HDTV到SDTV轉(zhuǎn)換編碼技術(shù)的研究.pdf

1、數(shù)字電視已進(jìn)入實(shí)用化階段，不同等級(jí)的數(shù)字電視業(yè)務(wù)(如HDTV和SDTV)將長(zhǎng)期共存。為實(shí)現(xiàn)電視節(jié)目資源共享，合理利用信道資源，服務(wù)于各種終端，經(jīng)常需要把數(shù)字視頻信號(hào)從一種格式轉(zhuǎn)換成另一種格式，其中包括空間和時(shí)間分辨率的轉(zhuǎn)換。 MPEG-2作為數(shù)字電視等領(lǐng)域廣泛采用的編碼標(biāo)準(zhǔn)，一方面要面對(duì)SDTV和HDTV等隔行掃描視頻的高質(zhì)量、高效率廣播級(jí)編碼需求，另一方面又要滿足數(shù)字存儲(chǔ)和可分級(jí)編碼等系統(tǒng)的要求，這就需要MPEG-2視頻壓縮編

2、碼在比特率、分辨率、信號(hào)質(zhì)量和服務(wù)形態(tài)等方面，有很大可供選擇的空間。MPEG-2的這種廣適性品格，利于拓寬其應(yīng)用范圍，并派生出轉(zhuǎn)換編碼的多種類型和應(yīng)用，但也為轉(zhuǎn)換編碼帶來(lái)許多困難。 該課題重點(diǎn)研究HDTV到SDTV轉(zhuǎn)換編碼問(wèn)題。較深入地研究了隔行掃描視頻序列的預(yù)測(cè)編碼算法，特別是圖像空間分辨率變換中的宏塊編碼模式及運(yùn)動(dòng)向量提取、優(yōu)化和復(fù)用等問(wèn)題。在論文工作中，構(gòu)建了HDTV到SDTV轉(zhuǎn)換編碼軟件實(shí)驗(yàn)環(huán)境，協(xié)助實(shí)驗(yàn)室和課題組擴(kuò)充和

3、改進(jìn)了硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；這些條件，為算法研究和方案對(duì)比，提供了實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證手段，并依托試驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了不同圖像格式數(shù)字電視視頻流的轉(zhuǎn)換編碼。 在變換圖像空間分辨率過(guò)程中，除了需要按圖像格式轉(zhuǎn)換的要求，改變像素點(diǎn)陣構(gòu)成外，還要針對(duì)終端顯示設(shè)備的不同圖像幅型比和像素寬高比，解決圖像完整性和幾何畸變等問(wèn)題，并研究如何保持或提高轉(zhuǎn)換編碼器輸出的目標(biāo)碼流解碼圖像的清晰度。 該文基于采用亞取樣-內(nèi)插算法得以恢復(fù)圖像清晰度的原理，結(jié)合已有亞

4、取樣-內(nèi)插算法，給出了一種3/4亞取樣-自適應(yīng)內(nèi)插算法。理論分析和試驗(yàn)表明，這種算法可較好的恢復(fù)亞取樣圖像的水平清晰度。 基于亞取樣-內(nèi)插算法研究，該文針對(duì)我國(guó)的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了4種由1920×1080iHDTV到4：3和16：9兩種幅型比的720×576iSDTV轉(zhuǎn)換編碼方案。通過(guò)對(duì)這些方案的分析和實(shí)驗(yàn)比較，建議了兩種HDTV到SDTV轉(zhuǎn)換編碼方案，并對(duì)如何實(shí)現(xiàn)兼容過(guò)渡，提供了可供選擇的途徑。 理論分析、軟件模擬和

5、硬件DVB-C系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)表明，這兩種方案分別可以以較好的圖像質(zhì)量，服務(wù)于4：3和16：9兩種幅型比的720×576iSDTV顯示終端。 這兩種方案中，服務(wù)于16：9幅型比SDTV顯示器的亞取樣-內(nèi)插方案，利用原有SDTV信道，通過(guò)信源端的空間分辨率非整數(shù)倍下變換，和接收端易于實(shí)現(xiàn)的空間分辨率上變換，得以重建完整、無(wú)幾何畸變、水平清晰度可達(dá)SDTV系統(tǒng)理論上限值540電視線的圖像。由于這一方案更加適應(yīng)視覺(jué)建立臨場(chǎng)感對(duì)寬屏的要求，又與

6、目前顯示屏生產(chǎn)水平相適應(yīng)，而且隨著16：9幅型比的LCD、PDP等平板顯示屏的逐步增多，有望逐步完成4：3和16：9兩種幅型比720×576iSDTV顯示終端的兼容過(guò)渡，并最后將我國(guó)HDTV、SDTV系統(tǒng)統(tǒng)一于16：9顯示格式。實(shí)現(xiàn)這一統(tǒng)一，還有利于演播室HDTV、SDTV設(shè)備的兼容，有利于SDTV共享HDTV節(jié)目資源，減少存儲(chǔ)兩套節(jié)目所需的存儲(chǔ)載體消耗。 實(shí)現(xiàn)1920×1080iHDTV到4：3和16：9兩種幅型比720×57

7、6iSDTV轉(zhuǎn)換編碼，需研究、解決一系列問(wèn)題，特別是非整數(shù)倍空間分辨率變換轉(zhuǎn)換編碼中的運(yùn)動(dòng)矢量復(fù)用問(wèn)題。為此，該文給出的在隔行掃描視頻序列中，基于場(chǎng)預(yù)測(cè)和雙基預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)矢量的復(fù)用算法，以及結(jié)合宏塊編碼模式(預(yù)測(cè)模式和方向)的確定，所推薦的性能較好的轉(zhuǎn)換編碼運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法，也對(duì)更廣的轉(zhuǎn)換編碼技術(shù)領(lǐng)域帶有普遍意義。 論文還設(shè)計(jì)了MPEG-2TS傳輸卡SPI并行數(shù)據(jù)接口到ASI串行數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換電路；研究了演播室SDI信號(hào)格式，初步完成了其