數(shù)字電視信源編解碼技術及應用

數(shù)字視頻技術廣泛應用于通信、計算機、廣播電視等領域, 帶來了會議電視、可視電話及數(shù)字電視、媒體存儲等一系列應用。數(shù)字信號有很多優(yōu)點, 但當模擬信號數(shù)字化后其頻帶大大加寬, 一路6MH z的普通電視信號數(shù)字化后, 其數(shù)碼率將高達167 Mbps, 對儲存器容量要求很大, 占有的帶寬將達80MH z左右, 這樣將使數(shù)字信號失去實用價值。數(shù)字壓縮技術很好地解決了上述困難, 壓縮后信號所占用的頻帶大大低于原模擬信號的頻帶, 因此說數(shù)字壓縮編碼技術是使數(shù)字信號走向實用化的關鍵技術。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和應用。

　　1 數(shù)字電視的編碼概述

　　模擬信號通過取樣、量化后編碼為二進制數(shù)字信號的過程稱為A /D 變換, 所得到的信號也稱PCM 信號, PCM 編碼既可以對彩色全電視信號直接進行, 也可以對亮度信號和兩個色差信號分別進行, 前者稱為全電視信號編碼, 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原來的信號, 有損壓縮在解壓后無法恢復原樣, 有一定的失真, 但失真在某一限度以下時人是感覺不到的。目前采用的壓縮編碼方法有以下幾種: ( 1)統(tǒng)計編碼, 如霍夫曼編碼和游程編碼等; ( 2)預測編碼, 如差值編碼、幀內預測、幀間預測和運動補償預測等; ( 3)變換編碼, 如DCT 變換、小波變換; ( 4)量化技術, 如均勻量化、非均勻量化和自適應量化技術; ( 5)基于可視對象的編碼; ( 6)可分級編碼。前4種編碼技術主要用于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)字電視編碼器的結構

　　MPEG - 2 壓縮編碼器是將模擬電視視音頻信號進行MPEG - 2壓縮編碼輸出實時TS流的前端設備,適用于數(shù)字電視的傳輸或前端信源編碼以及會議電視、遠程教育等各種應用, 一臺高級的編碼器不僅具有DVB接口, 還應當設有電信接口, 以使該設備能方便地在HFC 網絡、微波MMDS 或8GHZ 系統(tǒng)、SDH 或PDH 等網絡中應用, 如圖1所示。

圖1 編碼器的結構框圖。

　　3 MPEG- 2視頻編碼系統(tǒng)及關鍵技術

　　MPEG - 2 圖像壓縮的原理是利用圖像中的兩種特性: 空間相關性和時間相關性。一幀圖像內的任何一個場景都是由若干像素點構成的, 因此一個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系, 這種關系叫作空間相關性; 一個節(jié)目中的一個情節(jié)常常由若干幀連續(xù)圖像組成的圖像序列構成, 一個圖像序列中前后幀圖像間也存在一定的關系, 這種關系叫作時間相關性。這兩種相關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, 只保留少量非相關信息進行傳輸, 就可以大大節(jié)省傳輸頻帶,而接收機利用這些非相關信息, 按照一定的解碼算法,就可以在保證一定的圖像質量的前提下恢復原始圖像, 一個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。