數字電視體系及有線數字電視傳輸技術

唐明光電子科技大學Jan.6,2006內容安排一、數字電視基本概念二、數字電視系統組成及關鍵技術三、數字電視標準四、有線數字電視技術基礎五、信源編碼技術--壓縮編碼技術六、信道編碼和調制七、有線數字電視傳輸技術八、條件接收（CA）系統九、有線電視傳輸系統對數字電視信號質量的影響十、機頂盒的應用要求十一、數字電視參數的測量

1.什么是數字電視

數字電視是一個系統。它指一個從節目攝制、制作、編輯、存儲、發送、傳輸，到信號接收、處理、顯示等全過程完全數字化的電視系統。一、數字電視基本概念2.數字電視實現的意義

數字電視系統建成后將成為一個數字信號傳輸平臺：它使整個廣播電視節目制作和傳輸質量顯著改善信道資源利用率大大提高提供其他增值業務：數據廣播，視頻點播，電子商務，軟件下載，電視購物，……為“三網融合”提供了技術上的可能性。

3.數字電視分類

HDTV：圖像分辨率1920×1080（16：9）SDTV：圖像分辨率720×756（PAL）720×480（NTSC）LDTV：VCD級圖像分辨率4.數字電視的優點

數字傳輸，信號質量高彩色逼真可實現不同分辨率等級接收（HDTV，SDTV）可移動接收，無重影增加節目頻道應實現加解密和加解擾，便于展開CA業務準交互和交互其它增值業務二.數字電視系統組成及關鍵技術1、系統組成

從橫向看：（硬件系統）節目制作數字信號處理傳輸接收顯示從縱向看：（軟件系統）物理層傳輸協議中間件標準信息表示信息使用內容保護?

節目制作設備：數字攝像機、數字錄像機、數字特技機、數字編輯機、數字字幕機、非線性編輯系統數字處理設備及技術：壓縮編/解碼設備及技術、數據加/解擾設備及技術、加/解密設備及技術信號傳輸：地面、有線、衛星接收設備：數字電視接收機（衛星、有線）顯示：CRT、LCD、PDP、投影顯示等2.關鍵技術1)信源編碼技術

視頻壓縮編碼——MPEG-2音頻壓縮編碼——MPEG-2（歐洲、日本）AC-3(美國)我國標準：GB/T17975.2—2000“信息技術—運動圖像及其伴音信號的通用編碼規范第2部分：視頻”GB/T17975.3—2000“信息技術—運動圖像及其伴音信號的通用編碼規范第３部分：音頻”2)傳傳輸復用用技術數據打包包：N個個信道的的視頻、、音頻和和輔助數數據進行行數據分分組傳輸流復復用：將將N個打打包的數數據復合合成單路路串行傳傳輸流標準：國國際MPEG-2我國GB/T17975.1—2000“信息技技術—運運動圖像像及其伴伴音信號號通用編編碼第1部分分：系統統”傳送復用用使電視視信號具具有與數數據通信信相似的的數據分分組（打打包）傳傳輸，從從而使使數字電電視系統統具備了了可擴展展、分級級和交互互通信的的基礎。。3)信道道編碼和和調制經信源編編碼的傳傳輸碼流流通常不不適合在在傳輸信信道（無無線、有有線、衛星星）中傳傳輸，必必須經過過某種處處理，使使之變成成適合在在規定的信信道中傳傳輸的形形式。在在通信原原理中把把這種處處理稱為為信道編碼碼和調制制。信道編碼包包括：糾錯錯編碼、網網格編碼、、均衡等。。信道編碼目目的：提高高傳輸信號號在信道中中的抗干擾擾能力標準：GY/T170—2001“有線數字字電視廣播播系統信道道編碼與調調制規范””4)有條條件接收（（CA）CA只允許許已付費的的授權用戶戶使用某一一業務，未未經授權的的用戶不能使用用這一業務務。CA涉及技技術：前端端的加密和和加擾技術術接收端的對對用戶尋址址控制和授授權解擾技技術標準：GY/Z175-2001“數字電視視廣播條件件接收系統統規范”5)軟件件平臺———中間件機頂盒中硬硬件功能：：接收RF信信號、信道道解碼、解解調。MPEG-2碼流解碼碼，模擬視視/音頻輸輸出。機頂盒中軟軟件功能：：電視節目內內容顯示、、EPG節節目信息、、操作界面面的實現等等。中間件：是一種將應應用程序與與底層的實實時操作系系統及硬實實現的技術術細節隔離離開來的的軟件件環境，支支持跨硬件件平臺和跨跨操作系統統的軟件運運行，使應應用不依賴賴于特定的的硬件平臺臺和操作系系統。中間件構成成：Java虛虛擬機、JavaScript虛虛擬機、HTML虛虛擬機等。。三.數字電電視標準1.國際：：三大標準準DVB-S歐洲：DVB（（數字視頻頻廣播）DVB-TDVB-C美國：ATSC（（高級電電視制式））日本：ISDB（（綜合業業務數字廣廣播）2.中國：：數字電視視演播室參參數標準數字電視廣廣播標準GY/T170-2001有有線數數字電視廣廣播信道編編碼與調制制規范GY/T106-1999有有線電電視廣播系系統技術規規范GY/Z174-2001數數字電電視廣播業業務信息規規范GY/Z175-2001數數字電電視廣播條條件接收系系統規范GY/T148-2000衛衛星數數字電視接接收機技術術要求GY/T158-2000演演播室室數字音頻頻信號接口口GY/T160-2000數數字分分量演播室室接口中的的附屬數據據信號格式式GY/T161-2000數數字電電視附屬數數據空間內內數字音頻頻和輔助數數據的傳輸輸規范GY/T163-2000數數字電電視附屬數數據空間內內時間碼和和控制碼的的傳輸格式式GY/T164-2000演演播室室串行數字字光纖傳輸輸系統GY/T167-2000數數字分分量演播室室的同步基基準信號GY/T180-2001HFC網絡上行行傳輸物理理通道技術術規范GB/T16694-1996智智能卡接口口規范GB/T17975.1-2000信信息技技術運運動圖像及及其伴音信信號的通用用編碼第1部分系統統GB/T17975.2-2000信信息技技術運運動圖像及及其伴音信信號的通用用編碼第2部分視頻頻GB/T17975.3-2000信信息技技術運運動圖像及及其伴音信信號的通用用編碼第3部分音頻頻GB/T17881-1999廣廣播播電視光纜纜干線同步步數字體系系(SDH)傳輸接接口技術規規范GB/T17953-20004：：2：2數數字分量圖圖像信號接接口ISO7816智智能卡接接口規范符合2003年4月月1日國家家廣電總局局科技司發發行的《《有線線數字電視視暫行技術術要求文件件匯編》《用戶管理理系統監管管平臺數據據交換接口口要求》(暫行)《運動圖像像及其伴音音信號的通通用編碼系系統、視頻頻和音頻部部分的實施施指南》(暫行)《有線數字字電視條件件接收系統統應用指南南》(暫暫行)《有線數字字電視廣播播業務信息息應用指南南》(暫暫行)〈有線數字字電視電子子節目指南南指導性意意見〉(暫暫行)〈有線數字字電視中間間件指導性性意見〉(暫行)〈有線數字字電視機頂頂盒和遙控控器功能實實施指導性性意見〉(暫行)〈節目訂購購單和用戶戶結賬單格格式基本要要求〉(暫暫行)〈有線數字字電視廣播播條件接收收系統入網網技術要求求和評測方方法〉(暫行)〈有線數字字電視廣播播用戶管理理系統入網網技術要求求和評測方方法〉(暫行)EN300429DVB系系統統中中的的幀幀結結構構、、信信道道編編碼碼和和調調制制(DVB-C)EN300428DVB系系統統中中服服務務信信息息(SI)規規范范(DVB-SI)ETR211DVB服服務務信信息息(SI)的的使使用用和和執執行行指指南南(DVB-SI)EN300472DVB的的比比特特流流中中傳傳送送圖圖文文信信息息和和規規范范(DVB-TXT)EN301192數數據據廣廣播播的的DVB規規范范(DVB-DATA)EN50083-9CATV/SMATV前前端端和和DVB/MPEG-2傳傳輸輸流流同同類類專專業業設設備備和和接接口口(DVB-PI)EN50221關關于于條條件件接接收收和和其其它它DVB解解碼碼器器運運營營的的通通用用接接口口規規范范(DVB-CI)TS102201DVBIRD的的接接口口技技術術規規范范(DBVB-IRD)TS101197DVB系系統統中中同同時時加加密密(simulcrypt)的的技技術術規規范范(DVB-SIM)TS103197.V1.1.1同同密密接接口口ETR289通通用用加加擾擾系系統統描描述述(DVB-CS)ETR154MPEG-2系系統統、、視視頻頻和和音音頻頻在在衛衛星星、、有有線線和和地地面面廣廣播播應應用用中中的的實實現現指指南南(DVB-MPEG)ETS300743DVB字字幕幕系系統統(DVB-SUB)ETS300802DVB交交互互服服務務獨獨立立網網絡絡協協議議(DVB-NIP)ETS/EN300429DVB系系統統中中的的幀幀結結構構、、信信道道編編碼碼和和調調制制(DVB-C)四.有有線線數數字字電電視視技技術術基基礎礎1.有有線線數數字字電電視視信信號號傳傳輸輸等等級級及及傳傳輸輸系系統統模模式式1））傳傳輸輸等等級級LDTV，，SDTV，，HDTV2)傳傳輸輸系系統統模模式式電纜纜傳傳輸輸————PCM方方式式光纖纖傳傳輸輸————SDH方方式式光纖纖——同同軸軸混混合合傳傳輸輸————HFC數數字字調調制制方方式式2．．有有線線數數字字電電視視的的主主流流標標準準與與方方式式1)標標準準：：DVB-CATSC-16VSB，，ATSC-64QAMISDB-C2)四四種種方方式式：：DVB-CATSC-64QAMATSC-16VSBISDB-C傳送送方方式式16-64QAM64QAM16VSB64QAM頻帶帶寬寬度度8MHz6MHz6MHz6MHz傳輸輸速速率率31.64Mb/s41.34Mb/s43.05Mb/s30.31Mb/s接收收滾滾降降15%15%11.5%18%糾錯錯率率RS(204,188)RS(128,122)RS(207,187)RS(204,188)壓縮縮方方式式MPEG-23．．數數字字電電視視信信號號的的產產生生直接接產產生生：：字字幕幕機機，，數數字字攝攝像像機機等等轉換換生生產產：：電電影影膠膠片片————電電視視電電影影機機模擬擬-數數字字（（A/D轉轉換換））————信信號號數數字字化化1)信信號號數數字字化化過過程程取樣樣：：取取樣樣頻頻率率，，Nyquist定定理理連續續信信號號變變換換成成離離散散信信號號量化化：：將將離離散散信信號號樣樣值值進進行行離離散散化化處處理理離散散化化的的量量化化級級量化化噪噪聲聲編碼碼：：量量化化后后的的信信號號仍仍然然只只是是離離散散信信號號，，還還不不是是數數字字信信號號。。用用n比比特特二二進進制制碼碼來來表表示示已已經經量量化化了了的的取取樣樣值值，，稱稱為為編編碼碼。。每個個二二進進制制數數對對應應一一個個量量化化電電平平，，再再按按時時序序將將它它們們排排列列起來來，，就就得得到到基基帶帶數數字字信信息息流流。。傳輸輸速速率率：：傳傳輸輸速速率率=取取樣樣頻頻率率fs××量量化化比比特特數數2））音音頻頻信信號號的的數數字字化化?取取樣樣頻頻率率：：>40KHz。。常用11.025KHz，22.05KHz，，44.1KHz，，48KHz。。?量量化比比特數數：8bit，，12bit，，16bit。。?聲聲道：：單聲聲道，，雙聲聲道（（立體體聲））取樣頻頻率××量化化比特特數××聲道道數?數數字音音存儲儲量：：（（字節節）8bit例：CD標標準取取樣頻頻率44.1KHz，量量化比比特數數16bit，，立體體聲，，存儲儲一分鐘鐘數字字音樂樂的容容量為為10,584,000字節節或84,672,000比比特。。3）視視頻信信號的的數字字化編碼方方式：：復合合編碼碼———將彩彩色全全電視視信息息直接接編成PCM碼分量編編碼———將將亮度度信號號Y，，色差差信號R-Y和B-Y分別別編碼碼或PCM碼碼二者比比較：：“復合合編碼碼”與與電視視制式式有關關“分量量編碼碼”與與電視視制式式無關關在節目目后期期制作作中：：““復合合”需需解碼碼“分量量”無無需解解碼傳輸時時：““復合合”由由于頻頻分復復用，，產生生亮，，色串串擾“分量量”采采用時時分復復用，，無亮亮，色色串擾擾分量編編碼取取樣頻頻率亮度信信號取取樣頻頻率：：足夠夠小的的混疊疊噪聲聲fs=（（2.2～～2.7））fmfm=5.8-6MHzfs≥≥12.76～～13.2MHz滿足行行鎖相相采樣樣fs=mfH,m為整整數使525/652行行兼容容（525行/60場625行/50場））要采用用同一一取樣樣頻率率在13.2MHz附附近，，只有有13.5MHz=15625Hz×864(625/50)=15734.264Hz×858(525/60)亮度信信號取取樣頻頻率取取樣13.5MHz色差信信號取取樣頻頻率：：需要滿滿足與與亮度度信號號同樣樣的三三個要要求取為fS=6.75MHz分量編編碼取取樣頻頻率的的組合合，適適應不不同圖圖像質質量要要求Y：(B-Y)：（（R-Y））：=13.5MHz：：13.5MHz：13.5MHz=4：4：4Y：(B-Y)：（（R-Y））：=13.5MHz：：6.75MHz：：6.75MHz=4：2：2（演演播室室圖像像質量量標準準）Y：(B-Y)：（（R-Y））：=13.5MHz：：3.375MHz：3.375MHz=4：1：1（4：2：0）4：4：4，4：2：2和4：2：0三種種是可可以相相互兼兼容，，相互互轉換換的由由高高檔轉轉為低低檔，，樣點點數減減少，，稱為為數字字信號號的抽抽去；；反之之稱為為數字字信號號的內內插。。4：4：44：：2：：24：：2：：0視頻取樣示例4：2：24：2：04：4：4

像素：在理想情況下可用“1份亮度+2份彩色差的樣品”來描述：

表示1份亮度樣品(Y)重合的亮度、色度樣品表示2個色度樣品(R-Y，B-Y)4為13.5MHz、2為6.75MHz和1為3.75MHz的取樣頻率4）量量化比比特數數和量量化級級量化比比特：：Y，B-Y，R-Y都采采用8bit均均勻勻量化化未經γγ較正正的信信號采采用10bit均勻勻量化化量化級級：亮度信信號8bit，，256個量量化級級，0-255為防止止過載載上上端端留20級級下端留留16級量化級級16表表示示黑電電平量化級級235表表示白白電平平5）ITU-R601建建議編編碼主主要參參數（（4：：4：：4格格式））參數數625行行50場/s制制式525行60場場/s制式式1，編編碼信信號經經過過γ校正的的信號號EY，ER-EY，EB-EY或ER，，EG，EB2，各各信號號的全全行樣樣點數數8648583，取取樣結結構正正交交，按按場，，行，，幀重重復，，并與與此4：2：2標準準的亮亮度樣樣點重重合4，每每種信信號的的取樣樣頻率率13.5MHz5，編編碼方方式每每樣樣值至至少8比特特均勻勻量化化PCM6，用用樣點點表示示的數數字有效行行長度度至至少少7207，視視頻信信號電電平每每樣值值共共220量量化級級，黑黑電平平對應應于第第16量化化級；；8比特特的最最高有有效位位峰峰值白白電平平相應應于第第235量量化級級（MSB））量化化級之之間的的在在量量化等等級中中部共共分224級，，零電電平對對應128級對應值值（范范圍：：0——255））ITU-R601建建議演演播室室分量量編碼碼主要要參數數(4∶2∶2格式式)參數625行50場/s制式525行60場/s制式1、編碼碼信號號Y、R-Y、B-Y2、全行行樣點點數亮度信信號(Y)864858每個色色差信信號(R-Y、B-Y)4324293、取樣樣結構構正交，，場、、行、、幀重重復，，R-Y和和B-Y的的樣點點同位位，并并和每每行第第奇數數個(1，，3，，5...)Y樣點點同位位4、取樣樣頻率率亮度信信號13.5MHz每個色色差信信號6.75MHz5、編碼碼方式式線性PCM、8比特量量化/每個取取樣值值6、每數字字有效效行數數樣點點數亮度信信號720每個色色差信信號3607、視頻信信號電電平與與量化化級間間的對對應值值亮度信信號每個色色差信信號共22個量量化級級，黑黑電平平對應應量化化級16；；峰值值白電電平對對應量量化級級235在量化化等級級中間間部，，共分分224級級，零零電平平對應應于128級數字電電視信信號的的碼率率1）標標準清清晰度度數字字電視視（SDTV））：在ITU-R601標準準中，，采用用10bit量量化時時，亮度信信號的的碼率率為取樣頻頻率X量量化化比特特數=13.5MHzX10bit=135Mbps2個色差差信號號的碼碼率為為2X6.75MHzX10bit=135MbpsSDTV的的總碼碼率為為亮度信信號碼碼率+2個色差差信號號碼率率=135Mbps+135Mbps=270Mbps2）高高清晰晰度電電視（（HDTV）：：在SMPTE274M數數字電電視標標準中中，采采用10bit量化化時，，亮度信信號的的碼率率為取樣頻頻率X量量化化比特特數=74.25MHzX10bit=742.5Mbps2個色差差信號號的碼碼率為為2X37.125MHzX10bit=742.5MbpsHDTV的的總碼碼率為為亮度信信號碼碼率+2個色差差信號號碼率率=742.5Mbps+742.5Mbps=1485Mbps數字電電視信信號的的有效效碼率率有效碼碼率（（視頻頻有效效碼率率）：：1）標標準清清晰度度數字字電視視信號號的有有效碼碼率是指在在單位位時間間內與與視頻頻信號號有關關的數數據量量。因因為在在電視視信號號的水水平和和垂直直消隱隱期間間內沒沒有視視頻信信號，，所以以有效效碼率率一般般只是是碼率率的60%--80%。。在ITU-R601標準準中，，8bit量化化時，，NTSC（（480/60i））亮度度信號號的有有效碼碼率為為：每行的的取樣樣點數數X有有效掃掃描行行數X量量化化比特特數X幀幀頻頻=720X480X8X30=82.944Mbps2個色差差信號號的有有效碼碼率為為：2X360X480X8X30=82.944Mbps總有效效碼率率為：：亮度信信號有有效碼碼率+2個色差信信號有效效碼率=82.944Mbps+82.944Mbps=165.888Mbps（（480/60i）PAL（（576/50i）亮亮度信號號的有效效碼率為為：每行的取取樣點數數X有有效掃掃描行數數X量量化比比特數X幀幀頻=720X576X8X25=82.944Mbps2個色差差信號的的有效碼碼率為：：2X360X576X8X25=82.944Mbps總有效碼碼率為：：亮度信號號有效碼碼率+2個個色差信信號有效效碼率=82.944Mbps+82.944Mbps=165.888Mbps（（576/50i）2）高清清晰度數數字電視視信號的的有效碼碼率在SMPTE274M數字電電視標準準中，采采用8bits量化時時1080/60i信信號格式量量度信號號的有效效碼率為為每行的取取樣點數數X有效效掃描行行數X量量化比特特數X幀幀頻=1920X1080X8X30=497.664Mbps2個色差差信號的的有效碼碼率為2X960X1080X8X30=497.664Mbps總有效碼碼率為2X497.664=995.328Mbps（（1080/60i））1080/50i信號號格式的的有效碼碼率為1920X1080X8X25X2=829.44Mbps（（1080/50i））數字電視視技術中中電視系系統的表表示方法法示例1080/60i：1080表示每每幀有效效掃描行行數，60表示示幀頻或或場頻，，i表示隔隔行掃描描。720/50P：720表表示每幀幀有效掃掃描行數數，50表示示幀頻或或場頻，，P表示逐逐行掃描描。NTSC制可表表示為：：480/60iPAL制制可表示示為：576/50i1080/60i還可可表示為為：1080/60/2：：1720/50P還可表表示為：：720/50/1：：11080/60i還可可表示為為：1080@60i720/50P還可表示示為：720@50P五.信源源編碼技技術—壓壓縮編碼碼技術1．數字字視頻壓壓縮的必必要性HDTV1920××1080顯顯示格格式數字化后后傳輸速速率995Mb/SSDTV復復合編編碼135Mb/S分量編碼碼4：2：：2216Mb/S存儲：：2小時HDTV，存儲儲量7164Gbit/S2小時SDTV，存儲儲量972Gbit/S復復合合編碼1555Gbit/S分分量量編碼傳輸：HDTV需1Gb/S信信道SDTV需1～2個155Mb/S信信道無論對于于存儲或或傳輸，，碼率壓壓縮都是是絕對必必要的。。2．壓縮縮編碼方方法1)利利用圖圖象時間間的相關關性與時時間冗余余度的壓壓縮電視圖象象中相繼繼各幀對對應象素素點的值值往往相相近或相相同，具具有時間間相關性性，找出出這些相相關性就就可以減減小信息息量，從從而實現現與時間間有關的的壓縮。。2)利利用圖象象空間的的相關性性與空間間冗余度度的壓縮縮一幅圖象象相鄰各各點的取取值往往往相近或或相同，，具有空空間相關關性，找找出這些些相關性性就可以以減少信信息量，，從而實實現與空空間有關關的壓縮縮。3)利用用事件的的統計特特性與統統計冗余余度的壓壓縮對經常出出現的數數據用短短碼組表表，對不不經常出出現的的數據用用長碼組組表示，，則最終終用于表表示這一一串數據據的總碼碼位就減減少了。。從而實實現與統統計冗余余有關的的壓縮。。4)利用用人眼的的視覺特特性與視視覺冗余余度的壓壓縮人眼的視視覺特性性：對亮亮度信號號比對色色度信號號敏感對低頻信信號比對對高頻信信號敏感感對靜止圖圖象比對對運動圖圖象敏感感對圖象中中水平和和垂直線線條比對對斜線條條敏感包含在色色度信號號、圖象象高頻信信號和運運動圖象象中的一一些數據據并不能能對增加加圖象相相對于人人眼清晰晰度作出出貢獻，，而被認認為是多多余的數數據，這這就是視視覺冗余余度。壓縮視覺覺冗余度度就是去去掉那些些相對人人眼而言言是看不不到的或或可有可可無的圖圖象數據據。3．基本本的圖象象壓縮編編碼技術術1)分分類冗余度壓壓縮技術術，無損損傷壓縮縮技術，，無失真真，數學學上可逆逆。即它它是可還還原的。。信息量壓壓縮技術術，有損損傷壓縮縮技術，，有失真真，數學學上不可可逆。即即它是不不可還原原的。2)圖圖象壓縮縮技術優優劣評估估條件信息壓縮縮比：壓縮前后后所需的的信息存存儲量之之比重現圖象象精度：：重現的圖圖象與原原圖象相相比有多多大失真真執行速度度：壓縮算法法要多少少時間完完成壓縮比增增大，圖圖象損傷傷程度也也隨之加加大。電視節目目制作：：壓縮比比2：1至8：：1Sony數字Betacam錄象象機2.37：1模擬分量量錄象機機Betacam––SP8：1VCD母母盤，壓壓縮比12：1采用幀內內壓縮方方式，JPEG標準。。電視廣播播：壓壓縮比15：1～20：1采用幀間間預測編編碼，MPEG–2標標準有線數字字電視壓壓縮比可可加大至至30：：1，MPEG–2標標準3)基本本壓縮編編碼方法法預測編碼碼（DPCM））——差差分脈沖沖編碼調調制DPCM不直接接傳送圖圖象樣值值本身，，而是對對實際樣樣值與它它的一個個預測值值之間的的差值進進行再次次量化、、編碼。。這種方法法可消除除圖象信信號的空空間相關關冗余幀幀內預測測）和時時間相關關冗余（（幀間預預測）。。利用象象素的相相關性還還可進一一步減小小差值。。DPCM系統原原理圖DPCM系統原理框圖+量化器編碼器預測器+解碼器預測器信道+輸入XN輸出X'NeN

e’N+-X'NE’N++++X''N

(X''N：是通過預測公式從DPCM的輸入XN和已傳出去的幾個鄰近樣值計算出來的。)X''N

++

+++離散余弦弦變換（（DCT）DCT(DiscreteCosineTransform)是是數碼率率壓縮的的一種常常用的變變換編碼碼方法。。DCT是先將將整體圖圖像分成成NN像素塊，，然后對對NN像素塊逐逐一進行行DCT變換。。由于多多數圖像像高頻分分量較少少，相應應圖像高高頻分量量的系數數經常為為零，加加之人眼眼對高頻頻成分的的失真不不太敏感感，所以以可用更更粗的量量化。因因此傳送送變換系系數的數數碼率，，要大大大小于傳傳送像素素所用的的數碼率率。到達達接收端端后通過過反離散散余弦變變換回到到樣值。。雖有失失真，但但人眼是是可以接接受的。。DCT系數Y0：(0~2407)Y1-7：(-1024~1023××××××××+y0y1y2y3y4y5y6y7恢復成的圖像信號(0~255)DCT系數Y0、Y1-7與各像元信號相乘后恢復原圖像信號

水平一行數據的變換示意圖F2.0F4.0F5.0原始圖像信號(0~255)圖像信號分解為各種余弦成分DCT基底直流成分低頻成分高頻成分F0.0F1.0F3.0F6.0F7.0

8910111412512611510596971151311471491351231131141341591781751641491371211431771962011891651501191411752012071861621441071301651891921711441259711914917117214511796891071361561551299775圖像信號采樣數據1152-32-185-72-1-22-32-1645-3-20-2-2-1653217951-30-7-4022-1-12-20030021311-1-2020002-1-121-1031-121-20DCTDCT系數量化

281-8-46-10000-5-41100000-418421000-1-100000000000000000000000000000000000000“之”字讀出(掃描)281，-8，-5，-41，-4，-46，-1，11，8，-1，0，-1，4，0，0，0，0，2，0，0，0，0，1，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，00，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0

編碼281，-8，-5，-41，-4，-46，-1，11，8，-1，1*0，-1，4，4*0，2，7*0，1，EOB

DCT變換實例游程長度度編碼（（RunlengthEncoding）是指一個個碼可同同時表示示碼的值值和前面面有幾個個零。在在用之字字形讀出出方式情情況下，，出現連連零的機機會較多多，尤其其在最后后，如果果都是零零，在讀讀到最后后一個數數后只要要給出““塊結束束”（EOB））碼，就就可以結結束輸出出，從而而節省很很多碼率率。通常，DCT系數量量化之后，，都采用之之字形方式式讀出。霍夫曼（Hoffman）編編碼霍夫曼(Hoffman)編編碼(屬于統計計編碼)是可變字長長編碼(VLC:Variable-LengthCoding)的的一種，相相當于對概概率大的符符號給短碼碼，對概率率小的符號號給長碼。。符號ABCDEFGH概率0.100.180.400.050.060.100.070.04碼01100110001001010000010000011C0.400.400.400.400.400.400.60B0.180.180.180.190.230.370.40A0.100.100.130.180.190.23F0.100.100.100.130.18G0.070.090.100.10E0.060.070.09D0.050.06H0.041.00

霍夫曼編碼4．視頻壓壓縮編解碼碼標準1）H.261標準準1980年年CCITT通過為為國際標準準用于可視電電話，P××64Kb/S，P=1～30可變，（（64～1920)Kb/S用于會議電電視，P≥≥36H.261(又稱P64)是最最早的一個個碼率壓縮縮標準。2）JPEG標準1986年年提出，1992年年公布為國國際標準。。屬幀內壓縮縮編碼方法法，主要用用于數字電電視編錄設設備（如非非線性編輯輯系統）。。壓縮比：４４～32４～5.3接接近原始始圖象質量量5.3～11圖圖象很好好,滿足絕絕大多數應應用11～16圖圖象好,滿足多數數應用15～32圖圖象較好好,滿足某某些應用3）MPEG–1標準準1988年年提出，1992年年公布為國國際標準典型應用如如VCD等等家用數字字音象產品品。最高編編碼速率1.8Mb/S實現方法：：DCT、、運動補償償和霍夫曼曼編碼信源輸入格格式為SIF（SourceInpntFormat），如如為CCIR––601格式式的信源要要轉換成SIF格式式才能輸入入MPEG––1編編碼器。。a）MPEG-1標準于于1992年出版，，目標是“對當比特率率為1.5Mb/s時，用于于數字存儲儲媒體的動動態圖像及及其伴音的的編碼”。它首先提提出了流（（Sequence）數據結結構，使視視頻數據的的描述更加加完善。b）為了解解決隨機訪訪問和高效效壓縮的要要求沖突，，在MPEG-1中中定義了四四種主要的的圖像類型型：I幀、P幀幀、B幀和和D圖像。▲I幀只使用幀內內編碼，必必須傳遞，，▲P幀用于前向預預測，▲B幀用于雙向預預測，▲D圖像用于甚低頻頻圖像的瀏瀏覽。c）MPEG-1視頻壓縮縮中主要用用到兩項基基本技術：：1、基于1616塊運動動補償：適用于預測編碼碼和插補編編碼，用于于減少幀序序列的時間間冗余度；；2、基于變變換域(DCT)的的壓縮技術術：用于減少空空間冗余度度。在MPEG-1中，DCT不僅用用于幀內壓壓縮，而且且對幀間預預測誤差，，也可再作作DCT變變換，以達達到進一步步壓縮的目目的。MPEG-1中的幀幀內編碼：：像素點的的DCT編編碼與JPEG相似似，先進行行DCT變變換，然后后通過量化化和零行程程等混合編編碼達到壓壓縮。但在在系數量化化階段，MPEG的的量化器考考慮到運動動信息和視視覺質量提提出了若干干改進，如如視覺權量量化，即以以視覺域值值作為量化化矩陣的步步長；幀內內塊和非幀幀內塊區別別量化，對對幀內的宏宏塊和非幀幀內塊采取取兩種不同同的量化器器；可調整整量化器，，在塊與塊塊的基礎上上對量化步步長作自適適應調整。。d））MPEG-1中中用用到到幀幀間間編編碼碼：：視頻頻壓壓縮縮標標準準中中，，幾幾乎乎都都用用到到了了運動動補補償償技技術術(簡簡稱稱MC技技術術)，一一般般為為“簡單單幀幀間間預預測測+運運動動補補償償”框架架。。MC技技術術通通常常由由以以下下幾幾個個方方面面組組成成：：1、、圖圖像像分分割割：：將視視頻頻圖圖像像分分割割成成靜靜止止和和運運動動兩兩部部分分；；2、、運運動動檢檢測測和和估估值值：：檢測測運運動動類類型型(平平移移、、旋旋轉轉和和縮縮放放等等)，，估估計計運運動動物物體體的的位位移移值值；；3、、運運動動補補償償：：用位位移移估估值值(即即運運動動矢矢量量)進進行行運運動動補補償償預預測測；；4、、預預測測信信息息編編碼碼：：對預預測測信信息息進進行行編編碼碼，，作作為為邊邊信信息息傳傳送送給給接接收收端端。。圖像像分分割割（（它它是是MC技技術術的的基基礎礎）），，采采用用了了兩兩種種方方法法：：塊塊匹匹配配法法(BMA)和和像像素素遞遞歸歸法法(PRA)。。1、、BMA是是把把圖圖像像分分成成若若干干矩矩形形子子塊塊，，適適當當選選擇擇子子塊塊大大小小，，把把子子塊塊分分成成靜靜止止和和運運動動兩兩類類，，估估計計出出運運動動子子塊塊的的位位移移，，進進行行預預測測編編碼碼。。2、、PRA則則是是對對每每個個像像素素的的位位移移進進行行遞遞歸歸估估計計,其其精精度度相相對對來來說說較較高高，，對對多多運運動動圖圖像像適適應應能能力力強強，，但但跟跟綜綜能能力力較較弱弱，，且且實實現現復復雜雜。。BMA雖雖精精度度較較低低，，但但位位移移跟跟綜綜能能力力較較強強，，且且實實現現簡簡單單，，很很有有實實用用性性。。e））在在MPEG-1中中，，幀幀間間預預測測后后宏宏塊塊被被送送入入DCT變變換換，，而而運運動動矢矢量量則則用用DPCM編編碼碼，，再再經經VLC量量化化和和霍霍夫夫曼曼編編碼碼后后完完成成壓壓縮縮過過程程。。4））MPEG––2標標準準1988年年提提出出，，1994年年公公布布為為國國際際標標準準，，是是專專門門針針對對數數字字電電視視（（包包括括SDTV和和HDTV））的的信信源源編編碼碼標標準準。。MPEG是是運運動動圖圖像像專專家家組組(MovingPicturesExpertGroup)的的縮縮寫寫，，成成立立于于1988年年，，以以建建立立活活動動圖圖像像及及相相應應音音頻頻的的編編碼碼標標準準。。MPEG-2的的主主級級和和主主類類提提供供720××576(PAL)25幀幀的的ITU–R601建建議議圖圖像像質質量量。。在在壓壓縮縮比比為為30∶∶1或或更更小小時時，，MPEG-2可可以以提提供供廣廣播播質質量量的的編編碼碼圖圖像像，，MPEG-2也也可可工工作作在在大大壓壓縮縮比比如如200∶∶1下下，，效效果果與與MPEG–1相相差差不不大大（（即即與與MPEG-1兼兼容容））。。a））MPEG––2是是一一個個系系統統，它它的的作作用用是是：：對音音頻頻、、視視頻頻、、數數據據、、控控制制等等基基本本比比特特流流實實現現復復用用提供供各各種種定定時時及及初初始始化化經解碼碼器提提供PSI（節節目特特定信信息））支持有有條件件接收收（CA）），隨隨機接接入，，數字字存儲儲和糾糾錯b）MPEG-2系系統輸輸出兩兩個數數碼流流：節目比比特流流PS，用于于相對對無誤誤差的的環境境傳輸比比特流流TS，用于于有噪噪聲媒媒質c）MPEG-2的的類與與級1、MPEG-2有有4種種輸入入格式式，稱稱為級級(Levels或或等級級)。。從有限限清晰晰度的的VHS(家用用錄像像系統統)質質量圖圖像直直到HDTV圖圖像，，每一一種輸輸入格格式編編碼后后都有有一個個相應應的范范圍。。除了在在源格格式提提供這這種靈靈活性性之外外，MPEG-2還還有不不同的的處理理方法法，稱稱為類類(profiles或或層面面)，，每一一類都都包括括壓縮縮和使使用方方法的的一個個集合合。不同的的類意意味著著使用用不同同集合合的碼碼率壓壓縮工工具。。2、MPEG–2共分分６類類，較高的的類編編碼更更精細細，而而且每每升高高一類類將提提供前前一類類沒有有使用用的附附加工工具。。甲）簡單類類(SP)乙）主類(MP)丙）信噪比比可分分級類類SNRP?。┛臻g可可分級級類SSP戊）高級類類(HP)己）４：２２：２２格式式在主類類上的的類是是信噪噪比可可分級級類(SNRP)、、空間間可分分級類類(SSP)、、高級級類和和4:2:2格格式。。這允允許將將編碼碼的視視頻數數據分分為基基本層層和另另一個個或更更多的的上層層信號號?；緦訉颖硎臼揪幋a碼圖像像的基基本數數據但但代表表的圖圖像質質量較較低。。上層層信號號則可可用來來改進進信噪噪比或或清晰晰度。。d）圖圖像的的4個個級別別：甲）低級(LL：LowLevel)的輸輸入格格式的的像素素是ITU-R601格式式的1/4，即即352××240××30或352×288×25，，相應應編碼碼最大大輸出出碼率率為4Mb/s。。乙）主級(ML：Mainlevel)：：輸入入格式式完全全符合合ITU-RRec.601格格式，，720××480××30或720×576×25，，輸出出最大大碼率率除高高級類類和4:2:2外是是15Mb/s，高高級類類主級級是20Mb/s，，4:2:2是是50Mb/s。。丙）高1440級(H14L：High–1440Level)：是是每行行1440有效效像素素的高高清晰晰度格格式。。除高高級類類外外，最最大輸輸出碼碼率為為60Mb/s，相相應的的高級級類輸輸出碼碼率為為80Mb/s。?。└呒?HL)：：輸入是是每行行1920有效效像素素的高高清晰晰度格格式，，輸出出最大大碼率率為80Mb/s，，相應應的高高類輸輸出碼碼率為為100Mb/s。。e）MPEG-2的的類和和級的的組合合如下下圖(常用用縮寫寫表示示如MP@ML主類類主級級、MP@HL主主類高高級等等)。。MP@LL35228830Hz4Mb/s，4Mb級

(Levels)高級(HIGH)1440高級(HIGH-1440)MP@HL1920115260Hz80Mb/s，128MbMP@H14L1440115260Hz60Mb/s，64MbSSP@H14L1440115260Hz60Mb/s，128MbHP@H11440115260Hz80Mb/s，128MbHP@HL1920115260Hz100Mb/s，256MbHP@M35228830Hz20Mb/s，32MbSP@ML720x57615Mb/s，8MbMP@ML72057630Hz15Mb/s，16MbSNRP@LL35228830Hz4Mb/s，8MbSNRP@MM72057630Hz15Mb/s，30Mb主級(MAIN)低級(LOW)

MPEG-2的類和級簡單類信噪比可分級類主類(MAIN)高類(MAIN)(SIMPLE)（SNRSCL)空間可分級類（SPAＳＣＬ）類(Profiles)專業類(4:2:2)72060830Hz50Mb/s,16Mb在24個所所選組合中中有12個個是獲準通通過的。圖圖中顯示了了每種組合合的最大分分辨率(水水平×垂直直)、最大大幀速、最最高碼速和和解碼器必必須的緩存存容量。最廣泛采用用的類和級級是MP@ML和SP@ML。4:2:2是對主類類的修改，，它用4:2:2色色度格式代代替了MPEG-2標準中其其它類所共共用的4:2:0格格式。由于于色差數據據量增加，，故規定了了比主類更更高的數據據率。4:2:2主主要用于演演播室設備備，故又稱稱演播室類類或專業類類。MPEG-2的色色度格式除除專業類外外，都是4:2:0(或4:1:1)，圖像類類型(除簡簡單類為I、P外)都是I、、P、B。。在所有MPEG-2實際實實現中應指指明所選用用的組合，，由于MP@ML最最普及，通通常說MPEG-2，就意味味著MP@ML。f）系統結結構及基本本碼流結構構甲）MPEG-2標準的系系統部分：：它涉及將一一個或多個個圖像、聲聲音和其它它數據的基基本碼流組組合成單一一或多個碼碼流，使之之便于存貯貯和傳輸。。定義了一套套系統指標標是為了把把視頻、音音頻壓縮過過程結合在在一起而設設置的。系統層中的的信息流通通方式如下下：首先，數據據從視頻、、音頻編碼碼器而來，，稱為基本碼流(ES)，，然后，ES被分別打包包，形成兩兩個打包的基本本碼流(PES)，，再后，PES被復接成一一個節目碼流(PS)和一個傳輸碼流(TS)，，附圖給出了了MPEG-2系統統的簡化總總體結構。。兩種比特流流的區別：：節目碼流（（PS）用于誤碼比比較小的傳傳輸或存貯貯媒介，節節目碼流可可以是固定定碼率也可可以是可變變碼率，其其數值在系統時鐘參參考(SCR)中定義，為為本地應用用相對于無無誤碼的環環境設計；；傳輸碼流（（TS）用于誤碼比比較大的傳傳輸或存貯貯媒介，其其碼率可以以是固定的的或不固定定的，其數數值在節目時鐘參參考(PCR)中定義。它它是為廣播播應用而設設計，即TS是為易易誤碼的環環境和有較較高比特差差錯概率的的噪聲媒質質設計的，，那里往往往需要把幾幾個信道集集合成一束束數據。TS用在廣廣播系統和和長距離網網絡中。在在TS中可可以包括多多個節目。。因此接收收TS時首首先要解復復用。PS和TS是各針對對一類應用用而設計的的。都以數數據包為基基礎。PS的包長長可變，通通常較長；；TS的包包長固定為為188字字節，包頭頭4個字節節，184個凈荷字字節。并可可與ATM適配。

MPEG-2系統簡化結構視頻PES音頻PES系統規定的擴展PS復用TS復用節目碼流PS傳送碼流TS打包器打包器視頻編碼視頻數據音頻數據音頻編碼視頻ES音頻ESMPEG-2系統作作用如下：：a）對音頻頻、視頻、、數據、控控制等基本本比特流起起系統復用用的作用。。b）提供用用于恢復時時間基準的的時間標志志，緩沖器器初始化和和管理，音音頻和視頻頻的解碼時時間、顯示示時間。c）給解碼碼器提供PSI信息息，使之更更容易和更更迅速的找找到所需要要的節目。。d）給誤差差恢復、有有條件接收收（CA））、隨機接接入以及數數字存儲控控制提供支支持。乙）視頻基本碼碼流(ES)層次結結構：如附圖所示示。不管那那一種碼流流，都可以以分成6個個層次：視頻序列層層(Sequence)，圖像組層（（GOP）），圖像層，像條層，宏塊層，像塊層，除了宏塊和和像塊層，，上四層都都從相應的的起始碼(SC：StartCode)開始始。這種碼碼是專門預預留的，從從來不出現現在碼流中中，因此可可以作為同同步識別用用。一旦因因誤碼或其其他原因收收發失去同同步時，重重新同步的的過程首先先就是從比比特流中尋尋找相應的的起始碼。。一旦在正正確的間隔隔上發現有有效的起始始碼時，解解碼就可以以重新開始始。視頻序列層層：在起始碼后后是序列頭頭，包括了了圖像尺寸寸，寬高比比，圖像速速率等信息息。在序列列頭后面總總是跟著包包含附加數數據的序列列擴展數據據。為了確確保能在不不同的時間間隨時進入入視頻序列列，MPEG-2允允許重復發發送序列頭頭。序列層層結束在序序列結束碼碼(SEQEC)。圖