1、 数字电视技术综述 12001 级毕业生毕 业 设 计名称： 数字电视技术综述学校： xxxxxxxx 系别： 计科系 专业： 计算机科学与技术学生姓名： xxxxxxx 学号： xxxxxxxx 指导老师： xxxxxxx 数字电视技术综述 2数字电视技术综述摘要：随着信息化时代的到来，以及微电子、计算机、通信技术、数字压缩处理与传输技术的迅猛发展，传统模拟电视面临向数字电视的变革，传统的电视机也将逐步演变为交互式综合业务信息传播的终端，自然而然地进入了从模拟电视到数字电视的第二次革命。本课题主要涉及到数字电视及其相关技术。关键字：数字电视，压缩，前端系统，SMS，CAS，机顶盒,标准Dig
2、ital TV technological surveyAbstract：Along with the information coming of ages,and micro-electronics,calculator, correspondence the technique, arithmetic figure compress to handle to imitate the television with fast and fierce development, tradition that deliver the technique to face replacing of ar
3、ithmetic figure television, tradition of the television also will gradually turn into for the terminal that hand over with each other the type synthesize the business information to spread, naturally enter from emulation television to the second revolution of the arithmetic figure television.This le
4、sson primarily involve the arithmetic figure television and its related technique.KEY word：DTV( Digital TV),Compression,Head System,SMS(Sudscriber Mangerment System),CAS(Conditional Access System),STB(Set Top of Box),Standard.数字电视技术综述 3目 录摘要 IABSTRACT I引言 11.数字电视的基础 11.1 数字电视的有关概念 11.2 数字电视的分类 21.3
5、数字电视的优点 31.4 数字电视的标准 41.5 数字电视的发展 52.数字压缩编码 62.1 数字压缩的必要性 62.2 图像压缩编码的可能性 62.3 图像压缩编码方法的分类 62.4 几种常用的图像压缩编码方法 72.5MPEG-2 与 MPEG-4 标准简介 103.数字电视的技术新体系 103.1 有线数字电视技术新体系构成 103.1.1 平台的定位 103.1.2 平台运行主体 113.2 技术要求 114.有线数字电视的服务平台 124.1 有线数字电视服务平台系统构成 124.1.1 技术系统 134.1.2 运营支撑系统 144.2 关于有线数字电视服务平台的技术管理 1
6、44.2.1 基本前端系统 144.2.2 用户管理系统(SMS) 174.2.3 条件接收系统(CAS) 214.3 有线数字电视服务平台功能的转变 224.4 建立有线数字电视服务平台要注意遵循以下原则 235.机顶盒 235.1 概述 235.2 机顶盒基本功能要求 235.3 机顶盒的分类 245.4 机顶盒的应用 246.结束语 25参考文献致谢数字电视技术综述 4引 言电视发展到今天，它的适用范围早已超越了广播娱乐界，被广泛地应用到文化教育，科研管理，工矿企业，医疗卫生，公安交通，军事宇航和人们日常生活的各个领域，随着信息和知识时代的到来，信息和数字技术取得了巨大的发展，电视技术在
7、经历了从黑白到彩色电视的革命性转变后，自然而然地进入了从模拟电视到数字电视的第二次革命-数字电视。数字电视是一个全新的、庞大的、复杂的、多层次、多功能的系统。它的出现必将改变传统模拟有线电视的管理模式、技术体系以及经营机制。如何在如此纷繁复杂的工作中，找到制定技术方案的切入点？该如何寻找系统的技术脉络？数字电视的基本特征不仅在于改善图像清晰度、提高图像传输质量、增加节目套数容量，更在于它将达到多媒体综合信息服务的目的，对广大受众来讲，接收的将是综合视音频、图文、数据等在内的各种资源。对于服务提供商、内容提供商来讲，需要为广大用户提供一个基于广播电视网络和宽带多媒体传输技术的，具有综合信息服务能
8、力的交互平台，同时需要对自身的软硬件资源，尤其是众多的节目资源进行整合管理、统筹运用，这就涉及到内容管理系统与数字电视业务系统的融合并用，即数字电视技术新体系的建立。而本课题围绕总体技术方案的制定，主要介绍的就是数字电视的压缩技术，再又重点介绍了有线数字电视技术新体系中的服务平台技术。随着数字电视的普及推广，数字电视的服务平台必将成为有线电视运营平台不可缺少的一部分。由于条件与时间的限制，本课题只做定性的讨论。数字电视技术综述 51.数字电视的基础1.1 数字电视的有关概念1.模拟电视与数字电视数字电视是一个从节目采集、节目制作、节目传输、直到用户端，都要以数字方式处理信号的端到端的系统。具体
9、说，就是将传统的模拟电视信号经过抽样、量化和编码转换成用二进制数代表的数字式信号，然后进行各种功能的处理、传输、存储和记录，也可以用电子计算机进行处理、监测和控制。数字高清晰度电视作为一种全数字电视，实现了电视节目摄、录、播、发、输、收整个系统的数字化，是对现有电视广播系统的整体变革。数字高清晰度电视采用数字摄像机、数字录像机等数字设备完成节目的制作和编排，电视台发射传输和电视接收机接收到的载波信号均为数字载波信号，电视接收机内全部采用数字信号处理电路。采用数字技术不仅使各种电视设备获得比原有模拟式设备更高的技术性能，而且还具有模拟技术不能达到的双向互动等新功能，使电视技术进入崭新时代。数字电
10、视与模拟电视的最大区别在于：数字电视载波传输的为数字信号，模拟电视载波传输的为模拟信号。因此，数字电视与传统模拟电视系统和近年来市场上出现的载波仍然传输模拟信号，仅在电视接收机内部信号处理电路上作部分数字化处理的数字化彩电相比有了质的变化。模拟电视 数字电视描述 采用模拟信号传输电视图象、伴音、附加功能等信号 采用数字信号传输电视图象、伴音、附加功能等信号信源编解码因为信号数据量不大，所以不存在信息编码压缩问题电视信号数字化后，其信号的数据传输率很高，可达 1Gbit/s，因而必须具有良好的数据编码压缩技术，这是数字电视首要技术难点复用 无复用器，视频、音频信号分别传输将编码后的视频、音频、辅
11、助数据信号分别打包后复合成单路串行的比特流，这使数字电视具备了可扩展性、分级性、交互性、与网络互通性的基础信道编解码调制解调图象信号按行、场排列，并具有行、场同步信号、前后均衡脉冲等，并对视频信号有补偿处理。调制方式一般采用调频或调幅因为有压缩及复用，因而传送时的信号不再有场、行标志及概念。通过纠错、均衡来提高信号抗干扰能力，调制采用 QAM、COFDM 等新方法。而且同一种调制方法随着技术的改进，传输效率会得到大幅提高，每套节目所占的带宽会越来越小。数字电视技术综述 6特点 信号数据量少，技术成熟，价格便宜信号不易在传输中失真，清晰度高。占用频带窄，例如 PAL 信道可播放四套标准格式数字电
12、视。数字电视信号可方便地在数字网络中传输,与计算机具有良好接口,或许数字电视今后像计算机一样具有插板结构、可进行系统升级。2.数字化电视也叫数码电视，是在传统模拟彩色电视机的电路中采用了多种数字化处理技术，减轻或者消除模拟电视存在的 5 大缺陷：（1） 图象分辨率差；（2） 屏幕大面积闪烁；（3） 行间闪烁，爬行和蠕动；（4） 行结构线明显；（5） 高速运动物体图象的垂直边缘锯齿化，拖尾和震颤。数字化电视采用了变频加逐行技术，3D/5D 数字化图象处理技术，I2C 数字总线，数字画中画技术和 NICAM 数字伴音技术等。采用了这些数字处理技术的彩色电视机，获得了更好的图象和声音质量，增加了电视
13、机的功能。从本质上来讲，数字化电视仍属于模拟电视的范畴。数字化电视与模拟电视相比，有如下优点：（1） 采用场频加倍技术，消除了目前 50 场频带来的大面积闪烁感，对眼睛有益；（2） 实现了逐行了扫描，去除了行间闪烁，提高图象垂直清晰度，可作为计算机的显示器；（3） 采用数字降噪技术，减轻了画面噪点；（4） 采用数字梳妆滤波器，使亮度与色度信号完全防了分离，消除了亮色串扰现象；（5） 便于实现画中画，画外画，静止画面等新功能。数字化电视与数字电视的最大区别是数字化电视接收的是模拟电视信号，无法接收数字电视信号；二者的共同点是在电视接收部分都采用了数字化处理技术。1.2数字电视的分类：数字电视按其
14、传输方式可分为三种：数字卫星电视（DVB-S），数字有线电视（DVB-C）和数字地面广播电视（DVB-T）。这三种数字电视的信源编码方式相同，但由于它们的传输途径不同，它们的信道编码也采用了不同的调制方式。按产品类型分类，可以分为数字电视显示器、数字电视机顶盒、一体化数字电视接收机。数字电视按其传输视频（活动图象）比特率的大小可粗略地划分为三个等级，即数字 HDTV、数字 SDTV 和数字 LDTV 三种。三者区别主要在于图像质量和信道传输所占带宽的不同。从视觉效果来看，数字 HDTV（显示清晰度为 1000数字电视技术综述 7线以上）为高清晰度电视（High Definition Telev
15、ision）的简称，其视频比特率为 18-20Mb/s,图象质量可达到或接近 35mm 宽银幕电影的水平，画面可提供相当于标准清晰度电视画面五倍的信息量，因此具有更高的图像分辨率和清晰度。高清晰度电视采用 169 的图像模式，而不是传统的 43 模式。SDTV（显示清晰度为 500-600 线）即标准清晰度电视，其视频比特率为 3-8Mb/s，主要是对应现有电视的分辨率量级，其图象质量为演播室水平。标准清晰度电视的图像和伴音的质量都比目前模拟电视有所提高，并且其频道利用率高，在目前模拟电视的一个频道内可以同时播 4 套(或更多)标准清晰度节目。标准清晰度电视则采用兼容 169 和 43 模式，
16、由电视台最终确定广播的模式。LDTV（显示清晰度为 200-300 线）即普通清晰度电视，主要是对应现有 VCD 的分辨率量级。其中 LDTV 属于 SDTV 的最低级别，是针对中国国情而专门命名的，美国和欧洲在 SDTV 和 HDTV 之间，都分别有增强型电视（EDTV）。SDTV 与 HDTV均符合 MPEG-2 标准。虽然数字高清晰度电视是世界电视发展的趋势，但对于我国来说，在 HDTV 普及之前，至少还有 10 年以上的过渡期，这为 SDTV 的应用提供了条件。数字 SDTV 的接受将主要通过普通电视上增加机顶盒的方式来实现，这将使用户充分利用现已购买的普通模拟电视的资源。1.3 数字
17、电视的优点：一特点与优势：1.节目和频道丰富。使用数字压缩技术，可在不影响信号质量的前提下更充分地利用频道资源，频道数可增至原有的 6-8 倍。2.电视频道专业化、个性化。数字电视平台使付费电视成为可能，因此逐渐会涌现出独立的、全天候的专业频道，如电影、时装、汽车、房产、MTV 、体育、游戏等，可极大程度地满足不同人群的个性化需要。3.采用数字技术对节目进行处理、传输和储存，可使图像更清晰、音质更好，观众可通过机顶盒在普通电视机上欣赏到 DVD 视频效果、CD 音频效果的标准清晰度电视节目。数字音频节目可直接进入家庭音响，声音更逼真。4.功能极大丰富。数字电视能开展许多新的增值服务，电子节目菜
18、单（EPG ）就像手边的电视报，用遥控器就能查询节目、预定节目和选择节目，甚至定制收藏夹和节目单，好节目不会错过。5.伴随电脑、网络等新事物的诞生，数字电视将呈现出与计算机、电脑网络融合的趋势，可提供更多样化的服务，如数据广播、音频服务、互动服务等。数字电视不但可收看传统形式的节目，还可以浏览网页、炒股、发送邮件、享受远程教育和电视购物等。6.安全播出得到保证。采用数字技术后通过数字机顶盒可以对每套节目，每个用户进行管理。不仅提高了管理水平，还从根本上解决了非法插播和偷接问题，用户收视费可以通过银行自动划帐。二数字电视提供的主要业务1.免费基本数字电视业务:直接接收和转播国内外未加密高质量数字
19、卫星电视节目。2.按频道付费数字电视业务数字电视技术综述 8接收和录制国家广电部批准的境外加密卫星电视节目，对节目进行审查和编辑，通过数字加密加扰系统分级别向观众播放。以专题频道方式对多种片源（数字/模拟卫星节目、录像带、VCD、DVD、LD、电影、广播电视节目、自办节目等）进行编辑和选择，完成格式转换、分类和存储，通过视频服务器按节目类别（如爱情、喜剧、科幻和卡通片等）在专门的数字电视频道上循环播出。3.VOD 视频点播业务:提供若干数字电视频道的视频点播节目，使用户能够在不同的时间里完整地观看播放的电视节目。4.按次付费数字电视业务:用户通过电话回传或遥控器确认付费收看某一部节目，或某一时
20、段节目。5.增强电视节目:可增加中文电子节目指南，也可在数字电视节目中叠加大量的广告图片、文字信息，用遥控器点击获取额外广告信息，可增强电视广告业务等。6.数据广播业务:数据广播是指由视频、音频、软件程序、流式数据或其它数字 /多媒体所组成的内容被连续地传送到机顶盒设备上，它是一种可以提供快速和丰富媒体内容的有效方式。股票频道提供交互式股票实时行情和财经信息，包括实时行情、个股走势图、K 线图、个股资料、公告信息和电话交易等栏目；电子报刊频道可对新闻机构提供的电子版新闻进行加工整理后广播，用户可选择阅读或收听方式；本地信息咨询服务包括民航、铁路、汽车、货运、旅游、宾馆、饭店、人才市场信息、房屋
21、中介、婚姻介绍等信息；气象服务频道全天24 小时提供全球主要城市和全国各城市的天气情况，为用户提供与天气相关的服务产品。7.数字音乐广播:播出 CD、DVD 音频质量的音乐 CD、磁带、MTV、网上 MP3等数字音乐节目，可在一个模拟频道上提供上百个数字音乐频道广播。8.游戏频道:动态提供各类数字电视游戏节目，用户可选择性地付费享用。9、远程教育:通过数字电视，观众可安坐家中就能得到全国乃至世界上最优秀的教师给我们辅导授课。通过与国、内外著名学府合作，学员足不出户即可查阅到相关课程和教学资料，按照课程时间表选择上课时间，或将课程内容下载，自由选择学习时间。10.交互式数字电视业务:在单向有线电
22、视网络，采用公用电话网络可实现数据上传，在双向有线电视网络下，采用双向调制解调器可实现数据上传功能，进而实现金融服务、互联网接入、电子邮件、电视购物、家庭保安监控、观众参与等多媒体信息服务。1.4 数字电视的标准：模拟电视有 PAL、NTSC 和 SECAM 三种制式，数字电视同样有标准。目前，数字电视尚无统一的国际标准，包括美国的 ATSC、欧洲的 DVB 和日本的ISDB 三大标准。其中，前两种标准应用较为广泛。1.ATSCATSC（Advanced Television System Committee）是美国高级电视系统委员会的简称，于 1995 年经美国联邦通讯委员会正式批准作为美国
23、的高级电视（ATV ）国家标准。ATSC 标准规定了一个在 6MHz 带宽内传输高质量的视频、数字电视技术综述 9音频和辅助数据的系统，在地面广播信道中可靠地传输约 19Mbps 的数字信息，在有线电视频道中可靠传输 38Mbps 的数字信息，系统能提供的分辨率是常规电视的五倍。2、DVBDVB（Digital Video Broadcasting）即数字视频广播，是欧洲广播联盟组织的一个项目，目前已有 260 多个组织参加。DVB 项目的主要目标是寻找一种能对所有传输媒体都适用的数字电视技术。它的设计原则是使系统能够灵活地传输 MPEG-2 视频、音频和其它数据信息，使用统一的 MPEG-2
24、 传送比特流复用，使用统一的服务信息系统，使用统一的加扰系统（加密方式可不同） ，使用统一的 RS 前向纠错系统，最终形成一个通用的数字电视系统。不同传输媒体可选用不同的调制方式和通道编码方法。其中，DVB-S 采用 QPSK，DVB-C 采用QAM， DVB-T 采用 COFDM。所有的 DVB 系列标准完全兼容 MPEG-2 标准，同时制定了解码器公共接口标准、支持条件接收和提供数据广播系统等特性。3、ISDB日本数字电视 ISDB（Integrated-Services Digital Broadcasting）标准于 1993年 9 月制定。其核心包括：既传送数字电视节目，又传送其它数
25、据综合业务；视频编码、音频编码、系统复用遵循 MPEG-2 标准；传输信道以卫星为主。ISDB 具有柔韧性、扩展性和共通性等特点。据最新网络资料表明，DVB 已发展了来自 35 个国家和地区的 265 个成员，主要集中在欧洲并遍及世界各地，我国的广播科学研究院和 TCL 电子集团也在其中；ATSC 成员 30 个，其中美国成员 20 个，来自阿根廷、法国、韩国等 7个国家的成员 10 个，我国的广播科学研究院也参加了该组织；ISDB 筹划指导委员会委员 17 个，其它成员 23 个，都是日本的电子公司和广播机构。可以看出，DVB 标准发展得最快，普及范围也最广。1.5 数字电视的发展从 199
26、4 年开播卫星数字电视，到 1998 年底开播地面数字电视广播，数字电视已经实现了全面启动。到 1999 年底，全球约有 2500 万台卫星数字电视机顶盒，700 万台有线网数字机顶盒和 40 万台地面数字电视机顶盒和接收机，主要分布于欧洲、美国和日本。美国计划于 2006 年在全美范围内实现电视节目的数字化传输，日本则将在2011 年实现所有电视节目的数字化，德国媒体管理局计划在 2006 年前关闭所有的地面模拟电视传送。我国的数字电视技术正在加紧实施“三步”战略步伐：2003 年完成地面数字电视标准的制定，在大城市开播数字电视；2005 年，卫星传输全部实现数字化；2010 年，地面电视基
27、本实现数字化，普及数字电视接收机（机顶盒）；2015 年，中国电视广播全面实现数字化，完成模拟向数字的过渡。目前，世界各国正面临着从模拟电视向数字电视的演进变革，与通信领域的模拟技术向数字技术演进的历程一样，在用户需求和科学技术进步的巨大拉动下，数字电视技术日趋成熟，在不断为人们提供更高质量、更多功能和更个性化的音视频节目的同时，逐渐成为电视系统的主流。未来的数字电视将是一数字电视技术综述 10个全方位的宽带网络系统，从各个层面影响现代人类的社会生活，其触角将遍及社会的政治、经济、文化和生活等各个领域。我国数字电视产业化的时间表：2001 年是我国数字电视广播试验年，将由北京、上海、深圳三个城
28、市进行数字电视广播试验；2002 年将最终确定我国数字电视系统标准；2003 年在全国范围内进行数字电视商业广播试验；2015 年，数字电视基本上成为我国电视播放主力。2.数字压缩编码2.1 数字压缩的必要性数字信号有很多优点，但当模拟信号数字化后其频带大大加宽，一路 6MHz 的普通电视信号数字化后，其数码率将高达 167Mbps，对储存器容量要求很大，占有的带宽将达 80MHz 左右，这样将使数字信号失去实用价值。数字压缩技术很好地解决了上述困难，压缩后信号所占用的频带大大低于原模拟信号的频带。因此说，数字压缩编码技术是使数字信号走向实用化的关键技术之一，表 21 列出了各种应用的码率。表
29、 21 各种应用的码率应用种类 比特数/ 象素 象素数 /行 行数/ 帧 帧数/ 秒 亮色 比 比特/秒(压 缩前) 比特/秒 (压缩后 )HDTV 8 1920 1080 30 4:1:1 1.18Gbps 2025Mbps普通电视CCIR601 8 720 480 30 4:1:1 167Mbps 48Mbps会议电视CIF 8 352 288 30 4:1:1 36.5Mbps 1.52Mbps桌上电视QCF 8 176 144 30 4:1:1 9.1Mbps 128kbps电视电话 8 128 112 30 4:1:1 5.2Mbps 56kbps有线电视网中数字压缩技术主要包括用于
30、会议电视系统的 H.261 压缩编码，用于计算机静止图像压缩的 JPEG 和用于活动图像压缩的 MPEG 数字压缩技术。2.2 图像压缩编码的可能性从信息论观点来看，图像作为一个信源，描述信源的数据是信息量(信源熵)和信息冗余量之和。信息冗余量有许多种，如空间冗余，时间冗余，结构冗余，知识冗余，视觉冗余等，数据压缩实质上是减少这些冗余量。可见冗余量减少可以减少数据量而不减少信源的信息量。从数学上讲，图像可以看作一个多维函数，压缩描述这个函数的数据量实质是减少其相关性。另外在一些情况下，允许图像有一定的失真，而并不妨碍图像的实际应用，那么数据量压缩的可能性就更大了。2.3 图像压缩编码方法的分类
31、数字电视技术综述 11编码压缩方法有许多种，从不同的角度出发有不同的分类方法，比如从信息论角度出发可分为两大类：(1)冗余度压缩方法，也称无损压缩，信息保持编码或熵编码。具体讲就是解码图像和压缩编码前的图像严格相同，没有失真，从数学上讲是一种可逆运算。(2)信息量压缩方法，也称有损压缩，失真度编码或熵压缩编码。也就是讲解码图像和原始图像是有差别的，允许有一定的失真。 应用在多媒体中的图像压缩编码方法，从压缩编码算法原理上分类：（1）无损压缩编码种类 a.哈夫曼编码 b.算术编码 c.行程编码（2）有损压缩编码种类 a.预测编码：DPCM，运动补偿 b.频率域方法：正文变换编码(如 DCT)，子
32、带编码;c. 空间域方法：统计分块编码 d.模型方法：分形编码，模型基编码 e.基 于 重 要 性 ： 滤 波 ， 子 采 样 ， 比 特 分 配 ， 矢 量 量 化（3）混合编码:JBIG，H261，JPEG，MPEG 等技术标准。衡量一个压缩编码方法优劣的重要指标是：(1)压缩比要高，有几倍、几十倍，也有几百乃至几千倍。(2)压缩与解压缩要快，算法要简单，硬件实现容易。(3)解压缩的图像质量要好。选用编码方法时一定要考虑图像信源本身的统计特征；多媒体系统(硬件和 软件产品) 的适应能力；应用环境以及技术标准。2.4 几种常用的图像压缩编码方法(1)差值脉冲编码电视图像基本上是由面积较大的像
33、块(如蓝天、大地、服装等)组成。虽然每个像块的幅值各不相同，但像块内各样值的幅值是相近的或相同的，幅值跃变部分相应于像块的轮廓，只占整幅图像的很小一部分。帧间相同的概率就更大了，静止图像相邻帧间的相应位置的像素完全一样，这意味着前后像素之差或前后帧间相应位置像素之差为零或差值小的概率大，差值大的概率小,这就是差值编码的基本想法。发送端将当前样值和前一样值相减所得差值经量化后进行传输，接收端将收到的差值与前一个样值相加得到当前样值。在这个原理图中，输出的当前样值是输出的前一样值加上收到的差值，由于在当前差值中包括当前的量化误差，而输出的前一样值又包括前一样值的量化误差，这就造成了量化误差的积累。
34、因此改用实用电路,这时输入当前样值不是与输入的前一样值相减，而是与输出的前一样值相减，因此在差值中已经包含了前一样值的量化误差的负值，在与输出的前一个样值相加时，这部分量化误差被抵消，只剩下当前的量化误差，这就避免了量化误差的积累。(2)预测编码预测编码利用像素的相关性，可进一步减小差值。从前面的分析可以看出，如果差值编码中小幅度出现的机会增加，由于其对应的码长较短，总数码率会进一步减小。如果能猜出下一个样值，那么差值就会是零，当然这种情况是没有意义的，因为若预先知道下一样值，就不需要进行通信了。但可以肯定，如果我们不仅利用前后样值的相关性，同时也利用其它行、其它帧的像素的相数字电视技术综述
35、12关性，用更接近当前样值的预测值与当前样值相减，小幅度差值就会增加，总数码率就会减小，这就是预测编码的方法。预测编码的电路与差值编码类似，或者说差值编码就是以前一样值为预测值的预测编码，又称为一维预测。如果用到以前行的像素或以前帧的像素，则称为二维或三维预测。在美国国际电话电报公司(ITT)生产的数字电视机芯片中有一个视频存储控制器芯片 VMC2260就用了二维预测编码，预测器用了三个像素作为下一个像素的预测值，即预测值等于 1/2 前一像素加 1/4 上一行相应像素再加上 1/4 上一行相应的前一像素。这样不仅利用了前一像素的相关性，也利用了上一行相应像素的相关性，这样做要比差值编码有更大
36、的码率压缩。如果再用上前一帧的像素会进一步降低数码率。但为了得到前一帧的像素必须要使用帧存储器，造价比较高。只用到帧内像素的处理称为帧内编码(Intraframe Coding)，用到前后帧像素的处理称为帧间编码(Interframe Coding)。要得到较大的码率压缩就必须使用帧间编码。JPEG 是典型的帧内编码方案，而 MPEG 是帧间编码方法。前者大多用于静止图像处理，而后者主要用于对运动图像的处理。(3)离散余弦变换离散余弦变换(Discrete cosine Transform)简称 DCT。任何连续的实对称函数的傅里叶变换中只含余弦项，因此余弦变换与傅里叶变换一样有明确的物理量意
37、义。DCT 是先将整体图像分成 NN 像素块，然后对 NN 像素块逐一进行 DCT 变换。由于大多数图像的高频分量较小，相应于图像高频成分的系数经常为零，加上人眼对高频成分的失真不太敏感，所以可用更粗的量化，因此传送变换系数所用的数码率要大大小于传送图像像素所用的数码率。到达接收端后再通过反离散余弦变换回到样值，虽然会有一定的失真，但人眼是可以接受的。N 代表像素数，一般 N=8，88 的二维数据块经 DCT 后变成 88 个变换系数，这些系数都有明确的物理意义：U 代表水平像素号，V 代表垂直像素号。如当 U=0，V=0 时，F(0，0)是原 64 个样值的平均，相当于直流分量，随着 U、V
38、 值增加，相应系数分别代表逐步增加的水平空间频率分量和垂直空间频率分量的大小。读出数据和表示数据的方式也是减少码率的一个重要因素。读出的方式可以有多种选择 ，如水平逐行读出、垂直逐列读出、之字型读出和交替读出等，其中之字型读出是最常用的一种。由于经 DCT 变换以后，系数大多数集中在左上角，即低频分量区，因此之字型读出实际上是按二维频率的高低顺序读出系数的，这样一来就为游程长度编码(Runlength Encoding)创造了条件。所谓游程长度编码是指一个码可同时表示码的值和前面几个零，这样就可以把之字型读出的优点显示出来了。因为之字型读出在大多数情况下出现连零的机会比较多，尤其在最后，如果都
39、是零，在读到最后一个数后只要给出“块结束”(EOB)码，就可以结束输出，因此节省了很多码率。 游程长度指的是由之字构成的数据流中各个字符连续重复出现而形成字符串的长度。基本的游程编码就是在数据流中直接用三个字符来给出上述三种信息，其数据结构如图所示。数据流Cc X Sc基本的游程长度编码数据结构SC 表示有一个字符串在此位置，X 代表构成串的字符，CC 代表串的长度。(4) 霍夫曼编码数字电视技术综述 13统计编码又称为熵编码，它对不同概率的事件（符号）分配以不同长度的码字，对概率大的事件（符号）分配以短的码字，对概率小的事件（符号）分配以长的码字，从而使平均码长最短。统计编码实现了事件出现概
40、率与码字长度的最佳匹配。游程编码和哈夫曼编码都属于统计编码。霍夫曼编码是可变字长编码(VLC)的一种，其步骤如下：（1）将信源符号按出现的概率大小顺序排列为：a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7U： (0.210.190.180.170.140.090.02 )（2）将两个最小概率相加，并对其中概率大者赋值“1”，概率小者赋值“0”，或者反过来也可以，但前后一定要保持一致，这里采用前者。（3）把相加求出的和作为一个新的集合，再按步骤（2）方法重排。如此重复进行，直到剩下最后两个概率值。（4）分配码字。码字分配从最后一步开始反向进行。对最后两个概率值与前面一致，一个赋“0”码，一个赋“1”码
41、。如图所示：信源符号 出现概率 码树 码长 码字a1 0.21 1 0.40 0 2 01a2 0.19 0 2 00a3 0.18 1 0.35 0.60 1 1.00 3 111a4 0.17 0 3 110a5 0.14 1 0.25 3 101a6 0.09 1 0.11 0 4 1001a7 0.02 0 4 1000用霍夫曼编码所得的平均比特率为： 码长出现概率;所以上例为：0.2*2+0.19*2+0.18*3+0.17*3+0.15*3+0.1*4+0.01*4=2.72（bit） (5) 运动估计的运动补偿编码这是一种帧间编码的方法，其原理是利用帧间的空间相关性，减小空间冗余
42、度。帧间编码为什么可以减小冗余度，这是因为两帧之间有很大的相似性。如果将前后两帧相减(移动物体作相应位移)得到的误差作编码所需比特要比帧内编码所需的比特少，帧间差集中在零附近，可以用短的码字传送。实现帧间编码的方法是运动估计和运动补偿。用图来说明这个过程。数字电视技术综述 14当前帧在过去帧的窗口中寻找匹配部分，从中找到运动矢量；根据运动矢量，将过去帧位移，求得对当前帧的估计；将这个估计和当前帧相减，求得估计的误差值；将运动矢量和估计的误差值送到接收端去。接收端根据收到的运动矢量将过去帧作位移(也就是对当前帧的估计)，再加上接收到的误差值，就是当前帧了。2.5 MPEG-2 与 MPEG-4
43、标准简介：MPEG 是 ISO 组织运动图像专家组（Moving Picture Expert Group）的简称，该组织成立于 1988 年，多年来一直致力于制定与有关研制视频压缩、音频压缩及多种压缩数据流复合及同步方面的国际标准。继 1990 年公布 MPEG-1 的标准以来，先后公布了 MPEG-2 标准（1994 年）以及 MPEG-4 标准（1996 年），目前正在研究制定 MPEG-7 标准。其中，大家所熟知的 VCD 和 DVD 分别采用了MPEG-1 和 MPEG-2 技术，而 MPEG-4 则是最近一阶段随着网络多媒体发展而大量被采用的技术。从原理来看，MPEG-2 是 MP
44、EG-1 的延伸，而 MPEG-4 的编码出发点与 MPEG-2 相比则有较大的差异。MPEG-2 与 MPEG-4 之间最根本的区别在于编码的出发点的不同，前者是基于矩阵像素图像的压缩，后种是基于图像中不同物体的压缩；前者发展的比较成熟，并已经成为广播电视行业的标准，后者主要针对于低码率场合应用，适用相对范围宽。从发展趋势上看，MPEG2 将会在有线电视网上进一步发展，而 MPEG-7 则是 MPEG-4 的进一步发展，主要适用于基于对象的查询，并将在 IP 网上将会得到进一步发展。 研究制定 MPEG 标准是为了使应用于数字存储媒体、电视广播、通信等方面的运动图像和伴音有一种通用的编码方法
45、。使用这个标准意味着运动图像可作为一种计算机数据来处理 ，并且能够存储在各种各样的存储器中，也可以在现有的或未来的网络中传送和接收，还可以在现在的或将来的广播信道中广播。MPEG 在利用块匹配运动补偿来减小时间冗余度时，不仅用上一帧的图像预测当前图像，而且也使用下一帧图像预测当前图像，即双向预测，与 H.261 标准有重要区别。MPEG-1 中视频编码的关键压缩技术和 H.261 一样，仍是 DCT、运动补偿和 Huffman 编码。编码器和解码器的原理框图也和 H.261 没有区别。3.数字电视的技术新体系3.1 有线数字电视技术新体系构成数字电视技术综述 15有线数字电视技术新体系主要由节
46、目平台、传输平台、服务平台、监管平台组成。通过节目平台集成播出、传输平台传输、服务平台分配把节目提供给用户，构成有线数字电视运营的产业链，通过独立于各方的监管平台监督这三个平台的运行，保持公正，保证安全。各个平台按照明确的定位和分工，发挥各自优势，各司其职，各负其责。3.1.1 平台的定位1.节目平台：集成播出数字广播电视节目。主要任务是：在提供基本节目的同时，提供付费标准清晰度电视节目、高清晰度电视节目、交互电视节目和数据业务以及数字广播节目等。将各个节目频道集成播出，加入相应的节目信息，经传输加密后，送入传输平台。2、传输平台：节目传输。主要任务是：根据节目平台的业务委托，调度线路，将节目送达预定地点。负责互联网上视音频服务、宽带业务、数据业务等增值业务的开发。3、服务平台：直接面向最终用户提供接入服务。主要任务是：在有线电视分配网前端将各节目平台的数字节目与本地节目集成在一起，根据各节目 SI 信息，生成完整的服
