数字电视技术讲座.docx

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1、数字电视技术讲座模拟电视与数字电视3MPEG-2数字视频编码及DVB有关技术 PSl与Sl表 条件接收系统（CAS） 新的数字电视前端系统架构模拟电视与数字电视模拟电视信号的产生模拟电视信号的产生，是通过扫描的方式将二维的面抽丝成线模拟视频信号的基本参数比较基本参数NTSCPAL扫描方法隔行扫描，每帧两场隔行扫描，每帧两场帧频/场频29.97Hz/59.94Hz25Hz/50Hz扫描行数525625行频15.734KHz15.625KHz可见行数483575传输带宽6MHz8MHz为什么使用数字视频 便于利用计算机与数字技术编辑、处理与传输图像 无损耗、无噪声累积，有利于反复编辑与复制 有利于

2、不一致电视制式的相互转换。 有利于实现视音频及数据在多媒体平台上的汇合，并便于节目的存储、检索与管理 利用数字压缩技术，节约传输带宽资源 可适用于多种网络与平台，促进业务的开展 易于实现内容加密与版权保护模拟视频信号的数字化 电视信号的数字化有两步，抽样与量化：U对扫描信号幅度进行等间隔抽样，把连续信号变成离散信号。U把每个抽样的值用8比特（或者10比特）位数表示。比特数位越多，量化就越细，但是数据量也大。抽样与量化的国际标准 国际电信联盟（ITU）1982年制定了适合不一致电视制式的统一标准，即ITU-R601规定的演播室用（广播级）分量电视信号的数字化标准 对每行水平扫描输出进行抽样。每个

3、抽样点有3个分量：亮度分量与两个色差分量，在每行,对亮度分量的抽样频率为13.5MHZ,对两个色差分量的抽样频率分别为6.75MHz625行50场制式（PAL）每行有864个亮度抽样525行60场制式(NTSC)每行有858个亮度抽样4:2:2与4:2:0抽样方式XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX4:2:24:2:01个亮度采样点(Y)O2个色差采样点(Cb,Cr)数字视频信号的基本参数比较基本参数ITU-R601NTSC,八H.261CIFITU-R601PAL,卅（会议电视）每行亮度抽样858864429/432每行可见亮度抽样720720352每行可见色差抽

4、样360360180每帧可见亮度抽样行480576288每帧可见色差抽样行480480144每帧抽样总数9009001080000450450/540000每帧可见抽样总数691200829440155520总抽样频率27MHz27MHz13.5MHz可见总抽样频率20.736MHz20.736MHz4.6656MHz最高比特率(IObit量化)270Mbps270Mbps135Mbps可见抽样比特率(Iobit量化)207.36Mbps207.36Mbps46.656Mbps数字视频信号为什么需要压缩Q假如每个抽样用IObit量化，则数字视频信号的最高比特率为270MbPS八(13.5+6.

5、75+6.75)10=270 根据ITU-R601标准，每行只有720个抽样可见，而且只有部分行可见(PAL可见576行，NTSC可见480行)。因此可见区域编码后的比特率是207.36MbPS 假如传输4:2:0格式信号，可见区域编码后比特率是155.52Mbps。 除非能够大幅度地压缩这个数字化的视频信号，通常传输方法根本无法传输这么大的数据率(每套电视节目大约需要150200Mbps带宽)，数字电视广播也无法成为现实数字视频压缩的目的 保证图像信息的完整 消除图像中的所有冗余信息用最少的比特传输必要的信息 最大限度地降低复杂性与成本数字视频压缩基本思路 消除电视图像中的冗余信息4时域冗余

6、信息，相邻帧间图像变化不大空间域冗余信息，同一帧图象内，相邻像素变化不大利用人眼的视觉特征对亮度变化的敏感度并不高杈对色度变化的灵敏度更低泌在物体边缘与高亮度区域，对噪声的灵敏度降低时域信息冗余分析 时域信息冗余的产生PAL制式每秒传25帧图像，两帧相邻图像时间差距是0.04沁在这么短时间里，图像中大部分没有变化 时域信息冗余实例新闻节目中主持人坐在演播室的场景，其固定背景基本不可能变化。在很短时间内，比如半秒钟（12.5帧）之内，主持人的姿态变化也很少，因此图像其它部分基本没有变化明当电视图像背景变化不太大时，即使图像中有运动物体，仍存在大量冗余信息。比如通常的远景画面压缩时域冗余信息 没有

7、变化的信息不需要重复编码 图像静止或者活动很缓慢时，能够隔帧处理 利用帧间压缩时域里的冗余信息，比单纯使用帧内压缩的效率要高10倍以上。林在图像中活动缓慢区域，帧间压缩方法效果好，在快速活动区域，帧间压缩方法失真大，而帧内压缩方法性能比较好。空间域信息冗余分析 空间信息冗余明在任何图像里有很多像素与其周围的其它像素相同 空间信息冗余实例小天空中如有一点是蓝色，它邻近一片也会是蓝色图像中亮度低于某一阈值即能够丢弃，由于人眼看不出黑色之间的区别。MPEG-2数字视频编码及DVB有关技术MPEG-2简介3MPEG运动图像专家组，ISO下属国际标准组织，专门制定影像与声音压缩编码标准的组织JMPEG-

8、2的分类与分级简单类主类4:2:2类SNR可分级类空间可分级类高级类高级1920115280Mpbs100Mpbs高级1440X115260Mpbs60Mpbs80Mpbs主级720X57615Mpbs15Mpbs50Mpbs15Mpbs20Mpbs低级352X2884Mbps4Mbps备注无B帧4:2:0不分级有B帧4:2:0不分级有B帧4:2:2不分级有B帧4:2:0SNR可分级有B帧4:2:0SNR可分级空间可分级有B帧4:2:0或者4:2:2SNR可分级空间可分级MPEG-2压缩技术要点不是对图像本身编码，而是对图像有关信息编码 图像中的变化 图像中物体的运动 用数学方式描述这些变化与

9、变动 帧间编码一运动补偿预测编码Q帧内编码一DeT离散余弦变换量化与变长嫡编码运动补偿预测编码一压缩时域信息冗余,对图象活动部分的运动规律进行预测 只对运动规律进行编码MPEG-2多种预测图像格式 I-图像（帧内编码图像）小空间域DeT压缩编码，只利用本帧内的信息QP-图像（前向预测编码图像）小以I-图像为参考，通过运动补偿所预测出的图像 B-图像（双向预测编码图像）-以I-图象与基于I-图象预测得到的P-图象，通过运动补偿所预测出的位于两者之间的图像。图像组（GOP）与帧间编码 GoP组越长，编码效率越高 GOP组越短，技术上越容易实现 I帧要求的码率最高MPEG-2与DVB数字电视传输标准

10、 系统（传输流内容要求、传输、接收） 视频（图像格式、视频码流内容要求、解码）Q音频（音频信号的编码、码流内容要求、解码） TS流中的其它信息 PSDSI表传输流（TS流）里有什么 视频节目（多个） 电视节目的伴音（有些节目有多个伴音） 数据广播，如图文电视数据、IP广播数据 电子菜单数据等 条件接收系统的授权管理与操纵信息 MPEG/DVB规定的表格传输流的生成流程图音频编码器音频编码器PESfMPEG单节目MPEG传输流数据编码器传输流的生成 数字化与量化模拟视音频源 压缩数字视频与音频信号，产生视频与音频基本码流 把视频与音频基本码流封装为基本流（PES）分包 把操纵管理信息、电子菜单、

11、数据广播信息与其它数据信息也封装为PES分包 PES包含有关基本流的信息，共解码时使用把PES码流封装为传输流数据包，然后将所有包复用成一个传输流（TS） TS（固定长度为188bytes）包含有关传输与解复用所需信息，这些信息全部分布在各个小分包里，PID（分包识别号）是识别各类信息的最重要工具MPEG-2传输流 传送包的长度为188bytesQ每一传送包开销均具有一段包标识（PID）J每一信息净负荷均包含某个基流的信息188bytes视频、音频、数据及系统信息headPIDhead信息净负荷（PayIOad）开销（Header）XMPEG-2传输流实例TS流的传输与调制方式的选择 调制方式

12、的选择有两个考虑传输通道的干扰情况与信噪比杈传输效率。符号率决定传输带宽；每个符号里比特越多，固定带宽所传输得比特率就越高Q在有线网里，信噪比大(30dB),能够使用高效率的正交幅度调制方式(QAM) 卫星广播，信噪比很低(可能数据等）BW=传输通道带宽a=传输通道频率响应参数M=每符号代表几个比特（QPSK=2,16QAM=4,64QAM=6）rc=卷积码效率（1/2,5/8,3/4,7/8。如不用卷积码则为1）rRS=RS码效率=188/204MPEG-2传输流带宽计算实例 MPEG-2传输流各项参数杈有线电视网，不用卷积码小模拟频道带宽BW=8MHz小频道频响参数a=O.I5小使用64QAM调制器，M=6 计算结果f有效传输流比特率=38.4Mbps杈假如每套节目压缩编码用4Mbps,那么每8MHz的模拟频道里可传输8套节目MPEG-2数字视频传输通道容量估算Q8MHz模拟频道可提供码率带宽*使用64QAM每8MHz可提供38Mbps带宽小使用256QAM每8MHz可提供52Mbps带宽QMPEG-2编码效率*通常节目：2to4Mb/s-体育及有快速运动的节目：6to9Mb/s三*卡通