數(shù)字電視與數(shù)字電視編碼技術(shù)的發(fā)展簡介

隨著廣播電視技術(shù)的發(fā)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化，會議電視、VCD、DVD、數(shù)字電視以及高清晰度電視(HDTV)等新技術(shù)和新系統(tǒng)正迅速走進(jìn)我們的生活。與傳統(tǒng)的模擬電視相比，這些新系統(tǒng)的突出特點是采用了全數(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)也迅速地被制定并不斷得到完善，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。

數(shù)字電視

數(shù)字電視可從節(jié)目內(nèi)容、技術(shù)角度和用戶角度來解釋。從用戶收視角度解釋，用戶采用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)角度解釋，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?，也可以是以前庫存的資料片經(jīng)數(shù)字化處理所制成的電影和電視。

數(shù)字電視傳輸方式

數(shù)字電視節(jié)目可以在不同的傳播介質(zhì)中，采用不同的技術(shù)傳輸?shù)接脩艚邮斩恕?shù)字電視的傳輸手段主要有衛(wèi)星、地面發(fā)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。

由于我國的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)是在移植歐洲數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)(DVB，由ISO/ICE 13818描述)的基礎(chǔ)上制定的，目前，正在推廣使用的有DVB-C,DVB-T,DVB-S三種。DVB-S(QPSK調(diào)制)為數(shù)字電視衛(wèi)星廣播采用;DVB-T(OFDM調(diào)制)為地面無線發(fā)射的數(shù)字電視廣播采用;DVB-C(QAM調(diào)制)為地面HFC網(wǎng)絡(luò)數(shù)字電視廣播采用。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的實驗播出正在準(zhǔn)備之中，而作為數(shù)字電視廣播在國內(nèi)的主要覆蓋手段的DVB-C，已在開始在HFC網(wǎng)絡(luò)中大力推廣。

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)，分別稱為MPEG-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)上獲得了巨大的成功。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)字電視和高清晰度電視在各種應(yīng)用下的壓縮方案和系統(tǒng)層的詳細(xì)規(guī)定，編碼碼率3Mb/s～100Mb/s，標(biāo)準(zhǔn)的正式規(guī)范在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG-1的簡單升級，MPEG-2在系統(tǒng)和傳送方面作了更加詳細(xì)的規(guī)定和進(jìn)一步的完善。MPEG-2特別適用于廣播級的數(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還專門規(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，按編碼圖像的分辨率分成四個“級(Levels)”;按所使用的編碼工具的集合分成五個“類(Profiles)”。“級”與“類”的若干組合構(gòu)成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，采用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，每行的有效像素為352個)，或352×288×25。低級之上的主級(Main Level)的輸入圖像格式完全符合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4∶3，格式為1440×1080×30，高級(High Level)的圖像寬高比為16∶9，格式為1920×1080×30。

在MPEG-2的五個“類”中，較高的“類”意味著采用較多的編碼工具集，對編碼圖像進(jìn)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，當(dāng)然實現(xiàn)的代價也較大。較高類編碼除使用較低類的編碼工具外，還使用了一些較低類沒有使用的附加工具。因此，較高類的解碼器除能解碼用本類方法編碼的圖像外，也能解碼用較低類方法編碼的圖像，即MPEG-2的“類”之間具有后向兼容性。簡單類(Simple Profile)使用最少的編碼工具。主類(Main Profile)除使用所有簡單類的編碼工具外，還加入了一種雙向預(yù)測的方法。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，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，解碼器根據(jù)基本信息即可進(jìn)行解碼，但圖像的質(zhì)量較差。次要信息層中包含圖像的細(xì)節(jié)。廣播時對基本信息層加以較強的保護，使其具有較強的抗干擾能力。這樣，在距離較近，接收條件較好的情況下，可以同時收到基本信息和次要信息，恢復(fù)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，恢復(fù)出圖像，不至造成解碼中斷。高級類(High Profile)實際上應(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時是逐行順序處理色差信號的，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)字電視采用的是MP@ML主類和主級，而HDTV采用的是MP@HL主類和高級。

3.MPEG-4編碼