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HDTV到SDTV转换编码技术的研究

作　者: 李春涛
导　师: 李桂苓
学　校: 天津大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: HDTV SDTV MPEG-2 转换编码空间分辨率变换图像清晰度运动矢量复用
分类号: TN949.197
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 90次
引　用: 4次
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内容摘要

数字电视已进入实用化阶段,不同等级的数字电视业务(如HDTV和SDTV)将长期共存。为实现电视节目资源共享,合理利用信道资源,服务于各种终端,经常需要把数字视频信号从一种格式转换成另一种格式,其中包括空间和时间分辨率的转换。MPEG-2作为数字电视等领域广泛采用的编码标准,一方面要面对SDTV和HDTV等隔行扫描视频的高质量、高效率广播级编码需求,另一方面又要满足数字存储和可分级编码等系统的要求,这就需要MPEG-2视频压缩编码在比特率、分辨率、信号质量和服务形态等方面,有很大可供选择的空间。MPEG-2的这种广适性品格,利于拓宽其应用范围,并派生出转换编码的多种类型和应用,但也为转换编码带来许多困难。本课题重点研究HDTV到SDTV转换编码问题。较深入地研究了隔行扫描视频序列的预测编码算法,特别是图像空间分辨率变换中的宏块编码模式及运动向量提取、优化和复用等问题。在论文工作中,构建了HDTV到SDTV转换编码软件实验环境,协助实验室和课题组扩充和改进了硬件实验平台;这些条件,为算法研究和方案对比,提供了实验和验证手段,并依托试验平台,实现了不同图像格式数字电视视频流的转换编码。在变换图像空间分辨率过程中,除了需要按图像格式转换的要求,改变像素点阵构成外,还要针对终端显示设备的不同图像幅型比和像素宽高比,解决图像完整性和几何畸变等问题,并研究如何保持或提高转换编码器输出的目标码流解码图像的清晰度。本文基于采用亚取样-内插算法得以恢复图像清晰度的原理,结合已有亚取样-内插算法,给出了一种3/4亚取样-自适应内插算法。理论分析和试验表明,这种算法可较好的恢复亚取样图像的水平清晰度。基于亚取样-内插算法研究,本文针对我国的数字电视标准,设计了4种由1920×1080i HDTV到4:3和16:9两种幅型比的720×576i SDTV转换编码方案。通过对这些方案的分析和实验比较,建议了两种HDTV到SDTV转换编码方案,并对如何实现兼容过渡,提供了可供选择的途径。理论分析、软件模拟和硬件DVB-C系统实验表明,这两种方案分别可以以较好的图像质量,服务于4:3和16:9两种幅型比的720×576i SDTV显示终端。这两种方案中,服务于16:9幅型比SDTV显示器的亚取样-内插方案,利用

全文目录

第一章前言  9-15
  1.1 数字电视  9-11
    1.1.1 数字电视基本原理  9-10
    1.1.2 数字电视系统  10-11
    1.1.3 我国数字电视的发展  11
  1.2 数字视频转换编码技术  11-13
    1.2.1 数字视频转换编码技术概述  11-12
    1.2.2 数字视频转换编码技术分类  12-13
  1.3 论文研究内容及结构  13-15
第二章数字电视转换编码技术  15-29
  2.1 MPEG-2 数字视频压缩技术  15-25
    2.1.1 隔行扫描视频的编码  16-17
    2.1.2 运动检测和运动矢量  17-18
    2.1.3 帧类型与帧重排  18-19
    2.1.4 MPEG-2 标准视频部分语法和语义  19-25
  2.2 HDTV 到SDTV 转换编码  25-29
    2.2.1 我国SDTV 和HDTV 演播室参数  25
    2.2.2 转换编码器架构  25-28
    2.2.3 数字电视转换编码关键技术  28-29
第三章空间分辨率变换和图像清晰度研究  29-38
  3.1 空间分辨率转换编码中的图像几何畸变  29-30
  3.2 空间分辨率变换与图像清晰度  30-32
    3.2.1 空间分辨率采样的转换  30
    3.2.2 空间分辨率变换与图像清晰度  30-32
  3.3 亚取样信号的二维自适应内插与图像清晰度恢复  32-38
    3.3.1 数字信号处理恢复数字图像清晰度的原理  32-34
    3.3.2 亚取样信号的二维自适应内插  34-38
第四章宏块编码预测模式确定和运动矢量复用  38-48
  4.1 转换编码中宏块编码预测模式的确定  38-41
    4.1.1 转换编码过程中宏块编码模式的处理算法概述  39-40
    4.1.2 HDTV 到SDTV 转换编码中宏块编码预测模式的选取  40-41
  4.2 运动矢量的提取和复用  41-48
    4.2.1 空间分辨率转换编码中的运动矢量复用算法概述  41-44
    4.2.2 HDTV 到SDTV 转换编码中运动矢量复用算法研究  44-48
      4.2.2.1 基于帧预测宏块的运动矢量复用  44-45
      4.2.2.2 基于场预测宏块的运动矢量复用  45-46
      4.2.2.3 基于双基预测宏块的运动矢量复用  46-48
第五章 HDTV 到 SDTV 转换编码方案及其实现  48-62
  5.1 实验系统构成  48-49
  5.2 HDTV 到SDTV 图像格式转换编码方案的建议  49-56
    5.2.1 转换编码方案及其比较  50-52
    5.2.2 图像格式转换的实现  52
    5.2.3 实验结果及其分析  52-56
  5.3 运动矢量复用和宏块编码模式实验研究  56-62
第六章其它工作  62-72
  6.1 SPI 并行TTL 数据输出转ASI 串行数据输出  62-64
    6.1.1 ASI 标准简介  62-63
    6.1.2 DVB-ASI 传输系统构成  63
    6.1.3 硬件实现  63-64
  6.2 测试信号的设计及码流的生成  64-72
    6.2.1 像素比例校正和在生成清晰度测试图中的应用  65-67
    6.2.2 二维扫频测试信号  67-68
    6.2.3 SDI 信号格式  68-70
    6.2.4 视频码流的生成  70-72
结束语  72-73
参考文献  73-75
发表论文和科研情况说明  75-76
致谢  76

HDTV到SDTV转换编码技术的研究

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