電視自20世紀問世后，為人們的生活、娛樂、工作帶來了新的方式，從早期黑白電視到數(shù)字電視誕生，都引起人們的極大關(guān)注。電視是重要的消費電子產(chǎn)品，亦成為人們改變生活方式的工具。21世紀數(shù)字化信息時代，數(shù)字電視成為人們關(guān)注的焦點，HDTV代替?zhèn)鹘y(tǒng)模擬電視走入家庭。

　　一、數(shù)字電視原理標準

　　目前流行的彩色電視制式分為NTSC制，PAL制和SECAM制。NTSC彩色電視制式為正交平衡調(diào)幅制，PAL為德國制定的彩色電視廣播標準，SECAM為順序傳送彩色與存儲制。我國使用PAL彩色電視制式，規(guī)定圖像總行數(shù)為625，掃描頻率為15625Hz,發(fā)送電視信號時，每行傳送圖像時間52us，每場掃描行數(shù)為321.5行，每幀有575行有圖像。早期電視技術(shù)沿著模擬信號處理技術(shù)方向發(fā)展，數(shù)字電視系統(tǒng)用彩色分量表示圖像數(shù)據(jù)，20世紀80年代，國際無線電咨詢委會制定彩電圖像數(shù)字化標準，規(guī)定彩電圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像使用采樣頻率。數(shù)字電視包括普及型，標清與高清電視。數(shù)字電視包含發(fā)送到接收的過程，電視臺送出圖像經(jīng)數(shù)字壓縮調(diào)制形成數(shù)字電視信號，數(shù)字電視接收機接收數(shù)字視音頻解碼處理還原圖像，在電視臺播出節(jié)目采用數(shù)字技術(shù)處理，與模擬電視傳輸方式不同，電視節(jié)目從攝制傳輸全過程采用數(shù)字化技術(shù)處理，接收電視節(jié)目質(zhì)量高。1987年國際電工委會組建專家小組，制定數(shù)字視頻壓縮標準。音頻CD發(fā)展證明模擬信號能被數(shù)字化產(chǎn)生高質(zhì)量音響。寬帶需求減少可為更多節(jié)目與互動應(yīng)用提供空間。工業(yè)界采用新的方法廣播，MPEG系列標準滿足了數(shù)字廣播標準化需求。MPEG詳細說明了視頻編碼，標準定義了語法，壓縮比特流到原始視頻內(nèi)容過程，MPEG標準未給出具體編碼算法。改進算法，為制造廠商從中獲益提供了機會。MPEG-2廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)，數(shù)字電視地面廣播，點播電視，多媒體終端等眾多領(lǐng)域，MPEG-2標準適用于廣播數(shù)字電視編碼。MPEG-2是由運動圖像專家組發(fā)展的音視頻壓縮標準。廣播公司的商業(yè)產(chǎn)品包括其他節(jié)目，比如包括高清電視，多語言選擇等。MPEG-2壓縮信號多，質(zhì)量會降低。允許在圖像質(zhì)量與比特率間靈活調(diào)節(jié)，其定義了不同的框架級別，允許廣播者選用適用的應(yīng)用。

　　二、MPEG-2傳輸流系統(tǒng)層語法語義

　　MPEG-2系統(tǒng)部分強調(diào)多個音視頻基本數(shù)據(jù)流合成為多個數(shù)據(jù)流，系統(tǒng)編碼方式有傳送流與節(jié)目流，節(jié)目流由大報基本碼流組成，程序流包可變，傳送流將時鐘基礎(chǔ)相互獨立大報基本碼組成單一碼流，適用于數(shù)字電視的碼流為MPEG-2傳送流。單個視頻數(shù)據(jù)流按ISO13818-3標準壓縮編碼，得到PES流后分段，每段前加傳輸流包頭信息，構(gòu)成傳輸流包。MPEG-2傳送流，根據(jù)ISO13818-3協(xié)議定義數(shù)據(jù)流，為發(fā)生錯誤下進行多道程序編碼數(shù)據(jù)傳送，表現(xiàn)為比特值錯誤，傳送流速率可變化或固定，組成元素原始流可變化，語法限制相同，使用被控制速率適當波動可保持理想平均數(shù)據(jù)率。固定容量信道中傳輸，CBR信道緩沖區(qū)不易發(fā)生上下溢。VBR碼率變化劇烈，導致數(shù)據(jù)丟失。多個VBR視頻流傳輸，可通過統(tǒng)計重復算法使固定容量信道傳輸多個固定圖像質(zhì)量視頻流。PES流為實現(xiàn)MPEG-2標準定義的邏輯結(jié)構(gòu)，進入系統(tǒng)目標解碼器為TS流，可實現(xiàn)從ES流到TS流生成，實現(xiàn)TS和節(jié)目流PS轉(zhuǎn)換。節(jié)目由多個基本流組成，基本流為節(jié)目含有數(shù)字編碼，節(jié)目類型為含有單一音頻基本流的無線電廣播服務(wù)，傳統(tǒng)電視廣播由攜帶編碼音視頻與文本數(shù)據(jù)組成。MPEG-2系統(tǒng)層描述基本流如何構(gòu)成節(jié)目，節(jié)目復用成適于數(shù)字傳輸?shù)膯我粩?shù)據(jù)流。MPEG-2復用器輸出為連續(xù)8bit寬數(shù)據(jù)流，復用可固定碼流速率或可變速率。創(chuàng)建MPEG-2復用流將基本流EG轉(zhuǎn)換到基本流PE中，PES包由頭部與負載組成，負載從原始基本流ES順序截取數(shù)據(jù)，新的存取單元可能開始于PES包負載任何一處。傳輸流由多路節(jié)目組成，節(jié)目由多個基本流組成，組成節(jié)目碼流有相同時間基準。傳輸流復用由固定長度傳輸包組成，傳輸包長度為188節(jié)，包含4bytes頭部，從各基本流形成PES包劃分到眾多負載中。PES包不能精確填充到TS包負載，經(jīng)常出現(xiàn)無足夠字節(jié)填充完最后TS包負載情況，多余空間包括TS包填充字節(jié)大小，PES包使用確保更多TS包填充。所有PES被復用，出來的TS包按順序結(jié)構(gòu)輸出構(gòu)成MPEG-2傳輸流。傳輸流中包含多路節(jié)目，由多個基本流構(gòu)成，想要機構(gòu)找到想得到的節(jié)目，需從傳輸流得到密鑰解密。特殊信息為節(jié)目專用信息，包括使用解碼器進行節(jié)目多路解調(diào)規(guī)格化數(shù)據(jù)。節(jié)目專用信息分為四種表結(jié)構(gòu)，NIT為專用表，語法規(guī)則要遵循標準定義的PSI語法結(jié)構(gòu)。PSI直接安排在傳輸包中，傳輸色有效負載由傳輸色指針域指出，PSI分段不必在傳輸包負載起始處開始。

　　三、MPEG-2傳輸流系統(tǒng)層解碼策略軟件

　　數(shù)字與模擬電視節(jié)目選擇方式不同，數(shù)字電視中多個節(jié)目被復用到一個碼流，物理頻道給出多個節(jié)目傳輸碼流，觀看某一節(jié)目需從碼流提取節(jié)目傳輸包。在節(jié)目中選取所需，將節(jié)目包含基本流解出，是MPEG-2系統(tǒng)層解碼完成的功能，系統(tǒng)層要恢復系統(tǒng)時間基準，在顯示端同步音視頻。MPEG-2系統(tǒng)層拆包從節(jié)目信息PSI解碼入手，找到傳輸流中PSI表可了解傳輸流。PSI表分為PAT、PMT、CAT和NIT。PAT表給出傳輸流識別符，給出各路節(jié)目對應(yīng)PMT表PID值，通過PAT表尋找其他信息表，規(guī)定將PID值0留給PAT專業(yè)，找到PID值0傳輸包可找打PAT表。從PAT表得到PID值后找到PMT表，給出節(jié)目包含基本流情況，PMT表給出時間基準PID值，節(jié)目是音視頻與其他數(shù)據(jù)集合，如PMT表含有基本流描述子，可了解詳細關(guān)于節(jié)目組成信息，也可通過PAT表了解傳輸流的組成情況。數(shù)字通信系統(tǒng)同步問題非常重要，關(guān)系到發(fā)端數(shù)據(jù)是否被接收端恢復，MPEG-2系統(tǒng)有重要的系統(tǒng)時鐘，MPEG-2要求收發(fā)端STC同步，音視頻及其他業(yè)務(wù)輔助數(shù)據(jù)交替打包傳送，需進行唇音同步，MPEG-2提出恒定延時模型，數(shù)字化圖像采樣進入編碼器后，經(jīng)恒定端到端延遲后輸出顯示，延時包括編碼，多路復用，解碼緩沖，如何消除可變延時成為研發(fā)系統(tǒng)設(shè)備需考慮問題。視頻圖像采樣顯示一次，解編碼器要有相同圖像間隔時間，系統(tǒng)編碼包含時間信息保證實現(xiàn)延遲常數(shù)系統(tǒng)，解碼器實現(xiàn)要保證接收性能。時序包含在MPEG-2標準規(guī)格化說明。解復用單元利用傳輸流PID值，將傳輸流解析為視頻基本流。通過不同通道送到相應(yīng)處理器，視頻解碼單元解碼得到視頻數(shù)據(jù)，同步控制電路根據(jù)音頻顯示時間標簽值PTS與本地系統(tǒng)時序時鐘值控制音頻解碼，使要顯示圖像同步輸出。DTS為系統(tǒng)時鐘頻率為1/300編成33bit碼值，確保音視頻顯示單元PU在編碼器約束正確時間點播放。

　　四、結(jié)語

　　國際上對數(shù)字電視的研究不斷出現(xiàn)重大進展，電視視聽技術(shù)從模擬走向數(shù)字化，數(shù)字化信息時代，數(shù)字電視成為人們關(guān)注的焦點。隨著高清電視普及，人們可以進行交互式雙向信息傳輸，包括發(fā)送電子郵件及網(wǎng)上銀行等功能。數(shù)字電視關(guān)鍵是MPEG-2編解碼，在數(shù)字電視、多媒體技術(shù)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。本文介紹數(shù)字電視及編碼原理，介紹MPEG-2系統(tǒng)層傳輸流碼流結(jié)構(gòu)，解碼器時間系統(tǒng)，分析軟件解析系統(tǒng)傳輸流算法，解析PES可得到所需節(jié)目音視頻ES流，依靠爆頭信息回復解碼器本地時鐘，對取得音視頻解碼同步具有重要意義。

　　參考文獻：

　　[1]忻力.有線交互數(shù)字電視系統(tǒng)設(shè)計與系統(tǒng)負載均衡研究[D].上海交通大學,2008.

　　[2]校森林.數(shù)字電視交互播出系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技信息(學術(shù)研究),2008(19):175+177.

　　[3]朱懿,楊豐.適宜廣電開展的數(shù)字電視增值業(yè)務(wù)——延播[J].廣播與電視技術(shù),2006(10):102-104.

　　作者：李清華

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