数字电视体系及有线数字电视传输技术研讨

数字电视体系及有线数字电视传输技术

唐明光电子科技大学Jan.6,2006内容安排

一、数字电视基本概念二、数字电视系统组成及关键技术三、数字电视标准四、有线数字电视技术基础五、信源编码技术--压缩编码技术六、信道编码和调制七、有线数字电视传输技术八、条件接收（CA）系统九、有线电视传输系统对数字电视信号质量的影响十、机顶盒的应用要求十一、数字电视参数的测量

1.什么是数字电视

数字电视是一个系统。它指一个从节目摄制、制作、编辑、存储、发送、传输，到信号接收、处理、显示等全过程完全数字化的电视系统。一、数字电视基本概念2.数字电视实现的意义

数字电视系统建成后将成为一个数字信号传输平台：它使整个广播电视节目制作和传输质量显著改善信道资源利用率大大提高提供其他增值业务：数据广播，视频点播，电子商务，软件下载，电视购物，……

为“三网融合”提供了技术上的可能性。

3.数字电视分类

HDTV：图像分辨率1920×1080（16：9）

SDTV：图像分辨率720×756（PAL）

720×480（NTSC）

LDTV：VCD级图像分辨率4.数字电视的优点

数字传输，信号质量高彩色逼真可实现不同分辨率等级接收（HDTV，SDTV）可移动接收，无重影增加节目频道应实现加解密和加解扰，便于展开CA业务准交互和交互其它增值业务二.数字电视系统组成及关键技术1、系统组成

从横向看：（硬件系统）节目制作数字信号处理传输接收显示从纵向看：（软件系统）物理层传输协议中间件标准信息表示信息使用内容保护•

节目制作设备：数字摄像机、数字录像机、数字特技机、数字编辑机、数字字幕机、非线性编辑系统数字处理设备及技术：压缩编/解码设备及技术、数据加/解扰设备及技术、加/解密设备及技术信号传输：地面、有线、卫星接收设备：数字电视接收机（卫星、有线）显示：CRT、LCD、PDP、投影显示等2.关键技术1)信源编码技术

视频压缩编码——MPEG-2

音频压缩编码——MPEG-2（欧洲、日本）

AC-3(美国)

我国标准：

GB/T17975.2—2000“信息技术—运动图像及其伴音信号的通用编码规范第2部分：视频”

GB/T17975.3—2000“信息技术—运动图像及其伴音信号的通用编码规范第３部分：音频”2)传输复用技术术数据打包：N个信道的视频频、音频和辅辅助数据进行行数据分组传输流复用：：将N个打包的数据据复合成单路路串行传输流流标准：国际MPEG-2我国GB/T17975.1—2000“信息技术—运动图像及其其伴音信号通通用编码第1部分：系统””传送复用使电电视信号具有有与数据通信信相似的数据据分组（打包包）传输，从从而使数字字电视系统具具备了可扩展展、分级和交交互通信的基基础。3)信道编码和调调制经信源编码的的传输码流通通常不适合在在传输信道（（无线、有线、卫星）中中传输，必须须经过某种处处理，使之变变成适合在规定的信道中中传输的形式式。在通信原原理中把这种种处理称为信道编码和调调制。信道编码包括括：纠错编码码、网格编码码、均衡等。。信道编码目的的：提高传输输信号在信道道中的抗干扰扰能力标准：GY/T170—2001“有线数字电视视广播系统信信道编码与调调制规范”4)有条件接收（（CA）CA只允许已付费费的授权用户户使用某一业业务，未经授授权的用户不能使用这这一业务。CA涉及技术：前前端的加密和和加扰技术接收端的对用用户寻址控制制和授权解扰扰技术标准：GY/Z175-2001“数字电视广播播条件接收系系统规范”5)软件平台——中间件机顶盒中硬件件功能：接收RF信号、信道解解码、解调。。MPEG-2码流解码码，模拟拟视/音频输出。机顶盒中软件件功能：电视节目内容容显示、EPG节目信息、操操作界面的实实现等。中间件：是一种将应用用程序与底层层的实时操作作系统及硬实实现的技术细细节隔离开来来的的软件件环境，支持持跨硬件平台台和跨操作系系统的软件运运行，使应用用不依赖于特特定的硬件平平台和操作系系统。中间件构成：：Java虚拟机、JavaScript虚拟机、HTML虚拟机等。三.数字电视标准准1.国际：三大标标准DVB-S欧洲：DVB（数字视频广广播）DVB-TDVB-C美国：ATSC（高级电视制制式）日本：ISDB（综合业务数数字广播）2.中国：数字电电视演播室参参数标准数字电视广播播标准GY/T170-2001有线数字电视视广播信道编编码与调制规规范GY/T106-1999有线电视广播播系统技术规规范GY/Z174-2001数字电视广播播业务信息规规范GY/Z175-2001数字电视广播播条件接收系系统规范GY/T148-2000卫星数字电视视接收机技术术要求GY/T158-2000演播室数字音音频信号接口口GY/T160-2000数字分量演播播室接口中的的附属数据信信号格式GY/T161-2000数字电视附属属数据空间内内数字音频和和辅助数据的的传输规范GY/T163-2000数字电视附属属数据空间内内时间码和控控制码的传输输格式GY/T164-2000演播室串行数数字光纤传输输系统GY/T167-2000数字分量演播播室的同步基基准信号GY/T180-2001HFC网络上行传输输物理通道技技术规范GB/T16694-1996智能卡接口规规范GB/T17975.1-2000信息技术运运动图像及及其伴音信号号的通用编码码第1部分系统GB/T17975.2-2000信息技术运运动图图像及其伴伴音信号的的通用编码码第2部分视频GB/T17975.3-2000信息技术运运动图图像及其伴伴音信号的的通用编码码第3部分音频GB/T17881-1999广播电视光光缆干线同同步数字体体系(SDH)传输接口技技术规范GB/T17953-20004：2：2数字分量图图像信号接接口ISO7816智能卡接口口规范符合2003年4月1日国家广电电总局科技技司发行的的《有线数字电电视暂行技技术要求文文件汇编》《用户管理系系统监管平平台数据交交换接口要要求》(暂行)《运动图像及及其伴音信信号的通用用编码系统统、视频和和音频部分分的实施指指南》(暂行)《有线数字电电视条件接接收系统应应用指南》(暂行)《有线数字电电视广播业业务信息应应用指南》(暂行)〈有线数字电电视电子节节目指南指指导性意见见〉(暂行)〈有线数字电电视中间件件指导性意意见〉(暂行)〈有线数字电电视机顶盒盒和遥控器器功能实施施指导性意意见〉(暂行)〈节目订购单单和用户结结账单格式式基本要求求〉(暂行)〈有线数字电电视广播条条件接收系系统入网技技术要求和和评测方法法〉(暂行)〈有线数字电电视广播用用户管理系系统入网技技术要求和和评测方法法〉(暂行)EN300429DVB系统中的帧帧结构、信信道编码和和调制(DVB-C)EN300428DVB系统中服务务信息(SI)规范(DVB-SI)ETR211DVB服务信息(SI)的使用和执执行指南(DVB-SI)EN300472DVB的比特流中中传送图文文信息和规规范(DVB-TXT)EN301192数据广播的的DVB规范(DVB-DATA)EN50083-9CATV/SMATV前端和DVB/MPEG-2传输流同类类专业设备备和接口(DVB-PI)EN50221关于条件接接收和其它它DVB解码器运营营的通用接接口规范(DVB-CI)TS102201DVBIRD的接口技术术规范(DBVB-IRD)TS101197DVB系统中同时时加密(simulcrypt)的技术规范范(DVB-SIM)同密接口ETR289通用加扰系系统描述(DVB-CS)ETR154MPEG-2系统、视频频和音频在在卫星、有有线和地面面广播应用用中的实现现指南(DVB-MPEG)ETS300743DVB字幕系统(DVB-SUB)ETS300802DVB交互互服服务务独独立立网网络络协协议议(DVB-NIP)ETS/EN300429DVB系统统中中的的帧帧结结构构、、信信道道编编码码和和调调制制(DVB-C)四.有线线数数字字电电视视技技术术基基础础1.有线线数数字字电电视视信信号号传传输输等等级级及及传传输输系系统统模模式式1）传传输输等等级级LDTV，SDTV，HDTV2)传输输系系统统模模式式电缆缆传传输输———PCM方式式光纤纤传传输输———SDH方式式光纤纤—同轴轴混混合合传传输输———HFC数字字调调制制方方式式2．有有线线数数字字电电视视的的主主流流标标准准与与方方式式1)标准准：：DVB-CATSC-16VSB，ATSC-64QAMISDB-C2)四种种方方式式：：DVB-CATSC-64QAMATSC-16VSBISDB-C传送送方方式式16-64QAM64QAM16VSB64QAM频带带宽宽度度8MHz6MHz6MHz6MHz传输输速速率率31.64Mb/s41.34Mb/s43.05Mb/s30.31Mb/s接收收滚滚降降15%15%11.5%18%纠错错率率RS(204,188)RS(128,122)RS(207,187)RS(204,188)压缩缩方方式式MPEG-23．数数字字电电视视信信号号的的产产生生直接接产产生生：：字字幕幕机机，，数数字字摄摄像像机机等等转换换生生产产：：电电影影胶胶片片———电视视电电影影机机模拟拟-数字字（（A/D转换换））———信号号数数字字化化1)信号号数数字字化化过过程程取样样：：取取样样频频率率，，Nyquist定理连续信号变换换成离散信号号量化：将离散散信号样值进进行离散化处处理离散化的量化化级量化噪声编码：量化后后的信号仍然然只是离散信信号，还不是是数字信号。。用n比特二进制码码来表示已经经量化了的取取样值，称为为编码。每个二进制数数对应一个量量化电平，再再按时序将它它们排列起来，就得到到基带数字信信息流。传输速率：传传输速率=取样频率fs×量化比特数2）音频信号的的数字化•取样频率：>40KHz。常用11.025KHz，22.05KHz，44.1KHz，48KHz。•量化比特数：：8bit，12bit，16bit。•声道：单声道道，双声道（（立体声）取样频率×量化比特数×声道数•数字音存储量量：（（字节）8bit例：CD标准取样频率率44.1KHz，量化比特数数16bit，立体声，存存储一分钟数字音音乐的容量为为10,584,000字节或84,672,000比特。3）视频信号的的数字化编码方式：复复合编码——将彩色全电视视信息直接编成PCM码分量编码——将亮度信号Y，色差信号R-Y和B-Y分别编码或PCM码二者比较：“复合编码””与电视制式式有关“分量编码””与电视制式式无关在节目后期制制作中：““复合”需解解码“分量”无需需解码传输时：“复复合”由于频频分复用，产产生亮，色串串扰“分量”采用用时分复用，，无亮，色串串扰分量编码取样样频率亮度信号取样样频率：足够够小的混叠噪噪声fs=（2.2～2.7）fmfm=5.8-6MHzfs≥12.76～13.2MHz满足行锁相采采样fs=mfH,m为整数使525/652行兼容（525行/60场625行/50场）要采用同一取取样频率在13.2MHz附近，只有13.5MHz=15625Hz××864(625/50)=15734.264Hz×858(525/60)亮度信号取样样频率取样13.5MHz色差信号取样样频率：需要满足与亮亮度信号同样样的三个要求求取为fS=6.75MHz分量编码取样样频率的组合合，适应不同同图像质量要要求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（演演播室室图像像质量量标准准）Y：(B-Y)：（R-Y）：=13.5MHz：3.375MHz：3.375MHz=4：1：1（4：2：0）4：4：4，4：2：2和4：2：0三种是是可以以相互互兼容容，相相互转转换的的由由高档档转为为低档档，样样点数数减少少，称称为数数字信信号的的抽去去；反反之称称为数数字信信号的的内插插。4：4：44：2：24：2：0

视频取样示例4：2：24：2：04：4：4

像素：在理想情况下可用“1份亮度+2份彩色差的样品”来描述：

表示1份亮度样品(Y)重合的亮度、色度样品表示2个色度样品(R-Y，B-Y)4为13.5MHz、2为6.75MHz和1为3.75MHz的取样频率4）量化化比特特数和和量化化级量化比比特：：Y，B-Y，R-Y都采用用8bit均匀量量化未经γ较正的的信号号采用用10bit均匀量量化量化级级：亮度信信号8bit，256个量化化级，，0-255为防止止过载载上上端端留20级下端留留16级量化级级16表示黑黑电平平量化级级235表示白白电平平5）ITU-R601建议编编码主主要参参数（（4：4：4格式））参数数625行50场/s制式525行60场/s制式1，编码码信号号经经过γ校正的的信号号EY，ER-EY，EB-EY或ER，EG，EB2，各信信号的的全行行样点点数8648583，取样样结构构正正交，，按场场，行行，帧帧重复复，并并与此此4：2：2标准的的亮度度样点点重合合4，每种种信号号的取取样频频率13.5MHz5，编码码方式式每每样值值至少少8比特均均匀量量化PCM6，用样样点表表示的的数字字有效行行长度度至至少少7207，视频频信号号电平平每样样值共共220量化级级，黑黑电平平对应应于第第16量化级级；8比特的的最高高有效效位峰峰值值白电电平相相应于于第235量化级级（MSB）量化化级之之间的的在在量量化等等级中中部共共分224级，零零电平平对应应128级对应值值（范范围：：0—255）ITU-R601建议演演播室室分量量编码码主要要参数数(4∶∶2∶∶2格式)参数625行50场/s制式525行60场/s制式1、编码码信号号Y、R-Y、B-Y2、全行行样点点数亮度信信号(Y)864858每个色色差信信号(R-Y、B-Y)4324293、取样样结构构正交，场、、行、帧重重复，R-Y和B-Y的样点同位位，并和每每行第奇数数个(1，3，5...)Y样点同位4、取样频率率亮度信号13.5MHz每个色差信信号6.75MHz5、编码方式式线性PCM、8比特量化/每个取样值值6、每数字有效效行数样点点数亮度信号720每个色差信信号3607、视频信号电电平与量化化级间的对对应值亮度信号每个色差信信号共22个量化级，，黑电平对对应量化级级16；峰值白电电平对应量量化级235在量化等级级中间部，，共分224级，零电平平对应于128级数字电视信信号的码率率1）标准清晰晰度数字电电视（SDTV）：在ITU-R601标准中，采采用10bit量化时，亮度信号的的码率为取样频率X量化比特数数=13.5MHzX10bit=135Mbps2个色差信号号的码率为为2X6.75MHzX10bit=135MbpsSDTV的总码率为为亮度信号码码率+2个色差信号号码率=135Mbps+135Mbps=270Mbps2）高清晰度度电视（HDTV）：在SMPTE274M数字电视标标准中，采采用10bit量化时，亮度信号的的码率为取样频率X量化比特数数=74.25MHzX10bit=742.5Mbps2个色差信号号的码率为为2X37.125MHzX10bit=742.5MbpsHDTV的总码率为为亮度信号码码率+2个色差信号号码率=742.5Mbps+742.5Mbps=1485Mbps数字电视信信号的有效效码率有效码率（（视频有效效码率）：：1）标准清晰晰度数字电电视信号的的有效码率率是指在单位位时间内与与视频信号号有关的数数据量。因因为在电视视信号的水水平和垂直直消隐期间间内没有视视频信号，，所以有效效码率一般般只是码率率的60%--80%。在ITU-R601标准中，8bit量化时，NTSC（480/60i）亮度信号号的有效码码率为：每行的取样样点数X有效扫描行行数X量化比特数数X帧频=720X480X8X30=82.944Mbps2个色差信号号的有效码码率为：2X360X480X8X30=82.944Mbps总有效码率率为：亮度信号有有效码率+2个色差信号号有效码率率=82.944Mbps+82.944Mbps=165.888Mbps（480/60i）PAL（576/50i）亮度信号号的有效码码率为：每行的取样样点数X有效扫描行行数X量化比特数数X帧频=720X576X8X25=82.944Mbps2个色差信号号的有效码码率为：2X360X576X8X25=82.944Mbps总有效码率率为：亮度信号有有效码率+2个色差信号号有效码率率=82.944Mbps+82.944Mbps=165.888Mbps（576/50i）2）高清晰度度数字电视视信号的有有效码率在SMPTE274M数字电视标标准中，采采用8bits量化时1080/60i信号格式量度度信号的有有效码率为为每行的取取样点数数X有效扫描描行数X量化比特特数X帧频=1920X1080X8X30=497.664Mbps2个色差信信号的有有效码率率为2X960X1080X8X30=497.664Mbps总有效码码率为2X497.664=995.328Mbps（1080/60i）1080/50i信号格式式的有效效码率为为1920X1080X8X25X2=829.44Mbps（1080/50i）数字电视视技术中中电视系系统的表表示方法法示例1080/60i：1080表示每帧帧有效扫扫描行数数，60表示帧频频或场频频，i表示隔行行扫描。。720/50P：720表示每帧帧有效扫扫描行数数，50表示帧频频或场频频，P表示逐行行扫描。。NTSC制可表示示为：480/60iPAL制可表示示为：576/50i1080/60i还可表示示为：1080/60/2：1720/50P还可表示示为：720/50/1：11080/60i还可表示示为：1080@60i720/50P还可表示示为：720@50P五.信源编码码技术—压缩编码码技术1．数字视视频压缩缩的必要要性HDTV1920××1080显示格式式数字化后后传输速速率995Mb/SSDTV复合编码码135Mb/S分量编码码4：2：2216Mb/S存储：：2小时HDTV，存储量量7164Gbit/S2小时SDTV，存储量量972Gbit/S复合编码码1555Gbit/S分量编码码传输：HDTV需1Gb/S信道SDTV需1～2个155Mb/S信道无论对于于存储或或传输，，码率压压缩都是是绝对必必要的。。2．压缩编编码方法法1)利用图象象时间的的相关性性与时间间冗余度度的压缩缩电视图象象中相继继各帧对对应象素素点的值值往往相相近或相相同，具具有时间间相关性性，找出出这些相相关性就就可以减减小信息息量，从从而实现现与时间间有关的的压缩。。2)利用图象象空间的的相关性性与空间间冗余度度的压缩缩一幅图象象相邻各各点的取取值往往往相近或或相同，，具有空空间相关关性，找找出这些些相关性性就可以以减少信信息量，，从而实实现与空空间有关关的压缩缩。3)利用事件的统统计特性与统统计冗余度的的压缩对经常出现的的数据用短码码组表，对不不经常出现现的数据用长长码组表示，，则最终用于于表示这一串串数据的总码码位就减少了了。从而实现现与统计冗余余有关的压缩缩。4)利用人眼的视视觉特性与视视觉冗余度的的压缩人眼的视觉特特性：对亮度度信号比对色色度信号敏感感对低频信号比比对高频信号号敏感对静止图象比比对运动图象象敏感对图象中水平平和垂直线条条比对斜线条条敏感包含在色度信信号、图象高高频信号和运运动图象中的的一些数据并并不能对增加加图象相对于于人眼清晰度度作出贡献，，而被认为是是多余的数据据，这就是视视觉冗余度。。压缩视觉冗余余度就是去掉掉那些相对人人眼而言是看看不到的或可可有可无的图图象数据。3．基本的图象象压缩编码技技术1)分类冗余度压缩技技术，无损伤伤压缩技术，，无失真，数数学上可逆。。即它是可还还原的。信息量压缩技技术，有损伤伤压缩技术，，有失真，数数学上不可逆逆。即它是不不可还原的。。2)图象压缩技术术优劣评估条条件信息压缩比：：压缩前后所需需的信息存储储量之比重现图象精度度：重现的图象与与原图象相比比有多大失真真执行速度：压缩算法要多多少时间完成成压缩比增大，，图象损伤程程度也随之加加大。电视节目制作作：压缩比2：1至8：1Sony数字Betacam录象机2.37：1模拟分量录象象机Betacam–SP8：1VCD母盘，压缩比比12：1采用帧内压缩缩方式，JPEG标准。电视广播：压压缩比15：1～20：1采用帧间预测测编码，MPEG––2标准有线数字电视视压缩比可加加大至30：1，MPEG––2标准3)基本压缩编码码方法预测编码（DPCM）——差分脉冲编码码调制DPCM不直接传送图图象样值本身身，而是对实实际样值与它它的一个预测测值之间的差差值进行再次次量化、编码码。这种方法可消消除图象信号号的空间相关关冗余帧内预预测）和时间间相关冗余（（帧间预测））。利用象素素的相关性还还可进一步减减小差值。DPCM系统原理图DPCM系统原理框图+

量化器

编码器

预测器+

解码器

预测器

信道+输入XN输出X'NeN

e’N+-X'NE’N++++X''N

(X''N

：是通过预测公式从DPCM的输入XN和已传出去的几个邻近样值计算出来的。)X''N

++

+++离散余弦变换换（DCT）DCT(DiscreteCosineTransform)是数码率压缩缩的一种常用用的变换编码码方法。DCT是先将整体图图像分成NN像素块，然后后对NN像素块逐一进进行DCT变换。由于多多数图像高频频分量较少，，相应图像高高频分量的系系数经常为零零，加之人眼眼对高频成分分的失真不太太敏感，所以以可用更粗的的量化。因此此传送变换系系数的数码率率，要大大小小于传送像素素所用的数码码率。到达接接收端后通过过反离散余弦弦变换回到样样值。虽有失失真，但人眼眼是可以接受受的。DCT系数Y0：(0~2407)Y1-7：(-1024~1023××××××××+y0y1y2y3y4y5y6y7恢复成的图像信号(0~255)DCT系数Y0、Y1-7

与各像元信号相乘后恢复原图像信号

水平一行数据的变换示意图F2.0F4.0F5.0原始图像信号

(0~255)图像信号分解为各种余弦成分DCT基底直流成分低频成分高频成分F0.0F1.0F3.0F6.0F7.0

8910111412512611510596971151311471491351231131141341591781751641491371211431771962011891651501191411752012071861621441071301651891921711441259711914917117214511796891071361561551299775图像信号采样数据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系数量化

281-8-46-10000-5-41100000-418421000-1-100000000000000000000000000000000000000“之”字读出

(扫描)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

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

DCT变换实例游程长度编码码（RunlengthEncoding）是指一个码可可同时表示码码的值和前面面有几个零。。在用之字形形读出方式情情况下，出现现连零的机会会较多，尤其其在最后，如如果都是零，，在读到最后后一个数后只只要给出“块块结束”（EOB）码，就可以以结束输出，，从而节省很很多码率。通常，DCT系数量化之后后，都采用之之字形方式读读出。霍夫曼（Hoffman）编码霍夫曼(Hoffman)编码(属于统计编码码)是可变字长编编码(VLC:Variable-LengthCoding)的一种，相当当于对概率大大的符号给短短码，对概率率小的符号给给长码。符号ABCDEFGH概率0.100.180.400.050.060.100.070.04码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

霍夫曼编码4．视频压缩编编解码标准1）H.261标准1980年CCITT通过为国际标标准用于可视电话话，P×64Kb/S，P=1～30可变，（64～1920)Kb/S用于会议电视视，P≥36H.261(又称P64)是最早的一个个码率压缩标标准。2）JPEG标准1986年提出，1992年公布为国际际标准。属帧内压缩编编码方法，主主要用于数字字电视编录设设备（如非线线性编辑系统统）。压缩比：４～～32４～5.3接近原始图象象质量5.3～11图象很好,满足绝大多数数应用11～16图象好,满足多数应用用15～32图象较好,满足某些应用用3）MPEG––1标准1988年提出，1992年公布为国际际标准典型应用如VCD等家用数字音音象产品。最最高编码速率率1.8Mb/S实现方法：DCT、运动补偿和和霍夫曼编码码信源输入格式式为SIF（SourceInpntFormat），如为CCIR––601格式的信源要要转换成SIF格式才能输入入MPEG––1编码器。a）MPEG-1标准于1992年出版，目标标是“对当比特率为为1.5Mb/s时，用于数字字存储媒体的的动态图像及及其伴音的编编码”。它首先提出出了流（Sequence）数据结构，，使视频数据据的描述更加加完善。b）为了了解决决随机机访问问和高高效压压缩的的要求求冲突突，在在MPEG-1中定义义了四四种主主要的的图像像类型型：I帧、P帧、B帧和D图像。▲I帧只使使用用帧帧内内编编码码，，必必须须传传递递，，▲P帧用于于前前向向预预测测，，▲B帧用于于双双向向预预测测，，▲D图像像用于于甚甚低低频频图图像像的的浏浏览览。。c）MPEG-1视频频压压缩缩中中主主要要用用到到两两项项基基本本技技术术：：1、基基于于1616块运运动动补补偿偿：：适用用于预预测测编编码码和和插插补补编编码码，，用用于于减减少少帧帧序序列列的的时时间间冗冗余余度度；；2、基基于于变变换换域域(DCT)的压压缩缩技技术术：：用于于减减少少空空间间冗冗余余度度。。在在MPEG-1中，，DCT不仅仅用用于于帧帧内内压压缩缩，，而而且且对对帧帧间间预预测测误误差差，，也也可可再再作作DCT变换换，，以以达达到到进进一一步步压压缩缩的的目目的的。。MPEG-1中的的帧帧内内编编码码：：像像素素点点的的DCT编码码与与JPEG相似似，，先先进进行行DCT变换换，，然然后后通通过过量量化化和和零零行行程程等等混混合合编编码码达达到到压压缩缩。。但但在在系系数数量量化化阶阶段段，，MPEG的量量化化器器考考虑虑到到运运动动信信息息和和视视觉觉质质量量提提出出了了若若干干改改进进，，如如视视觉觉权权量量化化，，即即以以视视觉觉域域值值作作为为量量化化矩矩阵阵的的步步长长；；帧帧内内块块和和非非帧帧内内块块区区别别量量化化，，对对帧帧内内的的宏宏块块和和非非帧帧内内块块采采取取两两种种不不同同的的量量化化器器；；可可调调整整量量化化器器，，在在块块与与块块的的基基础础上上对对量量化化步步长长作作自自适适应应调调整整。。d）MPEG-1中用用到到帧帧间间编编码码：：视频频压压缩缩标标准准中中，，几几乎乎都都用用到到了了运动动补补偿偿技技术术(简称称MC技术术)，一一般般为为“简单单帧帧间间预预测测+运动动补补偿偿”框架架。。MC技术术通通常常由由以以下下几几个个方方面面组组成成：：1、图图像像分分割割：：将视视频频图图像像分分割割成成静静止止和和运运动动两两部部分分；；2、运运动动检检测测和和估估值值：：检测测运运动动类类型型(平移移、、旋旋转转和和缩缩放放等等)，估估计计运运动动物物体体的的位位移移值值；；3、运运动动补补偿偿：：用位位移移估估值值(即运运动动矢矢量量)进行行运运动动补补偿偿预预测测；；4、预测信信息编码码：对预测信信息进行行编码，，作为边边信息传传送给接接收端。。图像分割割（它是是MC技术的基基础），，采用了了两种方方法：块块匹配法法(BMA)和像素递递归法(PRA)。1、BMA是把图像像分成若若干矩形形子块，，适当选选择子块块大小，，把子块块分成静静止和运运动两类类，估计计出运动动子块的的位移，，进行预预测编码码。2、PRA则是对每每个像素素的位移移进行递递归估计计,其精度相相对来说说较高，，对多运运动图像像适应能能力强，，但跟综综能力较较弱，且且实现复复杂。BMA虽精度较较低，但但位移跟跟综能力力较强，，且实现现简单，，很有实实用性。。e）在MPEG-1中，帧间间预测后后宏块被被送入DCT变换，而而运动矢矢量则用用DPCM编码，再再经VLC量化和霍霍夫曼编编码后完完成压缩缩过程。。4）MPEG–2标准1988年提出，，1994年公布为为国际标标准，是是专门针针对数字字电视（（包括SDTV和HDTV）的信信源编编码标标准。。MPEG是运动动图像像专家家组(MovingPicturesExpertGroup)的缩写写，成成立于于1988年，以以建立立活动动图像像及相相应音音频的的编码码标准准。MPEG-2的主级级和主主类提提供720×576(PAL)25帧的ITU–R601建议图图像质质量。。在压压缩比比为30∶∶1或更小小时，，MPEG-2可以提提供广广播质质量的的编码码图像像，MPEG-2也可工工作在在大压压缩比比如200∶1下，效效果与与MPEG–1相差不不大（（即与与MPEG-1兼容））。a）MPEG––2是一个个系统统，它的的作用用是：：对音频频、视视频、、数据据、控控制等等基本本比特特流实实现复复用提供各各种定定时及及初始始化经解码码器提提供PSI（节目目特定定信息息）支持有有条件件接收收（CA），随随机接接入，，数字字存储储和纠纠错b）MPEG-2系统输输出两两个数数码流流：节目比比特流流PS，用于于相对对无误误差的的环境境传输比比特流流TS，用于于有噪噪声媒媒质c）MPEG-2的类与与级1、MPEG-2有4种输入入格式式，称称为级级(Levels或等级级)。从有限限清晰晰度的的VHS(家用录录像系系统)质量图图像直直到HDTV图像，，每一一种输输入格格式编编码后后都有有一个个相应应的范范围。。除了在在源格格式提提供这这种灵灵活性性之外外，MPEG-2还有不不同的的处理理方法法，称称为类类(profiles或层面面)，每一一类都都包括括压缩缩和使使用方方法的的一个个集合合。不同的的类意意味着着使用用不同同集合合的码码率压压缩工工具。。2、MPEG–2共分６６类，，较高的的类编编码更更精细细，而而且每每升高高一类类将提提供前前一类类没有有使用用的附附加工工具。。甲）简单类类(SP)乙）主类(MP)丙）信噪比比可分分级类类SNRP丁）空间可可分级级类SSP戊）高级类类(HP)己）４：２２：２２格式式在主类类上的的类是是信噪噪比可可分级级类(SNRP)、空间间可分分级类类(SSP)、高级级类和和4:2:2格式。。这允允许将将编码码的视视频数数据分分为基基本层层和另另一个个或更更多的的上层层信号号。基基本层层表示示编码码图像像的基基本数数据但但代表表的图图像质质量较较低。。上层层信号号则可可用来来改进进信噪噪比或或清晰晰度。。d）图像像的4个级别别：甲）低级(LL：LowLevel)的输入入格式式的像像素是是ITU-R601格式的的1/4，即352×240×30或352×288×25，相应应编码码最大大输出出码率率为4Mb/s。乙）主级(ML：Mainlevel)：输入入格式式完全全符合合ITU-RRec.601格式，，720×480×30或720×576×25，输出出最大大码率率除高高级类类和4:2:2外是15Mb/s，高级级类主主级是是20Mb/s，4:2:2是50Mb/s。丙）高1440级(H14L：High–1440Level)：是每每行1440有效像像素的的高清清晰度度格式式。除除高级级类外外，，最大大输出出码率率为60Mb/s，相应应的高高级类类输出出码率率为80Mb/s。丁）高级(HL)：输入是是每行行1920有效像像素的的高清清晰度度格式式，输输出最最大码码率为为80Mb/s，相应应的高高类输输出码码率为为100Mb/s。e）MPEG-2的类和和级的的组合合如下下图(常用缩缩写表表示如如MP@ML主类主主级、、MP@HL主类高高级等等)。MP@LL35228830Hz4Mb/s，4Mb级

(Levels)高级(HIGH)1440高级(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主级(MAIN)低级(LOW)

MPEG-2的类和级简单类信噪比可分级类主类(MAIN)高类(MAIN)(SIMPLE)（SNRSCL)空间可分级类（SPAＳＣＬ）类(Profiles)专业类(4:2:2)72060830Hz50Mb/s,16Mb在24个所选选组合合中有有12个是获获准通通过的的。图图中显显示了了每种种组合合的最最大分分辨率率(水平×垂直)、最大大帧速速、最最高码码速和和解码码器必必须的的缓存存容量量。最广泛泛采用用的类类和级级是MP@ML和SP@ML。4:2:2是对主类的的修改，它它用4:2:2色度格式代代替了MPEG-2标准中其它它类所共用用的4:2:0格式。由于于色差数据据量增加，，故规定了了比主类更更高的数据据率。4:2:2主要用于演演播室设备备，故又称称演播室类类或专业类类。MPEG-2的色度格式式除专业类类外，都是是4:2:0(或4:1:1)，图像类型型(除简单类为为I、P外)都是I、P、B。在所有MPEG-2实际实现中中应指明所所选用的组组合，由于于MP@ML最普及，通通常说MPEG-2，就意味着着MP@ML。f）系统结构构及基本码码流结构甲）MPEG-2标准的系统统部分：它涉及将一一个或多个个图像、声声音和其它它数据的基基本码流组组合成单一一或多个码码流，使之之便于存贮贮和传输。。定义了一套套系统指标标是为了把把视频、音音频压缩过过程结合在在一起而设设置的。系统层中的的信息流通通方式如下下：首先，数据据从视频、、音频编码码器而来，，称为基本码流(ES)，然后，ES被分别打包包，形成两两个打包的基本本码流(PES)，再后，PES被复接成一一个节目码流(PS)和一个传输码流(TS)，附图给出了了MPEG-2系统的简化化总体结构构。两种比特流流的区别：：节目码流（（PS）用于误码比比较小的传传输或存贮贮媒介，节节目码流可可以是固定定码率也可可以是可变变码率，其其数值在系统时钟参参考(SCR)中定义，为为本地应用用相对于无无误码的环环境设计；；传输码流（（TS）用于误码比比较大的传传输或存贮贮媒介，其其码率可以以是固定的的或不固定定的，其数数值在节目时钟参参考(PCR)中定义。它它是为广播播应用而设设计，即TS是为易误码码的环境和和有较高比比特差错概概率的噪声声媒质设计计的，那里里往往需要要把几个信信道集合成成一束数据据。TS用在广播系系统和长距距离网络中中。在TS中可以包括括多个节目目。因此接接收TS时首先要解解复用。PS和TS是各针对一一类应用而而设计的。。都以数据据包为基础础。PS的包长可变变，通常较较长；TS的包长固定定为188字节，包头头4个字节，184个净荷字节节。并可与与ATM适配。

MPEG-2系统简化结构视频PES音频PES系统规定的扩展PS复用TS复用节目码流PS传送码流TS打包器打包器视频编码视频数据音频数据音频编码视频ES音频ESMPEG-2系统作用如如下：a）对音频、、视频、数数据、控制制等基本比比特流起系系统复用的的作用。b）提供用于于恢复时间间基准的时时间标志，，缓冲器初初始化和管管理，音频频和视频的的解码时间间、显示时时间。c）给解码器器提供PSI信息，使之之更容易和和更迅速的的找到所需需要的节目目。d）给误差恢恢复、有条条件接收（（CA）、随机接接入以及数数字存储控控制提供支支持。乙）视频基本码码流(ES)层次结构：如附图所示示。不管那那一种码流流，都可以以分成6个层次：视频序列层层(Sequence)，图像组层（（GOP），图像层，像条层，宏块层，像块层，除了宏块和和像块层，，上四层都都从相应的的起始码(SC：StartCode)开始。这种种码是专门门预留的，，从来不出出现在码流流中，因此此可以作为为同步识别别用。一旦旦因误码或或其他原因因收发失去去同步时，，重新同步步的过程首首先就是从从比特流中中寻找相应应的起始码码。一旦在在正确的间间隔上发现现有效的起起始码时，，解码就可可以重新开开始。视频序列层层：在起始码后后是序列头头，包括了了图像尺寸寸，宽高比比，图像速速率等信息息。在序列列头后面总总是跟着包包含附加数数据的序列列扩展数据据。为了确确保能在不不同的时间间随时进入入视频序列列，MPEG-2允许重复发发送序列头头。序列层层结束在序序列结束码码(SEQEC)。图像组层：：图像组是指指相互间有有预测和生生成关系的的一组图像像。在起始始码后面是是可选的GOP头，包括了了时间信息息，但这一一信息并不不是解码中中实际使用用的信息，，即便丢失失，解码也也可以继续续进行。分分成图像组组的一个目目的是在同同一序列内内可随时进进入不同的的图像。图像层：它包括了不不同种类编编码的图像像。在MPEG–2中图像分成成三种编码码类型：帧内编码的的图像(IntraCodedPicture)称为I帧；双向预测编编码的图像像称为B帧；前向预测编编码的图像像称为P帧。在某些场合合下还有D帧(Dframe：DCCodedPicture)或称D图像，指只只使用DCT数据中的DC分量编码的的图像。

条SC条头宏块宏块宏块条SC条头宏块宏块宏块宏块

视频基本码流ES层次结构

序列SC序列头序列扩展GOPSCGOP头PIC数据序列SC序列头序列扩展GOPSGOP头PIC数据序列纠错图像组层PICSCPIC头PIC扩展I帧数据PICSCPIC头PIC扩展P帧数据PICSCPIC头PIC扩展B帧数据图像层PIC数据PIC数据像块像块像块像块DCT系数EOB像条层宏块层像块层视频序列视频序列层

案视频序列I1B2B3B6B5B8B9P4P7P10图像在进行处理时的相互关系I1B2B3P4P7B5B6P10B8B9比特流中图像顺序假设P4丢失

GOP结构及图像相互关系I1B2B3I1B5B6P7B8B9P10显示顺序及恢复处理的参考图像假设P4丢失复制像条层：图像层下面面是像条层层(slice)。每一个像像条包括一一定数量的的宏块，其其顺序和行行扫描顺序序一致。像像条可以从从一个宏块块行(16行宽)的任何一个个宏块开始始。在MPEG-l中，像条可可以包括多多个宏块行行，但在MPEG-2MP＠ML中一个像条条必须在同同一宏块行行中起始和和结束。一一个像条至至少应包括括一个宏块块。像条是是最低的比比特流级别别，即一旦