现代远程多媒体双向视频教学系统 |
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⑵信号量化
量化是将模拟信号在幅度上离散化的过程，即将连续的幅度值四舍五入的转化成一组有限的量化电平。当所有量化间隔都相等时称为均匀量化，当量化间隔按照某种规律变化时称为非均匀量化。若用n bit的二进制码表示一个量化级则所能表示的量化等级总数为M=2n。设均匀量化时量化间隔为q，则信号的动态范围为A≤Mq，否则会发生过载，产生过载噪声。当模拟信号幅度处在任意两个量化电平之间时，所产生的量化误差在±q/2之间，它等效与叠加在信号上的随机噪声，称为量化噪声。容易证明，量化噪声的平均功率为N=q2/12，满幅度正弦波（常用于分析声音信号）的量化噪声比为
S/N=1.8+6n [db]
满幅度单极性信号（常用于分析亮度信号）的峰-峰值与量化噪声的均方根值所定义的信噪比为
Sp-p/Nr.m.s=10.8+6n [db]
显然，量化bit数越多，量化信噪比就越大。声音信号的动态范围较大，对于演播室的高质量音响设备应取16bit量化，其信噪比约98db。图象信号的动态范围较小，一般全电视信号的量化采用均匀量化。量化bit数越大量化噪声越小，但设备的复杂性和传输带宽也要随之增加。电视图象信号具有与扫描有关的周期性特点，量化噪声也是与谐波相关的，不完全是随机的。因此，量化bit数最终要按照对图象的主观评价确定。主观评价表明，为获得满意的图象质量，量化bit数应为7～8。考虑到在设备之间连接时会由于反复的编解码而引起量化噪声的积累，通常将全信号编码的量化bit数确定为8bit。在某些要求较高的场合或传输中编解码次数较多时，也采用9～10bit量化。
⑶信号编码
编码是将已量化PAM信号用二进制数码表示的过程，编码后的信号称为脉冲编码调制(PCM)信号。为实现数字视频信号中远距离传输，数字编码的各个bit必须采取全串行的传输方式，随之而来的问题是其传输码率太高。例如，PAL信号以三倍副载频取样、采取8bit编码时，传输码率为106Mbit/s,而多工复用的分量编码的码率更高达216Mbit/s。如此高的码率用目前的公共载波陆上通信系统或国际通信卫星系统传送都是困难的，必须进行频带压缩。
数字频带压缩技术是双向视频的关键技术。频带压缩编码的实质是削减数字视频信号中的冗余度，即在保证图象信号质量不下降的前提下压缩码率。数字视频信号的传输码率取决于两个因素，即取样频率和编码bit数。降低码率也要从两个方面入手。根据冗余度的来源，频带压缩编码的基本方法有三种，即同步信号的去除、亚赖奎斯特取样和高效编码。
同步信号的去除利用的是视频信号的行、场逆程期间不携带图象信息，没有必要逐点取样，可以将它们去除而只传送光栅部分的取样点。去除以后为了能使收端复源出水平和垂直同步信号，可传送20～30bit的数字定时信号。对于复合信号中的色同步信号一场中可只传送1～2行，以此为基准，在接收端将其它行的色同步信号予以再生。
亚赖奎斯特取样是利用视频信号的功率谱集中在行频及其各次谐波附近的特点，有可能用低于赖奎斯特频率进行取样，而使图象质量不明显下降。对于分量信号，当取fs为半行频的奇数倍时，折叠频谱的下边带与基带形成半行频交错，接收端可用梳状滤波器去除折叠谱而恢复原始信号。
高效编码是利用电视图象相邻象素之间存在的相关性，不直接对原信号编码而对预测误差进行编码，就可减少bit数，达到频带压缩的目的。预测误差实际上包含了原信号的全部信息，因为任一象素x(i, j)可以由过去的样点及预测误差恢复出来。任一点的象素可由下式表示
上式第一项是预测误差，第二项是过去象素的线性组合，该式是差值PCM(DPCM)编码的理论依据。另外根据人眼的视觉特性，视觉检测域值随时空图象的内容而变化，低于视觉检测域值的误差不会被发现。因此，如果在视觉域值小的部分取样频率或量化bit数取得高一些，而在视觉域值大的部分取得低一些，则能在图象质量不下降的情况下使码率得到压缩。
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