数字电视编码技术

随着广播电视技术的发展和广播 电视设备的更新，电视领域发生了一系列巨大的变化，会议电视、VCD、DVD、数字电视以及高清晰度电视(HDTV)等新技术和新系统正迅速走进我们的生活。 与传统的模拟电视相比，这些新系统的突出特点是采用了全数字的图像/声音处理技术。针对不同的应用领域，一系列相应的数字视频音频编码标准也迅速地被制定并不断得到完善，其中包括： 应用于会议电视及可视电话的H.261，用于静止图像压缩的JPEG，用于VCD的MPEG-1、用于广播电视、DVD以及HDTV的MPEG-2、用于网络电视的MPEG-4等。与此同时，数字演播室标准及数字电视的质量评价标准也制定出来。

一 数字电视

数字电视可从节目内容、技术角度和用户角度来解释。从用户收视角度解释，用户采用IRD或数字电视接收机（DVB接口）收看的节目，方为真正意义上的数字电视节目；按节目内容来源划分，数字电视节目可以是电视节目，也可以是电影；从技术角度解释，数字电视节目可以是以数字方式拍摄、制作、存储、播出和传输的电影和电视，也可以是以前库存的资料片经数字化处理所制成的电影和电视。

二 数字电视传输方式   

数字电视节目可以在不同的传播介质中，采用不同的技术传输到用户接收端。数字电视的传输手段主要有卫星、地面发射、HFC网络、SDH等，其中SDH主要用于数字电视节目的长距离传输。 由于我国的数字电视标准是在移植欧洲数字视频广播标准（DVB，由ISO/ICE 13818描述）的基础上制定的，目前，正在推广使用的有DVB-C,DVB-T,DVB-S三种。DVB-S（QPSK调制）为数字电视卫星广播采用；DVB-T（OFDM调制）为地面无线发射的数字电视广播采用；DVB-C（QAM调制）为地面HFC网络数字电视广播采用。我国已完成了广播电视卫星传输的数字化改造，已经形成了以DVB-S技术构架的数字电视卫星广播网，DVB-T的实验播出正在准备之中，而作为数字电视广播在国内的主要覆盖手段的DVB-C，已在开始在HFC网络中大力推广。

三 数字电视编码技术

目前MPEG已颁布了四个活动图像及声音编码的正式国际标准，分别称为MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4和MPEG-7。

1.MPEG-1编码

MPEG-1标准是：在数字存储介质中实现对活动图像和声音的压缩编码，编码码率最高为1.5Mb/s，标准的正式规范在ISO/IEC11172中。MPEG-1所支持的输入图像格式是SIF格式。SIF有525/625两种格式：352×240×30和352×288×25。MPEG-1是一个开放的，统一的标准，在商业上获得了巨大的成功。尽管其图像质量仅相当于VHS视频的质量，还不能满足广播级的要求，但已广泛应用于VCD等家庭视像产品中。

2.MPEG-2编码

MPEG-2标准是：针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定，编码码率3Mb/s～100Mb/s，标准的正式规范在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG-1的简单升级，MPEG-2在系统和传送方面作了更加详细的规定和进一步的完善。MPEG-2特别适用于广播级的数字电视的编码和传送，被认定为SDTV和HDTV的编码标准。MPEG-2还专门规定了多路节目的复分接方式。此外，MPEG-2还兼顾了与ATM信元的适配问题。

MPEG-2视频编码标准是一个分等级的系列，按编码图像的分辨率分成四个“级(Levels)”；按所使用的编码工具的集合分成五个“类(Profiles)”。“级”与“类”的若干组合构成MPEG-2视频编码标准在某种特定应用下的子集：对某一输入格式的图像，采用特定集合的压缩编码工具，产生规定速率范围内的编码流。

我们知道，当前模拟电视存在着PAL,NTSC和SECAM三大制式并存的问题，因此，数字电视的输入格式标准试图将这三种制式统一起来，形成一种统一的数字演播室标准，这个标准就是CCIR601，现称ITU-RRec.BT601标准。MPEG-2中的四个输入图像格式“级”都是基于这个标准的。低级(Low Level)的输入格式的像素是ITU-RRec.BT601格式的1/4，即352×240×30(代表图像帧频为每秒30帧，每帧图像的有效扫描行数为240行，每行的有效像素为352个)，或352×288×25。低级之上的主级(Main Level)的输入图像格式完全符合ITU-RRec.BT601格式，即720×480×30或720×576×25。主级之上为HDTV范围，基本上为ITU-RRec.BT601格式的4倍，其中1440高级(High-1440Level)的图像宽高比为 4∶3，格式为1440×1080×30，高级(High Level)的图像宽高比为16∶9，格式为1920×1080×30。  

在MPEG-2的五个“类”中，较高的“类”意味着采用较多的编码工具集，对编码图像进行更精细的处理，在相同比特率下将得到较好的图像质量，当然实现的代价也较大。较高类编码除使用较低类的编码工具外，还使用了一些较低类没有使用的附加工具。因此，较高类的解码器除能解码用本类方法编码的图像外，也能解码用较低类方法编码的图像，即MPEG-2的“类”之间具有后向兼容性。简单类(Simple Profile)使用最少的编码工具。主类(Main Profile)除使用所有简单类的编码工具外，还加入了一种双向预测的方法。信噪比可分级类(SNR Scalable Profile)和空间可分级类(Spatially Scalable Profile)提供了一种多级广播的方式，将图像的编码信息分为基本信息层和一个或多个次要信息层。基本信息层包含对图像解码至关重要的信息，解码器根据基本信息即可进行解码，但图像的质量较差。次要信息层中包含图像的细节。广播时对基本信息层加以较强的保护，使其具有较强的抗干扰能力。这样，在距离较近，接收条件较好的情况下，可以同时收到基本信息和次要信息，恢复出高质量的图像；而在距离较远，接收条件较差的条件下，仍能收到基本信息，恢复出图像，不至造成解码中断。高级类(High Profile)实际上应用于比特率更高，要求更高的图像质量时，此外，前四个类在处理Y，U，V时是逐行顺序处理色差信号的，高级类中还提供同时处理色差信号的可能性。

目前的标准数字电视采用的是MP@ML主类和主级，而HDTV采用的是MP@HL主类和高级。