數字電視信源編解碼技術(shù)及應用

數字視頻技術(shù)廣泛應用于通信、計算機、廣播電視等領(lǐng)域, 帶來(lái)了會(huì )議電視、可視電話(huà)及數字電視、媒體存儲等一系列應用。數字信號有很多優(yōu)點(diǎn), 但當模擬信號數字化后其頻帶大大加寬, 一路6MH z的普通電視信號數字化后, 其數碼率將高達167 Mbps, 對儲存器容量要求很大, 占有的帶寬將達80MH z左右, 這樣將使數字信號失去實(shí)用價(jià)值。數字壓縮技術(shù)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(shuō)數字壓縮編碼技術(shù)是使數字信號走向實(shí)用化的關(guān)鍵技術(shù)。下面就長(cháng)治微波站在數字微波傳輸系統改造后, 探討EN2200- M型編碼器及數字電視信源編解碼技術(shù)和應用。

　　1 數字電視的編碼概述

　　模擬信號通過(guò)取樣、量化后編碼為二進(jìn)制數字信號的過(guò)程稱(chēng)為A /D 變換, 所得到的信號也稱(chēng)PCM 信號, PCM 編碼既可以對彩色全電視信號直接進(jìn)行, 也可以對亮度信號和兩個(gè)色差信號分別進(jìn)行, 前者稱(chēng)為全電視信號編碼, 后者稱(chēng)為分量編碼, 這是最基本的編碼形式。數字壓縮編碼技術(shù)可分為無(wú)損壓縮和有損壓縮兩大類(lèi), 無(wú)損壓縮即壓縮后可恢復原來(lái)的信號, 有損壓縮在解壓后無(wú)法恢復原樣, 有一定的失真, 但失真在某一限度以下時(shí)人是感覺(jué)不到的。目前采用的壓縮編碼方法有以下幾種: ( 1)統計編碼, 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(dòng)補償預測等; ( 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量化技術(shù); ( 5)基于可視對象的編碼; ( 6)可分級編碼。前4種編碼技術(shù)主要用于MPEG - 2, DVB 數字電視系統規定采用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 在數字電視系統中主要用于流媒體方式的數字電視。

　　2 數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(jìn)行MPEG - 2壓縮編碼輸出實(shí)時(shí)TS流的前端設備,適用于數字電視的傳輸或前端信源編碼以及會(huì )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(wǎng)絡(luò )、微波MMDS 或8GHZ 系統、SDH 或PDH 等網(wǎng)絡(luò )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。一幀圖像內的任何一個(gè)場(chǎng)景都是由若干像素點(diǎn)構成的, 因此一個(gè)像素通常與它周?chē)哪承┫袼卦诹炼群蜕壬洗嬖谝欢ǖ年P(guān)系, 這種關(guān)系叫作空間相關(guān)性; 一個(gè)節目中的一個(gè)情節常常由若干幀連續圖像組成的圖像序列構成, 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, 就可以大大節省傳輸頻帶,而接收機利用這些非相關(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。