)于一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)而言，產(chǎn)品可靠性與壽命包括系統(tǒng)的兩個(gè)終端接口間傳輸通道上所有產(chǎn)品的可靠性與壽命。通過(guò)對(duì)使用現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際調(diào)查，統(tǒng)計(jì)故障次數(shù)、記錄每?jī)纱喂收系拈g隔時(shí)間、每次故障的維修時(shí)間等，可以求出該系統(tǒng)的平均故障間隔時(shí)間和平均維修時(shí)間。

可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。常用故障率（λ）或平均故障間隔時(shí)間和平均維修時(shí)間來(lái)表征。

故障率（λ）表示產(chǎn)品工作到時(shí)間t的條件下，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率，常用10-9/h作為基準(zhǔn)單位，稱(chēng)為一菲物（fit）。

平均壽命時(shí)間（MTTF）為設(shè)備或系統(tǒng)發(fā)生失效前的平均工作時(shí)間。

平均故障間隔時(shí)間（MTBF）指相鄰兩次故障的間隔時(shí)間。

平均維修時(shí)間（MTTR）是排除故障需用的時(shí)間。

七、數(shù)字信號(hào)壓縮

隨著傳輸信息量的增加，頻率資源就會(huì)越來(lái)越緊張。如高清晰度電視、視頻會(huì)議、電子圖書(shū)、多媒體、數(shù)字廣播都要占用相當(dāng)寬的頻帶。

假定傳送1個(gè)頻道電視信號(hào)，亮度信號(hào)最高頻率設(shè)為6MHz，色差信號(hào)（R-Y和B-Y）最高頻率設(shè)為1.5MHz。根據(jù)取樣定理，亮度信號(hào)和色差信號(hào)的取樣頻率分別應(yīng)為12MHz和3MHz。若量化分層數(shù)目為256，則需用8bit二進(jìn)制電碼來(lái)傳送每個(gè)取樣的量化值。這樣，傳送速率應(yīng)為（12+3）×8=120Mb/s。如此高的傳送速率要占用很寬的頻帶，大約在100MHz以上。因此，壓縮頻帶寬度是數(shù)字電視中一個(gè)重要課題。

如果加上文字、聲音、圖形、圖像，信息數(shù)據(jù)量是非常大的，實(shí)時(shí)地處理這樣大的數(shù)據(jù)量，傳輸速率和存儲(chǔ)容量都難以達(dá)到。因此，必須高效、實(shí)時(shí)地對(duì)數(shù)據(jù)量進(jìn)行壓縮，特別是對(duì)視頻圖像進(jìn)行壓縮。

一幅電視畫(huà)面的各個(gè)像素是相互關(guān)聯(lián)的，在同一行內(nèi)相鄰像素之間、相鄰兩行之間、相鄰幀之間都有相關(guān)性，這說(shuō)明信息中存在冗余度，去除或減少冗余度便可壓縮傳輸碼率，也壓縮了頻帶。圖像冗余度分空間冗余度（Spatial redundancy）和時(shí)間冗余度（Time redundancy）。空間冗余指1幀內(nèi)規(guī)則的圖像或者圖像中相似的內(nèi)容，這些像素都有很強(qiáng)的相關(guān)性，因此可進(jìn)行幀內(nèi)壓縮，只對(duì)沒(méi)有相關(guān)性的部分進(jìn)行變換編碼；時(shí)間冗余度指各幀之間圖像相似的內(nèi)容，統(tǒng)計(jì)表明，幀間像素變化量一般只有10%左右，因此可利用視頻圖像前、后幀之間的時(shí)域相關(guān)性進(jìn)行幀間壓縮，即從過(guò)去幾幀圖像的內(nèi)容預(yù)測(cè)下一幀圖像，僅僅把與前幾幀不相同的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)編碼。此外，人眼對(duì)頻率分量過(guò)高的雜波靈敏度較低，同時(shí)對(duì)圖像的亮度較敏感而對(duì)彩色分辨力弱，人眼對(duì)圖像邊緣部分雜波靈敏度也較低，因此可對(duì)靈敏度較低部分進(jìn)行壓縮。還可對(duì)某些復(fù)雜圖像和快速變化圖像可以進(jìn)行要或不要的選擇，以減小數(shù)據(jù)量。

空間冗余度壓縮編碼需首先把圖像劃分成一個(gè)個(gè)子區(qū)域，每個(gè)子區(qū)域的尺寸可以是1×4、1×8、1×16個(gè)像素（一維情況），也可以是4×4、8×8、16×16個(gè)像素（二維情況），典型的變換編碼為離散余弦變換（DCT，Discrete Cosine Transform）。

目前主要有3大圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)：JPEG（Joint Photographics Expert Group，聯(lián)合圖片專(zhuān)家組）標(biāo)準(zhǔn)、MPEG（Motion Picture Expert Group，活動(dòng)圖像專(zhuān)家組）標(biāo)準(zhǔn)和H.261，其中MPEG標(biāo)準(zhǔn)是最常用的標(biāo)準(zhǔn)。

1、JPEG標(biāo)準(zhǔn)

JPEG標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)靜止圖像，也被應(yīng)用于活動(dòng)圖像。它壓縮比較低，對(duì)于中等復(fù)雜程度的彩色圖像，其壓縮比與圖像質(zhì)量的關(guān)系如表3所示。

2、MPEG標(biāo)準(zhǔn)

MPEG標(biāo)準(zhǔn)主要包括MPEG-1和MPEG-2兩種標(biāo)準(zhǔn)，MPEG是活動(dòng)圖像專(zhuān)家組（Motion Picture Expert Group）的縮寫(xiě)。MPEG-1是碼率達(dá)1.5Mb/s的編碼；MPEG-2是碼率達(dá)10Mb/s的編碼。隨著技術(shù)發(fā)展的需要，人們開(kāi)發(fā)、研究了MPEG-4，它是甚低碼率（Very low bit rate，＜64kb/s)的視頻、音頻編碼。

MPEG標(biāo)準(zhǔn)中目前最引人注目的是MPEG-2，它是通用的活動(dòng)圖像及其伴音的編碼標(biāo)準(zhǔn)，適于各種應(yīng)用，如存儲(chǔ)媒體、分配傳輸和通信等。

MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)全部項(xiàng)目有9部分。第1部分：系統(tǒng)；第2部分：視頻；第3部分：音頻；第4部分；符合性測(cè)試；第5部分：軟件；第6部分：數(shù)字存儲(chǔ)媒體的指令和控制；第7部分：非向后兼容的音頻；第8部分：10比特視頻；第9部分：實(shí)時(shí)接口。

第2部分視頻是標(biāo)準(zhǔn)的核心，它采用幀間和幀內(nèi)相結(jié)合的壓縮方法。1）減少時(shí)域冗余度。MPEG把活動(dòng)圖像劃分為I幀（幀內(nèi)圖）、P幀（預(yù)測(cè)圖）和B幀（插補(bǔ)圖）。I幀僅作幀內(nèi)壓縮編碼，經(jīng)過(guò)中度壓縮，可作為隨機(jī)存取的起點(diǎn)，所以I幀圖像必須傳送；P幀僅作正向幀間預(yù)測(cè)， 對(duì)預(yù)測(cè)誤差作有條件的傳送，壓縮程度較I幀高；B幀以I幀和P幀為參照，作雙向幀間預(yù)測(cè)插補(bǔ)，它的壓縮程度高。2）減小空域冗余度。MPEG基于DCT的壓縮編碼，減小空域冗余度，與JPEG標(biāo)準(zhǔn)采用的方法基本相同，整個(gè)過(guò)程分為3個(gè)步驟：基于宏塊的DCT正交變換，計(jì)算變換系數(shù)；對(duì)變換系數(shù)進(jìn)行標(biāo)量量化，按“Z”字形掃描順序重新組合數(shù)據(jù)；對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，進(jìn)一步壓縮數(shù)據(jù)。與JPEG不同的是，MPEG中的視頻信息不僅包含靜止圖像畫(huà)面（幀內(nèi)圖），而且包含運(yùn)動(dòng)信息（幀間預(yù)測(cè)圖、插補(bǔ)圖）。

MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)的平均壓縮比為50：1，圖像分辨率為352×240像素（30幀/s）或352×288像素（25幀/s），主要用于壓縮靜止圖像。