（通信与信息系统专业论文）基于数字电视的数据传输技术研究.pdf

上海交通大学硕士学位论文基于数字电视的数据传输技术研究 摘要 本文是关于一项被称为“数据广播”的新型技术。数据广播是一种能够以很 高的速度将文本、静态图片、图形、音频、视频和软件包传输到诸如机顶盒、p c 等智能设备或移动设备的技术概念。同时，它也能提供用户交互和个性化设置方 法。它可以传送诸如电视的静态广播流节目，也可以传送像因特网一样的、允许 用户从一个地方进入到另一个地方以获取更详细信息的内容，还允许用户玩游戏 和交互 这种技术为在宽带广播信道中传输数据提供了一种灵活。高效的方式可以 通过卫星，电缆或地面广播信道，将数据信息传送到用户端，提供应用数据的信 息广播服务，比如金融信息及实时股票行情、网站广播及高速i n t e m e t 接入、远 程教育、视音频直播、视音频及数据点播、综合信息广播等。因为这数据广播系 统与传统的模拟电视同样具有广播的优势，它可以轻而易举地将i n t e r a c t 上的大 量信息和用户需要的信息经过组织后，同时发送到千家万户，覆盖范围广，因而 产生的社会和经济效益也是巨大的。 由于数据广播对带宽的要求和它广播的特点，一般应用于电视网络，本文也 是在数字电视的总体框架结构内讨论这种数据传输技术的，本文主要从以下几个 方面对该技术及其可能的实现进行了详尽的介绍。 ( 1 ) 研究m p e g - 2 编码和传输技术，研究如何有效地将用户数据信息嵌入 到m p e g - 2 比特流中，最大限度地发挥m p e g 一2 系统的带宽优势； ( 2 ) 研究d s mc c 技术，研究如何实现网络存储媒体的双向控制和传输， 不仅研究了用于一对一的简单网络环境下d s mc c 的配置，还研究了应用于各 种网络环境下d s mc c 的配置，例如a t m 、x 2 5 等等。在分析了d s mc c 的各 种参考模型以后，最后在此基础上抽象出用户- 网络消息传递方式和用户用户信 息传递方式和u - u 接口模型。 ( 3 ) 重点研究在d v b 数字电视网络环境下如何实现数据广播系统，在考虑 了d v b 数字电视网络环境和数据广播服务的要求，制定出7 种数据广播方式， 它们分别是：数据管道、异步数据流、同步数据流、被同步数据流、多协议封装、 数据轮放和对象轮放。数据管道应用于独立的数据信息广播，它直接将数据插入 到m p e g - 2 传输流中；异步数据流用于广播不需要同步的流数据；同步数据流用 于广播需要在接收端同步接收的流数据；被同步数据流用于需要和其它节目同步 广播的流数据广播；多协议封装方式封装其它网络协议的数据包，主要用于广播 一些网络数据；数据轮放用于广播多个文件；对象轮放用于广播包括流、文件以 及文件目录结构等对象的数据广播应用。 ( 4 ) 在前面研究了d v b 数字电视网络环境下如何实现数据广播的探讨以 上海交通大学硕士学位论文 基于致字电视的数据传输技术研究 后，设计和实现了一个数据广播系统。该系统按照面向对象的设计思路设计和实 现，提供了充分的应用程序接口，这些接口独立于网络发送硬件和应用程序。 ( 5 ) 根据目前网络环境，本文提出了一种经济适用的双向数据广播网络解 决方案，它利用广播电视网络传送下行信息，而利用电信网传送上行信息。 【关键字：】数字电视，m p e g - 2 ，数据广播，d v b ，d s m ，d s mc c ，数据管道， 数据流，多协议封装，数据轮放，对象轮放 上海交通大学硕士学位论文基于教字电视的数据传输技术研究 a b s t r a c t t h et h e s i si sa b o u tan 钾t e c h n o l o g yc a l l e da s “ d a t ab r o a d c a s t d a t ab r o a d c a s t i ss o m ek i n do ft e c h n o l o g yc o n c e p tb yw h i c ht e x t ，p i c t i l 坞，i m a g e ，a u d i o ，v i d e oa n d s o f t w a r ep a c k e tc a nb et r a n s m i t t e di nav e r yh i g hs p e e dt os m a r td e v i c e so rm o b i l e d e v i c e ss u c ha ss e to nb o x ，p c i nt h es a m et i m e ，i tc a na l s op r o v i d ei n t e r a c t i v ea n d o p t i o n - s e t t i n gm e a n s i tc a nt r a n s m i tc o n t e n t sl i k ei n t e r n e ta sw e l l 勰s t a t i cs l h - e a i l l p r o g r a ms u c ha st vp r o g r a m , i nw h i c hs e r v i c et h es u b s c r i b e rc 勰g of r o m ep l a c e t oa n o t h e rf o rm o r ed e t a i l e di n f o r m a t i o n , a n di nw h i c hs e r v i c ep l a y i n gg a m ea n d i n t e r a c t i v i t yi sp e r m i t t e d t h et e c h n o l o g yc a np r o v i d eaf l e x i b l ea n de f f i c i e n tm e a n sf o rt r a n s m i t t i n gd a t ai n t h eb r o a d b a n db r o a d c a s tn e t w o r k w ec a l ls e n dt h es u b s c r i b e r d a t ai n f o r m a t i o n t h r o u g hs a t e l l i t e ，c a b l ea n dt e r r e s t r i a lc h a n n e l ，s ow ec a na c c o r d i n g l yp r o v i d e i n f o r m a t i o nb r o a d c a s ts e r v i c eo n a p p l i c a t i o nd a t as u c ha sr e a l - t i m ef i n a n c i a la n ds t o c k i n f o r m a t i o ns e r v i c e ，w e bb r o a d c a s ta n dh j 曲s p e e di n t e r n e ta c c e s ss e r v i c e ，r e m o t e e d u c a t i o ns e r v i c e ，v i d e oa n da u d i ol i v i n gb r o a d c a s ts e r v i c e ，v i d e o ，a u d i oa n dd a t ao n d e m a n ds e 喇豫i n t e g r a t i v es o l v i c eb r o a d c a s t b e c a u s et h ed a 纽b r o a d c a s th a st h e a d v a n t a g eo fb r o a d c a s ta st vn e t w o r k , a f t e rr e a r r a n g e m e n t “c a ns e n de v e r yf a m i l y w i t hs u b s t a n t i v ei n f o m m t i e nt h a ti sf r o mi n t e r n e to rs u b s c r i b e rn e e d s b e c a u s eo f t h e b r o a dc o v e r a g e ，t h ee c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i ti tb r i n g su si sg r e a t b e c a u s eo f t h ec h a r a c t e r i s t i ca n dr e q u i r e m e n to f d a t ab r o a d c a s t ，i ti su s u a l l yu s e d i nt h et vn e t w o r k ，a n di ti si nt h ef r a m eo f d i g i t a l i vt h a tt h et h e s i sd e s c r i b e st h ed a t a t r a n s m i t t i n gt e c h n o l o g y t h et h e s i sm a i n l yd e t a i l st h et e c h n o l o g ya n dp o s s i b l e i m p l e m e n t a t i o ni nt h ef o l l o w i n ga s p e c t s ( 1 ) t h et h e s i sr e s e a r c h e st h em p e g - 2e n c o d i n ga n dt r a n s i t i o nt e c h n o l o g y , a n d d i s c u s s e sh o wt oe n c a p s u l a t et h el l s e l - i n f o r m a t i o nd a t ai nt h em p e g - 2b i ts f f e a m e f f i c i e n ta n dh o wt ou t i l i z et h eb a n d w i d t ho f t h em p e g - 2s y s t e m ( 2 ) t h et h e s i st h e nd i s c u s e st h ed s mc ct e c h n o l o g y a n di tr e s e a r c h e sh o wt o i m p l e m e mb i d i r e c t i o n a lc o n t r o la n dt r a n s i t i o n i tn o to n l yd i s c u s e st h ec o n f i g u r a t i o n o fd s mc ci nt h eo n et oo n en e t w o r ke n v i r o n m e n t b u ta l s oi n t r o d u c e st h e c o n f i g u r a t i o no f d s mc ci nh e t e r o g e n e o u sn e t w o r ke n v i r o n m e n ts u c ha sa t m ，x 2 5 a _ f t a n a l y z eo f k i n d so fr e f e r e n c em o d a l ，t h eu s e r - n e t w o r km e s s a g et r a i l s f e rm e a n s a n dt h eu s e r - u s e ri n t e r f a c em o d a la r eg e n e r a l i z e d ( 3 ) mt h e s i sm a i n l yd i s c u s e sh o wt oi m p l e m e n td a t ab r o a d c a s ts y s t e mi nt h e d v b d i g i t a lt vn e t w o r ke n v i r o n m e n t a f t e rc o n s i d e r i n gt h ed v bd i g i t a lt vn e t w o r k e n v i r o n m e n ta n dr e q u i r e m e n to f d a t ab r o a d c a s ts e r v i c e ，s e v e nb r o a d c a s tm e a n sa r es e t 上海交通大学硕士学位论文 基于数字电视的数据传输技术研究 d o w n , w h i c ha d a t ap i p i n g 。a s y n c h r o n o u ss t r e a m i n g ，s y n c h r o n o u ss t r e a m i n g , s y n c k o n i z e ds t r e a m i n g , m u l t i p r o t o c o i se n c a p s u l a t i o n , d a t a c a r o u s e la n do b j e c t c a r o u s e l d a t ap i p i n gi su s e di n d e p e n d e n t l yf o rd a t ai n f o r m a t i o nb “ a d c 躐a n di t i u s e r t sd a t ai n t om p e g - 2t sd i r e c t l y ；a s y n c h r o n o u ss t r e a m i n gi su s e df o r b r o a d c a s t i n gt h ed a t at h a td e e m tn e e ds y n c h r o n i z a t i o n ；s y n c h r o n o ms t r e a m i n gi s u s e df o r b r o a d c a s t i n gt h ed a t a t h a td o s en e e ds y n c h r o n i z a t i o n ；s y n c h r o n i z e d s t r e a m i n gi su s e df o rb r o a d c a s t i n gt h ed a t at h a tn e e db es y n c h r o n i z e dw i t ho t h e r p r o 掣m n ；m u l t i p r o p t o c o le n c a p s u l a t i o ni su s e df o rb r o a d c a s ts o m en e t w o r kd a t a p a c k e tb ye n c a p s u l a t i n gd a t ap a c k e to fo t h e rn e t w o r kp r o t o c o l s ；d a t ac a r o u s e li su s e d f o rb r o a d c a s tm u l t i p l ef i l e s ；o b j e c tc a r o u s e li su s e df o rb r o a d c a s t i n gd a t aa p p l i c a t i o n i n c l u d i n gs t r e a m , f i l ea n dd i r e c t o r yd a t a ( 4 ) a f t e rt h ed i s c u s s i o no fh o wt oi m p l e m e n td a t ab r o a d c a s ts y s t e mi nt h ed v b d i g i t a lt vn e t w o r ke n v i r o n m e n ti nt h ef r o n t ad a t ab r o a d c a s ts y s t e mi sd e s i g n e da n d i m p l c m o n t e d 1 1 艟s y s t e mi sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e da c c o r d i n gt h eo b j e c t - o r i e n t e d i d e a , a n di tp 删d c ss u f f i c i e n tp r o g r a mi n t e r f a c et h a ti si n d e p e n d e n to fn e t w o r k h a r d w a r ea n da p p l i 旺t i o m ( 5 ) a c c o r d i n gt h ec u r r e n tn e t w o r ke n v i r o n m e n t , t h et h e s i sd e s i g n sa ne c o n 舢由c a l a n ds u i t a b l es o l u t i o nf o rb i d i r e c t i o n a ld a t ab r o a d c a s tn e t w o r k i tt t a n s m i t s 曲w n l i n k i n f o r m a t i o n t h r o u g ht vb r o a d c a s t n e t w o r ka n du p l i i l l , i n f o r m a t i o n t h r o u g h t e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k k e yw o r d s ：】d i g i t a lt v ，m p e g - 2 ，d a t ab r o a d c a s t ，d v b ，d s m ，d s mc c ， d a t ap i p i n g ，d a t as t r e a m i n g ，m u l t i p r o t o c o le n c a p s u l a t i o n ，d a t ac a r o u s e l to b j e c t c a r o u s e l 上海交通大学硕士学位论文 基于数字电视的数据传输技术研究 a p i 删 j 虹s c 刚 a d s l b i o p c o r b a c j 盯 c f s d d s m d s m c c d s i d v b e i t e t s i e b u g k 呼 h f c h d t 、r ) l i o r l d r m p e g m t u n ” n s a p o r b n 虹 p c r p e s p m t r p c s d t s d t v s d v s d b ，c c p s c r s r m s t b v h s 缩略语 a p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e a s y n c h r o n o u st r a n s f c rm o d e a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e mc o m m i t t e e a s s o c i a t e dt e l c v i s i o n a s y m m e h i c a ld i g i t a ls u b s c r i b e rl o o p b r o a d c a s ti n t e ro r bp r o t o c o l c o m m o n o b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e c o n d i t i o n a c c e s st a b l e c o n t i n u o u sf e e ds e s s i o n d o w n l o a di n f oi n d i c a t i o n d i g i t a ls t o r a g em e d i a d i g i t a ls t o r a g em e d i ac o m m a n d c o n t r o l d o w n l o a ds e r v e ri m f i a m d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t e v e n ti n f o r m a t i o nt i l b l e e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d si n s t i m t e e u r o p e a nb r o a d c a s tu m o n g e n e r a lm e s s a g ef o r m a t h y b r i df i b e rc o a x i a l h i g h - d e f i n i t i o nt e l e v i s i o n i n t e r f a c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e i n e r o p e r a b l eo b j e c tr e f e r e n c e l o w - d e f m i f i o nt e l e v i s i o n m o v i n gp i c t u r ee x p e r tg r o u p m a x i m u mt r a n s m i tu n i t n o f i n a lp 1 a yt i m e n e t w o r ks e r v i c ea c c e s sp o i m o b j e c tr e q u e s tb r o k e r p r o g r a m a s s o c i a t i o n 己i b l e p r o g r a mc l o c kr e f e r e n c e p r o g r a me l e m e n t a r ys t r e a m p r o g r a mm a p1 a b l e r e m o t ep r o c e d u r ec a l l s e r v i c d e s c r i p t i o nt j l b l c s t a n d a r d - d e f i n i t i o nt e l e v i s i o n s w i t c h e dd i g i t a lv i d e o s w i t c h e dd i g i t a lb r o a d c a s tc h a n n e lc h a n g ep r o t o c o l s y s t e mc 1 0 c kr e f e r e n c e s e s s i o n r e s o u r c em a n a g e r s e t t o pb o x d e oh o m es y s t e m 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位敝作者签名羽、l 鳓 日期：沙略年1 月圩日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密压五在五年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论撕躲羽乒利指躲彬倔 e l 期：矽弹1 月1 1 日日期：年月日 上海交通大学硕士学位论文 基于数字电视的散据传输技术研究 第一章引言 人类社会发展出现过四种传媒，第一传媒为纸传媒，如报纸、杂志、书籍等， 第二传媒为音频广播，第三传媒为电视广播，第四传媒为互联网。纸传媒与音频 广播较为简单，传输信息量有限；电视广播能承受用户数目的自由增长，但不支 持个性化按需服务；互联网支持用户各取所需的服务，但对用户数量的增加非常 敏感。这里所说的数据广播是指利用电视信道传输数据的一种技术，作为新一代 传媒工具，数据广播将大量各具特色的信息搜集起来，通过广播信道高速传送， 用户可以迅速得到自己所需要的信息服务【1 j 【2 j 。该传媒的出现符合信息时代理想 传媒工具的两个特点：支持用户数量的自由增长，支持用户个性化的服务。 数据广播有三个方面需求：海量信息、高速传输、低成本p 】。因此，研究一 种宽带，高速、标准、兼容、开放的数据广播技术已经成为现代电视广播网络技 术中的一个极为紧迫而重要的课题。 1 1 使用电视网络传输数据的优点 使用电视网络传输数据有如下优点： ( 1 ) 覆盖面宽 各种数据的数字信号是在基带上叠加到电视信号上面，当信号进入其他媒 体重新凋制、再次传送时，数字信号始终与电视信号同存。这样数据广播不仅具 有无线广播电视在全国占有的8 4 4 的覆盖面，而且还可随卫星电视信道、有线 电视网将信息最大限度地向全国各地传送，进行信息服务。 ( 2 ) 投资少、成本低 数据广播的数字信号是在视频端加载到电视信号上与电视信号一起播出的， 因此数据广播的传输信道是对现有广播电视信道资源的开发利用，无需花巨资另 行建立数据传输信道。就数据广播电视系统而言，只要在广播电视视频端增设投 资不大的数据广播电视节目制作与播出设备，在用户端为电视接收机增加一个数 据广播解码器即可。数据广播电视节目的编辑、制作在计算机上进行。节目制作 方便、快捷、成本低。因此，数据电视的运行费用及用户费用都较低廉。 ( 3 ) 便于功能扩展 数据广播系统除了传送图文电视信息外，还以计算机文件、广播软件等方 式传送专业信息用户可以在带有数据广播接收卡的个人微机上接收、存储、处 理、显示来自发送端的信息。另外，它还可方便地对有偿信息进行加密，对用户 进行信息服务的有机管理。 近年来，有线电视或( c a i v ) 得到了极为迅速的发展。c a t v 系统通道质 量好，频道资源丰富，可以开辟专用频道来传送数据信息。其传送信息量和速度 可提高数十倍，这些信息在c a _ t v 网上的开发将有效地开展专业用户或高级个人 用户业务。 上海交通大学硕士学位论文 基于数字电视的数据传输技术研究 ( 4 ) 可以对信息深加工 众所周知，信息的深加工是信息升值的关键。电视编播系统有很强的信息汇 集能力，可以对大量信息进行选择和分类加工处理，对不同类型的信息按不同价 格收费例如，对公益性的群众服务信息可以低收费，而对可以得到高附加产值 的专业信息可以高收费。数据广播系统还可以为某些专业信息开发应用软件，使 该类信息的潜在价值得以充分体现。例如，股票分析软件不仅可以使用户获得实 时股市行情，而且还可以显现各股历史档案和当今走向等重要资料，为股民操作 提供可靠的参考。这种综合性的信息价值就比单一股市行情的信息价值高得多。 ( 5 ) 传输速度快 由于数据是加载在广播电视上传输的，广播电视网是目前众多信息传播媒体 中最接近信息高速公路宽带技术要求的网络。其视频带宽为6 m h z ，约为电话基 带( 4k h z ) 的1 5 0 0 倍。因此，各种信息数据可在宽带网上高速传输。 1 2 可提供的信息服务 图文电视及数据广播可以为各行各业提供有效服务，其服务范围可从行政管 理、金融、商务、交通、气象、农业、科技、新闻等等。 图文及专业信息内容丰富、门类繁多。若按服务性质来分，可分为为群众服 务的公益性服务和为行业特有的专业服务。若按军事机密、经济情报、电子报纸 等对保密不同要求来分，可分为绝密、机密和不加密的信息。若按信息的价值来 分，可分为无偿的、低价和高价信息。若按服务项目来分，则可分为金融行情、 房地产信息、供求信息、国际贸易机会、新闻电子版、交通旅游、远程教育等等， 不胜枚举。上述分类的目的不是为了对信息服务作严格的区分，而是使读者对整 个信息服务功能有所了解，以利各行业、各部门可按自身要求，自由选择适合自 己的不同价格、不同功能的信息服务。事实上各类信息是相互融合的 综上所述，读者不难看出，随着时代的发展，将会有大量信息通过“电视数 据广播系统”进入信息产业，获得极大的经济、社会效益。如出版电子版报纸、 电子版期刊、电子版快讯、电子版书籍等的电子出版业将随“电视数据广播系统” 的发展而兴旺发达；又如，“扶贫信息”不仅可以向边远贫困地区送去农业科技、 市场供求、农副产品介绍、招商引资等各类农业信息，而且还可成为架设贫困地 区与外界通商的桥梁，从而加快脱贫。总而言之，无论是国家、企业或个人都离 不开信息。从宏观上讲，信息是国家重要的战略资源和宝贵财富，谁占有信息， 谁就能站在政治、经济，军事的制高点上。因此，政府需要掌握大量涉及政策、 法规、发展战略、产业结构、科技发展水平、经济运行情况及国际动态等方面的 信息，为其宏观调控、宏观决策服务。从微观上讲，在市场经济条件下，企业如 果能准确及时地获得各类市场信息，就能在激烈的市场竞争中立于不败之地。因 2 上海交通大学硕士学位论文 基于数字电视的数据传输技术研究 此，企业需要掌握各类有关供求价格、政策、法规等方面的信息。为正确决策服 务个人也需要了解物价行情，天气、交通、旅游、文教、科研等各方面的信息。 1 3 本文研究内容与章节安排 第二章介绍了m p e g - 2 协议，由于本文的研究课题最后都要归结到由 m p e g - 2 系统来传输，本文重点研究了m p e g - 2 的系统结构、码流结构，分析对 比各种复用方式，并研究了统计复用的算法。 第三章介绍了d s mc c 协议。d s mc c 协议主要用于数字媒体控制，由于 目前传统的媒体控制仅仅是本地端的控制，但是，现在媒体数量太多，不可能在 本地完全控制它们，针对这个现状，m p e g - 2 组织制定了d s mc c 协议规范，它 主要解决和制定了网络上控制媒体的方法和一套规范。 第四章研究了d v b 数据广播协议，它是由e t s i 根据特定的d v b 数字电视 网络制定的，适合于d v b 数字电视网络上传输数据的数据广播系统。它共有7 种数据广播方式：数据管道、异步数据流、同步数据流、异步数据流、多协议封 装、数据轮放、对象轮放。每一种方式都应用于不同的应用范围。 第五章在d v b 数据广播协议的基础上，设计了套数据广播系统解决方案， 并且对该系统的实现进行了较完整的描述。最后，在本系统的基础上。根据目前 网络的现状，本文提出了一套行之有效的、经济的交互式数据广播系统解决方案。 上海交通大学硕士学位论文 基于教字电视的数据传输技术研究 2 1 概述 m p e g ( m o v i n gp i c t u r ee x p e r tg r o u p ) 意思是“运动图像专家组”，这个专家组 的任务是给用于数字存储介质、电视广播和通信的运动图像和它的伴音指定一种 通用的编码方法。符合这种编码方法的视频可以作为计算机数据的形式加以管 理，可以存储于各种存储媒体，可以在现有的或将来的网络上进行传送和接收， 也可以在现有和将来的广播频道中进行分配【4 】。 2 1 1m p e g 标准的制定 m p e g 专家组开始为数字视频压缩制定语法规则时，其目标是将视频灌入光 碟，传输速率为1 4 1 6 m b s 。在这样低的码率下当然不可能达到c c l r 6 0 1 规定的 图像分辨率。专家组规定了一个低分辨率的图像( n t s c ：3 5 2 2 4 0 ，p a l ：3 5 2 x 2 8 8 ) 作为标准输入格式( s i f ：s t a n d a r di n p u tf o r m a t ) 。因此，专家组制定了一个面向帧 的语法( s y n t a x ) 而不是一个面向场的语法，称为m p e g ie 4 。解码时，s i f 分辨率 的图像扩展到全屏幕，得到的图像质量与v h s ( v i d e oh o m es y s t e m ) 相当。 1 9 9 2 年制定m p e g - 1 标准后，广播电视方面的设备制造商立即认识到m p e g 技术对提高卫星转发器和有线电视信道效率方面的潜力。但广播工业不能满足于 v h s 的图像质量，码率也不必像m p e g - i 限制得那样低。于是m p e g 专家组为 广播方面的应用制定了m p e g - 2 。m p e g - 2 规定得图像格式符合c c i i l 6 0 1 建议 ( n t s c 为7 0 0 x 4 8 0 ，p a l 为7 0 4 x 5 7 6 ) ，规定的码率为4 m b s - - 8 m b s 。另外， m p e g - 2 中不仅有逐行扫描，也有隔行扫描，1 6 ：9 宽高比，在一个系统码流中可 以有多个视频信道胪】。后来m p e g - 2 也包含了h d t v 标准。 m p e g - i 是m p e g - 2 的一个子集，任何m p e g - 2 的解码器要能够解m p e g - 1 的码流。 1 9 9 4 年1 1 月1 1 日，m p e g 在新加坡举行的第2 9 次会议批准了公布m p e g - 2 的决定。这对国际标准化来说具有重要的里程碑意义，因为它建立了全世界范围 内数字音频视频服务和应用的相互操作的可能性。 m p e g 被一致认为是比较成功的运动图像压缩标准，这主要得益于它选用的 关键技术广泛的适用性和有效性。 m p e g 中的关键压缩技术有三个：d c t 、运动补偿和h u f f i n a n 编码。d c t 大大减小了图像的空间冗余度，运动补偿则大大减小了时间冗余度，而h u f f m a n 编码则在信息编码方面大大减小了冗余度。这几种技术的综合应用，使得m p e g 具有较高的适用性和压缩率。 4 上海交通大学硕士学位论文基于教字电视的蘸据传输技术研究 2 1 2m p e g 的应用情况 m p e g - 1 已经有效地用于v c d ( v i d e oc d ) ，和c d - r o m 等光盘产品种，c d 盘地激光唱片能够存储7 4 分钟的，经m p e g - i 压缩的视频和音频数据，活动图 像的质量相当于v h s 水平。 m p e g - 2 不仅已经被国际上公认为h d t v 信源压缩编码的标准，而且在多方 面得到了实际的应用。 中央电视台新开播的加密频道就是利用m p e g - 2 的一个成功例子。原来传送 一路电视信号的卫星信道可传经m p e g 2 压缩的4 路电视信号。 d v d 也是利用m m p e g - 2 将1 3 3 分钟的电影节目压缩在一张光盘中，清晰 度可达到每行7 2 0 个象素。 在h d t v 方面，美国已采用m p e g - 2 作为它的标准，欧洲方面也是用 m p e g - 2 ，只是倾向于用兼容方式( m p e g - 2 中的一类) ，即h d t v 和t v 兼容。 我国的h d t v 制式研究正在进行，利用m p e g - 2 标准压缩的图像质量达到了令 人满意的效果，在信源编码方面也会采用m p e g - 2 标准。 不仅在广播电视方面，在多媒体和信息高速公路、电子影院等许多新的领域 中，m p e g 标准都会被广泛采用。 2 2m p e g - 2 系统结构 上一节提到m p e g - 1 是m p e g - 2 的一个子集，任何m p e g 2 的解码器都应 该能够解m p e g - 1 的视频和音频。m p e g - 2 虽然有和m p e g - 1 相同的图像结构， 但在许多方面有重大的区别，因此，m p e g - 2 是一个独立的标准【“。这个标准主 要包含以下四个文件 1 1 3 8 1 8 - l $ y s t e n ( 系统) 叫作“m p e g - 2 系统”，这是涉及多路一音频、 视频和数据的复用和同步标准这是电视分配、视频通信和多媒体应用中传递音 频和视频信息的某础 2 1 3 8 1 8 - 2v i d e o ( 视频) 这部分标准用于各种比特率的数字视频编码， 从1 5 m b s 到超过6 0 m b s ，适用于从家用娱乐质量的活动图像到高清晰度电视等 多种应用 3 1 3 8 1 8 - 3a u d i o ( 音频) 这部分标准扩充了m p e g 1 的音频标准 1 1 1 7 2 3 。使之成为多通道音频编码系统，达到了5 1 个通道之多。它将m p e g - 1 的音频压缩标准向较低的取样频率和较低的码率方向发展 4 1 3 8 1 8 - 4c o n f o m a n c e ( 一致性) 说明测试编码码流的过程，检验是 否符合1 3 8 1 8 1 、1 3 8 1 8 - 2 、1 3 8 1 8 3 的规定 上海交通大学硕士学位论文基于教字电视的数据传输技术研究 2 2 1m p e g - - 2 的型和级 m p e g - 2 标准覆盖一个广泛的应用范围，因此有较强的通用性，也就是说充 分考虑各种应用的不同要求集中成为一种单一的语法。 但是在实现的时候，如果要求解码器全丽满足算法规定的全部语法，那么解 码器就会很复杂化。这又是很不经济的，这就要求针对不同的应用有其特殊性。 为了解决通用性和特殊性的矛盾，在单一的语法基础上，针对不同的应用、 标准规定了若干个语法子集，这样的语法子集就是p r o f i l e 。这个p r o f i l e 按照 上述意思，应该译成界定子集比较恰当，但不顺口，我们把它译作“型”，实际 还是“子集”的意思”m p e g - 2 共有5 个型，如表2 - 1 所示。由于这5 个型是基 于一个共同的语法规则，因此它们都是m p e g 0 2 的子集 表2 1m p e g 2 的类和级 o f l l c s n r s p a t i a l ， s i m p l e m a i n h i g h s c a h t b l es c a l a b l e h i g h 1 9 2 0 x1 0 8 0 x 3 0 或 m p m l i - n , m , 1 9 2 0 1 1 5 2 2 5 h i g h - 1 4 4 0 1 4 4 0 x1 0 8 0 x 3 0 或 m p h 1 4 4 0s s p h 1 4 4 0m , m 4 4 0 1 4 4 0 1 1 5 2 2 5 m a i n 7 2 0 x 4 8 0 x 2 9 9 7 或 s p m lm p m l s l 帅 u l ,h p m l 7 2 0 5 7 6 x 2 5 l o w m p l l s n p l l 3 5 2 2 8 8 x 2 9 9 7 即使在同一语法子集，即同一型中需要处理的图像的参数( 如图像的格式大 小) 有很大的不同，m p e g - 2 标准还规定了若干l e v e l ( 级) 加以区别对待从 表2 - 1 可见，共有4 个级。对于同一型的这些级是遵守同一子集的语法，仅是参 数不同，也就是说，类规定了可以用哪些语法元素以及怎么用，而级则规定了这 些语法元素的值可以取怎样的范围。 m p e g - 2 标准是1 9 9 4 年底正式通过的，但后来又加了一个4 ：2 ：2 m l ( 4 ：2 ：2 p r o f i l e m a i n l e v e l ) 。这是因为用4 ：2 ：0 的m - p e g 码流经过多次解码又编 码再解码质量会严重下降，而4 ：2 ：2 格式可经过多次编码和解码而图像质量不下 降，故而又增加了这一型。 6 上海交通大学硕士学位论文 基于数字电视的数据传输技术研究 实际应用中，有些组合不大可能出现，因而未予规定，如h i g h p r o f i l e ，l o w l e v e l 就不会出现。 在表示组合中常用缩写，如脚电h i ，表示l 王i g hp r o f i l e 矗g hl e v e l 。 表2 - 1 中5 个p r o f i l e ( 型) 是按压缩比安排的，。h i g h ”压缩比最高，“s i m p l e ” 压缩比最小。s n rs c a l a b l e 是图像的