数字电视信源编码的主要技术与标准浅析

rogressive JPEG并没有受到广泛的支援。

JPEG是一种不含帧间压缩的帧内压缩编码方法，其主要编码过程与H.261的帧内编码过程大致相同。输入信号经DCT变换后，按固定的亮度与色度量化矩阵进行非线性量化。对量化后的DCT直流系数进行差分编码，交流系数进行行游程编码，再按霍夫曼码表进行变长编码后，送缓存器输出。

JPEG不含帧间压缩，压缩比较帧内/帧间压缩低。但因为不含帧间压缩，使得各帧在压缩编码后是各自独立的，这一点对于编辑来说是有利的，可以做到精确到逐帧的编辑。所以对于活动画面只进行帧内压缩的Motion-JPEG，目前仍然在一些数字电视编录设备，如非线性编辑系统中得到应用。

3 MPEG

MPEG-1是MPEG组织制定的第一个视频和音频有损压缩标准。视频压缩算法于1990年定义完成。1992年底，MPEG-1正式被批准成为国际标准。MPEG-1是为CD光碟介质定制的的视频和音频压缩格式。一张70分钟的CD光碟传输速率大约在1.4Mbps。而MPEG-1采用了块方式的运动补偿、离散馀弦变换（DCT）、量化等技术，并为1.2Mbps传输速率进行了优化。MPEG-1随后被Video CD采用作为核心技术。

MPEG－1主要是针对运动图像和声音在数字存储时的压缩编码，典型应用如VCD等家用数字音像产品，其编码最高码率为1.5Mbps。MPEG－2则针对数字电视的视音频压缩编码，对数字电视各种等级的压缩编码方案及图像编码中划分的层次作了详细的规定，其编码码率可从3Mbps到100Mbps。

MPEG的基本编码过程与H.261相似，即通过DCT进行帧间压缩。除了在编码语法上加进了一些特别规定外，与H.261的一个重要不同是MPEG在预测编码中加进了一个双向预测帧B帧，如图3所示。

图中，I帧只进行帧内压缩，是作为预测基准的独立帧，具有较小的压缩比。由I帧前向预测产生的P帧具有中等压缩比，并与I帧一起成为B帧的预测基准。由此产生的B帧则具有最高的压缩比。I帧出现的频率及I，B，P帧之间如何组合，MPEG未作具体规定，可由编码器自行选择。如索尼的数字Betacom录像机，在压缩编码过程中抽掉了B帧，只有I帧与P帧的组合。

在上述各种图像压缩编码标准中，MPEG－2是专门针对数字电视的。MPEG－2的压缩编码及其标准码流的形成构成了数字电视信源编码的核心。

四、MPEG－2标准码流的形成

符合MPEG－2格式的码流成为数字电视信源编码的标准输出码流。数字电视信道编码，DVB及MPEG－2解码器等均认同和适应此标准。为了形成统一标准的MPEG－2输出码流，MPEG－2对其压缩编码的适用范围和编码语法。

1.MPEG－2的类和级

在对数字电视信号进行压缩编码时，MPEG－2可采用多种编码工具并实现不同层次的清晰度。

图像清晰度由LOW到HIGH逐级提高，使用的编码工具从SIMPLE到HIGH依次递增。20个可能的组合中有11个已获通过，称为MPEG－2 适用点，其中主类主级MP@ML适用于标准数字电视，主类高级MP@HL则用于高清晰度电视。

2.MPEG－2的层

MPEG－2根据图像块和图像帧的不同组合划分为六层。MPEG－2的层直接决定了编码码流的形成和结构。MPEG－2的层从下至上依次为：

象块层：由8x8个象素点构成的DCT变换基本单元；

宏块层：在4：2：2取样中，一个宏块由4个亮度象块，2个Cr象块和2个Cb 象块构成。另外还有4：2：0取样和4：4：4取样的两种宏块；

像条层：一连串宏块可构成一个像条；

图像层：一系列像条可以构成一幅图像，图像分为I，B，P三类；

图像组层：由相互间相关的一组I，B，P帧组成，I帧为第一帧；

视频序列层：一系列图像组构成了一个视频序列；

从象块开始从下至上依次编码，并在除象块和宏块外的每一层的开始处加上起始码和头标志，就形成了MPEG－2基本码流。

3.MPEG－2基本码流的打包与复用

分别从MPEG－2编码器中输出的视频，音频和数据基本码流无法直接送信道传输，需要经过打包和复用，形成适合传输的单一的MPEG－2传输码流。

MPEG-2所能提供的传输率在3-10Mbits/sec间，其在NTSC制式下的分辨率可达720X486，MPEG-2也可提供并能够提供广播级的视像和CD级的音质。MPEG-2的音频编码可提供左右中及两个环绕声道，以及一个加重低音声道，和多达7个伴音声道（DVD可有8种语言配音的原因）。由于MPEG-2在设计时的巧妙处理，使得大多数MPEG-2解码器也可播放MPEG-1格式的数据

视频，音频及数据基本码流ES先被打成一系列不等长的PES小包，称为打包的基本码流。每个PES小包带有一个包头，内含小包的种类，长度及其他相关信息。视频，音频及数据的PES小包，按照共同的时间基准，多路节目码流经传输复用后形成由定长传输小包组成的单一的传输码流，成为MPEG－2信源编码的最终