数字电视实验二报告

数字电视实验报告

实验名称：MPEG视频编解码&音频MPEG编解码实验&H.264实验内容

姓名：文婉滢（20105356）

班级：电子1002 指导老师：龙惠民

时间： 2013年5月16日

第三章、MPEG视频编解码

实验一节目码流和传输码流实验

1.实验要求：

根据所学知识，对上述观察到的现象做出解释。分析节目码流和传输码流这两种模式的基本作用，它们对画面质量有无影响。

答：（1）在编码模式为传输码流模式时，电视监视器上正常播放节目；将编码模式设置为“MPEG2 PS”，其它设置不变时，视频编码器工作在MPEG-2编码，节目码流模式，此时电视监视器上无信号。因为此时的解码器只能解码TS码流，不能解码PS码流。

（2）节目流是用来传输和保存一个节目的编码数据或其它数据的，具有公共时间基准的一个或多个视频/音频PES复用而成的单一码流。传输流是在信号传输过程中的音视频文件在单位时间内使用的数据流量等信息组合或复用而成的具有一个或多个时间基准的一路或多路节目的多个视频/音频PES复用而成的单一码流。

（3）它们对画面质量有影响。

实验二包识别码（PID）实验

1.实验结果：

（1）将Video_PID的值改为187，其它选项不变，点击“确定”按钮后，画面暂停，声音继续正常播放，按“搜索”键后，图像、声音均正常播放，图像质量没有明显变化。

（2）将Audio_PID的值改为96，其它选项不变，点击“确定”按钮后，声音暂停，画面继续正常播放，按“搜索”键后，图像、声音均正常播放，图像质量没有明显变化。

2.实验要求：

说明包识别码PID的作用。

答：包之所以能被复用和解复用，就是靠特定的基本流和控制码流的包标识符（PID）。PID表示当前TS包的净荷数据的类型。电视信号MPEG-2标准压缩成PES包，再将PES包转换成长度为188字节的传送包（TP），它代表每帧画面的信息量。在188字节中，用3B来表示包开始前缀，以1B来表示包标志，2B表示PES包的包长度，剩下的是实时压缩的活动图像声音等可变PES包，PID在传送包的包头上。其中的传输流的包头是识别传输流的关键，由32bit组成。在包头的32bit中，13bit的PID码特别重要，它是辨别码流信息性质的关键，是节目流的“身份证”，不同的电视节目和服务信息（SI）对应不同的PID码。对于一台解码接收机而言，为了找到要接收的电视节目，它首先会通过PID码找到业务信息（SI）所对应的不同表格，然后通过这些业务信息表格查到所要接收节目的PID码和对应的时钟PCR，将节目进行解码还原。

实验三视频编解码延时实验

1.实验结果：此时的时延差为14.70ms。

2.实验要求：

（1）分析视频编解码器的输入和输出产生时延差的原因。

答：视频需要经过编码器进行编码然后再传输，然后再解码，最后输出，每个过程都需要一定的时间，所以会产生延时。

（2）如果要减小视频编解码延时，尽可能地实现视频信号实时传输，可采取什么方法？

答：改变编码速率，加大速率可减小延时。

实验四视频帧结构实验

1.实验结果：将系统模式设置为“MPEG2”,编码模式设置为“MPEG2 TS”，GOP模式设置为“IPPPPPPPP”，编码速率设置为“8”。此时视频编码器工作在MPEG-2编码，传输码流模式。只改变GOP模式，观察并记录电视监视器上的画面质量和编解码延时列于表1。

表1

GOP模式画面质量编解码延时

IPPPPPPPP 清楚11.70ms

IIIIIIIII 模糊17.60ms

IBIPBPBPB 更模糊 2.000ms

IBBPBBPBB 较清晰 5.000ms

2.实验要求：

（1）分析并比较在不同GOP模式下电视画面质量为何不同。

答：I帧编码图像为：帧内编码图像，延时最小；P帧编码图像为：前向预测编码图像，延时一般；B帧编码图像为：双向预测编码图像，延时最大；所以GOP模式中含有的I、P、B不同，画面质量也就不同。

（2）分析并比较在不同GOP模式下编解码延时为何不同，根据所掌握的知识，写出你所知道的影响编解码延时的各种因素。

答：I帧编码图像为：帧内编码图像，延时最小；P帧编码图像为：前向预测编码图像，延时一般；B帧编码图像为：双向预测编码图像，延时最大；所以GOP模式中含有的I、P、B不同，编解码延时就不同。除GOP模式外，编码速率也影响编解码延时。

实验五视频编码速率实验

1.实验结果：将系统模式设置为“MPEG2”,编码模式设置为“MPEG2 TS”，GOP模式设置为“IPPPPPPPP”，编码速率设置为“8”。此时视频编码器工作在MPEG-2编码，传输码流模式。系统支持的编码速率为：n×256Kbps（n为从2到57的正整数），分别取n为2、4、8、16和32作为系统编码速率项的设置值，观察并记录监视器上的视频画面和伴音有何变化，结果如表2所示。

表2

n的值画面质量伴音

2 非常模糊、不流畅、卡正常

4 较模糊、较流畅、时而清晰时而模糊正常

8 较清晰、流畅正常

16 清晰、流畅正常

32 非常清晰、非常流畅正常

2.实验要求：

（1）分析说明当编码速率从低到高变化的过程中，图像和伴音的质量是如何变化的，并说明其原因。

答：当编码速率从低到高变化时，图像质量变好，伴音质量没有明显变化。因为编码速率越快，编解码延时越小，图像质量也越好。

（2）分析说明当编码速率从低到高变化的过程中，图像编解码延时有无变化，分析其原因。

答：当编码速率从低到高变化时，图像编解码延时变小。因为编解码的速度变快了，延时自然就变小了。

实验六图像子采样模式实验

1.实验结果：将编码模式设置为“MPEG2”，编码速率设置为“8”。图像子采样模式设置为

“4:2:2”，修改图像子采样模式，将图像子采样模式分别设为：4:2:2，4:2:0，4:1:1 ，4:1:0，观察图像质量。图像质量变化细微，几乎察觉不到，4:2:2模式应最清晰，4:1:0略微不清晰。

2.实验要求：

分析当图像子采样模式变化时图像质量变化的原因，并说明图像子采样模式对视频信源编码的作用。

答：4:2:2模式中两个色差采样点数最多，因此这种采样模式图像信号质量最好，相对于4:1:0模式中两个色差采样点数最少，因此这种采样模式图像信号质量最差。图像子采样模式不同，视频信源编码时所获得的数据量就不同，编码所需要的时间也不同。

实验七GOP实验

1.实验结果：将GOP模式设为“IBBPBBPBB”，GOP长度设为“15”，Cov Filter设为“Half D1”，Filter Mode设为Standard，将GOP长度分别设为“10”、“20”、“30”、“40”，观察并记录不同GOP长度时的图像质量和相应的编解码延时，编解码延时如表3所示, 图像质量随GOP长度的变长而变清晰。

表3

GOP长度15 10 20 30 40

编解码延时9.200ms 13.40ms 17.40ms 22.20ms 25.00ms

2.实验要求：

分析GOP长度对编解码延时和图像质量的影响，并说明GOP长度对视频信源编码的作用。

答：通常认为MPEG-2的GOP长度越长，图像压缩效率越高，也即在同码流同编码格式前提下还原图像质量越高，延时越大。

实验八图像格式实验

1.实验结果：将GOP模式设为“IPPPPPPPP”，GOP长度设为“15”，Cov Filter设为“Half D1”，Filter Mode设为Standard，将Cov Filter分别设为“D1”、“SIF”、“QSIF”、“Slice Screen”、“2/3D1”和“3/4D1”，观察并记录不同图像格式时的图像清晰度的变化。如表4所示。

表4

Cov Filter Half D1 D1 SIF QSIF Slice

Screen

2/3D1 3/4D1

图像清晰度正常正常图像下移

3/8

图像下移

3/8，模糊

图像下移

1/8

正常更清晰

2.实验要求：

（1）分析不同图像格式对图像清晰度的影响，并说明图像格式在视频信源编码中的作用。

答：图像格式对图像清晰度的影响如表4所示，不同的图像格式规定了不同的亮度分量和色度分量的像素数/行、行数/帧，适应于不同的编解码器。

（2）根据所学知识，分析不同的图像格式适合于哪些应用，并举例说明自己所知视频产品所使用的图像格式。

答：QSIF用于可视电话，D1用于DVD。

实验九图像格式实验

第四章、音频MPEG编解码实验

实验一 MPEG音频层实验1

1. 实验结果：

（1）将MPEG1音频设置为“Layer 2”，音频采样率设置为“44.1KHz”，音频比特率设置为“64kbps”，将MPEG1音频设置为“Layer 1”，其它设置不变，与“Layer 2”的音频质量进行比较，记录比较的结果。改为“Layer 1”后，声音变低沉，变模糊。

（2）将MPEG音频设置为“Layer 2”，音频比特率设置为“64kbps”，音频采样率分别设为“32KHz”、“44.1KHz”和“48KHz”，收听不同音频采样率时的音频质量，同时用示波器测量音频采样时钟，在示波器观察音频采样时钟信号，测量并记录音频采样时钟信号对应的周期。结果如表5所示。

表5

音频采样率32KHz 44.1KHz 48KHz

22.67us 22.67us 22.67us

音频采样时钟信

号对应的周期

2.实验要求：

(1)比较分析音频采样率对MPEG音频编码的作用和影响。

答：音频采样率对MPEG音频编码无明显的影响。

（2）将MPEG音频设置为“Layer 2”，音频采样率设置为“44.1KHz”，音频比特率分别设为32kbps、64kbps和96kbps，收听不同音频比特率时的音频质量。比较分析音频比特率对MPEG音频编码的作用和影响。

答：音频比特率越大，音频质量更好，声音更悦耳、动听、清晰。音频比特率越大，音频编码所收到的音频数据与本来的声音的误差更小，所以音频质量更好。

实验二 MPEG音频层实验2

1. 实验结果：

（1）将ES模式设置为“STEREO”，PES标志设为“C0”，预加重分别设为“没有预加重”、“50/15us”和“CCITT J.17”，收听预加重时的音频质量。相比没有预加重时，声音更清晰，噪声更少。

（2）将预加重设置为“没有预加重”，PES标志设为“C0”，ES模式分别设为“STEREO”, “JIONT STEREO”,“DUAL CHANNEL”,“SINGAL CHANNEL”，收听不同ES模式时的音频质量的变化。

STEREO：立体声，声音有立体感，方位感；

JIONT STEREO：联合立体声，声音有立体感，方位感；

DUAL CHANNEL：双声道，声音有立体感，方位感；

SINGAL CHANNEL：单声道，声音有立体感，方位感。

2.实验要求：

（1）分析预加重和ES对改善音频质量的作用。

答：相比没有预加重时，声音更清晰，噪声更少；

STEREO：立体声，声音有立体感，方位感；

JIONT STEREO：联合立体声，声音有立体感，方位感；

DUAL CHANNEL：双声道，声音有立体感，方位感；

SINGAL CHANNEL：单声道，声音有立体感，方位感。

（2）将预加重设置“没有预加重”，ES模式设置为“STEREO”，PES标志设为“C0”。用双踪示波器的两个通道同时测量音频的输入和输出信号，在示波器上观察音频输入和输出信号的差别。

答：输入输出波形如图1所示，输出相对于输入有延迟，输出变化幅度较大，输入较平稳。

图1

H.264实验内容

实验一视频显示的参数调整

1. 实验要求：

记录不同参数值时图像的变化，并分析结果。

答：改变基本设置的亮度时，图像的明暗程度有改变；改变对比度时，图像的色差有改变；改变色饱和度时，每种颜色有改变；改变色调时，图像颜色有改变。

实验二数据流传输实验

将编解码的数据包发送至解码板的，解码板正确收到此包后，还原成视音频。

实验三 H.264编码图像和制式的设定实验

分别将编码图像更改为D1、HD1、CIF看一看图像效果。

实验四 H.264抓图和录像实验

了解抓图和录像的功能；了解抓图和录像功能在下面的实给中的作用。

实验五 H.264视频编码参数实验

（1）调节帧率，察看对图像的影响。

推荐帧率：PAL下25、20、15、10、5、1，图像随帧率的变小而变卡。

NTSC下30、20、15、10、5、1，图像随帧率的变小而变卡。

（2）调节编码速码率对看对图像的影响。

推荐码率：D1下(2048、1024、512、256、128)，图像随编码速码率的变小而变卡。

HD1下(1024、512、256、128、64) ，图像随编码速码率的变小而变卡。

CIF下(512、256、128、64、16)，图像随编码速码率的变小而变卡。

（3）设定为固定码率和可变码率对图像的影响。

答：设定为固定码率时图像不如设定为可变码率时流畅。