數字電視技術(shù)及其應用（二）

抖動(dòng)的性能參數主要為以下3種：

（1）輸入抖動(dòng)容限期系統容許輸入信號的最大抖動(dòng)范圍。

（2）輸出抖動(dòng) 系統輸出口的信號抖動(dòng)特性。

（3）抖動(dòng)轉移特性 在不同的測試頻率下，系統輸入信號的抖動(dòng)值和輸出信號的抖動(dòng)值之比（增益）的分布特性。

6、可靠性與壽命

人們習慣于用產(chǎn)品的技術(shù)性能指標作為衡量產(chǎn)品質(zhì)量?jì)?yōu)劣的標志。但這只是一個(gè)方面，還不能反映產(chǎn)品質(zhì)量的全貌。只有既具備良好的技術(shù)性能，又經(jīng)久耐用、充分可靠的產(chǎn)品才能算真正質(zhì)量好的產(chǎn)品。而后者通常用產(chǎn)品的可靠性與壽命來(lái)加以衡量。對于一個(gè)數字系統而言，產(chǎn)品可靠性與壽命包括系統的兩個(gè)終端接口間傳輸通道上所有產(chǎn)品的可靠性與壽命。通過(guò)對使用現場(chǎng)的實(shí)際調查，統計故障次數、記錄每?jì)纱喂收系拈g隔時(shí)間、每次故障的維修時(shí)間等，可以求出該系統的平均故障間隔時(shí)間和平均維修時(shí)間。

可靠性是產(chǎn)品在規定的條件下和時(shí)間內，完成規定功能的能力。常用故障率（λ）或平均故障間隔時(shí)間和平均維修時(shí)間來(lái)表征。

故障率（λ）表示產(chǎn)品工作到時(shí)間t的條件下，單位時(shí)間內發(fā)生失效的概率，常用10-9/h作為基準單位，稱(chēng)為一菲物（fit）。

平均壽命時(shí)間（MTTF）為設備或系統發(fā)生失效前的平均工作時(shí)間。

平均故障間隔時(shí)間（MTBF）指相鄰兩次故障的間隔時(shí)間。

平均維修時(shí)間（MTTR）是排除故障需用的時(shí)間。

七、數字信號壓縮

隨著(zhù)傳輸信息量的增加，頻率資源就會(huì )越來(lái)越緊張。如高清晰度電視、視頻會(huì )議、電子圖書(shū)、多媒體、數字廣播都要占用相當寬的頻帶。

假定傳送1個(gè)頻道電視信號，亮度信號最高頻率設為6MHz，色差信號（R-Y和B-Y）最高頻率設為1.5MHz。根據取樣定理，亮度信號和色差信號的取樣頻率分別應為12MHz和3MHz。若量化分層數目為256，則需用8bit二進(jìn)制電碼來(lái)傳送每個(gè)取樣的量化值。這樣，傳送速率應為（12+3）×8=120Mb/s。如此高的傳送速率要占用很寬的頻帶，大約在100MHz以上。因此，壓縮頻帶寬度是數字電視中一個(gè)重要課題。

如果加上文字、聲音、圖形、圖像，信息數據量是非常大的，實(shí)時(shí)地處理這樣大的數據量，傳輸速率和存儲容量都難以達到。因此，必須高效、實(shí)時(shí)地對數據量進(jìn)行壓縮，特別是對視頻圖像進(jìn)行壓縮。

一幅電視畫(huà)面的各個(gè)像素是相互關(guān)聯(lián)的，在同一行內相鄰像素之間、相鄰兩行之間、相鄰幀之間都有相關(guān)性，這說(shuō)明信息中存在冗余度，去除或減少冗余度便可壓縮傳輸碼率，也壓縮了頻帶。圖像冗余度分空間冗余度（Spatial redundancy）和時(shí)間冗余度（Time redundancy）?？臻g冗余指1幀內規則的圖像或者圖像中相似的內容，這些像素都有很強的相關(guān)性，因此可進(jìn)行幀內壓縮，只對沒(méi)有相關(guān)性的部分進(jìn)行變換編碼；時(shí)間冗余度指各幀之間圖像相似的內容，統計表明，幀間像素變化量一般只有10%左右，因此可利用視頻圖像前、后幀之間的時(shí)域相關(guān)性進(jìn)行幀間壓縮，即從過(guò)去幾幀圖像的內容預測下一幀圖像，僅僅把與前幾幀不相同的數據進(jìn)行預測編碼。此外，人眼對頻率分量過(guò)高的雜波靈敏度較低，同時(shí)對圖像的亮度較敏感而對彩色分辨力弱，人眼對圖像邊緣部分雜波靈敏度也較低，因此可對靈敏度較低部分進(jìn)行壓縮。還可對某些復雜圖像和快速變化圖像可以進(jìn)行要或不要的選擇，以減小數據量。

空間冗余度壓縮編碼需首先把圖像劃分成一個(gè)個(gè)子區域，每個(gè)子區域的尺寸可以是1×4、1×8、1×16個(gè)像素（一維情況），也可以是4×4、8×8、16×16個(gè)像素（二維情況），典型的變換編碼為離散余弦變換（DCT，Discrete Cosine Transform）。

目前主要有3大圖像壓縮編碼標準：JPEG（Joint Photographics Expert Group，聯(lián)合圖片專(zhuān)家組）標準、MPEG（Motion Picture Expert Group，活動(dòng)圖像專(zhuān)家組）標準和H.261，其中MPEG標準是最常用的標準。

1、JPEG標準

JPEG標準主要針對靜止圖像，也被應用于活動(dòng)圖像。它壓縮比較低，對于中等復雜程度的彩色圖像，其壓縮比與圖像質(zhì)量的關(guān)系如表3所示。

2、MPEG標準

MPEG標準主要包括MPEG-1和MPEG-2兩種標準，MPEG是活動(dòng)圖像專(zhuān)家組（Motion Picture Expert Group）的縮寫(xiě)。MPEG-1是碼率達1.5Mb/s的編碼；MPEG-2是碼率達10Mb/s的編碼。隨著(zhù)技術(shù)發(fā)展的需要，人們開(kāi)發(fā)、研究了MPEG-4，它是甚低碼率（Very low bit rate，＜64kb/s)的視頻、音頻編碼。

MPEG標準中目前最引人注目的是MPEG-2，它是通用的活動(dòng)圖像及其伴音的編碼標準，適于各種應用，如存儲媒體、分配傳輸和通信等。

MPEG-2標準全部項目有9部分。第1部分：系統；第2部分：視頻；第3部分：音頻；第4部分；符合性測試；第5部分：軟件；第6部分：數字存儲媒體的指令和控制；第7部分：非向后兼容的音頻；第8部分：10比特視頻；第9部分：實(shí)時(shí)接口。

第2部分視頻是標準的核心，它采用幀間和幀內相結合的壓縮方法。1）減少時(shí)域冗余度。MPEG把活動(dòng)圖像劃分為I幀（幀內圖）、P幀（預測圖）和B幀（插補圖）。I幀僅作幀內壓縮編碼，經(jīng)過(guò)中度壓縮，可作為隨機存取的起點(diǎn)，所以I幀圖像必須傳送；P幀僅作正向幀間預測， 對預測誤差作有條件的傳送，壓縮程度較I幀高；B幀以I幀和P幀為參照，作雙向幀間預測插補，它的壓縮程度高。2）減小空域冗余度。MPEG基于DCT的壓縮編碼，減小空域冗余度，與JPEG標準采用的方法基本相同，整個(gè)過(guò)程分為3個(gè)步驟：基于宏塊的DCT正交變換，計算變換系數；對變換系數進(jìn)行標量量化，按“Z”字形掃描順序重新組合數據；對數據進(jìn)行編碼，進(jìn)一步壓縮數據。與JPEG不同的是，MPEG中的視頻信息不僅包含靜止圖像畫(huà)面（幀內圖），而且包含運動(dòng)信息（幀間預測圖、插補圖）。

MPEG-1標準的平均壓縮比為50：1，圖像分辨率為352×240像素（30幀/s）或352×288像素（25幀/s），主要用于壓縮靜止圖像。