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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DPCM26

3.2.2帧（场）间DPCM26

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 （185

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-ISDN140

5.11.2 B-ISDN业务140

5.11.3 同步数字体系SDH141

5.11.4 异步转移模式ATM141

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-CD143

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-V149

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-Bridge150

6.3.8 Photo CD150

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 MD151

6.3.11 CD系列光盘性能及比较151

6.4.2 LD-G152

6.4.3 LD-ROM152

6.4.1 LD152

6.4 LD系列及其标准152

6.4.4 HV-LD153

6.4.5 VDR154

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-CD158

6.6.1 什么是V-CD158

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HDTV202

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PC283

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CL560315

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-bit353

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IDCT405

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