数字电视体系及有线数字电视传输技术1

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1、数字电视体系及有线数字电视数字电视体系及有线数字电视传输技术传输技术 Jan.6, 2006内容安排内容安排 一、数字电视基本概念、数字电视基本概念 二、数字电视系统组成及关键技术二、数字电视系统组成及关键技术 三、数字电视标准三、数字电视标准 四、有线数字电视技术基础四、有线数字电视技术基础 五、信源编码技术五、信源编码技术-压缩编码技术压缩编码技术 六、信道编码和调制六、信道编码和调制 七、有线数字电视传输技术七、有线数字电视传输技术 八、条件接收（八、条件接收（CA）系统）系统 九、有线电视传输系统对数字电视信号质量的影响九、有线电视传输系统对数字电视信号质量的影响 十、机顶盒的应用要求

2、十、机顶盒的应用要求 十一、数字电视参数的测量十一、数字电视参数的测量 1.什么是数字电视什么是数字电视 数字电视是一个系统。它指一个从节目摄数字电视是一个系统。它指一个从节目摄 制、制作、编辑、存储、发送、传输，到信号制、制作、编辑、存储、发送、传输，到信号 接收、处理、显示等全过程完全数字化的电视接收、处理、显示等全过程完全数字化的电视 系统。系统。一、数字电视基本概念一、数字电视基本概念2.数字电视实现的意义数字电视实现的意义 数字电视系统建成后将成为一个数字信号传输平台：它使数字电视系统建成后将成为一个数字信号传输平台：它使整个广播电视节目制作和传输质量显著改善整个广播电视节目制作和传

3、输质量显著改善 信道资源利用率大大提高信道资源利用率大大提高 提供其他增值业务：数据广播，视频点播，电子商务，软件下载，电提供其他增值业务：数据广播，视频点播，电子商务，软件下载，电视购物，视购物， 为为“三网融合三网融合”提供了技术上的可能性。提供了技术上的可能性。 3. 数字电视分类数字电视分类 HDTV：图像分辨率：图像分辨率19201080（16：9） SDTV：图像分辨率：图像分辨率720756（PAL） 720480（NTSC） LDTV：VCD级图像分辨率级图像分辨率4. 数字电视的优点数字电视的优点 数字传输，信号质量高数字传输，信号质量高彩色逼真彩色逼真 可实现不同分辨率等级

4、接收（可实现不同分辨率等级接收（HDTV， SDTV）可移动接收，无重影可移动接收，无重影增加节目频道增加节目频道 应实现加解密和加解扰，便于展开应实现加解密和加解扰，便于展开CA业务业务 准交互和交互准交互和交互 其它增值业务其它增值业务二二. .数字电视系统组成及关键技术数字电视系统组成及关键技术1、系统组成、系统组成 从横向看：（硬件系统）从横向看：（硬件系统） 节目制作节目制作 数字信号处理数字信号处理 传输传输 接收接收 显示显示 从纵向看：（软件系统）从纵向看：（软件系统） 物理层传输协议物理层传输协议 中间件标准中间件标准 信息表示信息表示 信息使信息使 用用 内容保护内容保护

5、节目制作设备：节目制作设备：数字摄像机、数字录像机、数字特技机、数字编辑数字摄像机、数字录像机、数字特技机、数字编辑 机、数字字幕机、非线性编辑系统机、数字字幕机、非线性编辑系统数字处理设备及技术：数字处理设备及技术：压缩编压缩编/解码设备及技术、数据加解码设备及技术、数据加/解扰设备及解扰设备及技术、加技术、加/解密设备及技术解密设备及技术信号传输：信号传输：地面、有线、卫星地面、有线、卫星接收设备：接收设备：数字电视接收机（卫星、有线）数字电视接收机（卫星、有线）显示：显示：CRT、LCD、PDP、投影显示等、投影显示等2.关键技术关键技术1)信源编码技术 视频压缩编码视频压缩编码 MPE

6、G-2 音频压缩编码音频压缩编码 MPEG-2 （欧洲、日本）（欧洲、日本） AC-3 (美国美国) 我国标准：我国标准： GB/T17975.2 2000 “信息技术信息技术运动图像及其伴音信号的通用编码规范运动图像及其伴音信号的通用编码规范 第第2部分：视频部分：视频” GB/T17975.3 2000 “信息技术信息技术运动图像及其伴音信号的通用编码规范运动图像及其伴音信号的通用编码规范 第部分：音频第部分：音频”2) 传输复用技术 数据打包：数据打包：N个信道的视频、音频和辅助数据进行数据分组个信道的视频、音频和辅助数据进行数据分组 传输流复用：将传输流复用：将N个打包的数据复合成单路

7、串行传输流个打包的数据复合成单路串行传输流 标准：国际标准：国际 MPEG-2 我国我国 GB/T17975.1 2000 “信息技术信息技术运动图像及其伴音信号通用编码运动图像及其伴音信号通用编码 第第1部分：系统部分：系统” 传送复用使电视信号具有与数据通信相似的数据分组（打包）传输，传送复用使电视信号具有与数据通信相似的数据分组（打包）传输，从而从而 使数字电视系统具备了可扩展、分级和交互通信的基础。使数字电视系统具备了可扩展、分级和交互通信的基础。3)信道编码和调制 经信源编码的传输码流通常不适合在传输信道（无线、有经信源编码的传输码流通常不适合在传输信道（无线、有 线、卫星）中传输，

8、必须经过某种处理，使之变成适合在线、卫星）中传输，必须经过某种处理，使之变成适合在 规定的信道中传输的形式。在通信原理中把这种处理称为规定的信道中传输的形式。在通信原理中把这种处理称为 信道编码和调制。信道编码和调制。 信道编码包括：纠错编码、网格编码、均衡等。信道编码包括：纠错编码、网格编码、均衡等。 信道编码目的：提高传输信号在信道中的抗干扰能力信道编码目的：提高传输信号在信道中的抗干扰能力 标准：标准：GY/T1702001 “有线数字电视广播系统信道编码与调制规范有线数字电视广播系统信道编码与调制规范” 4) 有条件接收（CA）CA只允许已付费的授权用户使用某一业务，未经授权的用只允许

9、已付费的授权用户使用某一业务，未经授权的用 户不能使用这一业务。户不能使用这一业务。CA涉及技术：前端的加密和加扰技术涉及技术：前端的加密和加扰技术 接收端的对用户寻址控制和授权解扰技术接收端的对用户寻址控制和授权解扰技术标准：标准：GY/Z175-2001 “数字电视广播条件接收系统规范数字电视广播条件接收系统规范”5) 软件平台中间件机顶盒中硬件功能：机顶盒中硬件功能：接收接收RF信号、信道解码、解调。信号、信道解码、解调。MPEG-2码流解码流解 码，模拟码，模拟视视/音频输出。音频输出。机顶盒中软件功能：机顶盒中软件功能：电视节目内容显示、电视节目内容显示、EPG节目信息、操作界面的实

10、现等。节目信息、操作界面的实现等。中间件：中间件：是一种将应用程序与底层的实时操作系统及硬实现的技术细节隔离开来是一种将应用程序与底层的实时操作系统及硬实现的技术细节隔离开来 的软件环境，支持跨硬件平台和跨操作系统的软件运行，使应用不依赖于特定的的软件环境，支持跨硬件平台和跨操作系统的软件运行，使应用不依赖于特定的硬件平台和操作系统。硬件平台和操作系统。中间件构成：中间件构成：Java虚拟机、虚拟机、Java Script 虚拟机、虚拟机、HTML虚拟机等。虚拟机等。 三三. .数字电视标准数字电视标准1.1.国际：三大标准国际：三大标准 DVB-S 欧洲：欧洲：DVB （数字视频广播）（数字

11、视频广播） DVB-T DVB-C 美国：美国：ATSC （高级电视制式）（高级电视制式） 日本：日本：ISDB （综合业务数字广播）（综合业务数字广播）2.中国：数字电视演播室参数标准 数字电视广播标准 GY/T170-2001 有线数字电视广播信道编码与调制规范有线数字电视广播信道编码与调制规范 GY/T106-1999 有线电视广播系统技术规范有线电视广播系统技术规范 GY/Z174-2001 数字电视广播业务信息规范数字电视广播业务信息规范 GY/Z175-2001 数字电视广播条件接收系统规范数字电视广播条件接收系统规范 GY/T148-2000 卫星数字电视接收机技术要求卫星数字电

12、视接收机技术要求 GY/T158-2000 演播室数字音频信号接口演播室数字音频信号接口 GY/T160-2000 数字分量演播室接口中的附属数据信号格式数字分量演播室接口中的附属数据信号格式 GY/T161-2000 数字电视附属数据空间内数字音频和辅助数据数字电视附属数据空间内数字音频和辅助数据的传输规范的传输规范 GY/T163-2000 数字电视附属数据空间内时间码和控制码的传数字电视附属数据空间内时间码和控制码的传输格式输格式 GY/T164-2000 演播室串行数字光纤传输系统演播室串行数字光纤传输系统 GY/T167-2000 数字分量演播室的同步基准信号数字分量演播室的同步基准

13、信号 GY/T180-2001 HFC网络上行传输物理通道技术规范网络上行传输物理通道技术规范 GB/T16694-1996 智能卡接口规范智能卡接口规范 GB/T17975.1-2000 信息技术信息技术 运动图像及其伴音信号的通用编码运动图像及其伴音信号的通用编码第第1部分系统部分系统 GB/T17975.2-2000 信息技术信息技术 运动图像及其伴音信号的通用编码运动图像及其伴音信号的通用编码第第2部分视频部分视频 GB/T17975.3-2000 信息技术信息技术 运动图像及其伴音信号的通用编码运动图像及其伴音信号的通用编码第第3部分音频部分音频 GB/T17881-1999 广播电

14、视光缆干线同步数字体系广播电视光缆干线同步数字体系(SDH)传输接传输接口技术规范口技术规范 GB/T17953-2000 4：2：2数字分量图像信号接口数字分量图像信号接口 ISO7816 智能卡接口规范智能卡接口规范符合符合2003年年4月月1日国家广电总局科技司发行的日国家广电总局科技司发行的有线数字电视暂行技术要求文件汇编有线数字电视暂行技术要求文件汇编用户管理系统监管平台数据交换接口要求用户管理系统监管平台数据交换接口要求(暂行暂行)运动图像及其伴音信号的通用编码系统、视频和音频部分的实施指南运动图像及其伴音信号的通用编码系统、视频和音频部分的实施指南 (暂暂行行)有线数字电视条件接

15、收系统应用指南有线数字电视条件接收系统应用指南 (暂行暂行)有线数字电视广播业务信息应用指南有线数字电视广播业务信息应用指南 (暂行暂行)有线数字电视电子节目指南指导性意见有线数字电视电子节目指南指导性意见(暂行暂行)有线数字电视中间件指导性意见有线数字电视中间件指导性意见(暂行暂行)有线数字电视机顶盒和遥控器功能实施指导性意见有线数字电视机顶盒和遥控器功能实施指导性意见(暂行暂行)节目订购单和用户结账单格式基本要求节目订购单和用户结账单格式基本要求(暂行暂行)有线数字电视广播条件接收系统入网技术要求和评测方法有线数字电视广播条件接收系统入网技术要求和评测方法 (暂行暂行)有线数字电视广播用户

16、管理系统入网技术要求和评测方法有线数字电视广播用户管理系统入网技术要求和评测方法 (暂行暂行) EN 300 429 DVB系统中的帧结构、信道编码和调制系统中的帧结构、信道编码和调制(DVB-C) EN 300 428 DVB系统中服务信息系统中服务信息(SI)规范规范(DVB-SI) ETR 211 DVB服务信息服务信息(SI)的使用和执行指南的使用和执行指南(DVB-SI) EN 300 472 DVB的比特流中传送图文信息和规范的比特流中传送图文信息和规范(DVB-TXT) EN 301 192 数据广播的数据广播的DVB规范规范(DVB-DATA) EN 50083-9 CATV/

17、SMATV前端和前端和DVB/MPEG-2传输流同类专业设传输流同类专业设备和接口备和接口(DVB-PI) EN 50221 关于条件接收和其它关于条件接收和其它DVB解码器运营的通用接口规范解码器运营的通用接口规范(DVB-CI) TS 102 201 DVB IRD的接口技术规范的接口技术规范(DBVB-IRD) TS 101 197 DVB系统中同时加密系统中同时加密(simulcrypt)的技术规范的技术规范(DVB-SIM) TS 103 197.V1.1.1 同密接口同密接口 ETR 289 通用加扰系统描述通用加扰系统描述(DVB-CS) ETR 154 MPEG-2系统、视频和

18、音频在卫星、有线和地面广播应系统、视频和音频在卫星、有线和地面广播应用中的实现指南用中的实现指南(DVB-MPEG) ETS 300 743 DVB字幕系统字幕系统(DVB-SUB) ETS 300 802 DVB交互服务独立网络协议交互服务独立网络协议(DVB-NIP) ETS/EN300 429 DVB系统中的帧结构、信道编码和调制系统中的帧结构、信道编码和调制(DVB-C) 四四. .有线数字电视技术基础有线数字电视技术基础 1.有线数字电视信号传输等级及传输系统模式 1）传输等级）传输等级 LDTV，SDTV，HDTV 2)传输系统模式传输系统模式 电缆传输电缆传输PCM方式方式 光纤

19、传输光纤传输SDH方式方式 光纤光纤 同轴混合传输同轴混合传输HFC数字调制方式数字调制方式 2有线数字电视的主流标准与方式 1) 标准：DVB-C ATSC-16VSB，ATSC-64QAM ISDB-C 2)四种方式： DVB-C ATSC-64QAM ATSC-16VSB ISDB-C传送方式 16-64QAM 64QAM 16VSB 64QAM频带宽度 8MHz 6MHz 6MHz 6MHz传输速率 31.64Mb/s 41.34Mb/s 43.05Mb/s 30.31Mb/s接收滚降 15% 15% 11.5% 18%纠错率 RS(204,188) RS(128,122) RS(20

20、7,187) RS(204,188)压缩方式 MPEG-23 3数字电视信号的产生数字电视信号的产生 直接产生：字幕机，数字摄像机等直接产生：字幕机，数字摄像机等 转换生产：电影胶片转换生产：电影胶片电视电影机电视电影机 模拟模拟-数字（数字（A/D转换）转换）信号数字化信号数字化1) 1) 信号数字化过程信号数字化过程 取样：取样频率，取样：取样频率，Nyquist定理定理 连续信号变换成离散信号连续信号变换成离散信号 量化：将离散信号样值进行离散化处理量化：将离散信号样值进行离散化处理 离散化的量化级离散化的量化级 量化噪声量化噪声 编码：量化后的信号仍然只是离散信号，还不是数字信号。用编

21、码：量化后的信号仍然只是离散信号，还不是数字信号。用 n比特二进制码来表示已经量化了的取样值，称为编码。比特二进制码来表示已经量化了的取样值，称为编码。 每个二进制数对应一个量化电平，再按时序将它们排列每个二进制数对应一个量化电平，再按时序将它们排列 起来，就得到基带数字信息流。起来，就得到基带数字信息流。 传输速率：传输速率传输速率：传输速率=取样频率取样频率fs量化比特数量化比特数2 2）音频信号的数字化）音频信号的数字化 取样频率：取样频率：40KHz。 常用常用11.025KHz，22.05KHz，44.1KHz，48KHz。 量化比特数：量化比特数：8bit，12bit，16bit。

22、 声道：单声道，双声道（立体声）声道：单声道，双声道（立体声） 取样频率取样频率量化比特数量化比特数声道数声道数 数字音存储量：数字音存储量： （字节）（字节） 8bit例：例：CD标准取样频率标准取样频率44.1KHz，量化比特数，量化比特数16bit，立体声，存储，立体声，存储 一分钟数字音乐的容量为一分钟数字音乐的容量为10,584,000字节或字节或84,672,000比特。比特。3 3）视频信号的数字化）视频信号的数字化 编码方式：复合编码编码方式：复合编码将彩色全电视信息直接将彩色全电视信息直接 编成编成PCM码码 分量编码分量编码将亮度信号将亮度信号Y，色差信，色差信 号号R-

23、Y和和B-Y分别编码分别编码 或或PCM码码 二者比较：二者比较： “复合编码复合编码”与电视制式有关与电视制式有关 “分量编码分量编码”与电视制式无关与电视制式无关 在节目后期制作中：在节目后期制作中： “复合复合”需解码需解码 “分量分量”无需解码无需解码 传输时：传输时：“复合复合”由于频分复用，产生亮，色串扰由于频分复用，产生亮，色串扰 “分量分量”采用时分复用，无亮，色串扰采用时分复用，无亮，色串扰 分量编码取样频率分量编码取样频率 亮度信号取样频率：足够小的混叠噪声亮度信号取样频率：足够小的混叠噪声fs=（2.22.7）fm fm =5.8-6 MHz fs12.7613.2 MH

24、z 满足行锁相采样满足行锁相采样 fs=mfH, m为整数为整数 使使525/652行兼容（行兼容（525行行/60场场 625行行/50场）场） 要采用同一取样频率要采用同一取样频率 在在13.2MHz附近，只有附近，只有 13.5MHz=15625Hz864 (625/50) =15734.264 Hz858 (525/60) 亮度信号取样频率取样亮度信号取样频率取样13.5MHz 色差信号取样频率：色差信号取样频率： 需要满足与亮度信号同样的三个要求需要满足与亮度信号同样的三个要求 取为取为fS=6.75MHz 分量编码取样频率的组合，适应不同图像质量要求分量编码取样频率的组合，适应不同

25、图像质量要求 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 （ 演播室图像质量标准）演播室图像质量标准） Y：(B-Y)：（：（R-Y）：）：=13.5MHz：3.375MHz：3.375MHz =4：1：1（4：2：0） 4：4：4，4：2：2和和4：2：0三种是可以相互兼容，相互转换的三种是可以相互兼容，相互转换的 由高档转由高档转为低档，样点数减少，称为数字信号的抽去；反之称为数字信号的内插。为低档，样点数减少，称为数字信号的抽去；反

26、之称为数字信号的内插。 4：4：4 4：2：2 4：2：0 视频取样示例4 ： 2 ： 24 ：2 ：04 ： 4 ： 4 像素：在理想情况下可用“1份亮度+2份彩色差的样品”来描述： 表示1份亮度样品(Y) 重合的亮度、色度样品 表示2个色度样品(R-Y ，B-Y) 4为13.5MHz、2为6.75MHz 和1为3.75MHz的取样频率4）量化比特数和量化级 量化比特：量化比特： Y，B-Y，R-Y都采用都采用 8bit 均匀量化均匀量化 未经未经较正的信号采用较正的信号采用10bit均匀量化均匀量化 量化级：量化级： 亮度信号亮度信号 8bit ，256个量化级，个量化级，0-255 为防

27、止过载为防止过载 上端留上端留20级级 下端留下端留16级级 量化级量化级 16 表示黑电平表示黑电平 量化级量化级235表示白电平表示白电平 5 5）ITU-R601ITU-R601建议编码主要参数（建议编码主要参数（4 4：4 4：4 4格式）格式） 参参 数数 625行行50场场/s制式制式 525行行60场场/s制式制式 1，编码信号，编码信号 经过经过校正的信号校正的信号EY，ER-EY，EB-EY或或ER，EG，EB 2，各信号的全行样点数，各信号的全行样点数 864 858 3，取样结构，取样结构 正交，按场，行，帧重复，并与此正交，按场，行，帧重复，并与此4：2：2标准的亮度样

28、点重合标准的亮度样点重合 4，每种信号的取样频率，每种信号的取样频率 13.5MHz 5，编码方式，编码方式 每样值至少每样值至少8比特均匀量化比特均匀量化PCM 6，用样点表示的数字，用样点表示的数字 有效行长度有效行长度 至少至少 720 7，视频信号电平每样值，视频信号电平每样值 共共220量化级，黑电平对应于第量化级，黑电平对应于第16量化级；量化级； 8比特的最高有效位比特的最高有效位 峰值白电平相应于第峰值白电平相应于第235量化级量化级 （MSB）量化级之间的）量化级之间的 在量化等级中部共分在量化等级中部共分224级，零电平对应级，零电平对应128级级 对应值（范围：对应值（范

29、围：0255） ITU-R601 ITU-R601建议演播室分量编码主要参数建议演播室分量编码主要参数(422(422格式格式) ) 参参数数625行行50场场/s制式制式525行行60场场/s制式制式1、编码信号、编码信号 Y、R-Y、B-Y2、全行样点数、全行样点数亮度信号亮度信号(Y)864858每个色差信号每个色差信号(R-Y、B-Y)4324293、取样结构、取样结构 正交，场、行、帧重复，正交，场、行、帧重复，R-YR-Y和和B-YB-Y的样点同位，并和每行第奇数个的样点同位，并和每行第奇数个(1(1，3 3，5 5.) Y) Y样点同位样点同位4、取样频率、取样频率亮度信号亮度信

30、号 13.5MHz 13.5MHz每个色差信号每个色差信号 6.75MHz 6.75MHz5、编码方式、编码方式线性线性PCM、8比特量化比特量化/每个取样值每个取样值6、每数字有效行数样点数每数字有效行数样点数 亮度信号亮度信号 720 720每个色差信号每个色差信号 360 3607、视频信号电平与量化级间的对应值视频信号电平与量化级间的对应值 亮度信号亮度信号每个色差信号每个色差信号共共2222个量化级，黑电平对应量化级个量化级，黑电平对应量化级1616；峰值白电平对应量化级；峰值白电平对应量化级235235 在量化等级中间部，共分在量化等级中间部，共分224224级，零电平对应于级，零

31、电平对应于128128级级数字电视信号的码率数字电视信号的码率1）标准清晰度数字电视（）标准清晰度数字电视（SDTV）：）： 在在ITU-R601标准中，采用标准中，采用10bit量化时，量化时， 亮度信号的码率为亮度信号的码率为 取样频率取样频率 X 量化比特数量化比特数 = 13.5MHz X 10bit = 135Mbps 2个色差信号的码率为个色差信号的码率为 2 X 6.75MHz X 10bit = 135Mbps SDTV的总码率为的总码率为 亮度信号码率亮度信号码率 + 2个色差信号码率个色差信号码率 = 135Mbps + 135Mbps = 270Mbps 2）高清晰度电视

32、（）高清晰度电视（HDTV）：）： 在在SMPTE274M数字电视标准中，采用数字电视标准中，采用10bit量化时，量化时， 亮度信号的码率为亮度信号的码率为 取样频率取样频率 X 量化比特数量化比特数 = 74.25MHz X 10bit = 742.5Mbps 2个色差信号的码率为个色差信号的码率为 2 X 37.125MHz X 10bit = 742.5Mbps HDTV的总码率为的总码率为 亮度信号码率亮度信号码率 + 2个色差信号码率个色差信号码率 = 742.5Mbps + 742.5Mbps = 1485Mbps数字电视信号的有效码率数字电视信号的有效码率 有效码率（视频有效码

33、率）：有效码率（视频有效码率）： 1）标准清晰度数字电视信号的有效码率）标准清晰度数字电视信号的有效码率 是指在单位时间内与视频信号有关的数据量。因为在电视信号的水平和垂是指在单位时间内与视频信号有关的数据量。因为在电视信号的水平和垂直消隐期间内没有视频信号，所以有效码率一般只是码率的直消隐期间内没有视频信号，所以有效码率一般只是码率的60%-80%。 在在ITU-R601标准中，标准中，8bit量化时，量化时， NTSC（480/60i）亮度信号的有效码率为：）亮度信号的有效码率为： 每行的取样点数每行的取样点数 X 有效扫描行数有效扫描行数 X 量化比特数量化比特数 X 帧频帧频 = 72

34、0 X 480 X 8 X 30 = 82.944 Mbps 2个色差信号的有效码率为：个色差信号的有效码率为： 2 X 360 X 480 X 8 X30 = 82.944 Mbps 总有效码率为：总有效码率为： 亮度信号有效码率亮度信号有效码率 + 2个色差信号有效码率个色差信号有效码率 = 82.944 Mbps + 82.944 Mbps = 165.888 Mbps（480/60i） PAL（576/50i）亮度信号的有效码率为：）亮度信号的有效码率为： 每行的取样点数每行的取样点数 X 有效扫描行数有效扫描行数 X 量化比特数量化比特数 X 帧频帧频 = 720 X 576 X 8

35、 X 25 = 82.944 Mbps 2个色差信号的有效码率为：个色差信号的有效码率为： 2 X 360 X 576 X 8 X25 = 82.944 Mbps 总有效码率为：总有效码率为： 亮度信号有效码率亮度信号有效码率 + 2个色差信号有效码率个色差信号有效码率 = 82.944 Mbps + 82.944 Mbps = 165.888 Mbps（576/50i） 2）高清晰度数字电视信号的有效码率）高清晰度数字电视信号的有效码率 在在SMPTE274M数字电视标准中，采用数字电视标准中，采用8bits量化时量化时1080/60i信信 号格式量度信号的有效码率为号格式量度信号的有效码率

36、为 每行的取样点数每行的取样点数X有效扫描行数有效扫描行数X量化比特数量化比特数X帧频帧频 =1920X1080X8X30=497.664Mbps 2个色差信号的有效码率为个色差信号的有效码率为 2X960X1080X8X30=497.664Mbps 总有效码率为总有效码率为 2X497.664=995.328Mbps（1080/60i） 1080/50i信号格式的有效码率为信号格式的有效码率为 1920X1080X8X25X2=829.44Mbps（1080/50i） 数字电视技术中电视系统的表示方法示例数字电视技术中电视系统的表示方法示例1080/60i：1080表示每帧有效扫描行数，表示

37、每帧有效扫描行数， 60表示帧频或场频，表示帧频或场频， i表示隔行扫描。表示隔行扫描。 720/50P： 720表示每帧有效扫描行数，表示每帧有效扫描行数， 50表示帧频或场频，表示帧频或场频， P表示逐行扫描。表示逐行扫描。 NTSC制可表示为：制可表示为：480/60i PAL制可表示为：制可表示为：576/50i 1080/60i还可表示为：还可表示为：1080/60/2 ：1 720/50P还可表示为：还可表示为：720/50/1 ：1 1080/60i还可表示为：还可表示为：108060i 720/50P还可表示为：还可表示为：72050P五五. .信源编码技术信源编码技术压缩编码

38、技术压缩编码技术1数字视频压缩的必要性 HDTV 1920 1080 显示格式显示格式 数字化后传输速率数字化后传输速率 995 Mb/S SDTV 复合编码复合编码 135 Mb/S 分量编码分量编码 4：2：2 216 Mb/S 存储存储 ： 2小时小时HDTV，存储量，存储量 7164 Gbit/S 2小时小时SDTV，存储量，存储量 972 Gbit/S 复合编码复合编码 1555 Gbit/S 分量编码分量编码 传输：传输： HDTV 需需 1Gb/S 信道信道 SDTV 需需 12个个 155 Mb/S 信道信道 无论对于存储或传输，码率压缩都是绝对必要的。无论对于存储或传输，码率

39、压缩都是绝对必要的。 2压缩编码方法 1) 利用图象时间的相关性与时间冗余度的压缩利用图象时间的相关性与时间冗余度的压缩 电视图象中相继各帧对应象素点的值往往相近或相同，具有时间相关性，电视图象中相继各帧对应象素点的值往往相近或相同，具有时间相关性，找出这些相关性就可以减小信息量，从而实现与时间有关的压缩。找出这些相关性就可以减小信息量，从而实现与时间有关的压缩。 2) 利用图象空间的相关性与空间冗余度的压缩利用图象空间的相关性与空间冗余度的压缩 一幅图象相邻各点的取值往往相近或相同，具有空间相关性，找出这些一幅图象相邻各点的取值往往相近或相同，具有空间相关性，找出这些相关性就可以减少信息量，

40、从而实现与空间有关的压缩。相关性就可以减少信息量，从而实现与空间有关的压缩。 3)利用事件的统计特性与统计冗余度的压缩利用事件的统计特性与统计冗余度的压缩 对经常出现的数据用短码组表，对不经常 出现的数据用长码组表示，则最终用于表示这一串数据的总码位就减少了。从而实现与统计冗余有关的压缩。 4)利用人眼的视觉特性与视觉冗余度的压缩利用人眼的视觉特性与视觉冗余度的压缩 人眼的视觉特性：对亮度信号比对色度信号敏感 对低频信号比对高频信号敏感 对静止图象比对运动图象敏感 对图象中水平和垂直线条比对斜线条敏感 包含在色度信号、图象高频信号和运动图象中的一些数据并不能对增加图象相对于人眼清晰度作出贡献，

41、而被认为是多余的数据，这就是视觉冗余度。 压缩视觉冗余度就是去掉那些相对人眼而言是看不到的或可有可无的图象数据。 3基本的图象压缩编码技术 1) 分类 冗余度压缩技术，无损伤压缩技术，无失真，数学上可逆。即它是可还原的。冗余度压缩技术，无损伤压缩技术，无失真，数学上可逆。即它是可还原的。 信息量压缩技术，有损伤压缩技术，有失真，数学上不可逆。即它是不可还原信息量压缩技术，有损伤压缩技术，有失真，数学上不可逆。即它是不可还原的。的。2) 图象压缩技术优劣评估条件 信息压缩比：信息压缩比：压缩前后所需的信息存储量之比压缩前后所需的信息存储量之比 重现图象精度：重现图象精度：重现的图象与原图象相比有

42、多大失真重现的图象与原图象相比有多大失真 执行速度：执行速度：压缩算法要多少时间完成压缩算法要多少时间完成 压缩比增大，图象损伤程度也随之加大。压缩比增大，图象损伤程度也随之加大。 电视节目制作：压缩比电视节目制作：压缩比2：1至至8：1 Sony数字数字Betacam 录象机录象机 2.37：1 模拟分量录象机模拟分量录象机Betacam SP 8：1 VCD母盘，压缩比母盘，压缩比12：1 采用帧内压缩方式，采用帧内压缩方式，JPEG标准。标准。 电视广播：电视广播： 压缩比压缩比15：120：1 采用帧间预测编码，采用帧间预测编码，MPEG 2 标准标准 有线数字电视压缩比可加大至有线数

43、字电视压缩比可加大至30：1， MPEG 2 标准标准3)基本压缩编码方法 预测编码（DPCM）差分脉冲编码调制 DPCM不直接传送图象样值本身，而是对实际样值与它的一个预测值之间的差值进行再次量化、编码。 这种方法可消除图象信号的空间相关冗余帧内预测）和时间相关冗余（帧间预测）。利用象素的相关性还可进一步减小差值。DPCM系统原理图系统原理图 DPCM系统原理框图+ 量化器 编码器 预测器+ 解码器 预测器 信道 +输入XN输出XNeN eN+-XNEN+XN (X N ：是通过预测公式从DPCM的输入XN和已传出去的几个邻近样值计算出来的。)X N + + + + 离散余弦变换（DCT）

44、DCT(Discrete Cosine Transform)是是数数码码率率压压缩缩的的一一种种常常用用的的变变换换编编码码方方法法。DCT是是先先将将整整体体图图像像分分成成N N 像像素素块块，然然后后对对N N 像像素素块块逐逐一一进进行行DCT变变换换。由由于于多多数数图图像像高高频频分分量量较较少少，相相应应图图像像高高频频分分量量的的系系数数经经常常为为零零，加加之之人人眼眼对对高高频频成成分分的的失失真真不不太太敏敏感感，所所以以可可用用更更粗粗的的量量化化。因因此此传传送送变变换换系系数数的的数数码码率率，要要大大大大小小于于传传送送像像素素所所用用的的数数码码率率。到到达达接

45、接收收端后通过反离散余弦变换回到样值。虽有失真，但人眼是可以接受的。端后通过反离散余弦变换回到样值。虽有失真，但人眼是可以接受的。DCT系数Y0 ： (0 2407) Y1-7：(-1024 1023+y0y1y2y3y4y5y6y7恢复成的图像信号 (0255)DCT系数Y0 、Y1-7 与各像元信号相乘 后恢复原图像信号 水平一行数据的变换示意图F2.0F4.0F5.0原始图像信号 (0255)图像信号分解 为各种余弦成分DCT基底直流成分低频成分高频成分F0.0F1.0F3.0F6.0F7.0 89 101 114 125 126 115 105 96 97 115 131 147 14

46、9 135 123 113 114 134 159 178 175 164 149 137 121 143 177 196 201 189 165 150 119 141 175 201 207 186 162 144 107 130 165 189 192 171 144 125 97 119 149 171 172 145 117 96 89 107 136 156 155 129 97 75 图像信号采样数据1152 -32 -185 -7 2 -1 -2 2 -32 -16 45 -3 -2 0 -2 -2 -165 32 17 9 5 1 -3 0 -7 -4 0 2 2 -1 -1

47、 2 -2 0 0 3 0 0 2 1 3 1 1 -1 -2 0 2 0 0 0 2 -1 -1 2 1 -1 0 3 1 -1 2 1 -2 0DCT DCT系数量化 281 -8 -46 -1 0 0 0 0 -5 -4 11 0 0 0 0 0 -41 8 4 2 1 0 0 0 -1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 “之”字读出 (扫描)281，-8， -5，-41，-4，-46，-1，11，8，-1，0，-1，4 ，0，0，0，0，2，0，0，0，0，1，0

48、，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，00，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0 编码281， -8， -5， -41， -4， -46 ，-1，11，8，-1， 1*0， -1， 4 ，4*0，2， 7*0， 1， EOB DCT变换实例 游程长度编码（游程长度编码（Runlength EncodingRunlength Encoding） 是指一个码可同时表示码的值和前面有几个零。在用之字形读出方式情况是指一个码可同时表示码的值和前面有几个零。在用之字形读出方式情况下，出现连零的机会较多，尤其在最后，如果都是零，

49、在读到最后一个数后只要下，出现连零的机会较多，尤其在最后，如果都是零，在读到最后一个数后只要给出给出“块结束块结束”（EOB）码，就可以结束输出，从而节省很多码率。）码，就可以结束输出，从而节省很多码率。 通常，通常，DCT系数量化之后，都采用之字形方式读出。系数量化之后，都采用之字形方式读出。 霍夫曼（霍夫曼（HoffmanHoffman）编码）编码 霍霍夫夫曼曼(Hoffman)编编码码(属属于于统统计计编编码码)是是可可变变字字长长编编码码(VLC: Variable-Length Coding)的的一一种种，相相当当于于对对概概率率大大的的符符号号给给短短码码，对对概概率率小小的的符符

50、号号给给长长码。码。 符号 A B C D E F G H 概率 0.10 0.18 0.40 0.05 0.06 0.10 0.07 0.04 码 011 001 1 00010 0101 0000 0100 00011C 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.60 B 0.18 0.18 0.18 0.19 0.23 0.37 0.40A 0.10 0.10 0.13 0.18 0.19 0.23F 0.10 0.10 0.10 0.13 0.18 G 0.07 0.09 0.10 0.10E 0.06 0.07 0.09D 0.05 0.06H 0.041.00

51、 霍夫曼编码4 4视频压缩编解码标准视频压缩编解码标准 1）H.261标准标准 1980年年CCITT通过为国际标准通过为国际标准 用于可视电话，用于可视电话，P 64Kb/S， P=130可变，可变，（64 1920)Kb/S 用于会议电视，用于会议电视，P36 H.261(又称又称P 64)是最早的一个码率压缩标准。是最早的一个码率压缩标准。 2）JPEG标准标准 1986年提出，年提出，1992年公布为国际标准。年公布为国际标准。 属帧内压缩编码方法，主要用于数字电视编录设备（如非线性编辑系属帧内压缩编码方法，主要用于数字电视编录设备（如非线性编辑系统）。统）。 压缩比：压缩比：32 5

52、.3 接近原始图象质量接近原始图象质量 5.311 图象很好图象很好,满足绝大多数应用满足绝大多数应用 1116 图象好图象好,满足多数应用满足多数应用 1532 图象较好图象较好,满足某些应用满足某些应用3）MPEG 1 标准标准 1988年提出，年提出，1992年公布为国际标准年公布为国际标准 典型应用如典型应用如VCD等家用数字音象产品。最高编码速率等家用数字音象产品。最高编码速率1.8 Mb/S 实现方法：实现方法：DCT、运动补偿和霍夫曼编码、运动补偿和霍夫曼编码 信源输入格式为信源输入格式为SIF（Source Inpnt Format），如为），如为 CCIR 601 格式的信源

53、要转换成格式的信源要转换成SIF格式才能输入格式才能输入 MPEG 1 编码器。编码器。 a a） MPEG-1MPEG-1标标准准于于19921992年年出出版版，目目标标是是“对对当当比比特特率率为为1.5Mb/s1.5Mb/s时时，用用于于数数字字存存储储媒媒体体的的动动态态图图像像及及其其伴伴音音的的编编码码”。它它首首先先提提出出了了流流（SequenceSequence）数数据结构，使视频数据的描述更加完善。据结构，使视频数据的描述更加完善。 b b）为为了了解解决决随随机机访访问问和和高高效效压压缩缩的的要要求求冲冲突突，在在MPEG-1MPEG-1中中定定义义了了四四种种主主要

54、要的的图像类型：图像类型：I I帧、帧、P P帧、帧、B B帧和帧和D D图像图像。 I I帧帧只使用帧内编码，必须传递，只使用帧内编码，必须传递， P P帧帧用于前向预测，用于前向预测， B B帧帧用于双向预测，用于双向预测， D D图像图像用于甚低频图像的浏览。用于甚低频图像的浏览。 c c） MPEG-1 MPEG-1视频压缩中主要用到两项基本技术：视频压缩中主要用到两项基本技术： 1 1、基基于于1616 1616块块运运动动补补偿偿：适适用用于于预预测测编编码码和和插插补补编编码码，用用于于减减少少帧序列的时间冗余度；帧序列的时间冗余度； 2 2、基基于于变变换换域域(DCT)(DC

55、T)的的压压缩缩技技术术：用用于于减减少少空空间间冗冗余余度度。在在MPEG-1MPEG-1中中，DCTDCT不不仅仅用用于于帧帧内内压压缩缩，而而且且对对帧帧间间预预测测误误差差，也也可可再再作作DCTDCT变变换换，以以达达到到进一步压缩的目的。进一步压缩的目的。 MPEG-1MPEG-1中中的的帧帧内内编编码码：像像素素点点的的DCTDCT编编码码与与JPEGJPEG相相似似，先先进进行行DCTDCT变变换换，然然后后通通过过量量化化和和零零行行程程等等混混合合编编码码达达到到压压缩缩。但但在在系系数数量量化化阶阶段段，MPEGMPEG的的量量化化器器考考虑虑到到运运动动信信息息和和视视

56、觉觉质质量量提提出出了了若若干干改改进进，如如视视觉觉权权量量化化，即即以以视视觉觉域域值值作作为为量量化化矩矩阵阵的的步步长长；帧帧内内块块和和非非帧帧内内块块区区别别量量化化，对对帧帧内内的的宏宏块块和和非非帧帧内内块块采采取取两两种种不不同同的的量量化化器器；可可调调整整量量化化器器，在在块块与与块块的的基基础础上上对对量化步长作自适应调整。量化步长作自适应调整。 d d）MPEG-1MPEG-1中用到帧间编码：中用到帧间编码： 视视频频压压缩缩标标准准中中，几几乎乎都都用用到到了了运运动动补补偿偿技技术术( (简简称称MCMC技技术术) )，一一般般为为“简简单帧间预测单帧间预测+ +

57、运动补偿运动补偿”框架。框架。MCMC技术通常由以下几个方面组成：技术通常由以下几个方面组成： 1 1、图像分割：、图像分割：将视频图像分割成静止和运动两部分；将视频图像分割成静止和运动两部分； 2 2、运运动动检检测测和和估估值值：检检测测运运动动类类型型( (平平移移、旋旋转转和和缩缩放放等等) )，估估计计运运动动物物体的位移值；体的位移值； 3 3、运动补偿：、运动补偿：用位移估值用位移估值( (即运动矢量即运动矢量) )进行运动补偿预测；进行运动补偿预测； 4 4、预测信息编码：、预测信息编码：对预测信息进行编码，作为边信息传送给接收端。对预测信息进行编码，作为边信息传送给接收端。

58、图图像像分分割割（它它是是MCMC技技术术的的基基础础），采采用用了了两两种种方方法法：块块匹匹配配法法(BMA)(BMA)和和像像素素递归法递归法(PRA)(PRA)。 1 1、BMABMA是是把把图图像像分分成成若若干干矩矩形形子子块块，适适当当选选择择子子块块大大小小，把把子子块块分分成成静静止止和运动两类，估计出运动子块的位移，进行预测编码。和运动两类，估计出运动子块的位移，进行预测编码。 2 2、PRAPRA则则是是对对每每个个像像素素的的位位移移进进行行递递归归估估计计, ,其其精精度度相相对对来来说说较较高高，对对多多运运动动图图像像适适应应能能力力强强，但但跟跟综综能能力力较较

59、弱弱，且且实实现现复复杂杂。BMABMA虽虽精精度度较较低低，但位移跟综能力较强，且实现简单，很有实用性。但位移跟综能力较强，且实现简单，很有实用性。 e e）在在MPEG-1MPEG-1中中，帧帧间间预预测测后后宏宏块块被被送送入入DCTDCT变变换换，而而运运动动矢矢量量则则用用DPCMDPCM编编码码，再经再经VLCVLC量化和霍夫曼编码后完成压缩过程。量化和霍夫曼编码后完成压缩过程。 4）MPEG 2 标准 1988年提出，年提出，1994年公布为国际标准，是专门针对数字电视（包括年公布为国际标准，是专门针对数字电视（包括SDTV和和HDTV）的信源编码标准。）的信源编码标准。 MPE

60、G是是运运动动图图像像专专家家组组(Moving Pictures Expert Group)的的缩缩写写，成成立立于于1988年年，以以建建立立活活动动图图像像及及相相应应音音频频的的编编码码标标准准。MPEG-2的的主主级级和和主主类类提提供供720576(PAL)25帧帧的的ITUR 601建建议议图图像像质质量量。在在压压缩缩比比为为30 1或或更更小小时时，MPEG-2可可以以提提供供广广播播质质量量的的编编码码图图像像，MPEG-2也可工作在大压缩比如也可工作在大压缩比如200 1下，效果与下，效果与MPEG1相差不大（即与相差不大（即与MPEG-1兼容）。兼容）。 a） MPEG

61、 2 是一个系统是一个系统，它的作用是：，它的作用是： 对音频、视频、数据、控制等基本比特流实现复用对音频、视频、数据、控制等基本比特流实现复用 提供各种定时及初始化提供各种定时及初始化 经解码器提供经解码器提供PSI（节目特定信息）（节目特定信息） 支持有条件接收（支持有条件接收（CA），随机接入，数字存储和纠错），随机接入，数字存储和纠错b）MPEG-2系统输出两个数码流：系统输出两个数码流： 节目比特流节目比特流PS，用于相对无误差的环境，用于相对无误差的环境 传输比特流传输比特流TS，用于有噪声媒质，用于有噪声媒质 c）MPEG-2的类与级的类与级 1、MPEG-2有有4种种输输入入格

62、格式式，称称为为级级(Levels或或等等级级)。从从有有限限清清晰晰度度的的VHS(家家用用录录像像系系统统)质质量量图图像像直到直到HDTV图像，每一种输入格式编码后都有一个相应的范围。图像，每一种输入格式编码后都有一个相应的范围。 除除了了在在源源格格式式提提供供这这种种灵灵活活性性之之外外，MPEG-2还还有有不不同同的的处处理理方方法法，称称为为类类(profiles或或层层面面)，每每一一类都包括压缩和使用方法的一个集合。类都包括压缩和使用方法的一个集合。不同的类意味着使用不同集合的码率压缩工具。不同的类意味着使用不同集合的码率压缩工具。 2、MPEG2共分类，共分类，较高的类编码

63、更精细，而且每升高一类将提供前一类没有使用的附加工具。较高的类编码更精细，而且每升高一类将提供前一类没有使用的附加工具。 甲）甲）简单类简单类(SP) 乙）乙）主类主类(MP) 丙）丙）信噪比可分级类信噪比可分级类SNRP 丁）丁）空间可分级类空间可分级类SSP 戊）戊）高级类高级类(HP) 己）己）：格式：格式 在在主主类类上上的的类类是是信信噪噪比比可可分分级级类类(SNRP)、空空间间可可分分级级类类(SSP)、高高级级类类和和4:2:2格格式式。这这允允许许将将编编码码的的视视频频数数据据分分为为基基本本层层和和另另一一个个或或更更多多的的上上层层信信号号。基基本本层层表表示示编编码码

64、图图像像的的基基本本数数据据但但代代表表的的图图像像质质量较低。上层信号则可用来改进信噪比或清晰度。量较低。上层信号则可用来改进信噪比或清晰度。 d d）图像的）图像的4 4个级别：个级别： 甲甲）低低级级(LL(LL：Low Low Level)Level)的的输输入入格格式式的的像像素素是是ITU-R ITU-R 601601格格式式的的1/41/4，即即3522403035224030或或3522882535228825，相应编码最大输出码率为，相应编码最大输出码率为4M b/s4M b/s。 乙乙）主主级级(ML(ML：Main Main level)level)：输输入入格格式式完完

65、全全符符合合ITU-R ITU-R Rec.601Rec.601格格式式，7204803072048030或或7205762572057625，输输出出最最大大码码率率除除高高级级类类和和4:2:24:2:2外外是是15Mb/s15Mb/s，高级类主级是高级类主级是20Mb/s20Mb/s，4:2:2 4:2:2 是是50Mb/s50Mb/s。 丙丙）高高14401440级级(H14L(H14L：HighHigh1440 1440 Level)Level)：是是每每行行14401440有有效效像像素素的的高高清清晰晰度度格格式。除高级类式。除高级类 外，最大输出码率为外，最大输出码率为60Mb

66、/s60Mb/s，相应的高级类输出码率为，相应的高级类输出码率为80Mb/s80Mb/s。 丁丁）高高级级(HL)(HL)：输输入入是是每每行行19201920有有效效像像素素的的高高清清晰晰度度格格式式，输输出出最最大大码码率率为为80Mb/s80Mb/s，相应的高类输出码率为，相应的高类输出码率为100Mb/s100Mb/s。 e e）MPEG-2MPEG-2的类和级的组合如下图的类和级的组合如下图( (常用缩写表示如常用缩写表示如MPMLMPML主类主级、主类主级、MP HLMP HL主类高级等主类高级等) )。MPLL 352 288 30Hz 4Mb/s，4Mb级级 (Levels)

67、高级(HIGH)1440高级(HIGH-1440)MPHL 19201152 60Hz 80Mb/s，128MbMPH14L 14401152 60Hz 60Mb/s，64MbSSP H14L 14401152 60Hz 60Mb/s，128MbHPH1 14401152 60Hz 80Mb/s，128MbHPHL 19201152 60Hz 100Mb/s，256MbHPM 352 288 30Hz 20Mb/s，32Mb SPM L 720 x 576 15Mb/s，8MbMPML 720 576 30Hz 15Mb/s，16MbSNRPLL 352 288 30Hz 4Mb/s，8MbS

68、NRP MM 720 576 30Hz 15Mb/s，30Mb主级(MAIN)低级(LOW) MPEG-2的类和级简单类信噪比可分级类主类(MAIN)高类(MAIN)(SIMPLE)（SNRSCL)空间可分级类（SPA）类类(Profiles)专业类(4: 2: 2) 720 608 30Hz 50Mb/s,16Mb 在在24个个所所选选组组合合中中有有12个个是是获获准准通通过过的的。图图中中显显示示了了每每种种组组合合的的最最大分辨率大分辨率(水平水平垂直垂直)、最大帧速、最高码速和解码器必须的缓存容量。、最大帧速、最高码速和解码器必须的缓存容量。 最广泛采用的类和级是最广泛采用的类和级是

69、MPML和和SPML。 4:2:2是是对对主主类类的的修修改改，它它用用4:2:2色色度度格格式式代代替替了了MPEG-2标标准准中中其其它它类类所所共共用用的的4:2:0格格式式。由由于于色色差差数数据据量量增增加加，故故规规定定了了比比主主类类更更高高的的数数据据率率。4:2:2主主要要用用于于演演播播室室设设备备，故故又又称称演演播播室室类类或或专专业业类类。 MPEG-2的的色色度度格格式式除除专专业业类类外外，都都是是4:2:0(或或4:1:1)，图图像像类类型型(除除简简单单类类为为I、P外外)都都是是I、P、B。在在所所有有MPEG-2实实际际实实现现中中应应指指明明所所选选用用

70、的的组组合，由于合，由于MPML最普及，通常说最普及，通常说MPEG-2，就意味着，就意味着MPML。f）系统结构及基本码流结构）系统结构及基本码流结构 甲）甲） MPEG-2标准的系统部分：标准的系统部分： 它它涉涉及及将将一一个个或或多多个个图图像像、声声音音和和其其它它数数据据的的基基本本码码流流组组合合成成单单一一或或多多个个码码流流，使之便于存贮和传输。使之便于存贮和传输。 定义了一套系统指标是为了把视频、音频压缩过程结合在一起而设置的。定义了一套系统指标是为了把视频、音频压缩过程结合在一起而设置的。 系统层中的信息流通方式如下：系统层中的信息流通方式如下： 首先，数据从视频、音频编

71、码器而来，称为首先，数据从视频、音频编码器而来，称为基本码流基本码流(ES)， 然后，然后，ES被分别打包，形成两个被分别打包，形成两个打包的基本码流打包的基本码流(PES)， 再后，再后，PES被复接成一个被复接成一个节目码流节目码流(PS)和一个和一个传输码流传输码流(TS)， 附图给出了附图给出了MPEG-2系统的简化总体结构。系统的简化总体结构。 两种比特流的区别： 节节目目码码流流（PS）用用于于误误码码比比较较小小的的传传输输或或存存贮贮媒媒介介，节节目目码码流流可可以以是是固固定定码码率率也也可可以以是是可可变变码码率率，其其数数值值在在系系统统时时钟钟参参考考(SCR)中中定定

72、义义，为为本本地地应应用用相相对对于无误码的环境设计；于无误码的环境设计； 传传输输码码流流（TS）用用于于误误码码比比较较大大的的传传输输或或存存贮贮媒媒介介，其其码码率率可可以以是是固固定定的的或或不不固固定定的的，其其数数值值在在节节目目时时钟钟参参考考(PCR)中中定定义义。它它是是为为广广播播应应用用而而设设计计，即即TS是是为为易易误误码码的的环环境境和和有有较较高高比比特特差差错错概概率率的的噪噪声声媒媒质质设设计计的的，那那里里往往往往需需要要把把几几个个信信道道集集合合成成一一束束数数据据。TS用用在在广广播播系系统统和和长长距距离离网网络络中中。在在TS中中可可以以包括多个

73、节目。因此接收包括多个节目。因此接收TS时首先要解复用。时首先要解复用。 PS和和TS是是各各针针对对一一类类应应用用而而设设计计的的。都都以以数数据据包包为为基基础础。PS的的包包长长可可变变，通通常常较较长长；TS的的包包长长固固定定为为188字字节节，包包头头4个个字字节节，184个个净净荷荷字字节节。并并可可与与ATM适配。适配。 MPEG-2系统简化结构视频PES音频PES系统规定的扩展PS复用TS复用节目 码流PS传送 码流TS打 包 器打 包 器视频 编码视频 数据音频 数据音频 编码视频ES音频ES MPEG-2系统作用如下：系统作用如下： a）对音频、视频、数据、控制等基本比

74、特）对音频、视频、数据、控制等基本比特流起系统复用的作用。流起系统复用的作用。 b）提供用于恢复时间基准的时间标志，缓）提供用于恢复时间基准的时间标志，缓冲器初始化和管理，音频和视频的解码时间、冲器初始化和管理，音频和视频的解码时间、显示时间。显示时间。 c）给解码器提供）给解码器提供PSI信息，使之更容易和信息，使之更容易和更迅速的找到所需要的节目。更迅速的找到所需要的节目。 d）给误差恢复、有条件接收（）给误差恢复、有条件接收（CA）、随）、随机接入以及数字存储控制提供支持。机接入以及数字存储控制提供支持。 乙）视频基本码流(ES)层次结构： 如附图所示。不管那一种码流，都可以分成如附图所

75、示。不管那一种码流，都可以分成6 6个层次：个层次： 视频序列层视频序列层(Sequence)(Sequence)， 图像组层（图像组层（GOPGOP），）， 图像层，图像层， 像条层，像条层， 宏块层，宏块层， 像块层，像块层， 除除了了宏宏块块和和像像块块层层，上上四四层层都都从从相相应应的的起起始始码码(SC(SC：Start Start Code)Code)开开始始。这这种种码码是是专专门门预预留留的的，从从来来不不出出现现在在码码流流中中，因因此此可可以以作作为为同同步步识识别别用用。一一旦旦因因误误码码或或其其他他原原因因收收发发失失去去同同步步时时，重重新新同同步步的的过过程程首

76、首先先就就是是从从比比特特流流中中寻寻找找相相应应的的起起始始码码。一一旦旦在在正正确确的的间隔上发现有效的起始码时，解码就可以重新开始。间隔上发现有效的起始码时，解码就可以重新开始。 视频序列层：视频序列层： 在起始码后是序列头，包括了图像尺寸，宽高比，图像速率等信息。在序在起始码后是序列头，包括了图像尺寸，宽高比，图像速率等信息。在序列头后面总是跟着包含附加数据的序列扩展数据。为了确保能在不同的时列头后面总是跟着包含附加数据的序列扩展数据。为了确保能在不同的时间随时进入视频序列，间随时进入视频序列，MPEG-2MPEG-2允许重复发送序列头。序列层结束在序列结允许重复发送序列头。序列层结束

77、在序列结束码束码(SEQ EC)(SEQ EC)。 图图像像组组层层：图图像像组组是是指指相相互互间间有有预预测测和和生生成成关关系系的的一一组组图图像像。在在起起始始码码后后面面是是可可选选的的GOPGOP头头，包包括括了了时时间间信信息息，但但这这一一信信息息并并不不是是解解码码中中实实际际使使用用的的信信息息，即即便便丢丢失失，解解码码也也可可以以继继续续进进行行。分分成成图图像像组的一个目的是在同一序列内可随时进入不同的图像。组的一个目的是在同一序列内可随时进入不同的图像。 图图像像层层：它它包包括括了了不不同同种种类类编编码码的的图图像像。在在MPEGMPEG2 2中中图图像像分分成

78、成三三种种编码类型：编码类型： 帧内编码的图像帧内编码的图像(Intra Coded Picture)(Intra Coded Picture)称为称为I I帧；帧； 双向预测编码的图像称为双向预测编码的图像称为B B帧；帧； 前向预测编码的图像称为前向预测编码的图像称为P P帧。帧。 在在某某些些场场合合下下还还有有D D帧帧(D (D frameframe：DC DC Coded Coded Picture)Picture)或或称称D D图像，指只使用图像，指只使用DCTDCT数据中的数据中的DCDC分量编码的图像。分量编码的图像。 条SC 条头 宏块 宏块 宏块 条 SC 条头 宏块 宏

79、块 宏块 宏块 视频基本码流ES层次结构 序列SC 序列头 序列扩展 GOPSC GOP头 PIC数据 序列SC 序列头 序列扩展 GOPS GOP头 PIC数据 序列纠错 图像组层 PIC SC PIC头 PIC扩展 I帧数据 PIC SC PIC头 PIC扩展 P帧数据 PIC SC PIC头 PIC扩展 B帧数据 图像层 PIC数据 PIC数据 像块 像块 像块 像块 DCT系数 EOB像条层宏块层像块层视频序列视频序列层 案 视频序列I1B2B3B6B5B8B9P4P7P10图像在进行处理时的相互关系I1B2B3P4P7B5B6P10B8B9比特流中图像顺序假设P4丢失 GOP结构及图

80、像相互关系I1B2 B3I1 B5 B6P7B8B9P10显示顺序及恢复处理的参考图像假设P4丢失复制像条层：像条层： 图图像像层层下下面面是是像像条条层层(slice)(slice)。每每一一个个像像条条包包括括一一定定数数量量的的宏宏块块，其其顺顺序序和和行行扫扫描描顺顺序序一一致致。像像条条可可以以从从一一个个宏宏块块行行(16(16行行宽宽) )的的任任何何一一个个宏宏块块开开始始。在在MPEG-lMPEG-l中中，像像条条可可以以包包括括多多个个宏宏块块行行，但但在在MPEG-2MPMPEG-2MPMLML中中一一个个像像条条必必须须在在同同一一宏宏块块行行中中起起始始和和结结束束。

81、一一个个像像条条至至少少应应包包括括一一个个宏宏块块。像像条条是是最最低低的的比比特特流流级级别别，即即一一旦旦因因误误码失步可以根据起始码重新同步。起始码对以上各层都是相同的。码失步可以根据起始码重新同步。起始码对以上各层都是相同的。宏块层宏块层： 像像条条层层下下面面的的是是宏宏块块层层(Macro (Macro block)block)，宏宏块块层层已已是是整整个个结结构构的的最最下下层层。最最前前面面是是宏宏块块层层说说明明，表表示示用用什什么么编编码码模模式式，后后面面是是运运动动矢矢量量以以及及16161616位位数数据据。像像条条的的第第一一个个宏宏块块中中包包含含了了绝绝对对运

82、运动动矢矢量量值值，而而其其他他宏宏块块包包含含的的是是前前面面宏宏块块运运动动矢矢量量的的差差值值。MPEG-2MPEG-2定定义义了了三三种种宏宏块块结结构构，如如附附图图所所示示。这这三三种种结结构构为为：4:2:04:2:0宏宏块块；4:2:24:2:2宏宏块块和和4:4:44:4:4宏宏块块，分分别别包包括括6 6，8 8，1616个个像像块块。尽尽管管像像块块是是最最低低一一层层，但但从从数数据据结结构构来来说说除除了了有有块块结结束束码码外外，已已无无结结构构描描述述码码，因因此此把把宏宏块块作作为为结结构构的的最最下下层。层。像块层：像块层：在在MPEG-2MPEG-2中中，块

83、块“Block”“Block”可可以以是是8888样样值值，既既可可称称为为像像块块，也也可可以以是是88 88 DCTDCT系系数或重组数据，这时应称为系数块或数据块。数或重组数据，这时应称为系数块或数据块。 所所有有上上述述各各个个层层次次都都与与一一定定的的信信号号处处理理有有关关。如如视视频频序序列列实实际际上上是是节节目目的的随随机机进进入入点点；而而GOPGOP则则是是视视频频编编辑辑的的随随机机进进入入点点；图图像像（或或帧帧）是是编编码码处处理理的的单单位位；像像条条是是用于同步的单位；宏块是运动补偿处理的单位；像块则是用于同步的单位；宏块是运动补偿处理的单位；像块则是DCTD

84、CT处理单位。处理单位。像块层：像块层：在在MPEG-2MPEG-2中中，块块“Block”“Block”可可以以是是8888样样值值，既既可可称称为为像像块块，也也可可以以是是88 DCT88 DCT系数或重组数据，这时应称为系数块或数据块。系数或重组数据，这时应称为系数块或数据块。 所有上述各个层次都与一定的信号处理有关所有上述各个层次都与一定的信号处理有关: : 视频序列实际上是节目的随机进入点；视频序列实际上是节目的随机进入点； GOP GOP则是视频编辑的随机进入点；则是视频编辑的随机进入点； 图像（或帧）是编码处理的单位；图像（或帧）是编码处理的单位； 像条是用于同步的单位；像条是

85、用于同步的单位； 宏块是运动补偿处理的单位；宏块是运动补偿处理的单位； 像块是像块是DCTDCT处理单位。处理单位。 宏块的组成图MPEG 4:2:0MPEG 4:2:2MPEG 4:4:4 6 8 6 6 10 8 12CRCRCR 5 5 9 7 11CBCBCB 7 51 23 4 1 2 3 4YY1 2 3 4YMPEG-2简化的编、解码方框图简化的编、解码方框图MPEG-2MPEG-2的编码流程是：的编码流程是：输入一个输入一个I I帧、帧、P P帧或帧或B B帧；帧；在在B B帧或帧或P P帧的情况下进行运动预测补偿；帧的情况下进行运动预测补偿；进行进行8 8 8 8像素的像素的

86、DCTDCT变换；变换；变换系数被量化变换系数被量化( (量化级安排依赖于可用的比特率量化级安排依赖于可用的比特率) )；完成变字长编码，实现比特率的缩减。完成变字长编码，实现比特率的缩减。MPEG-2MPEG-2的解码流程是的解码流程是MPEG-2MPEG-2的编码流程的反过程。的编码流程的反过程。以下分别示出了以下分别示出了MPEG-2MPEG-2编码器和解码器的简化方框图。编码器和解码器的简化方框图。DCT 量化游程编码与VLC编码反DCT，反量 化与帧贮存反馈I-画面 输出 (固定速率) 之字形扫描参考画面信息4:2:0输入缓存+_P或B-画面 MPEG-2的编码器简化框图变字长 解码反之字 形扫描反量化反DCT运动 补偿I-画面运动矢量帧贮存P或B-画面解码的像素 MPEG-2的解码器简化框图