一种标清数字编码复用技术的设计和实现

 

　　1、引言

　　有线数字电视系统由信源编码、复用、信道编码和调制、传输信道、数字机顶盒等五个环节组成。模拟视音频信号按照MPEG-2标准经过抽样、量化及压缩编码形成基本码流ES.把基本码流分割成段，并加上相应的头文件打包形成打包的基本码流PES,并将PES包再分段打成有固定长度188字节的传送包TS流。TS流经系统复用加入PSI/SI信息、加密信息等形成多路节目传输流，经过64QAM调制及上变频形成射频信号在HFC网中传输，在机顶盒解码恢复模拟音视频信号。

　　MPEG-2视讯原始的主要目标是希望在位元率介于4到9Mbit/s间时，能对一般标准电视解析度的交错式视讯（Interlaced Video）提供一种新的编码压缩方法以得到更好的画质。然而，MPEG-2的终目标并未仅只于此，它也可以支援如HDTV等更高画面解析度的视讯应用，以及各种画面解析度下的交错式视讯。如同其它MPEG标准，MPEG-2的视讯标准仅仅定义了资料的语义及语法，并未规定资料编码及解码的实作方法，因此这之间还有不少编解码技术空间可以发挥。

　　一个简单的MPEG-2 Non-scalable视讯编解码器（Codec），MPEG-2视讯编码器（Encoder）包含Inter Frame/Field离散馀弦变换（Discrete Cosine Transform,DCT）编码器、Frame/Field动态估计及补偿器（Motion Estimator and Compensator）、以及可变长度编码器（Variable Length Encoder,VLE）。离散馀弦变换编码器主要是利用空间上的冗馀（Spatial Redundancies），而动态估计及补偿器则是利用时间上的冗馀（Temporal Redundancies）来压缩资料；资料经过可变长度编码器编码后送至MPEG-2的系统多工器（System Multiplexer,SysMux），再由Transport或Program Stream将资料送出。

　　2、有线数字电视前端信号源流程

　　有线数字电视前端信号源主要是中央电视台、各省及直辖市卫视节目、中央电视台和各省台数字电视付费节目及本地电视台节目等。

　　通过卫星和国家光缆干线传输的节目都在各自的播出系统处理为数字编码、复用后的SPTS和MPTS节目，在有线数字电视前端机房通过数字卫星接收机解复用为ASI格式的TS流送到前端复用器中。

　　本地电视台节目通过城域光缆干线传送至有线前端，并在前端机房编码后送至复用器中和其他节目一起复用传送。

　　以下为典型的有线电视前端信号流程图。

有线电视前端信号流程图

 

　　3、本地电视台节目的编码处理

　　不管是已经实现硬盘播出的，还是传统基带模拟输出的本地电视台节目的视频、音频信号经过A/D转换或数字接口的转换、预处理、压缩、188字节的打包复用，终输出成SPTS流。其中视、音频信号编码复用都采用MPEG-2标准。视频接口有CVBS的、S端子的、SDI（嵌入式数字音频或非嵌入式）的等，视频压缩方式为4:2:0或4:2:2,4:2:0时码率可达到15Mbps,4:2:2时码率可达到50Mbps.一般设置在4-8Mbps.音频接口有RCA的、XLR的和AES/EBU的等，码率可达到384Kbps.除了视频、音频数据，编码器中还包括PSI/SI等其他信息也一起进行打包、复用。

　　以下为数字编码器信号处理流程图：

数字编码器信号处理流程图

 

　　3.1数字编码器对模拟视、音频指标的要求

　　由于本地电视台节目录播系统设备新旧程度及其所采用的技术不同，节目质量也参差不齐，随之编码器编码效果也不同。

　　编码器将模拟视音频信号进行A/D转换过程中将超过可调整输入幅度范围的信号进行切割处理，为此，模拟视音频输入幅度应严格在标准规定范围之内，否则，因为幅度过载，造成画面色彩失真、发白，声音过暴，给用户视听感觉带来严重的应响。

　　在视音频测量仪器上测出的通结果为视音频信号过载的部分被切割，严重的波形成方波。