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第1部分数字视频技术 1

第1章视频技术及其应用 1

1.1 视频 1

1.1.1什么是视频 1

1.1.2为什么需要视频信息 1

目录 1

1.2视频技术总览 2

1.2.1视频信号描述 2

1.2.2视频信号的数字化 3

1.2.3视频信号的处理 5

1.2.4视频信号的压缩 5

1.2.6视频信号的存储 6

1.2.5视频信号的传输 6

1.3视频技术的应用 7

1.3.1 视频技术在广播电视中的应用 7

1.3.2视频技术在通信领域中的应用 7

1.3.3视频技术在娱乐领域中的应用 8

1.3.4视频技术在计算机领域中的应用 8

1.3.5视频技术在其他领域中的应用 9

第2章视频图像实用处理技术 10

2.1 图像处理基础 10

2.1.1 图像处理的基本方法 10

2.1.2图像分析方法 10

2.2.1直方图计算程序 11

2.2.2亮度校正 11

2.2直方图技术 11

2.2.3对比度校正 12

2.2.4直方图均衡 13

2.2.5非线性灰度变换 13

2.3 离散余弦变换（DCT） 14

2.4 图像噪声 15

2.4.1 伽马噪声 15

2.4.2 高斯噪声 16

2.4.3负指数噪声 16

2.4.4瑞利噪声 17

2.4.5盐和胡椒噪声 17

2.5图像滤波 18

2.5.1 中值滤波器 18

2.5.3图像平滑滤波 19

2.5.2加权中值滤波器 19

2.6彩色图像处理 21

2.6.1色饱和校正 21

2.6.2伪彩色及其显示 22

2.6.3真彩色显示 23

第3章视频压缩技术 25

3.1视频压缩技术的新发展 25

3.2预测编码……………………………………………………………………………………………（25 ）3.2.1帧内DPCM 26

3.2.2帧（场）间DPCM 26

3.3离散余弦变换（DCT）编码 27

3.3.1 变换编码的主要特点 27

3.3.2 DCT编码的处理步骤 27

3.4.2哈夫曼编码 29

3.4熵编码 29

3.4.1游程长度编码（RLC） 29

3.5最佳量化与矢量量化（VQ） 30

3.5.1 最佳量化 30

3.5.2矢量量化 30

3.6子带编码 33

3.6.1 子带编码的特点 33

3.6.2子带滤波 34

3.7运动补偿预测 36

3.7.1运动补偿 36

3.7.2块匹配运动估值算法 37

3.8.1分形的定义和描述 38

3.8分形图像压缩 38

3.7.3运动估值技术的发展方向 38

3.8.2分形图像压缩 42

3.8.3 采用迭代函数系统的图像压缩方法 43

3.8.4 以分形为基础的几种图像压缩编码方法 45

3.8.5分形图像压缩的实例 46

3.8.6分形图像压缩有待研究的问题 46

第4章视频压缩的国际标准 47

4.1 JPEG标准简介 47

4.1.1 JPEG标准制定过程 47

4.1.2 JPEG算法要点 47

4.1.3 JPEG基本系统用于视频压缩 47

4.2.1 H.261建议简介 48

4.2.2 图像格式 48

4.2 H.261建议 48

4.2.3视频编解码 50

4.2.4信源编码器 51

4.2.5图像复用编码器 58

4.2.6传输缓冲器 60

4.2.7传输编码器 61

4.3 MPEC-1标准——视频部分 62

4.3.1 MPEG-1标准 62

4.3.2 MPEG-1标准的任务、目标和影响 62

4.4 MPEG-2标准——视频部分 64

4.4.1 MPEG-2标准的进展 . 64

4.4.2 MPEG-2的应用需求 65

4.4.4视频格式 66

4.4.3 MPEG-2视频体系 66

4.5 正在制定中的MPEG-4标准 75

4.5.1 MPEG-4标准制定进展 75

4.5.2为什么要制定MPEG-4标准 75

4.5.3 MPEG-4的目标 76

4.5.4 MPEG-4的主要功能 76

4.5.5 MPEG-4标准的元素 77

4.5.6 MPEG-4的视频编码要求 77

4.5.7其他要求 78

4.5.8视频压缩算法 78

第5章视频信号的传输 79

5.1 视频信号传输的基本问题 79

5.2.1 无线媒体 80

5.2视频信号的传输媒体 80

5.2.2有线媒体 81

5.3视频信号的模拟传输 81

5.3.1对视频信号模拟传输的要求 81

5.3.2视频信号的模拟调制方式 82

5.3.3 残留边带调制传输及其在数字电视中的应用 82

7.3数字电视系统的设计 （1 85

5.4.1数字化的优点 90

5.4视频信号的数字传输 90

5.4.2相移键控 92

5.4.3 正交幅度调制（QAM） 92

5.4.4 网格编码调制（TCM） 92

5.5差错控制编码 103

5.5.1 引起误码的原因和差错控制方式 103

5.5.4 BCH码 104

5.5.5 RS码 104

5.5.3循环码 104

5.5.2线性分组码 104

5.6有线电视 113

5.6.1 共用天线电视系统 113

5.6.2有线电视系统 113

5.6.3 有线通信电视的新发展：CATV与ISDN的结合 114

5.7 高比特率数字用户线（HDSL） 118

5.7.1 HDSL的构成 118

5.7.2 HDSL的主要设备 119

5.7.3 HDSL的传输方法 119

5.7.6 HDSL的发展前景 122

5.7.5 HDSL的应用 122

5.7.4 HDSL的特点 122

5.8非对称数字用户线（ADSL） 123

5.8.1 ADSL的特点 123

5.8.2信号编码技术 124

5.8.4与其他方法比较 124

5.9 COFDM原理及其在数字电视传输中的应用 124

5.8.3标准问题 124

5.9.1 简介 125

5.9.2 OFDM的原理与实现方法 125

5.9.3 OFDM与数字调制及信道编码的结合 129

5.9.4 在地面数字电视传输中的应用 131

5.10.2时域均衡器 133

5.10.1 引言 133

5.10 自适应均衡技术 133

5.10.3 自适应均衡器在全数字HDTV中的应用及其性能 139

5.11 视频传输技术的新发展——宽带综合业务数字网 140

5.11.1 视频业务与B-ISDN 140

5.11.2 B-ISDN业务 140

5.11.3 同步数字体系SDH 141

5.11.4 异步转移模式ATM 141

5.11.5 B-ISDN、ATM和SDH三者之间的关系 143

第6章存储媒体与V-CD 143

6.1存储媒体 143

6.2光盘技术简介 143

6.3 CD系列及其标准 143

6.3.1 激光唱盘标准（红皮书） 145

6.3.2 CD-ROM标准（黄皮书） 147

6.3.5 CD-V 149

6.3.3 CD-I标准（绿皮书） 149

6.3.4 CD-R标准（橙皮书） 149

6.3.7 CD-Bridge 150

6.3.8 Photo CD 150

6.3.9 CD-ROM文件标准（ISO 9660） 150

6.3.6 V-CD标准（白皮书） 150

6.3.10 MD 151

6.3.11 CD系列光盘性能及比较 151

6.4.2 LD-G 152

6.4.3 LD-ROM 152

6.4.1 LD 152

6.4 LD系列及其标准 152

6.4.4 HV-LD 153

6.4.5 VDR 154

6.4.6 LD系列光盘的性能比较 154

6.5存储媒体的发展趋势 154

6.5.1磁带的发展趋势 154

6.5.2光盘的发展趋势 156

6.6 V-CD 158

6.6.1 什么是V-CD 158

6.6.2 V-CD与相关技术的比较 160

6.6.3 V-CD产品设计标准 162

6.6.4 V-CD播放系统 163

6.6.5 V-CD节目及其制作 164

6.6.6 V-CD的发展趋势 164

7.1.1 数字电视与模拟电视 166

第2部分 数字视频技术的应用 166

7.1 数字电视的发展与应用 166

第7章数字电视 166

7.1.2数字电视的发展 167

7.1.3数字电视的应用 168

7.2 电视信号的数字化 169

7.2.1 模拟电视信号的特点 169

7.2.2 电视信号的抽样及量化 171

7.2.3 复合电视信号的解码 176

7.2.4 两种数字式复合电视信号解码芯片及其工作原理 177

7.3.1 数字电视系统的组成 185

7.3.2输入视频格式 186

7.3.3视频压缩编码方案 188

7.3.4声音编码方案 189

7.3.5时钟同步与锁相 197

7.3.6信道缓冲存储器 198

7.3.7 PAL电视信号编码器和解码器 200

第8章 高清晰度电视（HDTV） 202

8.1 HDTV的发展 202

8.1.1 为什么要发展HDTV 202

8.1.2 HDTV的定义 202

8.1.4 GA HDTV特点 203

8.1.3 HDTV的发展 203

8.2.1 HDTV制式之争 204

8.2.2 HDTV视频压缩 204

8.2.3 HDTV数字传输 204

8.2 数字HDTV的几个关键问题 204

8.2.4 HDTV复接与分接 206

8.2.5 HDTV音频压缩 206

8.3《ATSC数字电视标准》简介 206

8.3.1 有关的背景信息 206

8.3.2《数字电视标准》的目标 207

8.4数字电视标准及其使用指南：系统部分 207

8.4.3射频／传输 208

8.4.4编码设备框图 208

8.4.2业务复用和传送 208

8.4.1 源编码和压缩 208

8.5数字电视标准及其使用指南：视频部分 209

8.5.1 视频压缩和解压缩 209

8.5.2视频预处理 210

8.5.3图像数据的表示 212

8.5.4运动估值 216

8.5.5编码器预测环 216

8.5.6图像刷新 219

8.5.7离散余弦变换 219

8.5.8自适应量化 220

8.5.10信道缓存 221

8.5.11 与系统复用器的接口 221

8.5.9视频数据的熵编码 221

8.5.1 2解码器框图 222

8.5.1 3链接序列 223

8.5.14刷新指导原则 224

8.6音频系统 224

8.6.1音频系统概述 224

8.6.2音频编码器接口 224

8.6.3 AC-3数字音频压缩 226

8.6.4码流语法 229

8.6.5响度和动态范围 230

8.6.6 主业务、辅助业务和多语言业务 232

8.7辅助数据业务 236

8.7.1基于文本的辅助业务 236

8.6.7音频比特率 236

8.7.2节目指南 237

8.7.3系统信息 237

8.7.4其他辅助业务的规范 238

8.8 业务复用和传送系统 239

8.8.1简介 239

8.8.2分组方式和功能 243

8.8.3高层复接功能 248

8.8.4传送格式和协议 250

8.8.5 PES分组格式 255

8.9射频／传输系统 262

8.9.1系统概述 262

8.9.2传输比特率 263

8.9.4发射机信号处理 264

8.9.3地面广播模式的性能 264

8.9.5 上变频器和射频载波频率偏置 265

8.9.6高数据率模式的性能 266

8.10接收机特性 266

8.10.1概述 266

8.10.2接收机射频方面的问题 267

8.10.3接收机视频方面的问题 276

8.10.4 接收音频方面的问题 278

8.10.5 现有电视接收机技术要求和标准指南 280

9.2多媒体计算机 282

9.2.2 多媒体计算机系统 282

9.2.1 多媒体计算机技术 282

9.1什么是多媒体 282

第9章视频技术与多媒体技术 282

9.2.3 多媒体PC 283

9.2.4 Windows 95与多媒体 290

9.3多媒体通信 295

9.3.1 多媒体通信的特点 295

9.3.2 与多媒体有关的编码标准 296

9.3.3基于模拟电话网的多媒体通信系统 297

9.3.4 基于窄带综合业务数字网（N-ISDN）的多媒体通信系统 300

9.4 ATM环境下的视频编码技术 303

9.4.1 可变码率视频编码 303

9.4.2分层视频编码 306

9.4.3分组丢失保护与恢复 309

9.5 多媒体技术与信息高速公路 313

第10章视频压缩专用芯片 315

10.1 JPEG专用芯片 315

10.1.1 简介 315

10.1.2 C Cube的CL550和CL560 315

10.2 MPEG-1专用芯片 317

10.2.1 CLM4500 MPEG-1视频编码器 318

10.2.2 CL450 MPEG-1视频解码器 323

10.3 MPEG-2专用芯片 327

10.3.1 MPEG 2编码器 327

10.3.2 MPEG-2解码器 327

10.3.3 IBM MPEG-2视频解码器芯片简介 328

10.3.4 NAB MPEG-2视频解码器芯片简介 335

10.3.5 MPEG 2专用芯片的应用前景 336

第3部分 MPEG-2标准——视频部分 338

Ⅰ概述 338

1.1 目标 338

1.2 应用 338

1.3类和等级 338

1.4 可分级和不可分级语法 339

1.4.1 不可分级语法简介 339

1.4.2可分级扩展 340

1概述 343

2标准参考文献 344

3定义 345

4.2逻辑运算符 350

4缩语和符号 350

4.1 算术运算符 350

4.3关系运算符 351

4.4位运算符 351

4.5赋值 351

4.6术语助记 351

4.7常数 351

5 规则 352

5.1描述码流语法的方法 352

5.2.3 next＿start code（）函数的定义 353

5.4算术精度 353

5.3保留、禁止和marker-bit 353

5.2.2 nextbits（）函数的定义 353

5.2.1 bytealigned（）函数的定义 353

5.2函数定义 353

6视频码流语法和语义 355

6.1编码视频数据结构 355

6.1.1 视频序列 355

6.1.2 片 361

6.1.3宏块 361

6.1.4 块 364

6.2视频码流语法 364

6.2.1 开始代码 364

6.2.2视频序列 365

6.2.3图像头 368

6.2.4 片 370

6.2.5 宏块 371

6.2.6块 372

6.3视频码流语义 373

6.3.1 高层语法结构的语义规则 373

6.3.2视频序列 374

6.3.3 序列头 374

6.3.4扩展和用户数据 377

6.3.5序列扩展 377

6.3.6序列显示扩展 378

6.3.7序列可分级扩展 381

6.3.8 图像组头 383

6.3.9 图像头 383

6.3.10图像编码扩展 385

6.3.11 量化矩阵扩展 388

6.3.12 图像显示扩展 389

6.3.1 3 图像时间可分级扩展 391

6.3.14 图像空间可分级扩展 391

6.3.1 5 片 392

6.3.1 6宏块 392

6.3.1 7 块 396

7视频解码过程 397

7.1 高层语法结构 397

7.2可变长解码 397

7.2.1 帧内块中的DC系数 398

7.2.2其他系数 399

7.3.1 矩阵下载的反向扫描 401

7.3反向扫描 401

7.4 反量化 402

7.4.1 帧内DC系数 402

7.4.2 其他系数 402

7.4.3 限幅 404

7.4.4非匹配控制 404

7.4.5 小结 405

7.5反向IDCT 405

7.5.1 非编码块和跳跃宏块 406

7.6运动估值 406

7.6.1 预测模式 406

7.6.2预测场和帧选择 407

7.6.3 运动矢量 409

7.6.4 形成预测 415

7.6.5运动矢量选择 416

7.6.6 跳跃宏块 418

7.6.7 合并预测 419

7.6.8 加入预测和系数数据 420

7.7空间可分级性 420

7.7.1 高层语法结构 420

7.7.2增强层预测 421

7.7.3 空间预测的形成 421

7.7.4 空间和时间预测的选择与组合 426

7.7.5 更新运动矢量预测器和运动矢量选择 427

7.7.7低层中VBV缓冲器下溢 432

7.7.6 跳跃宏块 432

7.8 高层语法 434

7.8.1 高层语法结构 434

7.8.2 宏块 436

7.8.3 块 436

7.9时间可分级性 437

7.9.1 高层语法结构 438

7.9.2 时间预测限制 440

7.10数据划分 440

7.11混合可分级性 441

7.12解码过程的输出 443

8类和等级 446

8.2类间的关系 447

8.1 ISO/IEC 111 72-2兼容性 447

8.3等级间的关系 449

8.4可分级层 449

8.4.1允许的层组合 450

8.5类、等级和层的参数值 451

附件A离散余弦变换 455

附件B可变长码表 456

附件C视频缓冲校验器 470

附件D算法所支持的特性 474

附件E类和等级限制 496

附件F专利说明 527

附件G文献目录 529

参考文献 531