视频信号数字化处理后所带来的信号损伤的种类及特点

析度、完整数据的前一副图像。在预测帧帧存中拥有一个根据前一帧和运动矢量所建立的预测的当前帧。输出是预测的当前帧与实际当前帧相减后的差值。若没有运动或其它变化，当前帧便可得到完美的预测，差分帧输出为 0（极易压缩）。当前一帧和后一帧有点不同时，差分帧仍有少量数据需要压缩。可见差分帧输出不为定值。为了维持最终数据流在一个一定的水平上，量化表控制单元会相应决定应如何量化DCT系数（即是用多小比特进行量化），这样带来的量化误差和不可恢复损伤无法预计。特别在图象活动剧烈或低码率通讯时，此编码器只能通过迭用粗量化，降低帧频或舍去更多的DCT变换系数来降低码率，因而对信号损伤较大，丢失了许多有用的信息。在恢复图象中将出现明显的块效应和运动物体边缘的蚊音效应。

     第二层损伤在参考帧存处产生，失真量记为D2，如图。量化处产生的损伤和失真，经反量化反DCT变换并不能被恢复。由此得出的代表前一幅图像的参考帧就带有损伤和失真。因此通过运动补偿得到的当前帧就达不到完美预测，会带有不可预计的损伤或失真。

    对一个系统内各环节的不均匀失真，其总的作用结果并不是简单的相加。有以上分析可以看出两层损伤是彼此加重的。用D来表示它们的累计失真，并可由下式得出:

其中不同类型的失真其h值不同。h的取值范围为1、3/2、2。

二 不可恢复损伤对图像质量的影响

     有损压缩编码利用了图像构造冗余和人类的视觉特性，虽然在编码过程中有不可恢复的损伤产生，但仍能使经过单一压缩编码形式后的图像质量被人们所接受，并达到了高效传输的目的。然而目前多种有损压缩编码形式是并存的，不同编码方式之间进行信号传输时，必须经过先解码转成基带信号，再编码的过程，如图二所示。

     在实际工作中，一段素材由采集到最终的播出往往要经过多种不同形式的编解码转换。每种编码的损伤和失真的大小、特性和表现形式都不尽相同。它们会不断积累，彼此放大损伤程度。如图三所示。

 

    我们知道在一个模拟系统里，质量随信号损伤成比例降低。而数字系统里，在适度损伤时，质量还可以保证，随着损伤不断增加，质量就大幅度下降。可见，反复编解码带来的不可恢复损伤的积累是应该被重视的。

     以我频道新闻工作流程为例，如图四。视频信号从采集到最终播出共经历了四次编码和四次解码。

    对各环节进行图像质量参数测量，会发现图像质量逐次降低。损伤逐渐加大。而且在平时工作中常会发现，一些典型的画面，如：一幅绿草如茵的草地中，草叶随风摇摆。在经过多次编解码转换后，其中细块状的闪烁就直观表现出来。更值得注意的一点，当在某环节混入了可视噪声，由于噪声是随机的高频信号，在进行DCT变换和高频粗量化后，很可能被作为有用信息保留下来并被凸现。导致视频信号的信噪比进一步降低。由于它被认为是原始信息，而且其分布特性是不相关的，因此每经历一次编解码后，都会被保留下来。如此反复数次后，图像质量会明显劣化。

     显然，目前正面临一个选择统一压缩方式的问题。一个好的数字电视系统应满足以下基本要求：（1）具有尽可能高的图像重建质量，在电视台应用应符合ITU-R601标准，采用4：2：2数字分量格式。（2）具有较高的压缩效率，在保证图像质量的前提下尽可能提高压缩比。（3）满足帧精度的图像编辑要求。（4）尽量采用统一的压缩方式，减少反复进行压缩方式转换带来的失真。满足这些要求的最佳选择应是MPEG-2标准。目前可以看到MPEG-2日益成为主流压缩标准的趋势。

三 解决方案 MPEG-2的互连

     现有MPEG-2视频标准的技术规范集包括6类（profile）4级（level）组成，并采用分级编码。所谓类是指MPEG-2的不同处理方法，每一类都包括压缩和处理方法的一个集合。不同的类意味着使用不同集合的码率压缩工具。越高的类编码越精细，而每升高一类将提供前一类没有使用的附加工具，当然实现的代价会更高。而解码器却是向下兼容的，任何一种高级类解码器，均应能解码用低级类方法编码的图像。

     所谓级是指MPEG-2的输入格式，标识从有限清晰度的VHS 质量图象到HDTV图象，每一种输入格式编码后都有一个相应的范围。图五 给出了MPEG-2的级. 类. GOP结构以及相应编码的最大输出码率

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