视频压缩编码技术：H.264标准与PCM流程解析

"视频信号亚取样的频谱混叠-计算流体力学及其并行算法" 在数字信号处理中，视频信号亚取样是关键步骤之一，可能导致频谱混叠现象。频谱混叠是由于取样频率低于信号最高频率的两倍（即奈奎斯特定理的要求）所引起的，它会导致高频成分错位到低频区域，从而产生信号失真。图2.4展示了这一过程，说明了如果不恰当的取样会如何破坏原始信号的频谱结构。 量化是取样之后的步骤，它将连续的幅值信号转化为离散的数值。这一过程通过四舍五入的方式进行，将无限数量的可能幅值减少到有限的几个离散级别。图2.5展示了量化过程，包括输入信号、量化器的阶梯型特性以及量化输出信号。由于四舍五入，量化输出不完全匹配原始模拟信号，产生了一种称为量化噪声的失真。 量化级数M与模拟信号的最大动态范围A和量化节距Q之间的关系由公式2.6给出：M=A/Q。均匀量化是指量化节距Q保持恒定。量化级数M越大，量化噪声就越小，数字信号更接近模拟信号。 PCM（Pulse Code Modulation）编码是将量化后的信号用二进制码表示的过程。每个取样信号通常用8位二进制表示，可以有2^8=256个不同的量化值。根据公式2.7，使用n位二进制码时，量化级别M为2^n，表明n增大可以提升信号质量。 A/D转换器执行取样、量化和编码，而D/A转换器则负责数字信号的解码、反量化和恢复为模拟信号，这两个过程是数字信号处理的互补操作，如图2.5所示。 H.264/AVC是新一代的视频压缩编码标准，由毕厚杰主编的书籍中详细阐述。相较于之前的标准，如H.263和MPEG-4，H.264能在相同质量下显著降低码率，或者在相同码率下提供更高的信噪比，因此受到广泛关注。这本书不仅涵盖了H.264标准，还介绍了数字视频基础知识、其他视频编码标准，以及H.264的编解码原理和实现，适合通信和广播电视专业的本科教学，以及研究生和专业人士深入研究。