数字电视原理第5章信源编码标准
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信源编码与信道编码⼀.信源编码和信道编码的发展历程信源编码:最原始的信院编码就是莫尔斯电码,另外还有ASCII码和电报码都是信源编码。
但现代通信应⽤中常见的信源编码⽅式有:Huffman编码、算术编码、L-Z编码,这三种都是⽆损编码,另外还有⼀些有损的编码⽅式。
信源编码的⽬标就是使信源减少冗余,更加有效、经济地传输,最常见的应⽤形式就是压缩。
相对地,信道编码是为了对抗信道中的噪⾳和衰减,通过增加冗余,如校验码等,来提⾼抗⼲扰能⼒以及纠错能⼒。
信道编码:1948年Shannon极限理论→1950年Hamming码→1955年Elias卷积码→1960年 BCH码、RS码、PGZ译码算法→1962年Gallager LDPC(Low Density Parity Check,低密度奇偶校验)码→1965年B-M译码算法→1967年RRNS码、Viterbi算法→1972年Chase⽒译码算法→1974年Bahl MAP算法→1977年IMaiBCM分组编码调制→1978年Wolf 格状分组码→1986年Padovani恒包络相位/频率编码调制→1987年Ungerboeck TCM格状编码调制、SiMonMTCM多重格状编码调制、WeiL.F.多维星座TCM→1989年Hagenauer SOVA算法→1990年Koch Max-Lg-MAP算法→1993年Berrou Turbo码→1994年Pyndiah 乘积码准最佳译码→1995年 Robertson Log-MAP算法→1996年 Hagenauer TurboBCH码→1996MACKay-Neal重新发掘出LDPC码→1997年 Nick Turbo Hamming码→1998年Tarokh 空-时卷格状码、AlaMouti空-时分组码→1999年删除型Turbo码虽然经过这些创新努⼒,已很接近Shannon极限,例如1997年Nickle的TurboHamming码对⾼斯信道传输时已与Shannon极限仅有0.27dB相差,但⼈们依然不会满意,因为时延、装备复杂性与可⾏性都是实际应⽤的严峻要求,⽽如果不考虑时延因素及复杂性本来就没有意义,因为50多年前的Shannon理论本⾝就已预⽰以接近⽆限的时延总容易找到⼀些⽅法逼近Shannon 极限。
第五章信源编码信息论基础第五章信源编码 本章主要讨论的问题:5.1 离散信源编码5.1.1 编码器5.1.2分组码5.1.3定长码5.1.4 变长码5.2 连续信源编码5.3 相关信源编码简介信源编码:以提高通信有效性为目的的编码。
通常通过压缩信源的冗余度来实现。
采用的方法是压缩每个信源符号的平均比特数或信源的码率。
即同样多的信息用较少的码率传送,使单位时间内传送的平均信息量增加,从而提高通信的有效性。
信源编码理论是信息论的一个重要分支,其理论基础是信源编码的两个定理。
–无失真信源编码定理:是离散信源/数字信号编码的基础;–限失真信源编码定理:是连续信源/模拟信号编码的基础,如语音、图像等信号。
信源编码的分类:离散信源编码、连续信源编码和相关信源编码三类。
–离散信源编码:独立信源编码,可做到无失真编码;–连续信源编码:独立信源编码,只能做到限失真信源编码;–相关信源编码:非独立信源编码。
编码器编码器可以看作这样一个系统,它的输入端为原始信源S ,其符号集为;而信道所能传输的符号集为。
编码器的功能是用符号集X 中的元素,将原始信源的符号变换为相应的码字符号,所以编码器输出端的符号集为称为码字,为码字的码元个数,称为码字的码字长度,简称码长。
码字的集合C 称为码书。
称为码元。
12{,,...,}q S S S S =12{,,...,}r X x x x =12{,,...,}q S s s s =12{,,...,}r X x x x =编码器12:{,,...,}q C W W W 12:{,,...,}q C w w w i S i w i w i L i w i w i x例:二元信道的信源编码器:码符号集X={0,1},如果要将信源通过二元信道传输,必须将信源编成二元码,这也是最常用的一种码。
等长码非等长码非奇异码非奇异码 等长码与变长码码中各个码字都是由同样多个码元构成的,称为等长码,反之,称为变长码。
信源编码和信源解码字、符号、图形、图像、音频、视频、动画等各种数据本身的编码通常称为信源编码,信源编码标准是信息领域的基础性标准。
无论是数字电视、激光视盘机,还是多媒体通信和各种视听消费电子产品,都需要音视频信源编码这个基础性标准。
大家用电脑打字一定很熟悉,当你用WORD编辑软件把文章(DOC文件)写完,存好盘后,再用PCTOOLS工具软件把你的DOC文件打开,你一定能看到你想象不到的东西,内容全是一些16进制的数字,这些数字叫代码,它与文章中的字符一一对应。
现在我们换一种方法,用小画板软件来写同样内容的文章。
你又会发现,用小画板软件写出来的BMP文件,占的内存(文件容量)是DOC文件的好几十倍,你知道这是为什么?原来WORD编辑软件使用的是字库和代码技术,而小画板软件使用的是点阵技术,即文字是由一些与坐标位置决定的点来组成,没有使用字库,因此,两者在工作效率上相差几十倍。
[信源]->[信源编码]->[信道编码]->[信道传输+噪声]->[信道解码]->[信源解码]->[信宿]目前模拟信号电视机图像信号处理技术就很类似小画板软件使用的点阵技术,而全数字电视机的图像信号处理技术就很类似WORD编辑软件使用的字库和代码技术。
实际上这种代码传输技术在图文电视中很早就已用过,在图文电视机中一般都安装有一个带有图文字库的译码器,对方发送图文信号的时候只需发送图文代码信息,这样可以大大地提高数据传输效率。
对于电视机,显示内容是活动图像信息,它哪来的“字库”或“图库”呢?这个就是电视图像特有的“相关性”技术问题。
原来在电视图像信号中,90%以上的图像信息是互相相关的,我们在模拟电视机中使用的Y/C(亮度信号/彩色信号)分离技术,就是利用两行图像信号的相关性,来进行Y/C分离。
如果它们之间内容不相关,Y/C信号则无法进行分离。
全数字信号电视也一样,如果图像内容不相关,则图像信号压缩也就要免谈。
数字电视信源编码的主要技术与标准【摘要】:本文介绍了有关数字电视信源编码的一些主要技术和标准,包括数字演播室标准ITU--601,压缩编码的基本原理和方法,图像压缩编码标准H261,JPEG和MPEG,以及作为数字电视信源编码标准输出的MP EG--2码流的形成。
准数字电视和数字高清晰度电视在内的数字电视体系的开发研究正加紧进行。
美国已完成称为GA的数字高清晰度电视的标准制定及其进入实用的时间表,欧洲则在开发独立的数字电视方案,并制定了数字电视广播DVB的标准。
这一切都是以数字电视信源编码的一系列技术与标准的成熟为基础的。
信源编码作为数字电视系统的核心构成部分,直接决定了数字电视的基本格式及其信号编码效率,决定了数字电视最终如何在实际的系统中实现。
一.数字电视的信源编码一个完整的数字电视系统包括数字电视信号的产生、处理、传输、接收和重现等诸多环节。
数字电视信号在进入传输通道前的处理过程一般如图1所示:电视信号在获取后经过的第一个处理环节就是信源编码。
信源编码是通过压缩编码来去掉信号源中的冗余成分,以达到压缩码率和带宽,实现信号有效传输的目的。
信道编码是通过按一定规则重新排列信号码元或加入辅助码的办法来防止码元在传输过程中出错,并进行检错和纠错,以保证信号的可靠传输。
信道编码后的基带信号经过调制,可送入各类通道中进行传输。
目前数字电视可能的传输通道包括卫星,地面无线传输和有线传输等。
信源编码的目的是通过在编码过程中对原始信号冗余度的去除来压缩码率,因此压缩编码的技术与标准成为信源编码的核心。
九十年代以来,各种压缩编码的国际标准相继推出,其中MPEG-2是专为数字电视《包括标准数字电视和数字高清晰度电视》制定的压缩编码标准。
MPEG-2压缩编码输出的码流作为数字电视信源编码的标准输出码流已被广泛认可。
目前数字电视系统中信源编码以外的其他部分,包括信道编码,调制器,解调器等,大都以MPEG-2码流作为与之适配的标准数字信号码流。
信源编码标准AVS及其在数字电视中的应用[摘要]:信源编码标注avs是我国自主研发完成的第二代信源编码标准,它取代了一直以来国外相关标准垄断的市场状况,让我国数字电视也有了自己的信源编码标准。
本文将探讨信源编码标准对数字电视的重要意义,同时分析国际音视频标准中的亮点,并且介绍avs标准的概况及其在数字电视系统中的应用。
[关键词]:信源编码标准 avs 数字电视前言数字电视等音视频系统与产品已经越多越多的走入人们的生活,在这些产品的使用中需要某些重要的技术标准为支撑,其中最关键的一个就是信源编码标准系统了。
一直以来,我国都没有自主的系统做支撑,我国的数字电视多年来使用的都是国外的相关信源编码标准,其中使用最普遍的是mpeg-2。
随着我过在信源编码标准上研发力度的加大及相关技术水平的不断提升,2002-2003年间我国终于研发出自主的数字音频视频解码技术标准avs(audio video coding standard),它不仅实现了我国在这个领域技术层面的突破,并且avs和目前最新的国际标准相比还具备许多优势,不仅性能十分良好,复杂程度低,相关的软件与硬件的实现成本也很低,avs 的成功研发为我国的音频视频解码技术提供了核心竞争力。
一、信源编码标准对数字电视的重要意义信源编码标准是数字电视中最核心的技术标准,数字电视一半以上的技术问题需要信源编码标准来解决,例如高质量音视频、带宽节省、操作交互、内容交互及特技功能等,这些内容的实现都需要信源编码做技术支撑。
一直以来,市场上最常用的信源编码标准是mpeg-2,在我国还没能自主研发出一套好的标准前,我国数字电视也都是采用的这套标准。
然而,1994年研发使用至今的mpeg-2技术上已经越来越显现出其落后的方面,尤其是它的编码效率越来越多的被人们诟病。
基于这样的市场环境,我国洞察到了良好的市场机遇,于是开始加大研发力度,想要打造出一款新的、性能好的信源编码标准。