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中国工程院童志鹏院士漫谈数字电视(实录)
http://tech.QQ.com  2007年11月15日17:01   腾讯科技    评论0

第三方面,我要介绍的,我刚刚从上海回来……。在上海到南京点击查看南京及更多城市天气预报的 D 字头的动车组上,在苏州境内实现了移动电视在快速列车上的收看。苏州境内一共有 9 个点发射。节目是从上海发送卫星上面;然后在 9 个点分别接收下来,分别发射。而在高速列车上收看。在大约 45 分钟行驶约 90 公里的范围内,收看到的图像(还有声音)没有出现中断或者马赛克。一些细节我就不介绍了。

欧洲专家在上海到南京的方向,在上海到无锡的过程中,在苏州境内就看到了移动的电视了。在苏州境内一共有 9 个发射点。

郭桐兴:当时时速是多少?

徐孟侠:最高是一小时 170 公里。参加中欧合作项目“移动和数字广播融合高峰论坛”的欧洲专家看了,就非常惊讶……。有德国的,有荷兰的还有西班牙的专家看了。他们都非常兴奋,因为欧洲没有看过这样的东西,他们第一次看到。他们信服我们中国人的技术比他们好。

童志鹏:他们觉得他们也可以做的,但是他们没有。

徐孟侠:他们的技术没有到这个程度......,我因为参加了这次访谈会,我还来不及跟欧洲人进行 E—mail 的交流,有很多教授。

我现在介绍一下视频压缩原理。音频压缩原理,我先讲一下……比较简单。

音频压缩原理:比如说我们现在说话中间有停顿的时间;而停顿的时间,你就可以不传输。讲话的时候里有长音,或者叫做母音,它的正弦波的比例比较大,容易在时间 T 方向前后做一些处理,用简单的信息就可以表达。我们在话音里面,摩擦音要附加比较多的比特。

视频压缩原理:活动图像因为它有 X 和 Y 空间两个方向,还有时间 T 的方向,有三个方向的压缩,相对容易一点,比声音压缩容易一点。

郭桐兴:声音压缩起来是有一定的难度。

徐孟侠:尤其是交响乐,乐器的品种多,所以难度反而大。人们讲话的时候都有停顿的时间,而一般交响乐总有某一个独奏或者是有些特殊效果,它的音乐是不停的,所以它的难度大。所以在压缩的领域里面,声音压缩比活动图象压缩难。活动图象压缩又比静止图片的压缩要容易一点。

我现在来讲一个活动图象压缩的原理。

郭桐兴:徐老师,对不起,我打断您一下。您说压缩难度最大的是什么?刚才您说了一个图片,一个声音,一个图象,这三者哪个压缩难度最大?

徐孟侠:难度最大的是声音,其次是静止图像压缩,最容易的是活动图像。

我举一个简单的例子就可以说明。中央电视台新闻联播节目,两个广播员坐在那儿,广播员也会讲话。但是大家想想看,他们前面有个桌子,或者叫前景;他们后面还有一个背景。而前景和背景都是不动的。

如果我们把第一个画面和第二个画面做一个减法,那末前景和背景减出来的结果肯定是零。一秒钟重复传输 25 次就浪费了。(童:第一个画面需要较多比特进行传输!)

再举一个简单的例子,这是图象压缩里很难的课题,称为“运动补偿”。

假如有一个乒乓球,有一个白色的球,从右下角往左上角方向运动。

因为运动就有一个“运动矢量“;它有长短、有方向。那么当白球运动到第一个画面的时候,这个白球在右下方;而继续运动到第二个画面时,它跑到了左上方去了。

这里面有一个运动矢量,比如说叫 DX、DY 或者叫 MV。

现在我们讲,如果不采用运动补偿的技术,把第一个画面跟第二个画面做减法。第一个画面就是前一个画面,第二个画面就是后一个画面。两个画面相减的结果是什么呢?

第二个画面有白球的地方和后面的第一画面背景相减肯定不是零。第二个画面的白球是在原来第一个画面背景的位子;两者相减的结果不是零。同样道理,因为第二个画面的背景跟第一个画面的白球相减,也不是零。

如果不采用运动补偿的技术,两个地方(第二画面的白球位置和第一画面白球位置)相减得到了前后两个白球的位置都不是零。

现在我们已经有特殊的算法和技术,把第二个画面的白球人为的挪到第一个白球的位置。这样两个画面做减法时,全画面全是零......,就这么简单。当然实际的情况比起我们描述的情况要复杂得多。

如果画面相减以后是大量的零或者是剩下少量的东西,这样的话就可以得到较多的压缩,用较少的比特传输背景和活动的白球。

这就是利用电视图象它的在时间 T 方向有很大的压缩潜力。

我们中央电视台新闻联播的时候有两个播音员。两个播音员的身子可能也不动,或者是动得比较少。黑衣服跟黑衣服相减,白的衬衫跟白的衬衫相减;减出来的零的部分还是多数。这就是利用时间轴 T 方向可以得到压缩的一个基本原理。

再举一个例子,如果摄像机做水平方向的移动,我们就看到……比如说一个足球赛的足球场面,这个画面从左到右在运动;它增加的新信息只是边缘上垂直的条带里;画面背景的大部分内容没有变化。

如果我们有简单的技术把它的运动矢量求出来,这个背景是一个水平方向运动的背景画面和上一个画面相比,大部分都是相同的;你做减法也是零,这就是运动补偿原理,非常简单。

童志鹏:除了运动补偿矢量之外,还有人们视觉的滞后效应。我们看的电视片都是动的,其实是都一帧画面一帧画面连续播放的,电视每秒要放 25 帧画面。人眼看起来是连续播放的,而不是一幅一幅的。所以设计要很巧妙的欺骗人们眼睛的。

郭桐兴:我们放一个电影,1 秒钟按格计算的话,基本上 1 秒钟 24 格。

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