數(shù)字電視信源編解碼技術(shù)及應(yīng)用

數(shù)字視頻技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信、計(jì)算機(jī)、廣播電視等領(lǐng)域, 帶來了會(huì)議電視、可視電話及數(shù)字電視、媒體存儲(chǔ)等一系列應(yīng)用。數(shù)字信號(hào)有很多優(yōu)點(diǎn), 但當(dāng)模擬信號(hào)數(shù)字化后其頻帶大大加寬, 一路6MH z的普通電視信號(hào)數(shù)字化后, 其數(shù)碼率將高達(dá)167 Mbps, 對儲(chǔ)存器容量要求很大, 占有的帶寬將達(dá)80MH z左右, 這樣將使數(shù)字信號(hào)失去實(shí)用價(jià)值。數(shù)字壓縮技術(shù)很好地解決了上述困難, 壓縮后信號(hào)所占用的頻帶大大低于原模擬信號(hào)的頻帶, 因此說數(shù)字壓縮編碼技術(shù)是使數(shù)字信號(hào)走向?qū)嵱没年P(guān)鍵技術(shù)。下面就長治微波站在數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)改造后, 探討EN2200- M型編碼器及數(shù)字電視信源編解碼技術(shù)和應(yīng)用。

　　1 數(shù)字電視的編碼概述

　　模擬信號(hào)通過取樣、量化后編碼為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的過程稱為A /D 變換, 所得到的信號(hào)也稱PCM 信號(hào), PCM 編碼既可以對彩色全電視信號(hào)直接進(jìn)行, 也可以對亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)分別進(jìn)行, 前者稱為全電視信號(hào)編碼, 后者稱為分量編碼, 這是最基本的編碼形式。數(shù)字壓縮編碼技術(shù)可分為無損壓縮和有損壓縮兩大類, 無損壓縮即壓縮后可恢復(fù)原來的信號(hào), 有損壓縮在解壓后無法恢復(fù)原樣, 有一定的失真, 但失真在某一限度以下時(shí)人是感覺不到的。目前采用的壓縮編碼方法有以下幾種: ( 1)統(tǒng)計(jì)編碼, 如霍夫曼編碼和游程編碼等; ( 2)預(yù)測編碼, 如差值編碼、幀內(nèi)預(yù)測、幀間預(yù)測和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測等; ( 3)變換編碼, 如DCT 變換、小波變換; ( 4)量化技術(shù), 如均勻量化、非均勻量化和自適應(yīng)量化技術(shù); ( 5)基于可視對象的編碼; ( 6)可分級(jí)編碼。前4種編碼技術(shù)主要用于MPEG - 2, DVB 數(shù)字電視系統(tǒng)規(guī)定采用MPEG - 2的壓縮編碼方法, 它是基于存儲(chǔ)器的以幀為單位的壓縮方法, 后兩種方法主要用于MPEG - 4, MPEG - 4 在數(shù)字電視系統(tǒng)中主要用于流媒體方式的數(shù)字電視。

　　2 數(shù)字電視編碼器的結(jié)構(gòu)

　　MPEG - 2 壓縮編碼器是將模擬電視視音頻信號(hào)進(jìn)行MPEG - 2壓縮編碼輸出實(shí)時(shí)TS流的前端設(shè)備,適用于數(shù)字電視的傳輸或前端信源編碼以及會(huì)議電視、遠(yuǎn)程教育等各種應(yīng)用, 一臺(tái)高級(jí)的編碼器不僅具有DVB接口, 還應(yīng)當(dāng)設(shè)有電信接口, 以使該設(shè)備能方便地在HFC 網(wǎng)絡(luò)、微波MMDS 或8GHZ 系統(tǒng)、SDH 或PDH 等網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用, 如圖1所示。

圖1 編碼器的結(jié)構(gòu)框圖。

　　3 MPEG- 2視頻編碼系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)

　　MPEG - 2 圖像壓縮的原理是利用圖像中的兩種特性: 空間相關(guān)性和時(shí)間相關(guān)性。一幀圖像內(nèi)的任何一個(gè)場景都是由若干像素點(diǎn)構(gòu)成的, 因此一個(gè)像素通常與它周圍的某些像素在亮度和色度上存在一定的關(guān)系, 這種關(guān)系叫作空間相關(guān)性; 一個(gè)節(jié)目中的一個(gè)情節(jié)常常由若干幀連續(xù)圖像組成的圖像序列構(gòu)成, 一個(gè)圖像序列中前后幀圖像間也存在一定的關(guān)系, 這種關(guān)系叫作時(shí)間相關(guān)性。這兩種相關(guān)性使得圖像中存在大量的冗余信息, 如果我們能將這些冗余信息去除, 只保留少量非相關(guān)信息進(jìn)行傳輸, 就可以大大節(jié)省傳輸頻帶,而接收機(jī)利用這些非相關(guān)信息, 按照一定的解碼算法,就可以在保證一定的圖像質(zhì)量的前提下恢復(fù)原始圖像, 一個(gè)好的壓縮編碼方案就是能夠最大限度地去除圖像中的冗余信息。