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字電視誕生，都引起人們的極大關注。電視是重要的消費電子產品，亦成為人們改變生活方式的工具。21世紀數字化信息時代，數字電視成為人們關注的焦點，HDTV代替傳統模擬電視走入家庭。

　　一、數字電視原理標準

　　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，規定圖像總行數為625，掃描頻率為15625Hz,發送電視信號時，每行傳送圖像時間52us，每場掃描行數為321.5行，每幀有575行有圖像。早期電視技術沿著模擬信號處理技術方向發展，數字電視系統用彩色分量表示圖像數據，20世紀80年代，國際無線電咨詢委會制定彩電圖像數字化標準，規定彩電圖像轉換為數字圖像使用采樣頻率。數字電視包括普及型，標清與高清電視。數字電視包含發送到接收的過程，電視臺送出圖像經數字壓縮調制形成數字電視信號，數字電視接收機接收數字視音頻解碼處理還原圖像，在電視臺播出節目采用數字技術處理，與模擬電視傳輸方式不同，電視節目從攝制傳輸全過程采用數字化技術處理，接收電視節目質量高。1987年國際電工委會組建專家小組，制定數字視頻壓縮標準。音頻CD發展證明模擬信號能被數字化產生高質量音響。寬帶需求減少可為更多節目與互動應用提供空間。工業界采用新的方法廣播，MPEG系列標準滿足了數字廣播標準化需求。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廣泛應用于衛星廣播業務，數字電視地面廣播，點播電視，多媒體終端等眾多領域，MPEG-2標準適用于廣播數字電視編碼。MPEG-2是由運動圖像專家組發展的音視頻壓縮標準。廣播公司的商業產品包括其他節目，比如包括高清電視，多語言選擇等。MPEG-2壓縮信號多，質量會降低。允許在圖像質量與比特率間靈活調節，其定義了不同的框架級別，允許廣播者選用適用的應用。

　　二、MPEG-2傳輸流系統層語法語義

　　MPEG-2系統部分強調多個音視頻基本數據流合成為多個數據流，系統編碼方式有傳送流與節目流，節目流由大報基本碼流組成，程序流包可變，傳送流將時鐘基礎相互獨立大報基本碼組成單一碼流，適用于數字電視的碼流為MPEG-2傳送流。單個視頻數據流按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，構成傳輸流包。MPEG-2傳送流，根據ISO13818-3協議定義數據流，為發生錯誤下進行多道程序編碼數據傳送，表現為比特值錯誤，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據率。固定容量信道中傳輸，CBR信道緩沖區不易發生上下溢。VBR碼率變化劇烈，導致數據丟失。多個VBR視頻流傳輸，可通過統計重復算法使固定容量信道傳輸多個固定圖像質量視頻流。PES流為實現MPEG-2標準定義的邏輯結構，進入系統目標解碼器為TS流，可實現從ES流到TS流生成，實現TS和節目流PS轉換。節目由多個基本流組成，基本流為節目含有數字編碼，節目類型為含有單一音頻基本流的無線電廣播服務，傳統電視廣播由攜帶編碼音視頻與文本數據組成。MPEG-2系統層描述基本流如何構成節目，節目復用成適于數字傳輸的單一數據流。MPEG-2復用器輸出為連續8bit寬數據流，復用可固定碼流速率或可變速率。創建MPEG-2復用流將基本流EG轉換到基本流PE中，PES包由頭部與負載組成，負載從原始基本流ES順序截取數據，新的存取單元可能開始于PES包負載任何一處。傳輸流由多路節目組成，節目由多個基本流組成，組成節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，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，經常出現無足夠字節填充完最后TS包負載情況，多余空間包括TS包填充字節大小，PES包使用確保更多TS包填充。所有PES被復用，出來的TS包按順序結構輸出構成MPEG-2傳輸流。傳輸流中包含多路節目，由多個基本流構成，想要機構找到想得到的節目，需從傳輸流得到密鑰解密。特殊信息為節目專用信息，包括使用解碼器進行節目多路解調規格化數據。節目專用信息分為四種表結構，NIT為專用表，語法規則要遵循標準定義的PSI語法結構。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傳輸流系統層解碼策略軟件

　　數字與模擬電視節目選擇方式不同，數字電視中多個節目被復用到一個碼流，物理頻道給出多個節目傳輸碼流，觀看某一節目需從碼流提取節目傳輸包。在節目中選取所需，將節目包含基本流解出，是MPEG-2系統層解碼完成的功能，系統層要恢復系統時間基準，在顯示端同步音視頻。MPEG-2系統層拆包從節目信息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，給出各路節目對應PMT表PID值，通過PAT表尋找其他信息表，規定將PID值0留給PAT專業，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，給出節目包含基本流情況，PMT表給出時間基準PID值，節目是音視頻與其他數據集合，如PMT表含有基本流描述子，可了解詳細關于節目組成信息，也可通過PAT表了解傳輸流的組成情況。數字通信系統同步問題非常重要，關系到發端數據是否被接收端恢復，MPEG-2系統有重要的系統時鐘，MPEG-2要求收發端STC同步，音視頻及其他業務輔助數據交替打包傳送，需進行唇音同步，MPEG-2提出恒定延時模型，數字化圖像采樣進入編碼器后，經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系統設備需考慮問題。視頻圖像采樣顯示一次，解編碼器要有相同圖像間隔時間，系統編碼包含時間信息保證實現延遲常數系統，解碼器實現要保證接收性能。時序包含在MPEG-2標準規格化說明。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處理器，視頻解碼單元解碼得到視頻數據，同步控制電路根據音頻顯示時間標簽值PTS與本地系統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、結語

　　國際上對數字電視的研究不斷出現重大進展，電視視聽技術從模擬走向數字化，數字化信息時代，數字電視成為人們關注的焦點。隨著高清電視普及，人們可以進行交互式雙向信息傳輸，包括發送電子郵件及網上銀行等功能。數字電視關鍵是MPEG-2編解碼，在數字電視、多媒體技術領域中得到廣泛應用。本文介紹數字電視及編碼原理，介紹MPEG-2系統層傳輸流碼流結構，解碼器時間系統，分析軟件解析系統傳輸流算法，解析PES可得到所需節目音視頻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：

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　　作者：李清華

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