数字电视编码技术

3.MPEG-4编码

MPEG-4标准是：视频编码经历了H.261、MPEG-1到MPEG-2的变迁。对广播来说已经是相当完备的系统标准，但对于通信和计算机应用仍是不足。于是MPEG-4的系统层在原有ES流复用层（FlexMux）的基础上扩展了传送复用层（TransMux），几乎包括了所有多媒体、存贮媒体和通信的接口，如（RTP）UDP IP，PES MPEG-2 TS，AAL ATM，H223 PSTN，DABMux等等。使得MPEG-4的系统应用极其广泛。在信源方面，不是简单地对连续的图像和声音进行压缩，而是对图像和声音进行详细的分解和描述，将计算机中“对象”（Objects）的概念引入MPEG-4，对音视频对象和背景及文字分别进行压缩，甚至采用参数控制综合合成的办法还原图像和声音，使效率大大提高。如播音员脸部动画的综合，文字到声音的语音合成等，使解码处理可扩展到对象的缩放，具有a通道的对象透明度调整等复杂场景。也即除自然图像外，增加了人工合成，创造和处理的痕迹。MPEG-4的类和级也有很大的变化，对视像内容来说，分为自然视频内容，自然和合成混合图像内容两部分。自然视频内容的类又分为五类：简单视像类，用于移动通信；简单可分级视像类，用于有质量分级的互联网的软件解码；核心视像类，对简单视像类补充任意形状和随时间缩放的对象的编码，用于互联网多媒体应用；主视像类，对核心视像类补充隔行、半透明和子图画对象编码，用于交互多媒体质量的广播和DVD的应用；N-比特视像类，对核心视像类对象的样本量化深度进行调节，可有4到12比特量化的核心视像类，用于监视等应用。对于合成的自然图像混合视像内容又有四类：简单面部动画视像类、可分级纹理视像类、基本动画2D纹理视像类和混合视像类。图形类共有两类：2D图形类和完全的图形类。场景描述类共有五类：简单场景类、2D场景类、虚拟现实模块语言（VRML）场景类、音频场景类和完全场景类。音频的类型有：话音类、低码率合成音频类、可分级音频类和主音频类。级是对比特率、取样率、图像分辨率及复杂性进行分级。不可能有没有级的类，但有的类只有一级。 MPEG-4目前有了版本1、版本2，将包括以对象为基础的空间可分级性。MPEG-4版本2应用的例子是HomeNet Processing Laboratory 和逐行扫描清晰度电视编码器，使用MPEG-4空间可分级对1080行 60帧逐行扫描高清晰度电视进行编码，MPEG-4空间可分级的性能通常优于MPEG-2/4单层编码，而且所需的帧存也要少12.5%，而且1080P很容易下变换到1080I和720P，该实验将高质量1080P/60的传输码率降至18Mb/s。  

4.MPEG-7编码

MPEG-7标准是：MPEG-7不是一个信源编码标准，而是有关内容和对象的描述标准，以便对内容进行更好的管理和再利用，这就要求对内容做出准确的描述，这就是元数据（ Meta Data）。所谓元数据就是描述数据特性的数据，因为在传输系统和处理系统看来，无论是视频、音频和数据都是数据，必须加以描述。如SMPTE/EBU比特流节目素材交换协调标准是用来描述音视频素材的，用于节目交换的内容描述标准。MPEG-4中用于对象内容识别的描述（OCI：Object Content Identifiers），用于音视频数据库用来描述各素材的数据等应用。MPEG-7用来描述内容的标准，可分为正式元素和非正式元素两部分。其正式的基本元素有：描述子（Descriptors）、描述方案（Description Schemes）、描述定义语言（Description）和编码的描述（Coded Description）。非正式的基本元素有：描述子值(Descriptor Value)、特性(Features)、描述(Description)和编码的描述(Coded Description)。目前的应用主要有节目制作管理和节目资源的管理，数据库中相关素材直到相关音视频对象的检索，业务端到终端交互业务，版权识别，自生成数据库等方面。元数据的制作和应用将推进节目制作工具的建设。 离内容稍微远一点是应用编程接口（API：Application Programming Interface）。API是应用程序是设备底层之间的接口，如一个机顶盒有CPU、输入输出器件、存储器、图形引擎、MPEG解码等。这些底层的器件要通过传送协议、虚拟机、浏览器等应用软件进行控制，而应用软件则实现人机对话。机顶盒功能的实现及其应用范围都直接与API有关，因此各国和各标准组织都非常重视。这方面最早的努力是MHEG（多媒体与超媒体信息编码专家组），它是一种解释语言，提供能用于机顶盒的对象的类，使其可以显示经常使用的形状和文字，提供交互或定时，或由一个场景连接到另一场景，或有一个场景的某一部分来启动某个应用等。

了解和掌握数字电视的编码技术，是每一个电视工作人员必须熟悉的知识，特别是工程技术人员更应该掌握电视技术的发展，用于更新观念、熟悉设备、指导日常工作。