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提高压缩码率, 图像质量能提高多少?

王朝电脑技术·作者佚名  2006-05-23
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常规电视的清晰度问题应是早有定论的问题,但在数字电视环境下还是不断出现不同的说法。如有人认为,只要把目前数字电视节目的码率从6Mbps提高到10Mbps,就可以将水平清晰度提高到800线左右,使图像质量有大幅度提高,从而使消费者有兴趣购买数字机顶盒。事实果真如此吗?有人还说目前数字电视机观看电视质量低是因为不是真正的数字电视机,将来的数字电视机就能看到高质量电视,这种说法对不对?

首先,是什么决定压缩图像解码以后的最高可达到的质量?是传输码率吗?答案是否定的。压缩图像解码以后的最高可达到的质量应由压缩编码以前的图像质量决定,或者说由信源的质量决定。在源图像-压缩编码-传输-解码接收的链条中,后3个过程都是有损的,或者说最好的结果是基本保持源图像的质量。不管压缩编码是多么的高级,所用的码率有多大,经压缩再解码后的图像的质量绝对不可能超过源图像质量。在接收端,不管你采用什么方法,是降噪也好,采用倍场100Hz也好,采用其他任何图像质量方法也好,显示的图像分解力都不可能超过传输过来的信号的最大分解力。

也就是说,接收图像的分解力不可能超过传来信号可能达到得的最大分解力,传来信号的最大分解力又不可能超过压缩图像可达到的最大分解力,压缩图象的分解力又不可能超过源图像的分解力。如果源图像是PAL制式的话,源图像质量又不可能超过PAL系统的极限图像质量。那么,PAL制式最高能达到的清晰度是多少呢?

实际上,图像清晰度是指主观感觉到的图像清晰程度,它与电视系统传送细节的能力即分解力有关,习惯上常用电视系统的分解力来说明所得图像的清晰度。电视系统的分解力又分为水平分解力和垂直分解力,水平分解力主要与电视系统的带宽有关,垂直分解力主要与每帧行数和扫描方式有关。

水平分解力可以这样来计算,PAL制亮度的最大带宽为6MHz,行频为15625Hz/s。如果图像信号是最高频率6MHz单频,那么每行能显示6′106 / 15625=384周。如果正半周为白,负半周为黑,每个行周期能显示768条黑白线。每一个行周期又分为正程和逆程,只有正程对分解力有贡献。PAL制的水平逆程为18%,所以每行正程最多能显示的黑白线总数不会超过768′0.82 = 629.76。也就是说,PAL制的水平分解力的极限是630线。这样的图像经数字化和压缩,其水平分解力也不可能超过630线,只会因附加的处理而降低清晰度。在垂直方向,PAL制的每帧行数是625,除去8%的逆程,还有575线,因此PAL系统的垂直分解力的极限是575。但垂直的情况与水平不一样,水平扫描对电视信号来说是连续扫描,而垂直扫描是间隔的抽样信号。这还是对逐行扫描而言,对隔行扫描情况更为复杂,还要分静止和运动分解力。不管是静止还是运动垂直分解力,575扫描线并不能完全显示575线清晰度,简单的例子是这575条线如果正好在扫描线之间,电视图像上一条线都没有。

因此,垂直分解力通常要对可见扫描线数乘以一个小于一的修正系数,这个系数称为Kell系数。对于逐行扫描,Kell系数=0.9;对于隔行扫描,Kell系数=0.7。也就是说,PAL制的垂直分解力在400线左右。这样,1080隔行扫描的垂直分解力大约是700线左右,而720逐行扫描的垂直分解力也在700线左右,这是为什么美国高清晰度电视会包括这样两种制式的原因,但720逐行的源码率要小很多。

那么,为什么常规清晰度电视的数字化信号经常用720′576来表示呢?是否意味着水平清晰度是720线呢?这里720的来由是亮度信号的每行有效样值数,是13.5MHz/15625Hz=864去处逆程后的得到的。由此可见,720′576是水平和垂直的有效抽样点数,而不是图像的清晰度线数。因此,决定图像清晰度的不是图像格式,而是源图像和传输系统。这样我们能很容易回答开始提出的问题,提高压缩图像的传输码率确实能提高图像质量,但它的极限是源图像的质量,如果不能提高源图像的质量,单单提高传输码率是没有用的。

应当说,再接收几种采用倍场、扫描处理等方法确实能提高图象的主观清晰度,但如此便说观看目前的电视,即模拟PAL制或经压缩传输后的数字电视,可以达到水平清晰度800线甚至1000线的说法是不正确的。

吸引用户购买机顶盒的主要动力在节目,没有好的节目是不会有吸引力的。而我们的节目质量也相差很大,很多节目的质量远没有达到模拟PAL制能达到的最好质量,而要做到这一点,仅靠数字化是解决不了的,要靠整个系统的质量管理来实现。

因此,最后的结论是:常规清晰度数字电视的质量不可能超过原模拟电视系统的最高质量,数字化的好处是把演播室的最高质量尽可能送到用户。但在源端,不可能所有的节目都可能达到模拟电视的最高质量,这一点使用数字化解决不了的,要依赖于相应的设备和资金的支持以及完善的全程节目制作质量管理。也就是说,数字电视是系统的概念,不是质量的概念。模拟系统可以传输常规清晰度电视,也可以传输清晰度电视,采取的措施得当也可以有很好的质量。同样,数字系统不仅可以传输高清晰度电视,当然也可以传输常规清晰度电视和低清晰度电视。所以,数字不等于高质量,将来的数字电视机观看的也可能是低电视质量,因为所需的传输费用低或某些业务根本没有必要要那么高的清晰度,如移动多媒体业务。

 
 
 
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