視頻壓縮和MPEG降噪技術
理論上，數字電視(DTV)的畫質比傳統模擬電視要好，不存在鬼影、雪花、震顫、色彩失真等問題。而且可以論證的是，模擬電視信號最大的缺陷就是畫面上斑點多，對高頻信號響應不夠，畫面不夠細膩，總之就是帶寬不夠。圖像越精細，分辨率越高，所需的帶寬也越大。
很久以前，美國官員將可用頻譜中的每6MHz帶寬分配給ABC的每個頻道，以提供模擬電視信號。這種對視頻帶寬的限制及其相應的顯示標準(NTSC色彩空間)決定了幾十年來傳統電視機的特性和電視圖像的質量。
隨著數字電視的出現，廣播公司看到了充分利用分配給他們的帶寬的機會。的確，從他們的角度來看，數字電視最突出的優勢是允許在相同的帶寬內傳輸更多的頻道，還可以支持後續的高清電視節目(HDTV)。
冗長的數據
高清電視對技術要求非常高。傳統的傳播模擬信號的NTSC信號，在6MHz的信道帶寬內，應使用4.2MHz的最小帶寬，以29.97Hz的場頻掃描525行，經過數字量化和編碼壓縮後，信號可以記錄在DVD上，其比特傳輸速率從2Mbits/s到10Mbits/s(自適應)，平均為4 mbits/s，相比之下，典型的HDTV的分辨率是模擬電視的5倍。
因此，在同等條件下，傳輸數據速率應該是模擬信號的5倍，才能達到同樣的性能。
無論是傳統的空中廣播(OTA)、有線電視公司的機頂盒還是衛星電視，在傳輸信號時都受到帶寬的限制。在有限的帶寬上，他們不得不附加占用帶寬的服務，包括互動廣播、付費頻道和電視節目單。
那麽，如何才能解決問題呢？使用壓縮技術是壹種方法。
數字視頻壓縮會導致失真。
目前，最常用的數字視頻壓縮算法是MPEG-2。從現有的衛星電視傳輸、有線數字電視傳輸到空中數字廣播，MPEG-2已經在國際上廣泛應用於各種應用中。
MPEG-2首先通過運動補償去除時間冗余，然後將壹幀圖像劃分為8×8的像素點陣，在每個點陣中使用DCT(離散余弦變換)去除空間冗余。DCT完成後，通過量化和再壓縮，然後變長編碼，最後霍夫曼編碼來完成。整個壓縮過程大大降低了比特率(>:10:1壓縮比)，然而比特率的降低也帶來了問題，因為編碼丟失了壹些原始的視頻信息，可能會造成嚴重的負面影響，所以MPEG-2稱為有損編碼。它丟棄視覺上被認為不太重要的圖像信息。壓縮率越大，編碼圖像和原始圖像之間的差異就越大。圖像質量和保真度現在取決於選定的(或通常應用的)壓縮級別。因為直接關系到可用帶寬，所以我們壹定要問自己，什麽時候才會沒有過度的視頻壓縮？
可見失真
數字信號傳輸中的帶寬限制和過度圖像壓縮使得壓縮圖像與模擬世界中看到的圖像完全不同。
通常模擬圖像退化(或噪聲)往往以高斯噪聲的形式出現，其優點是會保留基本內容，不易被人的視覺缺陷所察覺。我們經常會看到壹些有些模糊不清、讓人不舒服的模擬圖像，但這並不會讓人產生明顯的厭惡感。
數字噪聲遵循著不同的分布模式，更重要的是，其特殊的形式讓人在視覺上感到不自然。當MPEG-2編碼(或任何基於DCT模塊的編解碼)被使用到極限時，失真的方式主要有兩種:蚊式噪聲和塊效應。
蚊子噪音和吉布斯效應
蚊子噪音
蚊子噪聲在突出的物體、計算機模擬物體或清晰彩色背景上的滾動字符周圍最為明顯。看起來像是某種朦朧的東西或物體與背景之間高頻邊界周圍的閃光(前景物體與背景之間的銳跳)，有時甚至會被誤認為是環繞。不幸的是，這種微妙的影響也可以在更接近自然的形狀中看到，比如人體。
VIRIS項目組(視頻參考損傷系統)將蚊子噪音定義為“伴隨著運動物體邊緣的扭曲，表現為物體周圍有壹層類似飛行物體和/或模糊氣泡的物質(就像蚊子在人的頭和肩膀周圍飛行壹樣)”。
當重建圖像並且由於使用反余弦變換而丟棄壹些數據時，會出現蚊式噪聲。“蚊子”也可以在圖像的其他部分找到，例如，蚊子噪聲也可以出現在特定的紋理邊界或顆粒狀對象上。結果有點類似於隨機噪點，好像混了紋理或者粒子，看起來像是圖片的原始特征。
方塊效應
方塊效應，名副其實，在圖像中表現出令人討厭、不自然的方塊。有時會出現大塊，這是壹種圖像失真，是由塊編碼結構造成的。
當編碼最大化時，每個像素點陣將被粗略平均，使其看起來像壹個大像素。每個像素點陣的計算都不壹樣，導致點陣有明顯的邊界。
當物體或相機快速移動時，這種效果更明顯。最好的例子就是在NFL(美國國家橄欖球聯盟)轉播期間，帶球奔跑的球員看起來就像老任天堂遊戲機裏的Maglio兄弟。
預平滑
雖然預平滑不是圖像壓縮處理算法之壹，但它已被用於消除這種數字失真。
廣播公司和內容提供商已經越來越意識到其傳輸系統的缺陷，其中壹些已經采用了壹種頗有爭議的解決方案來解決現有的帶寬限制:預平滑。
通過在信號輸入通道之前消除圖像中的高頻部分，編碼器有更多的時間來處理其任務，生成的圖像受塊效應和蚊式噪聲的影響較小。另壹方面，這種
某種程度上，過度的過濾也會丟失原始圖像中所有細微的變化和紋理。
例如，壹個留了壹周胡子的足球運動員現在看起來像壹個幹凈的胡子(即使他是靜止的)，而體育場看起來像壹個大的綠色地毯。
可以證明，雖然有人認為預平滑也不錯，但它是壹種不可逆的算法。細節壹旦處理，人就無法重建了。
但是，方塊效應和蚊子噪音確實消失了。
MNR:鋁榴石
公司解決方案
從學術角度來看，人們對圖像壓縮和校正做了大量的研究，但到目前為止，面向最終用戶的實用解決方案並不多。
Algolith是最早提供實時解決蚊子噪音和區塊效應的公司之壹。Algolith的產品是MNR(MPEG降噪器-MPEG噪聲消除器)。
MNR實現了四種獨特的圖像處理技術:
1-每個像素的實時回歸降噪。
2-使用巧妙的分組技術來減少蚊子噪音
3-基於DCT壓縮，通過檢測、混合和逐漸減少網格來減少塊效應。
4-利用非線性濾波實現圖像音量調節。
MNR的精髓在於它的空間圖像分析模塊。每個像素被定義在不同的區域，例如邊緣、紋理、平面或相交區域。MNR也關註運動圖像的瞬時狀態。在考慮了所有這些因素後，MNR將從各種過濾器中選擇壹個來應用。
MNR獨特的適用性使其成為壹種先進的圖像處理系統。MNR可以在有問題的特殊區域運行，而不會影響畫面的其他部分。知道何時何地使用過濾器與何時何地不使用過濾器同樣重要。正是基於這種想法，MNR被設計出來。因此，MNR僅用於增強觀看體驗，並且特別適用於大屏幕顯示器和投影顯示器。
它的高度自適應特性還允許在不重建已建立的廣播基礎設施的情況下提高圖像質量。MNR的設計壹直考慮實時實現和硬件可行性，因此可以無縫植入終端用戶現有的家庭影院設備中。
蚊子噪音(左)由Algolith公司的MNR技術處理(右)。
塊效應(左)采用Algolith公司的BAR技術處理(右)。
顯示技術的發展
曾經，NTSC標準代表了顯示領域的標準。模擬電視多年來壹直保持同樣的分辨率，在提升視覺質量上沒有實質性的進步。目前由於政府主管部門沒有強制執行新的數字電視標準，無論好壞，普通電視的標準壹直在不斷提高。
分辨率標準的提高永無止境。隨著新興顯示技術(LCOS、DLP等)的快速發展。)，壹些新的顯示器現在可以超過信號的最大分辨率。更重要的是，新顯示器的對比度更高，達到了幾年前無法想象的大屏幕。
這些都對提高圖像質量提出了更高的要求，因為它們充當了那些幹擾和失真的放大鏡。
隨著顯示技術的不斷進步，原始圖像信號校正方案，如Algolith公司專有的MNR技術，將更具吸引力。
盡可能使用SD DVD，直到HD塵埃落定。
向數字世界的轉移不僅體現在廣播電視行業，在全數字DVD視頻(數字通用光盤)(如果不是全部的話)面前，老式的家庭錄像帶系統也將加速走向滅亡。然而，即使是這種技術在壓縮的要求下也是不安全的。
的確，增加新的內容、延長影片時間和多聲道音頻軌道會使已經包含大量內容的光盤播放不太清晰。因為添加了更多的內容，所以磁盤空間將會不足，並且必須提高壓縮率。於是，消費者開始抱怨效果不清晰，這就促使了“超級內容”DVD的出現，它專註於如何最大化光盤所能容納的電影內容。
來自DVD出版行業的這壹行動，不僅印證了壓縮可能存在的缺點，也表明了大眾對它的理解。因此，普通的DVD媒體可能受益於進壹步的視頻處理，例如Algolith公司的MNR解決方案。NHR允許現有壹代媒體繼續存在，直到我們等到藍光、HD DVD和HVD之戰的贏家。
未來前景
新格式戰爭的贏家專註於提供具有最高視覺質量的高清內容，這當然是現有DVD技術無法做到的。此外，除了現有的編碼和解碼技術之外，這些新格式還將包括下壹代編碼和解碼技術:
MPEG-2，壹種常見的高清方案。
VC-1，MPTE標準421M的非正式草案，基於微軟的Windows Media Player (WMV)技術。
MPEG-4/AVC a.k.a. H.264是最有前途的編解碼方案。
但這些涉及版權問題的不同標準，可能會導致類似DTV啟動時的混亂。最終的圖像質量會受到怎樣的影響還有待觀察。
編解碼器越好，用戶需求越高。
數字電視和高清電視壹開始似乎是畫質的“聖杯”，但現實是，我們的畫質要徹底轉型還為時過早。壓縮的需求本身帶來了壹些問題，而隨著更好的顯示技術的出現，這些問題對於普通電視觀眾來說會更加明顯。
整個行業都認識到視頻帶寬有限的嚴峻現實，作為下壹代解決方案的編解碼效率的提升顯示了提升圖像質量的潛力。然而，由於未來似乎被不斷增長的帶寬需求所主導(IPTV增加了交互性和內容定制)，人們可能會問，僅在壓縮技術方面的創新能否滿足消費者的期望？
隨著現實與需求的差距越來越大，開發更好的視頻處理算法將成為未來追求高清顯示的另壹個戰場。