基于MPEG-2標準的標清數字編碼復用技術(shù)

2008/06/10

有線(xiàn)電視前端信號流程圖

3、本地電視臺節目的編碼處理

　　不管是已經(jīng)實(shí)現硬盤(pán)播出的，還是傳統基帶模擬輸出的本地電視臺節目的視頻、音頻信號經(jīng)過(guò)A/D轉換或數字接口的轉換、預處理、壓縮、188字節的打包復用，最終輸出成SPTS流。其中視、音頻信號編碼復用都采用MPEG-2標準。視頻接口有CVBS的、S端子的、SDI（嵌入式數字音頻或非嵌入式）的等，視頻壓縮方式為4:2:0或4:2:2，4:2:0時(shí)最大碼率可達到15Mbps，4:2:2時(shí)最大碼率可達到50Mbps。一般設置在4-8Mbps。音頻接口有RCA的、XLR的和AES/EBU的等，碼率可達到384Kbps。除了視頻、音頻數據，編碼器中還包括PSI/SI等其他信息也一起進(jìn)行打包、復用。

以下為數字編碼器信號處理流程圖：

數字編碼器信號處理流程圖

3.1數字編碼器對模擬視、音頻指標的要求

　　由于本地電視臺節目錄播系統設備新舊程度及其所采用的技術(shù)不同，節目質(zhì)量也參差不齊，隨之編碼器編碼效果也不同。

　　編碼器將模擬視音頻信號進(jìn)行A/D轉換過(guò)程中將超過(guò)可調整輸入幅度范圍的信號進(jìn)行切割處理，為此，模擬視音頻輸入幅度應嚴格在標準規定范圍之內，否則，因為幅度過(guò)載，造成畫(huà)面色彩失真、發(fā)白，聲音過(guò)暴，給用戶(hù)視聽(tīng)感覺(jué)帶來(lái)嚴重的應響。

　　在視音頻測量?jì)x器上測出的通結果為視音頻信號過(guò)載的部分被切割，嚴重的波形成方波。

3.2視音頻信號的壓縮處理

　　本地電視臺的視音頻信號經(jīng)壓縮、打包成SPTS的流，并根據規劃安排到對應的前端復用器中進(jìn)行再次復用為MPTS流。

　　數字編碼器的抗干擾能力非常重要，視頻帶外信號通過(guò)數字化處理后進(jìn)入到帶內信號中產(chǎn)生干擾。數字編碼處理過(guò)程為對復合模擬視頻信號進(jìn)行亮度、色度信號的分離處理后進(jìn)行亮度、色度信號的分別抽樣、量化和編碼。由于PAL制式視頻信號帶寬在0-5.75MHz，為此選擇的視頻亮度濾波器頻譜特性為允許在0-6.75Mhz的信號無(wú)損通過(guò)，帶外抑制度在8MHz頻譜處為40dB。應用中發(fā)現數字編碼設備與廣播短波發(fā)射臺在一起時(shí)，雖然短波頻率在8MHz-15MHz左右，由于短波信號發(fā)射功率較強，超過(guò)編碼器帶外抑制能力。為此，輸入的視頻信號中除了有用的視頻信號外還攜帶著(zhù)脈沖接近或超過(guò)視頻幅度的短波信號。根據柰奎斯特抽樣原理，亮度抽樣率為13.5MHz，抽樣頻譜可覆蓋至6.75MHz到20MHz處。編碼器抽樣處理后將這帶外的無(wú)用信號一并回折到視頻通帶內，從而導致了編碼器中出現干擾。為此，對此類(lèi)干擾要求機房接地達到標準，視頻處理設備抗干擾性好，編碼器器輸入濾波器性能要好，或者根據地區的特殊性選擇抽樣率更高的編碼器來(lái)解決。

　　同時(shí)，在編碼器的壓縮過(guò)程中，應根據節目類(lèi)型配置不同的視頻碼率、音頻碼率和系統總輸出碼率，遵循對活動(dòng)畫(huà)面較頻繁的體育類(lèi)節目分配碼率高一些，對靜止畫(huà)面多電影、新聞類(lèi)的節目，分配的碼率低一些的原則。由于前端選擇的編碼器與復用器不是一個(gè)廠(chǎng)家的,不能實(shí)現兩個(gè)設備之間的統計復用,為此，編碼器輸出碼率設置為固定碼率。同時(shí)，由于系統總輸出碼率包括視頻碼率、音頻碼率和PCR碼率等其他開(kāi)銷(xiāo)之和，所以系統總輸出碼率必須大于視頻碼率。

　　在實(shí)際應用中還發(fā)現，復用器中設置輸入信號的視頻碼率時(shí)，雖然分配的視頻碼率比編碼器中的視頻碼率高，因為編碼器中的系統總輸出碼率過(guò)高出現信號通過(guò)復用器后的馬賽克現象。在碼流分析儀中分析為T(mén)R101290的二級錯誤：PCR（PCR用于恢復接收端解碼本地的27MHz系統時(shí)鐘）精度間隔超過(guò)40ms，導致接收端時(shí)鐘抖動(dòng)或者漂移，影響畫(huà)面顯示時(shí)間。為此，碼率配置必須找到合適點(diǎn)，碼率配置過(guò)低，畫(huà)面清晰度會(huì )明顯下降，出現小塊效應。

4、信號的復用處理

4.1復用器的功能及節目的復用過(guò)程

　　由于衛星接收機解復用后ASI格式的中央電視臺和各省節目都攜帶各自的PSI/SI表，同時(shí)這些MPTS流中包含多套節目，數字電視前端將根據自己的節目總體規劃選擇所需節目，同時(shí)插入本地的PSI/SI表和私有數據等。為此，選擇復用器必須有PID過(guò)濾，PID映射、PCR校正、PSI/SI提取、插入、修改等功能，并支持私有描述符的插入和編輯功能。并為處理高碼率的輸入信號，必須有較大的緩沖區，包括視頻、音頻和系統緩沖區，從而避免信號的溢入溢出。其中SPTS流碼率在配置在4-8Mbps左右，受64QAM調制器最高有效碼率的限制，MPTS流有效碼率一般在38.01Mbps以下。

以下為復用器信號處理流程圖：

復用器信號處理流程圖

　　節目的復用過(guò)程中，盡量將高碼率SPTS和低碼率的SPTS信號靈活搭配，并將最高有效碼率控制在38.01Mbps以下；MPTS的節目由于上行之前的編碼復用基于統計復用技術(shù)，碼率根據節目?jì)热菘勺兊模瑸榱斯澕s頻道資源，對MPTS流不進(jìn)行拆分，只進(jìn)行節目各表的讀取和PAT、PMT表的重新映射和插入本地的CA、EPG數據等。

　　傳統的復用器是基于時(shí)分復用的，編碼器輸出的碼率是固定的，編碼器與復用器之間是單向的關(guān)系，而比較先進(jìn)的復用器具有統計復用功能，編碼器和復用器雙向通訊，根據節目數據量復用器將38Mbps的有效速率合理分配給不同節目，編碼器的輸出碼率可變的。

　　傳統的復用器是基于時(shí)分復用的，編碼器輸出的碼率是固定的，編碼器與復用器之間的關(guān)系是單向的，而比較先進(jìn)的復用器具有統計復用功能，編碼器和復用器雙向通訊，編碼器的輸出碼率可變的，根據節目數據量，復用器將38Mbps的有效速率合理分配給不同節目。

　　比較先進(jìn)的復用器還具有碼率修正功能，通過(guò)將過(guò)高的碼流解碼還原到節目壓縮過(guò)程，進(jìn)行量化系數的調整至碼率在64QAM系統中不出現馬賽克等異常信號。

4.2編碼器、復用器的接口

　　根據數字電視前端組網(wǎng)方式和信號源的多樣化，有基于A(yíng)SI信號的系統，基于MPEGOVERIP、MPEGOVERSDH的系統，為此，編碼器的輸出和復用器的輸入、輸出接口有ASI/SPI的、IP的、DS3的等。用戶(hù)可根據自己的需求靈活配置各種接口。

4.3編碼、復用器的網(wǎng)管系統

　　編碼器除了在設備面板上做一些基本的設置外，還可以用網(wǎng)管系統進(jìn)行相關(guān)參數的調整，修改等，也可以遠程操作。由于數字電視復用器中需要調整的參數很多，包括節目輸入/輸出表的修改，添加ECM、EMM和其他私有數據等，為此，它的網(wǎng)管系統的穩定性、可靠性、靈活性至關(guān)重要。網(wǎng)管設備的操作系統或網(wǎng)管軟件異常、會(huì )導致EMM數據、ECM數據的丟失，嚴重時(shí)用戶(hù)無(wú)法正常收到CA數據，導致合法用戶(hù)無(wú)法正常收看節目。

5、結束語(yǔ)

　　編碼器，復用器作為數字電視系統中關(guān)鍵的信源處理部分，其功能是否全面、性能指標的好與否，設備及相關(guān)軟件的穩定性、可靠性和擴展性等都大大影響系統播出質(zhì)量和數字電視的運營(yíng)，為此，選擇該類(lèi)設備時(shí)必須進(jìn)行全面的考察、測試，從而更適合系統的運作。

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