數(shù)字電視編碼技術(shù)

1、數(shù)字電視編碼技術(shù)隨著廣播電視技術(shù)的進(jìn)展和廣播 電視設(shè)備的更新，電視領(lǐng)域發(fā)生了一系列巨大的變幻，會議電視、vcd、dvd、以及高清楚度電視(hdtv)等新技術(shù)和新系統(tǒng)正快速走進(jìn)我們的生活。 與傳統(tǒng)的模擬電視相比，這些新系統(tǒng)的突出特點是采納了全數(shù)字的圖像/聲音處理技術(shù)。針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域，一系列相應(yīng)的數(shù)字視頻音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)也快速地被制定并不斷得到完美，其中包括： 應(yīng)用于會議電視及可視電話的h.261，用于靜止圖像壓縮的jpeg，用于vcd的mpeg-1、用于廣播電視、dvd以及hdtv的mpeg-2、用于網(wǎng)絡(luò)電視的mpeg-4等。與此同時，數(shù)字演播室標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)字電視的質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)也制定出來。一 數(shù)字電

2、視數(shù)字電視可從節(jié)目內(nèi)容、技術(shù)角度和用戶角度來說明。從用戶收視角度說明，用戶采納ird或數(shù)字電視接收機（dvb接口）收看的節(jié)目，方為真正意義上的數(shù)字電視節(jié)目；按節(jié)目內(nèi)容來源劃分，數(shù)字電視節(jié)目可以是電視節(jié)目，也可以是電影；從技術(shù)角度說明，數(shù)字電視節(jié)目可以是以數(shù)字方式拍攝、制作、存儲、播出和傳輸?shù)碾娪昂碗娨暎部梢允且郧皫齑娴馁Y料片經(jīng)數(shù)字化處理所制成的電影和電視。二 數(shù)字電視傳輸方式數(shù)字電視節(jié)目可以在不同的傳揚介質(zhì)中，采納不同的技術(shù)傳輸?shù)接脩艚邮斩?。?shù)字電視的傳輸手段主要有衛(wèi)星、地面放射、hfc網(wǎng)絡(luò)、sdh等，其中sdh主要用于數(shù)字電視節(jié)目的長距離傳輸。 因為我國的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)是在移植歐洲數(shù)字視頻廣

3、播標(biāo)準(zhǔn)（dvb，由iso/ice 13818描述）的基礎(chǔ)上制定的，目前，正在推廣用法的有dvb-c,dvb-t,dvb-s三種。dvb-s（qpsk調(diào)制）為數(shù)字電視衛(wèi)星廣播采納；dvb-t（ofdm調(diào)制）為地面無線放射的數(shù)字電視廣播采納；dvb-c（qam調(diào)制）為地面hfc網(wǎng)絡(luò)數(shù)字電視廣播采納。我國已完成了廣播電視衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)字化改造，已經(jīng)形成了以dvb-s技術(shù)構(gòu)架的數(shù)字電視衛(wèi)星廣播網(wǎng)，dvb-t的試驗播出正在預(yù)備之中，而作為數(shù)字電視廣播在國內(nèi)的主要籠罩手段的dvb-c，已在開頭在hfc網(wǎng)絡(luò)中大力推廣。三 數(shù)字電視編碼技術(shù)目前mpeg已頒布了四個活動圖像及聲音編碼的正式國際標(biāo)準(zhǔn)，分離稱為mpe

4、g-1，mpeg-2，mpeg-4和mpeg-7。1.mpeg-1編碼mpeg-1標(biāo)準(zhǔn)是：在數(shù)字存儲介質(zhì)中實現(xiàn)對活動圖像和聲音的壓縮編碼，編碼碼率最高為1.5mb/s，標(biāo)準(zhǔn)的正式規(guī)范在iso/iec11172中。mpeg-1所支持的輸入圖像格式是sif格式。sif有525/625兩種格式：352×240×30和352×288×25。mpeg-1是一個開放的，統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在商業(yè)上獲得了巨大的勝利。盡管其圖像質(zhì)量僅相當(dāng)于vhs視頻的質(zhì)量，還不能滿足廣播級的要求，但已廣泛應(yīng)用于vcd等家庭視像產(chǎn)品中。2.mpeg-2編碼mpeg-2標(biāo)準(zhǔn)是：針對標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視和高

5、清楚度電視在各種應(yīng)用下的壓縮計劃和系統(tǒng)層的具體規(guī)定，編碼碼率3mb/s100mb/s，標(biāo)準(zhǔn)的正式規(guī)范在iso/iec13818中。mpeg-2不是mpeg-1的容易升級，mpeg-2在系統(tǒng)和傳送方面作了越發(fā)具體的規(guī)定和進(jìn)一步的完美。mpeg-2特殊適用于廣播級的數(shù)字電視的編碼和傳送，被認(rèn)定為sdtv和hdtv的編碼標(biāo)準(zhǔn)。mpeg-2還特地規(guī)定了多路節(jié)目的復(fù)分接方式。此外，mpeg-2還兼顧了與atm信元的適配問題。mpeg-2視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)是一個分等級的系列，按編碼圖像的辨別率分成四個“級(levels)”；按所用法的編碼工具的集合分成五個“類(profiles)”?！凹墶迸c“類”的若干組合構(gòu)成

6、mpeg-2視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)在某種特定應(yīng)用下的子集：對某一輸入格式的圖像，采納特定集合的壓縮編碼工具，產(chǎn)生規(guī)定速率范圍內(nèi)的編碼流。我們知道，當(dāng)前模擬電視存在著pal,ntsc和secam三大制式并存的問題，因此，數(shù)字電視的輸入格式標(biāo)準(zhǔn)試圖將這三種制式統(tǒng)一起來，形成一種統(tǒng)一的數(shù)字演播室標(biāo)準(zhǔn)，這個標(biāo)準(zhǔn)就是ccir601，現(xiàn)稱itu-rrec.bt601標(biāo)準(zhǔn)。mpeg-2中的四個輸入圖像格式“級”都是基于這個標(biāo)準(zhǔn)的。低級(low level)的輸入格式的像素是itu-rrec.bt601格式的1/4，即352×240×30(代表圖像幀頻為每秒30幀，每幀圖像的有效掃描行數(shù)為240行，

7、每行的有效像素為352個)，或352×288×25。低級之上的主級(main level)的輸入圖像格式徹低符合itu-rrec.bt601格式，即720×480×30或720×576×25。主級之上為hdtv范圍，基本上為itu-rrec.bt601格式的4倍，其中1440高級(high-1440level)的圖像寬高比為 43，格式為1440×1080×30，高級(high level)的圖像寬高比為169，格式為1920×1080×30。在mpeg-2的五個“類”中，較高的“類”意味著采納

8、較多的編碼工具集，對編碼圖像舉行更精細(xì)的處理，在相同比特率下將得到較好的圖像質(zhì)量，固然實現(xiàn)的代價也較大。較高類編碼除用法較低類的編碼工具外，還用法了一些較低類沒有用法的附加工具。因此，較高類的除能解碼用本類辦法編碼的圖像外，也能解碼用較低類辦法編碼的圖像，即mpeg-2的“類”之間具有后向兼容性。容易類(simple profile)用法最少的編碼工具。主類(main profile)除用法全部容易類的編碼工具外，還加入了一種雙向預(yù)測的辦法。信噪比可分級類(snr scalable profile)和空間可分級類(spatially scalable profile)提供了一種多級廣播的方式，

9、將圖像的編碼信息分為基本信息層和一個或多個次要信息層?；拘畔影瑢D像解碼至關(guān)重要的信息，解碼器按照基本信息即可舉行解碼，但圖像的質(zhì)量較差。次要信息層中包含圖像的詳情。廣播時對基本信息層加以較強的庇護(hù)，使其具有較強的抗干擾能力。這樣，在距離較近，接收條件較好的狀況下，可以同時收到基本信息和次要信息，復(fù)原出高質(zhì)量的圖像；而在距離較遠(yuǎn)，接收條件較差的條件下，仍能收到基本信息，復(fù)原出圖像，不至造成解碼中斷。高級類(high profile)事實上應(yīng)用于比特率更高，要求更高的圖像質(zhì)量時，此外，前四個類在處理y，u，v時是逐行挨次處理色差信號的，高級類中還提供同時處理色差信號的可能性。目前的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字

10、電視采納的是mpml主類和主級，而hdtv采納的是mphl主類和高級。3.mpeg-4編碼mpeg-4標(biāo)準(zhǔn)是：視頻編碼經(jīng)受了h.261、mpeg-1到mpeg-2的變遷。對廣播來說已經(jīng)是相當(dāng)完備的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，但對于通信和計算機應(yīng)用仍是不足。于是mpeg-4的系統(tǒng)層在原有es流復(fù)用層（flexmux）的基礎(chǔ)上擴展了傳送復(fù)用層（transmux），幾乎包括了全部多媒體、存貯媒體和通信的接口，如（rtp）udp ip，pes mpeg-2 ts，aal atm，h223 pstn，dabmux等等。使得mpeg-4的系統(tǒng)應(yīng)用極其廣泛。在信源方面，不是容易地對延續(xù)的圖像和聲音舉行壓縮，而是對圖像和聲音舉

11、行具體的分解和描述，將計算機中“對象”（objects）的概念引入mpeg-4，對音視頻對象和背景及文字分離舉行壓縮，甚至采納參數(shù)控制綜合合成的方法還原圖像和聲音，使效率大大提高。如播音員臉部動畫的綜合，文字到聲音的語音合成等，使解碼處理可擴展到對象的縮放，具有a通道的對象透亮度調(diào)節(jié)等復(fù)雜場景。也即除自然圖像外，增強了人工合成，制造和處理的痕跡。mpeg-4的類和級也有很大的變幻，對視像內(nèi)容來說，分為自然視頻內(nèi)容，自然和合成混合圖像內(nèi)容兩部分。自然視頻內(nèi)容的類又分為五類：容易視像類，用于移動通信；容易可分級視像類，用于有質(zhì)量分級的互聯(lián)網(wǎng)的軟件解碼；核心視像類，對容易視像類補充隨意外形和隨時光縮

12、放的對象的編碼，用于互聯(lián)網(wǎng)多媒體應(yīng)用；主視像類，對核心視像類補充隔行、半透亮和子圖畫對象編碼，用于交互多媒體質(zhì)量的廣播和dvd的應(yīng)用；n-比特視像類，對核心視像類對象的樣本量化深度舉行調(diào)整，可有4到12比特量化的核心視像類，用于監(jiān)視等應(yīng)用。對于合成的自然圖像混合視像內(nèi)容又有四類：容易面部動畫視像類、可分級紋理視像類、基本動畫2d紋理視像類和混合視像類。圖形類共有兩類：2d圖形類和徹低的圖形類。場景描述類共有五類：容易場景類、2d場景類、虛擬現(xiàn)實模塊語言（vrml）場景類、音頻場景類和徹低場景類。音頻的類型有：話音類、低碼率合成音頻類、可分級音頻類和主音頻類。級是對照特率、取樣率、圖像辨別率及復(fù)

13、雜性舉行分級。不行能有沒有級的類，但有的類惟獨一級。 mpeg-4目前有了版本1、版本2，將包括以對象為基礎(chǔ)的空間可分級性。mpeg-4版本2應(yīng)用的例子是homenet processing laboratory 和逐行掃描清楚度電視，用法mpeg-4空間可分級對1080行 60幀逐行掃描高清楚度電視舉行編碼，mpeg-4空間可分級的性能通常優(yōu)于mpeg-2/4單層編碼，而且所需的幀存也要少12.5%，而且1080p很簡單下變換到1080i和720p，該試驗將高質(zhì)量1080p/60的傳輸碼率降至18mb/s。4.mpeg-7編碼mpeg-7標(biāo)準(zhǔn)是：mpeg-7不是一個信源編碼標(biāo)準(zhǔn)，而是有關(guān)內(nèi)容

14、和對象的描述標(biāo)準(zhǔn)，以便對內(nèi)容舉行更好的管理和再利用，這就要求對內(nèi)容做出精確的描述，這就是元數(shù)據(jù)（ meta data）。所謂元數(shù)據(jù)就是描述數(shù)據(jù)特性的數(shù)據(jù)，由于在傳輸系統(tǒng)和處理系統(tǒng)看來，無論是視頻、音頻和數(shù)據(jù)都是數(shù)據(jù)，必需加以描述。如smpte/ebu比特流節(jié)目素材交換協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)是用來描述音視頻素材的，用于節(jié)目交換的內(nèi)容描述標(biāo)準(zhǔn)。mpeg-4中用于對象內(nèi)容識別的描述（oci：object content identifiers），用于音視頻數(shù)據(jù)庫用來描述各素材的數(shù)據(jù)等應(yīng)用。mpeg-7用來描述內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)，可分為正式元素和非正式元素兩部分。其官方的基本元素有：描述子（descriptors）、描述計

15、劃（description schemes）、描述定義語言（description）和編碼的描述（coded description）。非官方的基本元素有：描述子值(descriptor value)、特性(features)、描述(description)和編碼的描述(coded description)。目前的應(yīng)用主要有節(jié)目制作管理和節(jié)目資源的管理，數(shù)據(jù)庫中相關(guān)素材直到相關(guān)音視頻對象的檢索，業(yè)務(wù)端到終端交互業(yè)務(wù)，版權(quán)識別，自生成數(shù)據(jù)庫等方面。元數(shù)據(jù)的制作和應(yīng)用將推動節(jié)目制作工具的建設(shè)。 離內(nèi)容略微遠(yuǎn)一點是應(yīng)用編程接口（api：application programming interface）。api是應(yīng)用程序是設(shè)備底層之間的接口，如一個有cpu、輸入輸出器件、存儲器、圖形引擎、mpeg解碼等。這些底層的器件要通過傳送協(xié)議、虛擬機、掃瞄器等應(yīng)用軟件舉行控制，而應(yīng)用軟件則實現(xiàn)人