数字电视视音频压缩技术探析范文

摘要:随着我国数字化技术的不断发展，数字化电视在我国大部分地区已得到了普及，为人们的生活带来了更加高清的视觉享受。随着人们生活水平的不断提高，对数字电视提出了更高的要求。对此，文章从数字电视视音频压缩技术的发展及其原理入手，对数字电视视音频压缩的必要性进行了简单的分析，并对数字电视视音频压缩技术及其应用进行了简单的阐述。

关键词:数字电视；视音频压缩技术

1视音频压缩技术发展概述及原理

在20世纪70年代后期，逐步出现了视频信号的数据化处理，即将视频信号转化为数字信号，并通过计算对其数据进行处理。在数字化技术的发展初期，主要利用Flash变换器进行信号的转换，该转化器不仅价格非常昂贵，而且只能进行黑白图像的数字化转换，且在视频帧上存在较大的差距。到20世纪80年代末，由于计算机技术的不断发展，特别是在CPU、总线和磁盘技术的发展上取得了一些突破性的进展，才逐步实现了视频信号的数字化。在此期间，在世界各国标准委员会的努力下，逐步建立起以实现图像压缩技术标准化的国际组织，如国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）、联合图片专家组（JPEG）和活动图像专家组（MPEG）等组织。在多年的努力下，已制定了多种图像压缩编码技术及其国际标准。目前，MPEG-2视音频压缩技术因其清晰度高、误码率低的优点，在我国数字化电视领域得到了广泛的应用。本文就以MPEG-2为例，对数字电视视音频压缩技术的原理进行简单的阐述。一般情况下，电视数字信号中存在视觉冗余、时间冗余、空间冗余等多种冗余，视音频压缩技术主要就是通过消除冗余，降低其原始码率。视音频压缩的原理就是利用帧与帧之间的相关性，通过视音频A/D转化器，将视频信号转换为数字信号，随后利用熵编码对视音频进行数据编码，再利用运动估值、离散余弦变换和自适应量化进行视音频数据的冗余压缩，利用码流来实现传送流，并根据实际需要将码流转化为节目流。

2数字电视视音频压缩的必要性

数字电视就是将电视信号进行数字化采样，将其转换为数字信号来实现更高的清晰度电视信号的传输。通常，电视的视频信号在经过取样、量化和编码后，将产生大量的数据信息。通常来说，对于一个图像分辨率为720×576的标准清晰度的电视节目，该视频具有高达166Mbps的有效原始码率。此类电视节目一秒钟的视频编码产生的数据容量就有20MB，每个小时产生的数据容量就高达72GB。由此可以看出，对于容量如此大的数据，不仅产生极大的数据存储需求，而且大容量的数据将对其传输造成极大的压力。因此，为进一步推进电视的数字化进程，必须采用视音频压缩技术对视频原始码率进行有效的压缩，以满足数字化电视发展的需要。要想使数字化的电视节目能真正应用到实际工作中，必须对它的原始码率进行压缩处理。

3数字电视视音频压缩技术及其应用

目前，数字电视视音频数据压缩编码较多，常用的主要有预测编码、变换编码、统计编码等压缩编码技术。一般来说，在视音频数据的压缩上，我们可以根据压缩过程中有无信息丢失情况，将视音频的压缩编码技术分为有损数据压缩和无损数据压缩编码技术。目前，常用的无损编码主要有LZ编码、游程编码、霍夫曼编码（Huffinan）等压缩编码技术；常用的有损编码主要有变换编码、预测编码、模型编码、向量量化、频带分割编码、分层编码等压缩编码技术。目前，在数字电视视音频压缩中使用最广泛的就是有损编码。数字电视的视音频压缩主要包括信源编码过程中进行压缩和改进信道编码两方面的内容。

3.1信源编解码技术

信源编解码技术既能实现视频的压缩编解码，还能实现音频的编解码。信源编码技术主要是将节目源的图像模拟信号和声音模拟信号转化为数字信号，利用计算机进行数字信号的压缩编码，使其形成数字信号源，并根据不同节目的传输需求将数字信号源编为复用码流。

3.1.1视频编码压缩技术

虽然数字电视因其较高的清晰度在人们生活中备受青睐，但是与传统的模拟电视相比，数字电视所面临的最大难题就是视频数字信号的压缩。视频编码技术主要就是完成图像数字信号的压缩，通过视频编码压缩技术，可以大大减小数字信号的传输量，压缩前的数字传输量高达995Mbit/s，而在进行压缩后其传输量可以减小到20Mbit/s～30Mbit/s。目前，国际上对数字图像编码技术制订了三种标准，这三种标准分别为：MPEG标准、JPMG标准、H.261标准，其中MPEG标准主要适用于连续图像的编码；JPMG标准主要适用于静止图像的编码；H.261标准主要用于电视会议的编码。目前典型的MPEG-2视音频压缩技术在数字信号压缩中，它可以将原始码率进行不同程度的压缩，压缩后其码率可以压缩至3Mbit/s～40Mbit/s，同时它还可以支持多种高清晰度的电视，如高标准分辨率的16︰9宽屏电视。目前，MPEG-2数据压缩技术主要采用帧与帧之间的预测编码和运动估值、DCT、自适应量化、熵编码、游程编码和VCL编码等。在高清数字电视视频压缩编解码标准方面，欧美国家及日本都比较统一，均采用的是MPEG-2标准。此外，MPEG-2增加了分级视频编码工具，有效实现了时域分级、空域分级、数据分割等多层视频编码。MPEG-2解码最开始对通用处理器和DSP的参数要求很高，但随着不断的优化，MPEG-2解码器已经成为了较为主流的存在。MPEG所需数据率能够进行调节，以适应电视会议、电视电话等低数据率的应用场合。

3.1.2音频编码技术

音频编码技术就是对音频数字信号的压缩技术。音频信号在进行数字化转换后，其数据信息量与传统的模拟传输状态相比要大很多。因此，数字化的音频信号不能像传统的模拟信号那样直接通过无线广播进行传输，必须将数字化的音频信息进行压缩编码后，才能进行有效的传输。如MPEG-1的音频压缩技术主要是采用48kHz、44.1kHz和32kHz的采样频率进行数字音频的采样，其自适应的量化精度为16位。若是立体声道，每个通道的数据率为705.6kB/s，总的数据率为1411.2kB/s。当采用MPEG-1音频压缩技术对数字音频数据进行压缩编码后，其位速率可以直接降到0.192MB/s，且经过压缩的音频质量得到有效的保真，在对压缩编码还原后，其音质与源音质相差无几。目前，我国在信源编解码标准上，与欧美国家具有一致性，基本采用的是MPEG-2标准，此外我国还采用或是采用拥有自主知识产权且与MPEG系列兼容的AVS声像标准。

3.2数字电视的信道编码及调制

数字电视的信道主要包括信道编码和信道调制两方面的核心技术。在DTV技术中信道编码和信源编码是恰恰相反的，信道编码为了降低误码率，提高DTV传输的可靠性，需要以牺牲附加信息重复性和有关数据量为代价。通常信道编码由内码与外码组成，信道编码进行内外码的设置主要是为了利用纠错编码、网格编码、均衡等技术避免信号受到不必要的干扰，以确保在提高可靠性的同时能够有效降低误码率。信达编码的外码主要用于编码的突发性错码和大面积错码的纠错，如出现大面积的错码，利用外码可将大面积的错码划分成小面积的错码进行纠错，以提高错码的纠错效率。内码具有较大的引入冗余度，因此其纠错能力较强，利用内码纠错需要以牺牲降低传输速率和增加带宽为代价。目前，已有一些新的技术，如trellis编码调制，利用该技术在进行纠错的同时还能有效节约功率和带宽。信道编码技术在实际使用过程中，内码与外码的设置可根据传输的条件进行选择，有些可以不用设置内码，如有线DTV传输只需要用外码而没有内码。数字电视的调制方式以载波为主体，要实现调制，需先将要进行传输的信号（调制信号）放在载波（高频正弦波或脉冲串）上，做好信号的发射准备。目前，数字电视的调制方式主要有单载波调制和多载波调制两种。由于各个国家在对于数字信号的编码纠错、均衡等技术上存在较大的差异，且各国数字电视制式的带宽不同，导致标准不能统一。

3.3下一代广播电视无线网

2016年，我国首次召开了“下一代广播电视无线网（NGB-W）标准宣贯会”，NGB-W网络节点是NGB-W全网全业务的承载节点，融合了广播电视无线技术和无线宽带技术，同时接收单向广播业务与双向交互业务的信号，并转换成终端可接收的WLAN信号格式进行业务覆盖，具备WLAN接入功能的各类智能终端都能够快速访问NGB-W网络。而为了实现上述目标，再不针对数字电视多径衰落的信道特点，为了确保信号编码传输的稳定性，NGB-W对编码效率和纠错能力更强的低密度LDPC和Turbo码、信号空间分集增益更高的比特编码调制技术以及低复杂度的迭代解调译码技术进行了优化。可以说，在NGB-W的系统架构和支持下，我国数字电视视音频压缩与传播将进入无线智能时代，用户多元化、个性化的视讯需求将得到充分满足，同时将有效缓解内容冗余传输带来的巨额网络流量压力，节省双向流量，降低网络运营经济成本。

4结束语

随着我国电视数字化进程的不断推进，数字电视视音频压缩技术的研究将是未来数字电视取得突破性进展的研究重点。数字电视视音频压缩技术的发展将进一步加快我国实现高清数字电视的普及，促进数字广播电视行业的进一步发展。

参考文献

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作者：曾昭辉 单位：广东韶关市广播电视台七二二台