1、數(shù)字電視體系及有線數(shù)字電視傳輸技術(shù),Jan.6, 2006,內(nèi)容安排,一、數(shù)字電視基本概念 二、數(shù)字電視系統(tǒng)組成及關(guān)鍵技術(shù) 三、數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn) 四、有線數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ) 五、信源編碼技術(shù)-壓縮編碼技術(shù) 六、信道編碼和調(diào)制 七、有線數(shù)字電視傳輸技術(shù) 八、條件接收（CA）系統(tǒng) 九、有線電視傳輸系統(tǒng)對(duì)數(shù)字電視信號(hào)質(zhì)量的影響 十、機(jī)頂盒的應(yīng)用要求 十一、數(shù)字電視參數(shù)的測(cè)量,1.什么是數(shù)字電視 數(shù)字電視是一個(gè)系統(tǒng)。它指一個(gè)從節(jié)目攝 制、制作、編輯、存儲(chǔ)、發(fā)送、傳輸，到信號(hào) 接收、處理、顯示等全過(guò)程完全數(shù)字化的電視 系統(tǒng)。,一、數(shù)字電視基本概念,2.數(shù)字電視實(shí)現(xiàn)的意義 數(shù)字電視系統(tǒng)建成后將成為一個(gè)數(shù)字信號(hào)傳

2、輸平臺(tái)：它使 整個(gè)廣播電視節(jié)目制作和傳輸質(zhì)量顯著改善 信道資源利用率大大提高 提供其他增值業(yè)務(wù)：數(shù)據(jù)廣播，視頻點(diǎn)播，電子商務(wù)，軟件下載，電視購(gòu)物， 為“三網(wǎng)融合”提供了技術(shù)上的可能性。,3. 數(shù)字電視分類(lèi) HDTV：圖像分辨率19201080（16：9） SDTV：圖像分辨率720756（PAL） 720480（NTSC） LDTV：VCD級(jí)圖像分辨率,4. 數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn) 數(shù)字傳輸，信號(hào)質(zhì)量高 彩色逼真 可實(shí)現(xiàn)不同分辨率等級(jí)接收（HDTV， SDTV） 可移動(dòng)接收，無(wú)重影 增加節(jié)目頻道 應(yīng)實(shí)現(xiàn)加解密和加解擾，便于展開(kāi)CA業(yè)務(wù) 準(zhǔn)交互和交互 其它增值業(yè)務(wù),二.數(shù)字電視系統(tǒng)組成及關(guān)鍵技術(shù),1、系

3、統(tǒng)組成 從橫向看：（硬件系統(tǒng)） 節(jié)目制作 數(shù)字信號(hào)處理 傳輸 接收 顯示 從縱向看：（軟件系統(tǒng)） 物理層傳輸協(xié)議 中間件標(biāo)準(zhǔn) 信息表示 信息使 用 內(nèi)容保護(hù), 節(jié)目制作設(shè)備：數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、數(shù)字錄像機(jī)、數(shù)字特技機(jī)、數(shù)字編輯 機(jī)、數(shù)字字幕機(jī)、非線性編輯系統(tǒng) 數(shù)字處理設(shè)備及技術(shù)：壓縮編/解碼設(shè)備及技術(shù)、數(shù)據(jù)加/解擾設(shè)備及技術(shù)、加/解密設(shè)備及技術(shù) 信號(hào)傳輸：地面、有線、衛(wèi)星 接收設(shè)備：數(shù)字電視接收機(jī)（衛(wèi)星、有線） 顯示：CRT、LCD、PDP、投影顯示等,2.關(guān)鍵技術(shù) 1)信源編碼技術(shù) 視頻壓縮編碼 MPEG-2 音頻壓縮編碼 MPEG-2 （歐洲、日本） AC-3 (美國(guó)) 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)： GB/T179

4、75.2 2000 “信息技術(shù)運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音信號(hào)的通用編碼規(guī)范 第2部分：視頻” GB/T17975.3 2000 “信息技術(shù)運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音信號(hào)的通用編碼規(guī)范 第部分：音頻”,2) 傳輸復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)打包：N個(gè)信道的視頻、音頻和輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分組 傳輸流復(fù)用：將N個(gè)打包的數(shù)據(jù)復(fù)合成單路串行傳輸流 標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)際 MPEG-2 我國(guó) GB/T17975.1 2000 “信息技術(shù)運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音信號(hào)通用編碼 第1部分：系統(tǒng)” 傳送復(fù)用使電視信號(hào)具有與數(shù)據(jù)通信相似的數(shù)據(jù)分組（打包）傳輸，從而 使數(shù)字電視系統(tǒng)具備了可擴(kuò)展、分級(jí)和交互通信的基礎(chǔ)。,3)信道編碼和調(diào)制 經(jīng)信源編碼的傳輸碼流通常不適合在傳

5、輸信道（無(wú)線、有 線、衛(wèi)星）中傳輸，必須經(jīng)過(guò)某種處理，使之變成適合在 規(guī)定的信道中傳輸?shù)男问健Ｔ谕ㄐ旁碇邪堰@種處理稱(chēng)為 信道編碼和調(diào)制。 信道編碼包括：糾錯(cuò)編碼、網(wǎng)格編碼、均衡等。 信道編碼目的：提高傳輸信號(hào)在信道中的抗干擾能力 標(biāo)準(zhǔn)：GY/T1702001 “有線數(shù)字電視廣播系統(tǒng)信道編碼與調(diào)制規(guī)范”,4) 有條件接收（CA） CA只允許已付費(fèi)的授權(quán)用戶(hù)使用某一業(yè)務(wù)，未經(jīng)授權(quán)的用 戶(hù)不能使用這一業(yè)務(wù)。 CA涉及技術(shù)：前端的加密和加擾技術(shù) 接收端的對(duì)用戶(hù)尋址控制和授權(quán)解擾技術(shù) 標(biāo)準(zhǔn)：GY/Z175-2001 “數(shù)字電視廣播條件接收系統(tǒng)規(guī)范”,5) 軟件平臺(tái)中間件 機(jī)頂盒中硬件功能：接收RF信號(hào)

6、、信道解碼、解調(diào)。MPEG-2碼流解 碼，模擬視/音頻輸出。 機(jī)頂盒中軟件功能：電視節(jié)目?jī)?nèi)容顯示、EPG節(jié)目信息、操作界面的實(shí)現(xiàn)等。 中間件：是一種將應(yīng)用程序與底層的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及硬實(shí)現(xiàn)的技術(shù)細(xì)節(jié)隔離開(kāi)來(lái) 的軟件環(huán)境，支持跨硬件平臺(tái)和跨操作系統(tǒng)的軟件運(yùn)行，使應(yīng)用不依賴(lài)于特定的硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)。 中間件構(gòu)成：Java虛擬機(jī)、Java Script 虛擬機(jī)、HTML虛擬機(jī)等。,三.數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn),1.國(guó)際：三大標(biāo)準(zhǔn) DVB-S 歐洲：DVB （數(shù)字視頻廣播） DVB-T DVB-C 美國(guó)：ATSC （高級(jí)電視制式） 日本：ISDB （綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播）,2.中國(guó)：數(shù)字電視演播室參數(shù)標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)字電視廣

7、播標(biāo)準(zhǔn),GY/T170-2001 有線數(shù)字電視廣播信道編碼與調(diào)制規(guī)范 GY/T106-1999 有線電視廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 GY/Z174-2001 數(shù)字電視廣播業(yè)務(wù)信息規(guī)范 GY/Z175-2001 數(shù)字電視廣播條件接收系統(tǒng)規(guī)范 GY/T148-2000 衛(wèi)星數(shù)字電視接收機(jī)技術(shù)要求 GY/T158-2000 演播室數(shù)字音頻信號(hào)接口 GY/T160-2000 數(shù)字分量演播室接口中的附屬數(shù)據(jù)信號(hào)格式 GY/T161-2000 數(shù)字電視附屬數(shù)據(jù)空間內(nèi)數(shù)字音頻和輔助數(shù)據(jù)的傳輸規(guī)范 GY/T163-2000 數(shù)字電視附屬數(shù)據(jù)空間內(nèi)時(shí)間碼和控制碼的傳輸格式 GY/T164-2000 演播室串行數(shù)字光纖傳輸

8、系統(tǒng) GY/T167-2000 數(shù)字分量演播室的同步基準(zhǔn)信號(hào) GY/T180-2001 HFC網(wǎng)絡(luò)上行傳輸物理通道技術(shù)規(guī)范 GB/T16694-1996 智能卡接口規(guī)范,GB/T17975.1-2000 信息技術(shù) 運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音信號(hào)的通用編碼第1部分系統(tǒng) GB/T17975.2-2000 信息技術(shù) 運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音信號(hào)的通用編碼第2部分視頻 GB/T17975.3-2000 信息技術(shù) 運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音信號(hào)的通用編碼第3部分音頻 GB/T17881-1999 廣播電視光纜干線同步數(shù)字體系(SDH)傳輸接口技術(shù)規(guī)范 GB/T17953-2000 4：2：2數(shù)字分量圖像信號(hào)接口 ISO7816 智

9、能卡接口規(guī)范,符合2003年4月1日國(guó)家廣電總局科技司發(fā)行的 有線數(shù)字電視暫行技術(shù)要求文件匯編,用戶(hù)管理系統(tǒng)監(jiān)管平臺(tái)數(shù)據(jù)交換接口要求(暫行) 運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音信號(hào)的通用編碼系統(tǒng)、視頻和音頻部分的實(shí)施指南 (暫行) 有線數(shù)字電視條件接收系統(tǒng)應(yīng)用指南 (暫行) 有線數(shù)字電視廣播業(yè)務(wù)信息應(yīng)用指南 (暫行) 有線數(shù)字電視電子節(jié)目指南指導(dǎo)性意見(jiàn)(暫行) 有線數(shù)字電視中間件指導(dǎo)性意見(jiàn)(暫行) 有線數(shù)字電視機(jī)頂盒和遙控器功能實(shí)施指導(dǎo)性意見(jiàn)(暫行) 節(jié)目訂購(gòu)單和用戶(hù)結(jié)賬單格式基本要求(暫行) 有線數(shù)字電視廣播條件接收系統(tǒng)入網(wǎng)技術(shù)要求和評(píng)測(cè)方法 (暫行) 有線數(shù)字電視廣播用戶(hù)管理系統(tǒng)入網(wǎng)技術(shù)要求和評(píng)測(cè)方法 (暫

10、行) EN 300 429 DVB系統(tǒng)中的幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制(DVB-C) EN 300 428 DVB系統(tǒng)中服務(wù)信息(SI)規(guī)范(DVB-SI) ETR 211 DVB服務(wù)信息(SI)的使用和執(zhí)行指南(DVB-SI) EN 300 472 DVB的比特流中傳送圖文信息和規(guī)范(DVB-TXT) EN 301 192 數(shù)據(jù)廣播的DVB規(guī)范(DVB-DATA) EN 50083-9 CATV/SMATV前端和DVB/MPEG-2傳輸流同類(lèi)專(zhuān)業(yè)設(shè)備和接口(DVB-PI),EN 50221 關(guān)于條件接收和其它DVB解碼器運(yùn)營(yíng)的通用接口規(guī)范(DVB-CI) TS 102 201 DVB IRD的接口

11、技術(shù)規(guī)范(DBVB-IRD) TS 101 197 DVB系統(tǒng)中同時(shí)加密(simulcrypt)的技術(shù)規(guī)范(DVB-SIM) TS 103 197.V1.1.1 同密接口 ETR 289 通用加擾系統(tǒng)描述(DVB-CS) ETR 154 MPEG-2系統(tǒng)、視頻和音頻在衛(wèi)星、有線和地面廣播應(yīng)用中的實(shí)現(xiàn)指南(DVB-MPEG) ETS 300 743 DVB字幕系統(tǒng)(DVB-SUB) ETS 300 802 DVB交互服務(wù)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(DVB-NIP) ETS/EN300 429 DVB系統(tǒng)中的幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制(DVB-C),四.有線數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),1.有線數(shù)字電視信號(hào)傳輸?shù)燃?jí)及傳輸系統(tǒng)模

12、式 1）傳輸?shù)燃?jí) LDTV，SDTV，HDTV 2)傳輸系統(tǒng)模式 電纜傳輸PCM方式 光纖傳輸SDH方式 光纖 同軸混合傳輸HFC數(shù)字調(diào)制方式,2有線數(shù)字電視的主流標(biāo)準(zhǔn)與方式 1) 標(biāo)準(zhǔn)：DVB-C ATSC-16VSB，ATSC-64QAM ISDB-C,2)四種方式： DVB-C ATSC-64QAM ATSC-16VSB ISDB-C 傳送方式 16-64QAM 64QAM 16VSB 64QAM 頻帶寬度 8MHz 6MHz 6MHz 6MHz 傳輸速率 31.64Mb/s 41.34Mb/s 43.05Mb/s 30.31Mb/s 接收滾降 15% 15% 11.5% 18% 糾錯(cuò)率

13、 RS(204,188) RS(128,122) RS(207,187) RS(204,188) 壓縮方式 MPEG-2,3數(shù)字電視信號(hào)的產(chǎn)生 直接產(chǎn)生：字幕機(jī)，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等 轉(zhuǎn)換生產(chǎn)：電影膠片電視電影機(jī) 模擬-數(shù)字（A/D轉(zhuǎn)換）信號(hào)數(shù)字化,1) 信號(hào)數(shù)字化過(guò)程 取樣：取樣頻率，Nyquist定理 連續(xù)信號(hào)變換成離散信號(hào) 量化：將離散信號(hào)樣值進(jìn)行離散化處理 離散化的量化級(jí) 量化噪聲 編碼：量化后的信號(hào)仍然只是離散信號(hào)，還不是數(shù)字信號(hào)。用 n比特二進(jìn)制碼來(lái)表示已經(jīng)量化了的取樣值，稱(chēng)為編碼。 每個(gè)二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一個(gè)量化電平，再按時(shí)序?qū)⑺鼈兣帕?起來(lái)，就得到基帶數(shù)字信息流。 傳輸速率：傳輸速率=取樣頻

14、率fs量化比特?cái)?shù),2）音頻信號(hào)的數(shù)字化 取樣頻率：40KHz。 常用11.025KHz，22.05KHz，44.1KHz，48KHz。 量化比特?cái)?shù)：8bit，12bit，16bit。 聲道：?jiǎn)温暤?，雙聲道（立體聲） 取樣頻率量化比特?cái)?shù)聲道數(shù) 數(shù)字音存儲(chǔ)量： （字節(jié)） 8bit 例：CD標(biāo)準(zhǔn)取樣頻率44.1KHz，量化比特?cái)?shù)16bit，立體聲，存儲(chǔ) 一分鐘數(shù)字音樂(lè)的容量為10,584,000字節(jié)或84,672,000比特。,3）視頻信號(hào)的數(shù)字化 編碼方式：復(fù)合編碼將彩色全電視信息直接 編成PCM碼 分量編碼將亮度信號(hào)Y，色差信 號(hào)R- Y和B-Y分別編碼 或PCM碼,二者比較： “復(fù)合編碼”與電

15、視制式有關(guān) “分量編碼”與電視制式無(wú)關(guān) 在節(jié)目后期制作中： “復(fù)合”需解碼 “分量”無(wú)需解碼 傳輸時(shí)：“復(fù)合”由于頻分復(fù)用，產(chǎn)生亮，色串?dāng)_ “分量”采用時(shí)分復(fù)用，無(wú)亮，色串?dāng)_,分量編碼取樣頻率 亮度信號(hào)取樣頻率：足夠小的混疊噪聲fs=（2.22.7）fm fm =5.8-6 MHz fs12.7613.2 MHz 滿(mǎn)足行鎖相采樣 fs=mfH, m為整數(shù) 使525/652行兼容（525行/60場(chǎng) 625行/50場(chǎng)） 要采用同一取樣頻率 在13.2MHz附近，只有 13.5MHz=15625Hz864 (625/50) =15734.264 Hz858 (525/60) 亮度信號(hào)取樣頻率取樣13

16、.5MHz,色差信號(hào)取樣頻率： 需要滿(mǎn)足與亮度信號(hào)同樣的三個(gè)要求 取為fS=6.75MHz 分量編碼取樣頻率的組合，適應(yīng)不同圖像質(zhì)量要求 Y：(B-Y)：（R-Y）：=13.5MHz： 13.5MHz：13.5MHz =4：4：4 Y：(B-Y)：（R-Y）：=13.5MHz：6.75MHz：6.75MHz =4：2：2 （ 演播室圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)） Y：(B-Y)：（R-Y）：=13.5MHz：3.375MHz：3.375MHz =4：1：1（4：2：0） 4：4：4，4：2：2和4：2：0三種是可以相互兼容，相互轉(zhuǎn)換的 由高檔轉(zhuǎn)為低檔，樣點(diǎn)數(shù)減少，稱(chēng)為數(shù)字信號(hào)的抽去；反之稱(chēng)為數(shù)字信號(hào)的內(nèi)插。,

17、4：4：4 4：2：2 4：2：0,4）量化比特?cái)?shù)和量化級(jí),量化比特： Y，B-Y，R-Y都采用 8bit 均勻量化 未經(jīng)較正的信號(hào)采用10bit均勻量化 量化級(jí)： 亮度信號(hào) 8bit ，256個(gè)量化級(jí)，0-255 為防止過(guò)載 上端留20級(jí) 下端留16級(jí) 量化級(jí) 16 表示黑電平 量化級(jí)235表示白電平,5）ITU-R601建議編碼主要參數(shù)（4：4：4格式） 參 數(shù) 625行50場(chǎng)/s制式 525行60場(chǎng)/s制式 1，編碼信號(hào) 經(jīng)過(guò)校正的信號(hào)EY，ER-EY，EB-EY或ER，EG，EB 2，各信號(hào)的全行樣點(diǎn)數(shù) 864 858 3，取樣結(jié)構(gòu) 正交，按場(chǎng)，行，幀重復(fù)，并與此4：2：2標(biāo)準(zhǔn)的亮度樣

18、點(diǎn)重合 4，每種信號(hào)的取樣頻率 13.5MHz 5，編碼方式 每樣值至少8比特均勻量化PCM 6，用樣點(diǎn)表示的數(shù)字 有效行長(zhǎng)度 至少 720 7，視頻信號(hào)電平每樣值 共220量化級(jí)，黑電平對(duì)應(yīng)于第16量化級(jí)； 8比特的最高有效位 峰值白電平相應(yīng)于第235量化級(jí) （MSB）量化級(jí)之間的 在量化等級(jí)中部共分224級(jí)，零電平對(duì)應(yīng)128級(jí) 對(duì)應(yīng)值（范圍：0255）,ITU-R601建議演播室分量編碼主要參數(shù)(422格式) 參 數(shù) 625行50場(chǎng)/s制式 525行60場(chǎng)/s制式 1、編碼信號(hào) Y、R-Y、B-Y 2、全行樣點(diǎn)數(shù) 亮度信號(hào)(Y) 864 858 每個(gè)色差信號(hào)(R-Y、B-Y) 432 42

19、9 3、取樣結(jié)構(gòu) 正交，場(chǎng)、行、幀重復(fù)，R-Y和B-Y的樣點(diǎn)同位，并和每行第奇數(shù)個(gè)(1，3，5.) Y樣點(diǎn)同位 4、取樣頻率 亮度信號(hào) 13.5MHz 每個(gè)色差信號(hào) 6.75MHz 5、編碼方式 線性PCM、8比特量化/每個(gè)取樣值 6、每數(shù)字有效行數(shù)樣點(diǎn)數(shù) 亮度信號(hào) 720 每個(gè)色差信號(hào) 360 7、視頻信號(hào)電平與量化級(jí)間的對(duì)應(yīng)值 亮度信號(hào) 每個(gè)色差信號(hào) 共22個(gè)量化級(jí)，黑電平對(duì)應(yīng)量化級(jí)16；峰值白電平對(duì)應(yīng)量化級(jí)235 在量化等級(jí)中間部，共分224級(jí)，零電平對(duì)應(yīng)于128級(jí),數(shù)字電視信號(hào)的碼率,1）標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視（SDTV）： 在ITU-R601標(biāo)準(zhǔn)中，采用10bit量化時(shí)， 亮度信號(hào)的碼率

20、為 取樣頻率 X 量化比特?cái)?shù) = 13.5MHz X 10bit = 135Mbps 2個(gè)色差信號(hào)的碼率為 2 X 6.75MHz X 10bit = 135Mbps SDTV的總碼率為 亮度信號(hào)碼率 + 2個(gè)色差信號(hào)碼率 = 135Mbps + 135Mbps = 270Mbps,2）高清晰度電視（HDTV）： 在SMPTE274M數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)中，采用10bit量化時(shí)， 亮度信號(hào)的碼率為 取樣頻率 X 量化比特?cái)?shù) = 74.25MHz X 10bit = 742.5Mbps 2個(gè)色差信號(hào)的碼率為 2 X 37.125MHz X 10bit = 742.5Mbps HDTV的總碼率為 亮度信號(hào)

21、碼率 + 2個(gè)色差信號(hào)碼率 = 742.5Mbps + 742.5Mbps = 1485Mbps,數(shù)字電視信號(hào)的有效碼率,有效碼率（視頻有效碼率）： 1）標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視信號(hào)的有效碼率 是指在單位時(shí)間內(nèi)與視頻信號(hào)有關(guān)的數(shù)據(jù)量。因?yàn)樵陔娨曅盘?hào)的水平和垂直消隱期間內(nèi)沒(méi)有視頻信號(hào)，所以有效碼率一般只是碼率的60%-80%。 在ITU-R601標(biāo)準(zhǔn)中，8bit量化時(shí)， NTSC（480/60i）亮度信號(hào)的有效碼率為： 每行的取樣點(diǎn)數(shù) X 有效掃描行數(shù) X 量化比特?cái)?shù) X 幀頻 = 720 X 480 X 8 X 30 = 82.944 Mbps 2個(gè)色差信號(hào)的有效碼率為： 2 X 360 X 480

22、 X 8 X30 = 82.944 Mbps 總有效碼率為： 亮度信號(hào)有效碼率 + 2個(gè)色差信號(hào)有效碼率 = 82.944 Mbps + 82.944 Mbps = 165.888 Mbps（480/60i）,PAL（576/50i）亮度信號(hào)的有效碼率為： 每行的取樣點(diǎn)數(shù) X 有效掃描行數(shù) X 量化比特?cái)?shù) X 幀頻 = 720 X 576 X 8 X 25 = 82.944 Mbps 2個(gè)色差信號(hào)的有效碼率為： 2 X 360 X 576 X 8 X25 = 82.944 Mbps 總有效碼率為： 亮度信號(hào)有效碼率 + 2個(gè)色差信號(hào)有效碼率 = 82.944 Mbps + 82.944 Mbp

23、s = 165.888 Mbps（576/50i）,2）高清晰度數(shù)字電視信號(hào)的有效碼率 在SMPTE274M數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)中，采用8bits量化時(shí)1080/60i信 號(hào)格式量度信號(hào)的有效碼率為 每行的取樣點(diǎn)數(shù)X有效掃描行數(shù)X量化比特?cái)?shù)X幀頻 =1920X1080X8X30=497.664Mbps 2個(gè)色差信號(hào)的有效碼率為 2X960X1080X8X30=497.664Mbps 總有效碼率為 2X497.664=995.328Mbps（1080/60i） 1080/50i信號(hào)格式的有效碼率為 1920X1080X8X25X2=829.44Mbps（1080/50i）,數(shù)字電視技術(shù)中電視系統(tǒng)的表示方

24、法示例,1080/60i：1080表示每幀有效掃描行數(shù)， 60表示幀頻或場(chǎng)頻， i表示隔行掃描。 720/50P： 720表示每幀有效掃描行數(shù)， 50表示幀頻或場(chǎng)頻， P表示逐行掃描。 NTSC制可表示為：480/60i PAL制可表示為：576/50i 1080/60i還可表示為：1080/60/2 ：1 720/50P還可表示為：720/50/1 ：1 1080/60i還可表示為：108060i 720/50P還可表示為：72050P,五.信源編碼技術(shù)壓縮編碼技術(shù),1數(shù)字視頻壓縮的必要性 HDTV 1920 1080 顯示格式 數(shù)字化后傳輸速率 995 Mb/S SDTV 復(fù)合編碼 135

25、 Mb/S 分量編碼 4：2：2 216 Mb/S 存儲(chǔ) ： 2小時(shí)HDTV，存儲(chǔ)量 7164 Gbit/S 2小時(shí)SDTV，存儲(chǔ)量 972 Gbit/S 復(fù)合編碼 1555 Gbit/S 分量編碼 傳輸： HDTV 需 1Gb/S 信道 SDTV 需 12個(gè) 155 Mb/S 信道 無(wú)論對(duì)于存儲(chǔ)或傳輸，碼率壓縮都是絕對(duì)必要的。,2壓縮編碼方法,1) 利用圖象時(shí)間的相關(guān)性與時(shí)間冗余度的壓縮 電視圖象中相繼各幀對(duì)應(yīng)象素點(diǎn)的值往往相近或相同，具有時(shí)間相關(guān)性，找出這些相關(guān)性就可以減小信息量，從而實(shí)現(xiàn)與時(shí)間有關(guān)的壓縮。 2) 利用圖象空間的相關(guān)性與空間冗余度的壓縮 一幅圖象相鄰各點(diǎn)的取值往往相近或相同

26、，具有空間相關(guān)性，找出這些相關(guān)性就可以減少信息量，從而實(shí)現(xiàn)與空間有關(guān)的壓縮。,3)利用事件的統(tǒng)計(jì)特性與統(tǒng)計(jì)冗余度的壓縮 對(duì)經(jīng)常出現(xiàn)的數(shù)據(jù)用短碼組表，對(duì)不經(jīng)常 出現(xiàn)的數(shù)據(jù)用長(zhǎng)碼組表示，則最終用于表示這一串?dāng)?shù)據(jù)的總碼位就減少了。從而實(shí)現(xiàn)與統(tǒng)計(jì)冗余有關(guān)的壓縮。 4)利用人眼的視覺(jué)特性與視覺(jué)冗余度的壓縮 人眼的視覺(jué)特性：對(duì)亮度信號(hào)比對(duì)色度信號(hào)敏感 對(duì)低頻信號(hào)比對(duì)高頻信號(hào)敏感 對(duì)靜止圖象比對(duì)運(yùn)動(dòng)圖象敏感 對(duì)圖象中水平和垂直線條比對(duì)斜線條敏感 包含在色度信號(hào)、圖象高頻信號(hào)和運(yùn)動(dòng)圖象中的一些數(shù)據(jù)并不能對(duì)增加圖象相對(duì)于人眼清晰度作出貢獻(xiàn)，而被認(rèn)為是多余的數(shù)據(jù)，這就是視覺(jué)冗余度。 壓縮視覺(jué)冗余度就是去掉那些相對(duì)

27、人眼而言是看不到的或可有可無(wú)的圖象數(shù)據(jù)。,3基本的圖象壓縮編碼技術(shù),1) 分類(lèi) 冗余度壓縮技術(shù)，無(wú)損傷壓縮技術(shù)，無(wú)失真，數(shù)學(xué)上可逆。即它是可還原的。 信息量壓縮技術(shù)，有損傷壓縮技術(shù)，有失真，數(shù)學(xué)上不可逆。即它是不可還原的。,2) 圖象壓縮技術(shù)優(yōu)劣評(píng)估條件 信息壓縮比：壓縮前后所需的信息存儲(chǔ)量之比 重現(xiàn)圖象精度：重現(xiàn)的圖象與原圖象相比有多大失真 執(zhí)行速度：壓縮算法要多少時(shí)間完成 壓縮比增大，圖象損傷程度也隨之加大。,電視節(jié)目制作：壓縮比2：1至8：1 Sony數(shù)字Betacam 錄象機(jī) 2.37：1 模擬分量錄象機(jī)Betacam SP 8：1 VCD母盤(pán)，壓縮比12：1 采用幀內(nèi)壓縮方式，JPE

28、G標(biāo)準(zhǔn)。 電視廣播： 壓縮比15：120：1 采用幀間預(yù)測(cè)編碼，MPEG 2 標(biāo)準(zhǔn) 有線數(shù)字電視壓縮比可加大至30：1， MPEG 2 標(biāo)準(zhǔn),3)基本壓縮編碼方法,預(yù)測(cè)編碼（DPCM）差分脈沖編碼調(diào)制 DPCM不直接傳送圖象樣值本身，而是對(duì)實(shí)際樣值與它的一個(gè)預(yù)測(cè)值之間的差值進(jìn)行再次量化、編碼。 這種方法可消除圖象信號(hào)的空間相關(guān)冗余幀內(nèi)預(yù)測(cè)）和時(shí)間相關(guān)冗余（幀間預(yù)測(cè)）。利用象素的相關(guān)性還可進(jìn)一步減小差值。,DPCM系統(tǒng)原理圖,離散余弦變換（DCT） DCT(Discrete Cosine Transform)是數(shù)碼率壓縮的一種常用的變換編碼方法。DCT是先將整體圖像分成NN 像素塊，然后對(duì)NN

29、像素塊逐一進(jìn)行DCT變換。由于多數(shù)圖像高頻分量較少，相應(yīng)圖像高頻分量的系數(shù)經(jīng)常為零，加之人眼對(duì)高頻成分的失真不太敏感，所以可用更粗的量化。因此傳送變換系數(shù)的數(shù)碼率，要大大小于傳送像素所用的數(shù)碼率。到達(dá)接收端后通過(guò)反離散余弦變換回到樣值。雖有失真，但人眼是可以接受的。,游程長(zhǎng)度編碼（Runlength Encoding） 是指一個(gè)碼可同時(shí)表示碼的值和前面有幾個(gè)零。在用之字形讀出方式情況下，出現(xiàn)連零的機(jī)會(huì)較多，尤其在最后，如果都是零，在讀到最后一個(gè)數(shù)后只要給出“塊結(jié)束”（EOB）碼，就可以結(jié)束輸出，從而節(jié)省很多碼率。 通常，DCT系數(shù)量化之后，都采用之字形方式讀出。 霍夫曼（Hoffman）編碼

30、霍夫曼(Hoffman)編碼(屬于統(tǒng)計(jì)編碼)是可變字長(zhǎng)編碼(VLC: Variable-Length Coding)的一種，相當(dāng)于對(duì)概率大的符號(hào)給短碼，對(duì)概率小的符號(hào)給長(zhǎng)碼。,4視頻壓縮編解碼標(biāo)準(zhǔn),1）H.261標(biāo)準(zhǔn) 1980年CCITT通過(guò)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 用于可視電話(huà)，P 64Kb/S， P=130可變，（64 1920)Kb/S 用于會(huì)議電視，P36 H.261(又稱(chēng)P64)是最早的一個(gè)碼率壓縮標(biāo)準(zhǔn)。,2）JPEG標(biāo)準(zhǔn) 1986年提出，1992年公布為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 屬幀內(nèi)壓縮編碼方法，主要用于數(shù)字電視編錄設(shè)備（如非線性編輯系統(tǒng)）。 壓縮比：32 5.3 接近原始圖象質(zhì)量 5.311 圖象很好,滿(mǎn)

31、足絕大多數(shù)應(yīng)用 1116 圖象好,滿(mǎn)足多數(shù)應(yīng)用 1532 圖象較好,滿(mǎn)足某些應(yīng)用,3）MPEG 1 標(biāo)準(zhǔn) 1988年提出，1992年公布為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 典型應(yīng)用如VCD等家用數(shù)字音象產(chǎn)品。最高編碼速率1.8 Mb/S 實(shí)現(xiàn)方法：DCT、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和霍夫曼編碼 信源輸入格式為SIF（Source Inpnt Format），如為 CCIR 601 格式的信源要轉(zhuǎn)換成SIF格式才能輸入 MPEG 1 編碼器。,a） MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)于1992年出版，目標(biāo)是“對(duì)當(dāng)比特率為1.5Mb/s時(shí)，用于數(shù)字存儲(chǔ)媒體的動(dòng)態(tài)圖像及其伴音的編碼”。它首先提出了流（Sequence）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使視頻數(shù)據(jù)的描述更加完善。 b

32、）為了解決隨機(jī)訪問(wèn)和高效壓縮的要求沖突，在MPEG-1中定義了四種主要的圖像類(lèi)型：I幀、P幀、B幀和D圖像。 I幀只使用幀內(nèi)編碼，必須傳遞， P幀用于前向預(yù)測(cè)， B幀用于雙向預(yù)測(cè)， D圖像用于甚低頻圖像的瀏覽。 c） MPEG-1視頻壓縮中主要用到兩項(xiàng)基本技術(shù)： 1、基于1616塊運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償：適用于預(yù)測(cè)編碼和插補(bǔ)編碼，用于減少幀序列的時(shí)間冗余度； 2、基于變換域(DCT)的壓縮技術(shù)：用于減少空間冗余度。在MPEG-1中，DCT不僅用于幀內(nèi)壓縮，而且對(duì)幀間預(yù)測(cè)誤差，也可再作DCT變換，以達(dá)到進(jìn)一步壓縮的目的。 MPEG-1中的幀內(nèi)編碼：像素點(diǎn)的DCT編碼與JPEG相似，先進(jìn)行DCT變換，然后通過(guò)量

33、化和零行程等混合編碼達(dá)到壓縮。但在系數(shù)量化階段，MPEG的量化器考慮到運(yùn)動(dòng)信息和視覺(jué)質(zhì)量提出了若干改進(jìn)，如視覺(jué)權(quán)量化，即以視覺(jué)域值作為量化矩陣的步長(zhǎng)；幀內(nèi)塊和非幀內(nèi)塊區(qū)別量化，對(duì)幀內(nèi)的宏塊和非幀內(nèi)塊采取兩種不同的量化器；可調(diào)整量化器，在塊與塊的基礎(chǔ)上對(duì)量化步長(zhǎng)作自適應(yīng)調(diào)整。,d）MPEG-1中用到幀間編碼： 視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)中，幾乎都用到了運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)MC技術(shù))，一般為“簡(jiǎn)單幀間預(yù)測(cè)+運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償”框架。MC技術(shù)通常由以下幾個(gè)方面組成： 1、圖像分割：將視頻圖像分割成靜止和運(yùn)動(dòng)兩部分； 2、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和估值：檢測(cè)運(yùn)動(dòng)類(lèi)型(平移、旋轉(zhuǎn)和縮放等)，估計(jì)運(yùn)動(dòng)物體的位移值； 3、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償：用位移估值(即運(yùn)

34、動(dòng)矢量)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)； 4、預(yù)測(cè)信息編碼：對(duì)預(yù)測(cè)信息進(jìn)行編碼，作為邊信息傳送給接收端。 圖像分割（它是MC技術(shù)的基礎(chǔ)），采用了兩種方法：塊匹配法(BMA)和像素遞歸法(PRA)。 1、BMA是把圖像分成若干矩形子塊，適當(dāng)選擇子塊大小，把子塊分成靜止和運(yùn)動(dòng)兩類(lèi)，估計(jì)出運(yùn)動(dòng)子塊的位移，進(jìn)行預(yù)測(cè)編碼。 2、PRA則是對(duì)每個(gè)像素的位移進(jìn)行遞歸估計(jì),其精度相對(duì)來(lái)說(shuō)較高，對(duì)多運(yùn)動(dòng)圖像適應(yīng)能力強(qiáng)，但跟綜能力較弱，且實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。BMA雖精度較低，但位移跟綜能力較強(qiáng)，且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，很有實(shí)用性。 e）在MPEG-1中，幀間預(yù)測(cè)后宏塊被送入DCT變換，而運(yùn)動(dòng)矢量則用DPCM編碼，再經(jīng)VLC量化和霍夫曼編碼后完成壓縮

35、過(guò)程。,4）MPEG 2 標(biāo)準(zhǔn) 1988年提出，1994年公布為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是專(zhuān)門(mén)針對(duì)數(shù)字電視（包括SDTV和HDTV）的信源編碼標(biāo)準(zhǔn)。 MPEG是運(yùn)動(dòng)圖像專(zhuān)家組(Moving Pictures Expert Group)的縮寫(xiě)，成立于1988年，以建立活動(dòng)圖像及相應(yīng)音頻的編碼標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-2的主級(jí)和主類(lèi)提供720576(PAL)25幀的ITUR 601建議圖像質(zhì)量。在壓縮比為301或更小時(shí)，MPEG-2可以提供廣播質(zhì)量的編碼圖像，MPEG-2也可工作在大壓縮比如2001下，效果與MPEG1相差不大（即與MPEG-1兼容）。 a） MPEG 2 是一個(gè)系統(tǒng)，它的作用是： 對(duì)音頻、視頻、數(shù)據(jù)、控

36、制等基本比特流實(shí)現(xiàn)復(fù)用 提供各種定時(shí)及初始化 經(jīng)解碼器提供PSI（節(jié)目特定信息） 支持有條件接收（CA），隨機(jī)接入，數(shù)字存儲(chǔ)和糾錯(cuò) b）MPEG-2系統(tǒng)輸出兩個(gè)數(shù)碼流： 節(jié)目比特流PS，用于相對(duì)無(wú)誤差的環(huán)境 傳輸比特流TS，用于有噪聲媒質(zhì),c）MPEG-2的類(lèi)與級(jí) 1、MPEG-2有4種輸入格式，稱(chēng)為級(jí)(Levels或等級(jí))。從有限清晰度的VHS(家用錄像系統(tǒng))質(zhì)量圖像直到HDTV圖像，每一種輸入格式編碼后都有一個(gè)相應(yīng)的范圍。 除了在源格式提供這種靈活性之外，MPEG-2還有不同的處理方法，稱(chēng)為類(lèi)(profiles或?qū)用?，每一類(lèi)都包括壓縮和使用方法的一個(gè)集合。不同的類(lèi)意味著使用不同集合的碼率

37、壓縮工具。 2、MPEG2共分類(lèi)，較高的類(lèi)編碼更精細(xì)，而且每升高一類(lèi)將提供前一類(lèi)沒(méi)有使用的附加工具。 甲）簡(jiǎn)單類(lèi)(SP) 乙）主類(lèi)(MP) 丙）信噪比可分級(jí)類(lèi)SNRP 丁）空間可分級(jí)類(lèi)SSP 戊）高級(jí)類(lèi)(HP) 己）：格式 在主類(lèi)上的類(lèi)是信噪比可分級(jí)類(lèi)(SNRP)、空間可分級(jí)類(lèi)(SSP)、高級(jí)類(lèi)和4:2:2格式。這允許將編碼的視頻數(shù)據(jù)分為基本層和另一個(gè)或更多的上層信號(hào)?；緦颖硎揪幋a圖像的基本數(shù)據(jù)但代表的圖像質(zhì)量較低。上層信號(hào)則可用來(lái)改進(jìn)信噪比或清晰度。,d）圖像的4個(gè)級(jí)別： 甲）低級(jí)(LL：Low Level)的輸入格式的像素是ITU-R 601格式的1/4，即35224030或352288

38、25，相應(yīng)編碼最大輸出碼率為4M b/s。 乙）主級(jí)(ML：Main level)：輸入格式完全符合ITU-R Rec.601格式，72048030或72057625，輸出最大碼率除高級(jí)類(lèi)和4:2:2外是15Mb/s，高級(jí)類(lèi)主級(jí)是20Mb/s，4:2:2 是50Mb/s。 丙）高1440級(jí)(H14L：High1440 Level)：是每行1440有效像素的高清晰度格式。除高級(jí)類(lèi) 外，最大輸出碼率為60Mb/s，相應(yīng)的高級(jí)類(lèi)輸出碼率為80Mb/s。 丁）高級(jí)(HL)：輸入是每行1920有效像素的高清晰度格式，輸出最大碼率為80Mb/s，相應(yīng)的高類(lèi)輸出碼率為100Mb/s。,e）MPEG-2的類(lèi)和

39、級(jí)的組合如下圖(常用縮寫(xiě)表示如MPML主類(lèi)主級(jí)、MP HL主類(lèi)高級(jí)等)。,在24個(gè)所選組合中有12個(gè)是獲準(zhǔn)通過(guò)的。圖中顯示了每種組合的最大分辨率(水平垂直)、最大幀速、最高碼速和解碼器必須的緩存容量。 最廣泛采用的類(lèi)和級(jí)是MPML和SPML。 4:2:2是對(duì)主類(lèi)的修改，它用4:2:2色度格式代替了MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)中其它類(lèi)所共用的4:2:0格式。由于色差數(shù)據(jù)量增加，故規(guī)定了比主類(lèi)更高的數(shù)據(jù)率。4:2:2主要用于演播室設(shè)備，故又稱(chēng)演播室類(lèi)或?qū)I(yè)類(lèi)。 MPEG-2的色度格式除專(zhuān)業(yè)類(lèi)外，都是4:2:0(或4:1:1)，圖像類(lèi)型(除簡(jiǎn)單類(lèi)為I、P外)都是I、P、B。在所有MPEG-2實(shí)際實(shí)現(xiàn)中應(yīng)指明所選

40、用的組合，由于MPML最普及，通常說(shuō)MPEG-2，就意味著MPML。,f）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及基本碼流結(jié)構(gòu) 甲） MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)部分： 它涉及將一個(gè)或多個(gè)圖像、聲音和其它數(shù)據(jù)的基本碼流組合成單一或多個(gè)碼流，使之便于存貯和傳輸。 定義了一套系統(tǒng)指標(biāo)是為了把視頻、音頻壓縮過(guò)程結(jié)合在一起而設(shè)置的。 系統(tǒng)層中的信息流通方式如下： 首先，數(shù)據(jù)從視頻、音頻編碼器而來(lái)，稱(chēng)為基本碼流(ES)， 然后，ES被分別打包，形成兩個(gè)打包的基本碼流(PES)， 再后，PES被復(fù)接成一個(gè)節(jié)目碼流(PS)和一個(gè)傳輸碼流(TS)， 附圖給出了MPEG-2系統(tǒng)的簡(jiǎn)化總體結(jié)構(gòu)。,兩種比特流的區(qū)別： 節(jié)目碼流（PS）用于誤碼比較小的

41、傳輸或存貯媒介，節(jié)目碼流可以是固定碼率也可以是可變碼率，其數(shù)值在系統(tǒng)時(shí)鐘參考(SCR)中定義，為本地應(yīng)用相對(duì)于無(wú)誤碼的環(huán)境設(shè)計(jì)； 傳輸碼流（TS）用于誤碼比較大的傳輸或存貯媒介，其碼率可以是固定的或不固定的，其數(shù)值在節(jié)目時(shí)鐘參考(PCR)中定義。它是為廣播應(yīng)用而設(shè)計(jì)，即TS是為易誤碼的環(huán)境和有較高比特差錯(cuò)概率的噪聲媒質(zhì)設(shè)計(jì)的，那里往往需要把幾個(gè)信道集合成一束數(shù)據(jù)。TS用在廣播系統(tǒng)和長(zhǎng)距離網(wǎng)絡(luò)中。在TS中可以包括多個(gè)節(jié)目。因此接收TS時(shí)首先要解復(fù)用。 PS和TS是各針對(duì)一類(lèi)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。都以數(shù)據(jù)包為基礎(chǔ)。PS的包長(zhǎng)可變，通常較長(zhǎng)；TS的包長(zhǎng)固定為188字節(jié)，包頭4個(gè)字節(jié)，184個(gè)凈荷字節(jié)。并可與

42、ATM適配。,MPEG-2系統(tǒng)作用如下： a）對(duì)音頻、視頻、數(shù)據(jù)、控制等基本比特流起系統(tǒng)復(fù)用的作用。 b）提供用于恢復(fù)時(shí)間基準(zhǔn)的時(shí)間標(biāo)志，緩沖器初始化和管理，音頻和視頻的解碼時(shí)間、顯示時(shí)間。 c）給解碼器提供PSI信息，使之更容易和更迅速的找到所需要的節(jié)目。 d）給誤差恢復(fù)、有條件接收（CA）、隨機(jī)接入以及數(shù)字存儲(chǔ)控制提供支持。,乙）視頻基本碼流(ES)層次結(jié)構(gòu)： 如附圖所示。不管那一種碼流，都可以分成6個(gè)層次： 視頻序列層(Sequence)， 圖像組層（GOP）， 圖像層， 像條層， 宏塊層， 像塊層， 除了宏塊和像塊層，上四層都從相應(yīng)的起始碼(SC：Start Code)開(kāi)始。這種碼是專(zhuān)門(mén)預(yù)留的，從來(lái)不出現(xiàn)在碼流中，因此可以作為同步識(shí)別用。一旦因誤碼或其他原因收發(fā)失去同步時(shí)，重新同步的過(guò)程首