數字電視信源編解碼技術及應用

　　MPEG - 2 中的編碼圖像分為3 類, 分別稱為I幀、P幀和B幀。

　　I幀圖像采用幀內編碼方式, 即只利用單幀圖像內的空間相關性, 而沒有利用時間相關性。I幀主要用于接收機的初始化和信道的獲取以及節目的切換和插入, I幀圖像的壓縮倍數相對較低, I幀圖像周期性出現在圖像序列中, 出現頻率可由編碼器選擇。

　　P幀和B 幀圖像采用幀間編碼方式, 即同時利用空間和時間上的相關性。P幀圖像只采用前向時間預測, 可以提高壓縮效率和圖像質量。P幀圖像中可以包含幀內編碼的部分, 即P幀中的每一個宏塊可以是前向預測, 也可以是幀內編碼。B 幀圖像采用雙向時間預測, 可以大大提高壓縮倍數。值得注意的是, 由于B 幀圖像采用了未來幀作為參考, 因此MPEG- 2編碼碼流中圖像幀的傳輸順序和顯示順序是不同的。

　　MPEG - 2的編碼碼流分為6個層次。為更好地表示編碼數據, MPEG- 2用句法規定了一個層次性結構, 它分為6層, 自上到下分別是: 圖像序列層、圖像組( GOP)、圖像、宏塊條、宏塊、塊。MPEG - 2標準的主要應用如下: 視音頻資料的保存; 非線性編輯系統及非線性編輯網絡; 微波、衛星、光纜傳輸; 電視節目的播出。

　　4 數字電視的信源編解碼技術

　　在全數字電視技術中, 有兩個很關鍵的編碼技術即信源編碼和信道編碼, 它們就是采用MPEG - 2 技術, 信源編碼的主要任務是解決圖像信號的壓縮和保存問題, 信道編碼的主要任務是解決圖像信號的傳輸問題。圖像信號的數據量大, 如不進行壓縮, 數字電視信號就無法實時傳送, 而壓縮的主要方式就是除去冗余信號。所謂冗余信號是指那些與信息無關的或對圖像質量影響不大的多余部分, 這就是MPEG - 2 圖像壓縮的原理。

　　( 1) 空間冗余。一幅圖像由數十萬個像素組成,相鄰兩個甚至幾個像素之間有很大的相似性(或稱相關性), 在傳送時會出現連續傳送許多相同數據的情況, 稱之為空間冗余, 利用某種編碼方法(如正交變換編碼) , 去掉空間上的冗余信息, 減少傳輸和記錄碼率。

　　( 2) 時間冗余。電視圖像也有很強的時間相關性, 對于25幀/ s的圖像來說, 通常情況下前一幀圖像和后一幀圖像的差別很小, 大部分畫面內容相同, 這表明相鄰兩幅圖像的相關性非常大, 而圖像之間相隔較遠時, 其圖像的相關性才逐步減小, 而且這種相關性很強的圖像變化時一般都是有規律的, 也就是說每一幅圖像的變化是可預測的。利用圖像的時間冗余特性,把圖像信號在時間上的冗余信息去掉, 也可以減小傳輸和記錄碼率。

　　( 3) 統計冗余。圖像和聲音信號數字化后遵循一定的統計規律, 如在圖像預測編碼系統下, 當前像素信號的預測值是由前幾個相鄰像素值或該像素在前一段上的時間值預測出來的。根據圖像的空間相關性和時間相關性可知預測誤差小的信號出現的概率大, 相反則出現概率小。采用統計編碼的方法, 對出現概率大的小誤差信號值用短碼, 而對出現概率小的大誤差信號值用長碼, 這樣就去掉了信號在統計上的冗余信息。

　　( 4) 知覺冗余。人的視聽器官都具有某些不敏感性。知覺冗余是指處于人們視覺和聽覺分辨力不敏感或達不到的視音頻信號, 對這些無關緊要的信息給與較大的失真處理, 人們并不會明顯地感到圖像和聲音質量的降低, 甚至毫無覺察。因此在編碼時可以分長碼和短碼來對不同的內容進行編碼, 這叫作有所為和有所不為, 從而達到減小碼率的目的。

　　5 數字電視的復用系統

　　經過信源編碼后的圖像信號送入多路復用器中與數字音頻信號進行多路復用, 然后送入信道編碼器。

　　模擬電視系統不存在復用器, 視音頻信號分別傳送, 但在數字電視中, 則是將視頻、音頻、輔助數據等編碼器送來的數據比特流, 經處理復合成單路串行的比特流,送給信道編碼及調制。接收端與此過程正好相反, 電視信號數據經過打包后, 使其具備可擴展性、分級性、交互性。

　　6 數字電視的信道編解碼及調制解調

　　信源編碼是經過壓縮消去數據冗余, 實現信源碼率與信道容量的匹配, 解決了傳輸的可能性。而數字電視信道編解碼及調制解調的目的是通過糾錯編碼、網絡編碼、均衡等技術提高信號的抗干擾能力, 保證傳輸信號的可靠性。信道編碼的過程是在源數據碼流中加插一些碼元, 從而達到在接收端進行判錯和糾錯的目的。因此它與信源編碼是矛盾的一對, 系統設計者必須考慮在有限的寬帶中盡量提高有效性和可靠性。