隨著廣播電視技術的發(fā)展和廣播電視設備的更新，電視領域發(fā)生了一系列巨大的變化，會議電視、VCD、DVD、數(shù)字電視以及高清晰度電視(HDTV)等新技術和新系統(tǒng)正迅速走進我們的生活。與傳統(tǒng)的模擬電視相比，這些新系統(tǒng)的突出特點是采用了全數(shù)字的圖像/聲音處理技術。針對不同的應用領域，一系列相應的數(shù)字視頻音頻編碼標準也迅速地被制定并不斷得到完善，其中包括：應用于會議電視及可視電話的H.261，用于靜止圖像壓縮的JPEG，用于VCD的MPEG-1、用于廣播電視、DVD以及HDTV的MPEG-2、用于網絡電視的MPEG-4等。與此同時，數(shù)字演播室標準及數(shù)字電視的質量評價標準也制定出來。

數(shù)字電視

數(shù)字電視可從節(jié)目內容、技術角度和用戶角度來解釋。從用戶收視角度解釋，用戶采用IRD或數(shù)字電視接收機(DVB接口)收看的節(jié)目，方為真正意義上的數(shù)字電視節(jié)目;按節(jié)目內容來源劃分，數(shù)字電視節(jié)目可以是電視節(jié)目，也可以是電影;從技術角度解釋，數(shù)字電視節(jié)目可以是以數(shù)字方式拍攝、制作、存儲、播出和傳輸?shù)碾娪昂碗娨?，也可以是以前庫存的資料片經數(shù)字化處理所制成的電影和電視。

數(shù)字電視傳輸方式

數(shù)字電視節(jié)目可以在不同的傳播介質中，采用不同的技術傳輸?shù)接脩艚邮斩?。?shù)字電視的傳輸手段主要有衛(wèi)星、地面發(fā)射、HFC網絡、SDH等，其中SDH主要用于數(shù)字電視節(jié)目的長距離傳輸。

由于我國的數(shù)字電視標準是在移植歐洲數(shù)字視頻廣播標準(DVB，由ISO/ICE 13818描述)的基礎上制定的，目前，正在推廣使用的有DVB-C,DVB-T,DVB-S三種。DVB-S(QPSK調制)為數(shù)字電視衛(wèi)星廣播采用;DVB-T(OFDM調制)為地面無線發(fā)射的數(shù)字電視廣播采用;DVB-C(QAM調制)為地面HFC網絡數(shù)字電視廣播采用。我國已完成了廣播電視衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)字化改造，已經形成了以DVB-S技術構架的數(shù)字電視衛(wèi)星廣播網，DVB-T的實驗播出正在準備之中，而作為數(shù)字電視廣播在國內的主要覆蓋手段的DVB-C，已在開始在HFC網絡中大力推廣。

數(shù)字電視編碼技術

目前MPEG已頒布了四個活動圖像及聲音編碼的正式國際標準，分別稱為MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4和MPEG-7。

1.MPEG-1編碼

MPEG-1標準是：在數(shù)字存儲介質中實現(xiàn)對活動圖像和聲音的壓縮編碼，編碼碼率最高為1.5Mb/s，標準的正式規(guī)范在ISO/IEC11172中。MPEG-1所支持的輸入圖像格式是SIF格式。SIF有525/625兩種格式：352×240×30和352×288×25。MPEG-1是一個開放的，統(tǒng)一的標準，在商業(yè)上獲得了巨大的成功。盡管其圖像質量僅相當于VHS視頻的質量，還不能滿足廣播級的要求，但已廣泛應用于VCD等家庭視像產品中。

2.MPEG-2編碼

MPEG-2標準是：針對標準數(shù)字電視和高清晰度電視在各種應用下的壓縮方案和系統(tǒng)層的詳細規(guī)定，編碼碼率3Mb/s～100Mb/s，標準的正式規(guī)范在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG-1的簡單升級，MPEG-2在系統(tǒng)和傳送方面作了更加詳細的規(guī)定和進一步的完善。MPEG-2特別適用于廣播級的數(shù)字電視的編碼和傳送，被認定為SDTV和HDTV的編碼標準。MPEG-2還專門規(guī)定了多路節(jié)目的復分接方式。此外，MPEG-2還兼顧了與ATM信元的適配問題。

MPEG-2視頻編碼標準是一個分等級的系列，按編碼圖像的分辨率分成四個“級(Levels)”;按所使用的編碼工具的集合分成五個“類(Profiles)”。“級”與“類”的若干組合構成MPEG-2視頻編碼標準在某種特定應用下的子集：對某一輸入格式的圖像，采用特定集合的壓縮編碼工具，產生規(guī)定速率范圍內的編碼流。

我們知道，當前模擬電視存在著PAL,NTSC和SECAM三大制式并存的問題，因此，數(shù)字電視的輸入格式標準試圖將這三種制式統(tǒng)一起來，形成一種統(tǒng)一的數(shù)字演播室標準，這個標準就是CCIR601，現(xiàn)稱ITU-RRec.BT601標準。MPEG-2中的四個輸入圖像格式“級”都是基于這個標準的。低級(Low Level)的輸入格式的像素是ITU-RRec.BT601格式的1/4，即352×240×30(代表圖像幀頻為每秒30幀，每幀圖像的有效掃描行數(shù)為240行，每行的有效像素為352個)，或352×288×25。低級之上的主級(Main Level)的輸入圖像格式完全符合ITU-RRec.BT601格式，即720×480×30或720×576×25。主級之上為HDTV范圍，基本上為ITU-RRec.BT601格式的4倍，其中1440高級(High-1440Level)的圖像寬高比為4∶3，格式為1440×1080×30，高級(High Level)的圖像寬高比為16∶9，格式為1920×1080×30。

在MPEG-2的五個“類”中，較高的“類”意味著采用較多的編碼工具集，對編碼圖像進行更精細的處理，在相同比特率下將得到較好的圖像質量，當然實現(xiàn)的代價也較大。較高類編碼除使用較低類的編碼工具外，還使用了一些較低類沒有使用的附加工具。因此，較高類的解碼器除能解碼用本類方法編碼的圖像外，也能解碼用較低類方法編碼的圖像，即MPEG-2的“類”之間具有后向兼容性。簡單類(Simple Profile)使用最少的編碼工具。主類(Main Profile)除使用所有簡單類的編碼工具外，還加入了一種雙向預測的方法。信噪比可分級類(SNR Scalable Profile)和空間可分級類(Spatially Scalable Profile)提供了一種多級廣播的方式，將圖像的編碼信息分為基本信息層和一個或多個次要信息層?；拘畔影瑢D像解碼至關重要的信息，解碼器根據基本信息即可進行解碼，但圖像的質量較差。次要信息層中包含圖像的細節(jié)。廣播時對基本信息層加以較強的保護，使其具有較強的抗干擾能力。這樣，在距離較近，接收條件較好的情況下，可以同時收到基本信息和次要信息，恢復出高質量的圖像;而在距離較遠，接收條件較差的條件下，仍能收到基本信息，恢復出圖像，不至造成解碼中斷。高級類(High Profile)實際上應用于比特率更高，要求更高的圖像質量時，此外，前四個類在處理Y，U，V時是逐行順序處理色差信號的，高級類中還提供同時處理色差信號的可能性。

目前的標準數(shù)字電視采用的是MP@ML主類和主級，而HDTV采用的是MP@HL主類和高級。

3.MPEG-4編碼

MPEG-4標準是：視頻編碼經歷了H.261、MPEG-1到MPEG-2的變遷。對廣播來說已經是相當完備的系統(tǒng)標準，但對于通信和計算機應用仍是不足。于是MPEG-4的系統(tǒng)層在原有ES流復用層(FlexMux)的基礎上擴展了傳送復用層(TransMux)，幾乎包括了所有多媒體、存貯媒體和通信的接口，如(RTP)UDP IP，PES MPEG-2 TS，AAL ATM，H223 PSTN，DABMux等等。使得MPEG-4的系統(tǒng)應用極其廣泛。在信源方面，不是簡單地對連續(xù)的圖像和聲音進行壓縮，而是對圖像和聲音進行詳細的分解和描述，將計算機中“對象”(Objects)的概念引入MPEG-4，對音視頻對象和背景及文字分別進行壓縮，甚至采用參數(shù)控制綜合合成的辦法還原圖像和聲音，使效率大大提高。如播音員臉部動畫的綜合，文字到聲音的語音合成等，使解碼處理可擴展到對象的縮放，具有a通道的對象透明度調整等復雜場景。也即除自然圖像外，增加了人工合成，創(chuàng)造和處理的痕跡。MPEG-4的類和級也有很大的變化，對視像內容來說，分為自然視頻內容，自然和合成混合圖像內容兩部分。自然視頻內容的類又分為五類：簡單視像類，用于移動通信;簡單可分級視像類，用于有質量分級的互聯(lián)網的軟件解碼;核心視像類，對簡單視像類補充任意形狀和隨時間縮放的對象的編碼，用于互聯(lián)網多媒體應用;主視像類，對核心視像類補充隔行、半透明和子圖畫對象編碼，用于交互多媒體質量的廣播和DVD的應用;N-比特視像類，對核心視像類對象的樣本量化深度進行調節(jié)，可有4到12比特量化的核心視像類，用于監(jiān)視等應用。對于合成的自然圖像混合視像內容又有四類：簡單面部動畫視像類、可分級紋理視像類、基本動畫2D紋理視像類和混合視像類。圖形類共有兩類：2D圖形類和完全的圖形類。場景描述類共有五類：簡單場景類、2D場景類、虛擬現(xiàn)實模塊語言(VRML)場景類、音頻場景類和完全場景類。音頻的類型有：話音類、低碼率合成音頻類、可分級音頻類和主音頻類。級是對比特率、取樣率、圖像分辨率及復雜性進行分級。不可能有沒有級的類，但有的類只有一級。 MPEG-4目前有了版本1、版本2，將包括以對象為基礎的空間可分級性。MPEG-4版本2應用的例子是HomeNet Processing Laboratory 和逐行掃描清晰度電視編碼器，使用MPEG-4空間可分級對1080行 60幀逐行掃描高清晰度電視進行編碼，MPEG-4空間可分級的性能通常優(yōu)于MPEG-2/4單層編碼，而且所需的幀存也要少12.5%，而且1080P很容易下變換到1080I和720P，該實驗將高質量1080P/60的傳輸碼率降至18Mb/s。

4.MPEG-7編碼

MPEG-7標準是：MPEG-7不是一個信源編碼標準，而是有關內容和對象的描述標準，以便對內容進行更好的管理和再利用，這就要求對內容做出準確的描述，這就是元數(shù)據(Meta Data)。所謂元數(shù)據就是描述數(shù)據特性的數(shù)據，因為在傳輸系統(tǒng)和處理系統(tǒng)看來，無論是視頻、音頻和數(shù)據都是數(shù)據，必須加以描述。如SMPTE/EBU比特流節(jié)目素材交換協(xié)調標準是用來描述音視頻素材的，用于節(jié)目交換的內容描述標準。MPEG-4中用于對象內容識別的描述(OCI：Object Content Identifiers)，用于音視頻數(shù)據庫用來描述各素材的數(shù)據等應用。MPEG-7用來描述內容的標準，可分為正式元素和非正式元素兩部分。其正式的基本元素有：描述子(Descriptors)、描述方案(Description Schemes)、描述定義語言(Description)和編碼的描述(Coded Description)。非正式的基本元素有：描述子值(Descriptor Value)、特性(Features)、描述(Description)和編碼的描述(Coded Description)。目前的應用主要有節(jié)目制作管理和節(jié)目資源的管理，數(shù)據庫中相關素材直到相關音視頻對象的檢索，業(yè)務端到終端交互業(yè)務，版權識別，自生成數(shù)據庫等方面。元數(shù)據的制作和應用將推進節(jié)目制作工具的建設。離內容稍微遠一點是應用編程接口(API：Application Programming Interface)。API是應用程序是設備底層之間的接口，如一個機頂盒有CPU、輸入輸出器件、存儲器、圖形引擎、MPEG解碼等。這些底層的器件要通過傳送協(xié)議、虛擬機、瀏覽器等應用軟件進行控制，而應用軟件則實現(xiàn)人機對話。機頂盒功能的實現(xiàn)及其應用范圍都直接與API有關，因此各國和各標準組織都非常重視。這方面最早的努力是MHEG(多媒體與超媒體信息編碼專家組)，它是一種解釋語言，提供能用于機頂盒的對象的類，使其可以顯示經常使用的形狀和文字，提供交互或定時，或由一個場景連接到另一場景，或有一個場景的某一部分來啟動某個應用等。

了解和掌握數(shù)字電視的編碼技術，是每一個電視工作人員必須熟悉的知識，特別是工程技術人員更應該掌握電視技術的發(fā)展，用于更新觀念、熟悉設備、指導日常工作。