??? 隨著廣播電視技術的發展和廣播電視設備的更新，電視領域發生了一系列巨大的變化，會議電視、VCD、DVD、數字電視以及高清晰度" title="高清晰度">高清晰度電視(HDTV)等新技術和新系統正迅速走進我們的生活。與傳統的模擬電視相比，這些新系統的突出特點是采用了全數字的圖像/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，數字演播室標準及數字電視的質量評價標準也制定出來。

數字電視

??? 數字電視可從節目內容、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或數字電視接收機（DVB接口）收看的節目，方為真正意義上的數字電視節目；按節目內容來源劃分，數字電視節目可以是電視節目，也可以是電影；從技術角度解釋，數字電視節目可以是以數字方式拍攝、制作、存儲、播出和傳輸的電影和電視，也可以是以前庫存的資料片經數字化處理所制成的電影和電視。

數字電視傳輸方式

??? 數字電視節目可以在不同的傳播介質中，采用不同的技術傳輸到用戶接收端。數字電視的傳輸手段主要有衛星、地面發射、HFC網絡、SDH等，其中SDH主要用于數字電視節目的長距離傳輸。
??? 由于我國的數字電視標準是在移植歐洲數字視頻廣播標準（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）為數字電視衛星廣播采用；DVB-T（OFDM調制）為地面無線發射的數字電視廣播" title="電視廣播">電視廣播采用；DVB-C（QAM調制）為地面HFC網絡數字電視廣播采用。我國已完成了廣播電視衛星傳輸的數字化改造，已經形成了以DVB-S技術構架的數字電視衛星廣播網，DVB-T的實驗播出正在準備之中，而作為數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：在數字存儲介質中實現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，統一的標準，在商業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：針對標準數字電視和高清晰度電視在各種應用下的壓縮方案和系統層的詳細規定，編碼碼率3Mb/s～100Mb/s，標準的正式規范在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG-1的簡單升級，MPEG-2在系統和傳送方面作了更加詳細的規定和進一步的完善。MPEG-2特別適用于廣播級的數字電視的編碼和傳送，被認定為SDTV和HDTV的編碼標準。MPEG-2還專門規定了多路節目的復分接方式。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，數字電視的輸入格式標準試圖將這三種制式統一起來，形成一種統一的數字演播室標準，這個標準就是CCIR601，現稱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。基本信息層包含對圖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。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標準，但對于通信和計算機應用仍是不足。于是MPEG-4的系統層在原有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的系統應用極其廣泛。在信源方面，不是簡單地對連續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" title="音視頻">音視頻對象和背景及文字分別進行壓縮，甚至采用參數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，可有4到12比特量化的核心視像類，用于監視等應用。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" title="2D">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，這就是元數據（Meta Data）。所謂元數據就是描述數據特性的數據，因為在傳輸系統和處理系統看來，無論是視頻、音頻和數據都是數據，必須加以描述。如SMPTE/EBU比特流節目素材交換協調標準是用來描述音視頻素材的，用于節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），用于音視頻數據庫用來描述各素材的數據等應用。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目制作管理和節目資源的管理，數據庫中相關素材直到相關音視頻對象的檢索，業務端到終端交互業務，版權識別，自生成數據庫等方面。元數據的制作和應用將推進節目制作工具的建設。 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議、虛擬機、瀏覽器等應用軟件進行控制，而應用軟件則實現人機對話。機頂盒功能的實現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。

??? 了解和掌握數字電視的編碼技術" title="編碼技術">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展，用于更新觀念、熟悉設備、指導日常工作。