楊明文

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淺談數(shù)字電視碼率壓縮技術(shù)

楊明文

國家新聞出版廣電總局北京地球站，北京 102206

經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，對數(shù)字電視應(yīng)用范圍的擴(kuò)大產(chǎn)生了積極的影響，滿足了用戶的多樣化需求。數(shù)字電視內(nèi)部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成較為復(fù)雜，對于各項技術(shù)的要求非常高。其中，有關(guān)數(shù)字碼率壓縮技術(shù)對于數(shù)字電視的影響很大，需要操作人員在運(yùn)用該技術(shù)解決實(shí)際的問題時，對相關(guān)的信道編碼調(diào)制技術(shù)有充分的了解，增強(qiáng)技術(shù)的實(shí)際作用效果。數(shù)字電視實(shí)現(xiàn)了視頻信號數(shù)字化的發(fā)展目標(biāo)，為視頻信息傳遞效率的提高帶來了重要的保障作用。因此，對數(shù)字電視碼率壓縮技術(shù)進(jìn)行了必要的闡述。

數(shù)字電視；壓縮技術(shù)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；碼率；編碼調(diào)制

人們生活水平的提升，對電視的服務(wù)功能提出了更高的要求，需要技術(shù)人員充分利用信息化技術(shù)的相關(guān)優(yōu)勢，增強(qiáng)數(shù)字電視的實(shí)際作用效果。數(shù)字電視在實(shí)際的應(yīng)用中取得了良好的作用效果。其中，視頻信息在具體的傳輸過程中必須符合相關(guān)行業(yè)規(guī)范條例的要求，降低誤碼率，增強(qiáng)圖像的傳輸質(zhì)量[1]。

1 視頻數(shù)字化技術(shù)發(fā)展的主要?dú)v程

數(shù)字電視應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，體現(xiàn)了視頻數(shù)字化的重要意義。它的本質(zhì)是將視頻信號通過一定的轉(zhuǎn)化方式，適應(yīng)計算機(jī)系統(tǒng)處理過程中的相關(guān)要求。早期的電視畫面主要是黑白色，視頻幀的傳輸效率較低，變化器的利用并不充分，影響了視頻畫面質(zhì)量。20世紀(jì)80年代，隨著磁盤技術(shù)及其他信息化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，加快了圖像編碼壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展步伐。不同的國際標(biāo)準(zhǔn)組織對視頻數(shù)字化的相關(guān)內(nèi)容作出了系統(tǒng)闡述，客觀地體現(xiàn)了這種技術(shù)的重要性。

2 數(shù)字電視碼率壓縮技術(shù)

2.1 相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化組織

為了優(yōu)化數(shù)字電視內(nèi)部的不同結(jié)構(gòu)，需要明確其中涉及到的碼率壓縮技術(shù)的參考標(biāo)準(zhǔn)。這些參考標(biāo)準(zhǔn)主要是由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定。像H.261、JPEG、MPEG-1等標(biāo)準(zhǔn)方案，在實(shí)際的應(yīng)用中對數(shù)字化電視的研發(fā)帶來了可靠的保障。

數(shù)字電視彩色圖像的有效控制，彩色圖像質(zhì)量的增強(qiáng)，相關(guān)信息資源利用效率的提高等，需要依靠JPEG編碼標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)作用。這種參考標(biāo)準(zhǔn)主要是由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織建立的，所要實(shí)現(xiàn)的目的是將一定速率的視頻或者音頻信號通過傳輸機(jī)制的作用，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)靜止圖像數(shù)字信號的具體要求。在具體的壓塑過程中，數(shù)字壓縮的目標(biāo)就是用統(tǒng)一的方式對彩色像素進(jìn)行有效的分割，數(shù)據(jù)大小為1bit，可以獲得比較可靠的彩色圖像。在聯(lián)合圖片專家組的努力下，標(biāo)準(zhǔn)化下所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)涉及的范圍更廣。

數(shù)字電視中圖像清晰度對于MPEG參考標(biāo)準(zhǔn)的依賴程度較高，客觀地體現(xiàn)了圖像質(zhì)量對于數(shù)字電視發(fā)展的重要性。MPEG-1主要針對的是不同音頻及視頻的壓縮格式。不同層的音頻在實(shí)際的工作機(jī)制中相互之間的兼容性是否良好，影響著音頻信號質(zhì)量。同時，在這種參考標(biāo)準(zhǔn)影響下視頻信號的壓縮，主要利用的是幀內(nèi)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，可以對不同色差的信號進(jìn)行分類采集。隨著科技力量的不斷壯大，MPEG衍生出的各種標(biāo)準(zhǔn)將會使傳輸碼流及節(jié)目碼流的方式更加趨于合理，視覺效果方面實(shí)現(xiàn)交互性動態(tài)圖像的設(shè)置及自然物體與人造物體的相互融合。在這樣的參考標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下，大體積的文件壓縮率變得更高，圖像的清晰度有了明顯增強(qiáng)。

2.2 源編碼中的碼率壓縮

在MPEG-2的作用下，數(shù)字電視圖像碼率壓縮技術(shù)得到了很大的發(fā)展，解決了動態(tài)化圖像伴音過程中的相關(guān)問題。這種視頻及音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)在信號傳輸、存儲媒體、衛(wèi)星電視等方面起著重要的保障作用，對于人的視覺效果、聽力范圍等作了詳細(xì)的說明，有效地減少了空間冗余度。這種標(biāo)準(zhǔn)下相關(guān)技術(shù)的綜合運(yùn)用，降低了數(shù)字電視信號碼率，增強(qiáng)了信號的傳輸質(zhì)量。MPEG-2中不同編碼方式的綜合運(yùn)用，可以實(shí)現(xiàn)對編碼圖像的精細(xì)化處理。當(dāng)數(shù)字電視中的圖像視頻及音頻信號源編碼采用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)碼率壓縮后，保證了系統(tǒng)正常運(yùn)行中顯示的信息與經(jīng)過壓縮后的基本碼流之間高度的吻合性，提高了節(jié)目碼流及傳送碼流的傳輸效率。當(dāng)誤差影響范圍較小時，可以選擇PS碼流。經(jīng)過信道處理的都是TS碼流，它的固定程度相對固定，總字節(jié)為188。這種長度的設(shè)置方式保證了信道動態(tài)分配的效果，簡化了相關(guān)設(shè)備接收信號的工作流程[2]。

2.3 信道調(diào)制中的碼率壓縮

當(dāng)TS碼流進(jìn)入信道開始處理后，為了增強(qiáng)碼流的傳輸質(zhì)量，需要做好各種碼的變換工作。在這樣的傳輸機(jī)制影響下，信道調(diào)制中的碼率很可能增加，并帶來一定的冗余度。這樣的舉措有利于降低誤碼率，增強(qiáng)信號的傳輸質(zhì)量。一般情況下，外碼編碼在應(yīng)對突發(fā)糾錯狀況時的反應(yīng)速度較快，可以正確地處理與誤碼相關(guān)的問題。信道調(diào)制中常用的交織技術(shù)主要是為了增強(qiáng)RS碼的糾錯能力，突出的特點(diǎn)是提高糾錯效率的同時而不增加冗余度。在數(shù)字電視信道調(diào)制碼率壓縮過程中，為了提高系統(tǒng)的糾錯能力，減少碼流的冗余度，將傳輸帶寬控制在合理的范圍內(nèi)，可以充分地發(fā)揮信道調(diào)制技術(shù)的相關(guān)作用[3]。

在信源編碼的過程中，為了使壓縮碼率達(dá)到設(shè)計方案的具體要求，可以使用信道調(diào)制的方式。這種調(diào)制方法提高了頻譜的利用效率，擴(kuò)大了頻譜資源的應(yīng)用范圍。通過這樣的調(diào)制方式，相同頻帶內(nèi)的碼流傳輸效率更高，對于頻譜資源的利用更充分。在信道調(diào)制中的碼率壓縮過程中，調(diào)制技術(shù)的選擇需要根據(jù)信道實(shí)際的概況決定。

3 結(jié)語

數(shù)字電視碼率壓縮技術(shù)在使用的過程中，應(yīng)該明確壓縮目標(biāo)，根據(jù)有效的壓縮機(jī)制展開必要地操作，完善數(shù)字電視的各項服務(wù)功能。壓縮過程中視頻或者音頻壓縮格式的差異性，對于不同層的兼容性影響很大，需要對相關(guān)的轉(zhuǎn)換器有著一定的認(rèn)識。文中通過對不同碼率壓縮技術(shù)的分析，強(qiáng)調(diào)了選擇最佳壓縮技術(shù)的重要性。同時，充分地了解不同壓縮技術(shù)的應(yīng)用范圍，可以有效地增強(qiáng)這些技術(shù)的適用性[4]。

[1]吳春花.DVB-C傳輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究及其誤碼分析[D].上海：華東理工大學(xué)，2014.

[2]張賢國.基于背景模型的監(jiān)控視頻編碼研究[D].北京：北京大學(xué)，2013.

[3]謝超.自適應(yīng)變換在視頻壓縮中的應(yīng)用[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2014.

[4]史欽文.數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)研究及接收機(jī)邏輯模塊實(shí)現(xiàn)[D].成都：成都理工大學(xué)，2012.

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