數字電視與數字電視編碼技術的發展簡介

隨著廣播電視技術的發展和廣播電視設備的更新，電視領域發生了一系列巨大的變化，會議電視、VCD、DVD、數字電視以及高清晰度電視(HDTV)等新技術和新系統正迅速走進我們的生活。與傳統的模擬電視相比，這些新系統的突出特點是采用了全數字的圖像/聲音處理技術。針對不同的應用領域，一系列相應的數字視頻音頻編碼標準也迅速地被制定并不斷得到完善，其中包括：應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、用于網絡電視的MPEG-4等。與此同時，數字演播室標準及數字電視的質量評價標準也制定出來。

數字電視

數字電視可從節目內容、技術角度和用戶角度來解釋。從用戶收視角度解釋，用戶采用IRD或數字電視接收機(DVB接口)收看的節目，方為真正意義上的數字電視節目;按節目內容來源劃分，數字電視節目可以是電視節目，也可以是電影;從技術角度解釋，數字電視節目可以是以數字方式拍攝、制作、存儲、播出和傳輸的電影和電視，也可以是以前庫存的資料片經數字化處理所制成的電影和電視。

數字電視傳輸方式

數字電視節目可以在不同的傳播介質中，采用不同的技術傳輸到用戶接收端。數字電視的傳輸手段主要有衛星、地面發射、HFC網絡、SDH等，其中SDH主要用于數字電視節目的長距離傳輸。

由于我國的數字電視標準是在移植歐洲數字視頻廣播標準(DVB，由ISO/ICE 13818描述)的基礎上制定的，目前，正在推廣使用的有DVB-C,DVB-T,DVB-S三種。DVB-S(QPSK調制)為數字電視衛星廣播采用;DVB-T(OFDM調制)為地面無線發射的數字電視廣播采用;DVB-C(QAM調制)為地面HFC網絡數字電視廣播采用。我國已完成了廣播電視衛星傳輸的數字化改造，已經形成了以DVB-S技術構架的數字電視衛星廣播網，DVB-T的實驗播出正在準備之中，而作為數字電視廣播在國內的主要覆蓋手段的DVB-C，已在開始在HFC網絡中大力推廣。

數字電視編碼技術

目前MPEG已頒布了四個活動圖像及聲音編碼的正式國際標準，分別稱為MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4和MPEG-7。

1.MPEG-1編碼

MPEG-1標準是：在數字存儲介質中實現對活動圖像和聲音的壓縮編碼，編碼碼率最高為1.5Mb/s，標準的正式規范在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，統一的標準，在商業上獲得了巨大的成功。盡管其圖像質量僅相當于VHS視頻的質量，還不能滿足廣播級的要求，但已廣泛應用于VCD等家庭視像產品中。

2.MPEG-2編碼

MPEG-2標準是：針對標準數字電視和高清晰度電視在各種應用下的壓縮方案和系統層的詳細規定，編碼碼率3Mb/s～100Mb/s，標準的正式規范在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG-1的簡單升級，MPEG-2在系統和傳送方面作了更加詳細的規定和進一步的完善。MPEG-2特別適用于廣播級的數字電視的編碼和傳送，被認定為SDTV和HDTV的編碼標準。MPEG-2還專門規定了多路節目的復分接方式。此外，MPEG-2還兼顧了與ATM信元的適配問題。

MPEG-2視頻編碼標準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”的若干組合構成MPEG-2視頻編碼標準在某種特定應用下的子集：對某一輸入格式的圖像，采用特定集合的壓縮編碼工具，產生規定速率范圍內的編碼流。

我們知道，當前模擬電視存在著PAL,NTSC和SECAM三大制式并存的問題，因此，數字電視的輸入格式標準試圖將這三種制式統一起來，形成一種統一的數字演播室標準，這個標準就是CCIR601，現稱ITU-RRec.BT601標準。MPEG-2中的四個輸入圖像格式“級”都是基于這個標準的。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，對編碼圖像進行更精細的處理，在相同比特率下將得到較好的圖像質量，當然實現的代價也較大。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。基本信息層包含對圖像解碼至關重要的信息，解碼器根據基本信息即可進行解碼，但圖像的質量較差。次要信息層中包含圖像的細節。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，恢復出高質量的圖像;而在距離較遠，接收條件較差的條件下，仍能收到基本信息，恢復出圖像，不至造成解碼中斷。高級類(High Profile)實際上應用于比特率更高，要求更高的圖像質量時，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。

目前的標準數字電視采用的是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