數字電視信源編解碼技術(shù)及應用

　　MPEG - 2 中的編碼圖像分為3 類(lèi), 分別稱(chēng)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(guān)性, 而沒(méi)有利用時(shí)間相關(guān)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(shí)利用空間和時(shí)間上的相關(guān)性。P幀圖像只采用前向時(shí)間預測, 可以提高壓縮效率和圖像質(zhì)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(gè)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(shí)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(lái)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(gè)層次。為更好地表示編碼數據, MPEG- 2用句法規定了一個(gè)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(xiàn)性編輯系統及非線(xiàn)性編輯網(wǎng)絡(luò ); 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(shù)

　　在全數字電視技術(shù)中, 有兩個(gè)很關(guān)鍵的編碼技術(shù)即信源編碼和信道編碼, 它們就是采用MPEG - 2 技術(shù), 信源編碼的主要任務(wù)是解決圖像信號的壓縮和保存問(wèn)題, 信道編碼的主要任務(wù)是解決圖像信號的傳輸問(wèn)題。圖像信號的數據量大, 如不進(jìn)行壓縮, 數字電視信號就無(wú)法實(shí)時(shí)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(wú)關(guān)的或對圖像質(zhì)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(wàn)個(gè)像素組成,相鄰兩個(gè)甚至幾個(gè)像素之間有很大的相似性(或稱(chēng)相關(guān)性), 在傳送時(shí)會(huì )出現連續傳送許多相同數據的情況, 稱(chēng)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(shí)間冗余。電視圖像也有很強的時(shí)間相關(guān)性, 對于25幀/ s的圖像來(lái)說(shuō), 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(huà)面內容相同, 這表明相鄰兩幅圖像的相關(guān)性非常大, 而圖像之間相隔較遠時(shí), 其圖像的相關(guān)性才逐步減小, 而且這種相關(guān)性很強的圖像變化時(shí)一般都是有規律的, 也就是說(shuō)每一幅圖像的變化是可預測的。利用圖像的時(shí)間冗余特性,把圖像信號在時(shí)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(gè)相鄰像素值或該像素在前一段上的時(shí)間值預測出來(lái)的。根據圖像的空間相關(guān)性和時(shí)間相關(guān)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(cháng)碼, 這樣就去掉了信號在統計上的冗余信息。

　　( 4) 知覺(jué)冗余。人的視聽(tīng)器官都具有某些不敏感性。知覺(jué)冗余是指處于人們視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)分辨力不敏感或達不到的視音頻信號, 對這些無(wú)關(guān)緊要的信息給與較大的失真處理, 人們并不會(huì )明顯地感到圖像和聲音質(zhì)量的降低, 甚至毫無(wú)覺(jué)察。因此在編碼時(shí)可以分長(cháng)碼和短碼來(lái)對不同的內容進(jìn)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(jīng)過(guò)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(jìn)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(lái)的數據比特流, 經(jīng)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(guò)程正好相反, 電視信號數據經(jīng)過(guò)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(jīng)過(guò)壓縮消去數據冗余, 實(shí)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(guò)糾錯編碼、網(wǎng)絡(luò )編碼、均衡等技術(shù)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(guò)程是在源數據碼流中加插一些碼元, 從而達到在接收端進(jìn)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。