便攜式移動電視接收系統(tǒng)探究論文

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1、 便攜式移動電視接收系統(tǒng)探究論文 摘要： 本文簡單介紹了新一代便攜式移動電視接收標(biāo)準(zhǔn)DVB-H及移動電視的信源壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264，重點介紹了DVB-H系統(tǒng)的構(gòu)成、時間分片技術(shù)、MPE-FEC、4K傳輸模式及使得H.264能適應(yīng)移動電視接收的幾個主要技術(shù)特點。 關(guān)鍵字： DVB-H、H.264 使用便攜式通訊工具比如手機，隨時隨地的收看電視以前是一個夢想，隨著信源編碼技術(shù)、信道傳輸和新一代基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)的建立，使便攜式移動接收子系統(tǒng)也從單一的文字、圖片形式的接收轉(zhuǎn)向更豐富多彩的視音頻形式接收。電視行業(yè)為了適應(yīng)這種趨勢，也對相關(guān)技術(shù)進行了標(biāo)準(zhǔn)的制定和技

2、術(shù)研發(fā)。現(xiàn)在就相關(guān)技術(shù)做以下的論述。 要在手機上看電視，技術(shù)上需要處理好三個環(huán)節(jié)：信號源、傳播途徑和接收終端。信號源方面，需要有高壓縮比的信源壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)；傳播途徑方面，有無線微波和網(wǎng)絡(luò)傳輸。為了實現(xiàn)移動接收，需要抗干擾能力強的數(shù)字調(diào)制和信道處理技術(shù)。接收終端方面，必須開發(fā)高集成度、體積小、重量輕、耗電小的芯片，以及體積小、高容量的充電電池。 目前，該服務(wù)的實現(xiàn)主要有三條途徑： 1.利用移動網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的方式 目前美國和我國移動運營商推出的手機電視業(yè)務(wù)主要是依靠現(xiàn)有的移動網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的。中國移動的手機電視業(yè)務(wù)是基于其GPRS網(wǎng)絡(luò)，中國聯(lián)通則是依靠其CDMA網(wǎng)絡(luò)

3、。不管是GPRS手機還是CDMA手機，都需要在裝有操作系統(tǒng)的手機終端（一般是PDA手機等高檔產(chǎn)品）上安裝相應(yīng)的播放軟件，而相應(yīng)的電視節(jié)目源則由移動通信公司或者通過相應(yīng)的服務(wù)提供商來組織和提供。 2.利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的方式 利用手機來接收衛(wèi)星播發(fā)的電視節(jié)目信號是一個非常新的想法。目前只有韓國在力推手機電視廣播（DMB）。這種DMB接收機能提供高質(zhì)量的圖像，使用該接收機模塊能使用戶同時接收地面無線電視廣播和衛(wèi)星電視廣播的信號。 3.手機中安裝數(shù)字電視接收模塊的方式 目前最被看好的手機電視技術(shù)方式是通過整合數(shù)字電視和移動電話的方式。這種方式需要在手機終端上安裝

4、微波數(shù)字電視接收模塊，可以不通過移動通信網(wǎng)絡(luò)的鏈路，直接獲得數(shù)字電視信號。目前，手機數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)只有歐洲的DVB－H和日本的單頻段轉(zhuǎn)播標(biāo)準(zhǔn)。 在國內(nèi)，只有中央電視臺和少數(shù)的幾家移動公司相繼推出了手機電視業(yè)務(wù)。以中央電視臺為例，由于目前國內(nèi)還沒有DVB-H的數(shù)字廣播網(wǎng)絡(luò)，他們是通過2.5G或2.75G網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)來播放“手機電視”節(jié)目的，即利用中國移動GPRS/EDGE網(wǎng)絡(luò)或中國聯(lián)通CDMA網(wǎng)絡(luò)，通過WAP門戶網(wǎng)站為用戶提供在線直播或點播的流媒體音視頻節(jié)目的服務(wù)。 以下討論關(guān)于手機電視的傳輸標(biāo)準(zhǔn)和編碼標(biāo)準(zhǔn)： 一、手機電視的傳輸標(biāo)準(zhǔn)——DVB-H DVB-H

5、（早期為DVB-X）標(biāo)準(zhǔn)全稱為DigitalVideoBroadcastingHandheld，它是DVB組織為通過地面數(shù)字廣播網(wǎng)絡(luò)向便攜/手持終端提供多媒體業(yè)務(wù)所制定的傳輸標(biāo)準(zhǔn)。DVB-H植基于DVB-T，是一種以IP封包（datagrams）來傳送資料（主要為數(shù)字多媒體資料）的系統(tǒng)。該標(biāo)準(zhǔn)被認(rèn)為是DVB-T標(biāo)準(zhǔn)的擴展應(yīng)用，但是和DVB-T相比，DVB-H終端具有更低的功耗，移動接收和抗干擾性能更為優(yōu)越，因此該標(biāo)準(zhǔn)適用于移動電話、手持計算機等小型便攜設(shè)備通過地面數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)接收信號。事實上，由于DVB-H是一種支持多媒體業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)，除了電視業(yè)務(wù)外它還可以開展電子報紙、電子拍賣、旅游向?qū)А?/p>

6、游戲、視頻點播和交互等多種綜合性業(yè)務(wù)?？傊珼VB-H標(biāo)準(zhǔn)就是依托目前DVB-T傳輸系統(tǒng)，通過增加一定的附加功能和改進技術(shù)使手機等便攜設(shè)備能夠穩(wěn)定的接收廣播電視信號。 為了減低小型手持式設(shè)備的功耗，DVB-H采用了一種叫做“時間切片”（time-slicing）的技術(shù)，把IP封包在切割成很短的時段（timeslots）內(nèi)以數(shù)據(jù)突發(fā)DataBurst方式傳送。接受器的前端電路（frontend）只有在所選定服務(wù)DataBurst的時段才會開啟，在這個極短暫的時段之中，資料被高速地接收下來，并可以儲存在設(shè)備具有的緩沖區(qū)內(nèi)，此緩沖區(qū)可以儲存下載的內(nèi)容，也可以直接播放現(xiàn)場直播的資料文件。

7、 1、DVB-H系統(tǒng)結(jié)構(gòu) DVB-H支持的是手機等小型移動終端設(shè)備，是手機數(shù)字電視傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。DVB-H是建立在DVB數(shù)據(jù)廣播和DVB-T傳輸之上的標(biāo)準(zhǔn)，更注重于協(xié)議的實現(xiàn)。系統(tǒng)前端由DVB-H封裝機和DVB-H調(diào)制器構(gòu)成，DVB-H封裝機負責(zé)將IP數(shù)據(jù)封裝成MPEG-2系統(tǒng)傳輸流，DVB-H調(diào)制器負責(zé)信道編碼和調(diào)制；系統(tǒng)終端由DVB-H解調(diào)器和DVB-H終端構(gòu)成，DVB-H解調(diào)器負責(zé)信道解調(diào)、解碼，DVB-H終端負責(zé)相關(guān)業(yè)務(wù)顯示、處理。 DVB-H傳輸系統(tǒng)還具有以下特殊要求： (1)為延長電池的使用時間，終端周期地關(guān)掉一部分接收電路以節(jié)省功耗；

8、(2)能漫游，漫游時仍能非常順利地接收DVB-H業(yè)務(wù)； (3)傳輸系統(tǒng)能保證在各種移動速率下順利接收DVB-H業(yè)務(wù)； (4)系統(tǒng)具有很強的抗干擾能力； (5)系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)撵`活性，以適應(yīng)不同傳輸帶寬和信道帶寬應(yīng)用。 2、協(xié)議層次劃分 DVB-H標(biāo)準(zhǔn)將實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。 (1)數(shù)據(jù)鏈路層——采用時間分片技術(shù)，用于降低平均功耗，便于進行平穩(wěn)、無縫的業(yè)務(wù)交換；采用MPE（多協(xié)議封裝）前向糾錯技術(shù)，提高移動使用中的C/N門限和多普勒性能，增強抗脈沖干擾能力。 (2)物理層——與DVB-T相比，增加了4k傳輸模式和深度符號交織等

9、內(nèi)容。 其它技術(shù)特點包括：在傳輸參數(shù)信令(TransmissionParameterSignaling，TPS)比特中增加DVB-H信令，用于提高業(yè)務(wù)發(fā)展速度；蜂窩標(biāo)識(在TPS中)用于支持移動接收時快速信號掃描和頻率交換；增加4k模式以適應(yīng)移動接收和單頻蜂窩網(wǎng)，提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、規(guī)劃的靈活性；2k和4k模式進行深度符號交織，進一步提高移動環(huán)境和沖擊噪聲環(huán)境下的魯棒性。 3、關(guān)鍵新技術(shù) (1)功耗：DVB-H要求射頻接收和信道解調(diào)、解碼部分的功耗小于100mW。 (2)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 由于DVB-H終端在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)移動時接收天線小巧且單一，必須優(yōu)化設(shè)計單頻網(wǎng)

10、。為此，DVB-H增加了新的技術(shù)模塊，主要包括： ①時間分片——基于時分復(fù)用的技術(shù)，節(jié)省接收終端功耗和便于網(wǎng)絡(luò)交換； ②MPE-FEC——基于RS糾錯編碼技術(shù)，增加額外的前向糾錯編碼，提高系統(tǒng)的移動和抗脈沖干擾能力； ③4k模式——用于提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的靈活性； ④DVB-HTPS——為DVB-H專用的傳輸參數(shù)信令，用于提高系統(tǒng)同步和業(yè)務(wù)訪問速度。 下面對時間分片、MPE-FEC、4k模式及DVB-HTPS進行詳細的介紹： ①時間分片 時間分片技術(shù)是DVB-H中最為重要的新技術(shù)模塊，采用突發(fā)方式傳送數(shù)據(jù)，每個突發(fā)時間片傳送一個業(yè)

11、務(wù)，在業(yè)務(wù)傳送時間片內(nèi)該業(yè)務(wù)將單獨占有全部數(shù)據(jù)帶寬，并指出下一個相同業(yè)務(wù)時間片產(chǎn)生的時刻，這樣手持終端能夠在指定的時刻接收選定的業(yè)務(wù)，在業(yè)務(wù)空閑時間做節(jié)能處理，從而降低總的平均功耗。這期間前端放射機是一直工作的，在相同業(yè)務(wù)的兩個時間片之間將會傳送其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，DVB-H信號就是由許多這樣的時間片組成的。從接收機的角度而言，接收到的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并非如傳統(tǒng)恒定速率的連續(xù)輸入方式，數(shù)據(jù)以離散的方式間隔到達，稱之為突發(fā)傳送，如果解碼終端要求數(shù)據(jù)速率較低但必須是恒定碼率，接收機可以對接收到的突發(fā)數(shù)據(jù)先進行緩沖，然后生成速率不變的數(shù)據(jù)流。它不但能夠有效降低手持終端的平均功耗，并且還是實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間平穩(wěn)、無縫的

12、業(yè)務(wù)交換基礎(chǔ)。 a、時間分片與功耗 時間分片技術(shù)采用突發(fā)式傳送數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)流業(yè)務(wù)相比具有更高的瞬時速率。為了達到節(jié)省功耗的要求，突發(fā)帶寬一般為固定帶寬的10倍左右。例如一個恒定速率為350kbit/s的業(yè)務(wù)流，它意味著要求一個4Mbit/s左右的突發(fā)帶寬。突發(fā)帶寬在固定帶寬兩倍的情況下功耗就可以節(jié)省50%，因此如果帶寬為10倍，可以節(jié)省90%。 b、時間分片與PSI/SI DVB-H標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定PSI/SI(節(jié)目特定信息ProgramSpecificInformation，PSI/業(yè)務(wù)信息ServiceInformation，SI)信息不進行時間分片處理

13、，它們將被分配一個固定帶寬進行傳送，這主要是因為目前使用的PSI/SI信息并不支持時間分片傳送，如果進行改動將難以和目前數(shù)據(jù)表兼容。PSI信息使用4個表來定義碼流的結(jié)構(gòu)：節(jié)目關(guān)聯(lián)表(ProgramAssociationTable，PAT)、節(jié)目映射表(ProgramMapTable，PMT)、網(wǎng)絡(luò)信息表(NetworkInformationTable，NIT)、條件訪問表(ConditionalAccessTable，CAT)。 手持終端在DVB-H系統(tǒng)中需訪問SI中的NIT(NetworkInformationTable，NIT網(wǎng)絡(luò)信息表)、和中間代碼INT表。NIT表的目的是提供

14、有關(guān)物理網(wǎng)絡(luò)的信息，其內(nèi)容是固定的，當(dāng)手持終端加入到一個新網(wǎng)絡(luò)中時首先要接收該表，確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。當(dāng)在不同的傳輸流之間切換時，手持終端需讀取INT表，除非以后INT表發(fā)生了變更，則終端將不再接收INT表，INT表變更信息在PSI的PMT(ProgramMapTable，PMT節(jié)目映射表)表中進行標(biāo)識。PMT表指出了組成節(jié)目業(yè)務(wù)(Service)的各個碼流的PID號，并對各路碼流進行描述 由于DVB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定PSI信息必須每隔100ms重傳一次，如果突發(fā)脈沖的業(yè)務(wù)傳送時間比100ms時間長，則手持終端能在接收業(yè)務(wù)的同時訪問所有PSI信息；如果業(yè)務(wù)傳送時間小于100ms，手持終端需在業(yè)務(wù)接收

15、完畢后繼續(xù)保持一段工作時間，以確保完成所請求PSI表的接收。 c、時間分片與業(yè)務(wù)交換 采用時間分片技術(shù)使手持終端能在業(yè)務(wù)傳送的空閑周期對相鄰的蜂窩進行監(jiān)視，掃描其他的頻率信號、測試信號的強度，但并不中斷本業(yè)務(wù)的接收。當(dāng)用戶進入新的網(wǎng)絡(luò)時，根據(jù)監(jiān)視結(jié)果在空閑周期切換到具有相同業(yè)務(wù)的不同傳輸流上，以實現(xiàn)較好的無縫隙業(yè)務(wù)交換。如果在前端對業(yè)務(wù)同步精確編排，能夠使相同業(yè)務(wù)及時出現(xiàn)在相鄰峰窩的不同時隙上，而用戶不會察覺這種變化。 d、時間片和條件接收 DVB-H可采用兩種方式實現(xiàn)條件接收，一種是基于IP的條件接收系統(tǒng)（IP-CAS，IP數(shù)據(jù)廣播加密）。所有的CAS

16、（條件接收系統(tǒng)）相關(guān)信息都在IP數(shù)據(jù)中，并可以支持時間分片技術(shù)，確保節(jié)省功耗。但DVB-H標(biāo)準(zhǔn)不須支持CAS和接收機間的雙向傳送，IP-CAS的只須支持廣播環(huán)境。 ???另一種方式是采用DVB通用加擾算法的條件接受系統(tǒng)（DVB-CAS，電視加密系統(tǒng)），此時在DVB-H系統(tǒng)通中傳送CAS信息將面臨一些問題。由于DVB-CAS使用電子干擾ECM(ElectronicCounterMeasure）傳送解擾密鑰，因此ECM不能進行時間分片，另外DVB-CAS還使用管理信息EMM（EMM-EntitlementManagementMessage），用于傳送授權(quán)管理信息，由于EMM的時間間隔是隨

17、機的，終端必須一直工作以確保不會丟失EMM，并且直接使用DVB-CAS將影響網(wǎng)絡(luò)漫游業(yè)務(wù)。 為確保解擾工作的進行，接收機必須完成ECM接收，系統(tǒng)通過ECM重復(fù)率描述符標(biāo)識ECM最小重復(fù)周期。如果手持終端在開始接收業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)前至少完成了一個ECM最小周期接收，則至少能收到一個ECM，從而獲取解擾密鑰。通常解擾密鑰的有效時間為10s，為此接收機必須確保在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)到達前10s完成解擾密鑰接收。 EMM將采用時間片方式傳送。首先將EMM封裝為IP數(shù)據(jù)報形式，封裝后EMM-IP數(shù)據(jù)的時間分片方式與其他的IP數(shù)據(jù)相同，并采用MPE-FEC以減少數(shù)據(jù)丟失。從接收終端的角度來看，載有EMM的

18、IP數(shù)據(jù)是一個附加業(yè)務(wù)，它是必須被接收的，恢復(fù)出的EMM-IP數(shù)據(jù)將被傳送到DVB-CAS特定的模塊對EMM信息處理。 通過上述方式處理后，DVB-CAS不會對用戶漫游造成任何影響。 ?②MPE-FEC DVB-H標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)據(jù)鏈路層為IP數(shù)據(jù)報增加了RS（Reed-Solomon）糾錯編碼，作為MPE的前向糾錯編碼，校驗信息將在指定的FEC段中傳送，我們稱之為MPE-FEC。MPE-FEC的目標(biāo)是提高移動信道中的C/N、多普勒性能以及抗脈沖干擾能力。 實驗證明即使在非常糟糕的接收環(huán)境中，適當(dāng)?shù)氖褂肕PE-FEC仍可以準(zhǔn)確無誤恢復(fù)出IP數(shù)據(jù)。MPE-FEC的

19、數(shù)據(jù)開銷分配非常靈活，在其它傳輸參數(shù)不變的情況下，如果校驗開銷提高到25%，則MPE-FEC能夠使手持終端達到和使用天線分集接收時相同的C/N。實際上，我們可以通過選定一個高配置的傳輸參數(shù)提高傳輸碼率來補償MPE-FEC的開銷，而它將提供比DVB-T（沒有MPE-FEC）好得多的性能，例如在高速、單一天線的情況下，采用MPE-FEC的手持終端能夠在DVB-T環(huán)境下接收8K/16-QAM甚至是8K/64-QAM信號，此外MPE-FEC提供非常好的抗脈沖干擾能力。 ?③4k模式和深度符號交織 DVB-H標(biāo)準(zhǔn)在DVB-T原有的2K（2048）和8K（8192）模式下增加了4K（4

20、096）模式，通過協(xié)調(diào)移動接收性能和單頻網(wǎng)規(guī)模進一步提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的靈活性。同時，為進一步提高移動時2K和4K模式的抗脈沖干性能，DVB-H標(biāo)準(zhǔn)特別引入了深度符號交織（in-depthinterleaving）技術(shù)。 在DVB-T系統(tǒng)中，2K模式比8K模式提供更好的移動接收性能，但是2K模式的符號周期和保護間隔非常短，使得2K模式僅僅適用于小型單頻網(wǎng)。新增加的4K模式符號具有較長的周期和保護間隔，能夠建造中型單頻網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者能夠更好地進行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，提高頻譜效率，雖然這種優(yōu)化不如8K模式的效率高，但是4K模式比8K模式的符號周期短，能夠更頻繁的進行信道估計，提供一個比8K更好的移動性能

21、。總之，4K模式的性能介于2K和8K之間，為覆蓋范圍、頻譜效率和移動接收性能的權(quán)衡提供了一個額外的選項。 DVB-H中3種模式關(guān)于單頻網(wǎng)峰窩規(guī)模和移動接收性能的特點可總結(jié)如下： a、8K模式適用于單個發(fā)射機和大、中、小型單頻網(wǎng)，它的多普勒性能允許進行高速的移動接收。 b、4K模式適用于單個放射機和中、小型單頻網(wǎng)，它的多普勒性能允許進行更高速的移動接收。 c、2K模式適用于單個放射機和小型單頻網(wǎng)，它的多普勒性能允許進行超高速的移動接收。 在脈沖噪聲干擾條件下，由于8K模式的符號周期較長，噪聲功率被平均分配到8192個子載波上，因此比2K和4K具有

22、更好的抗干擾性能。DVB-H標(biāo)準(zhǔn)為克服這一缺點，利用8K符號的交織器對2K和4K進行深度符號交織，使二者能夠具有接近8K模式的抗脈沖干擾性能。 ④DVB-H的傳輸參數(shù)信令TPS DVB-H的TPS能夠為系統(tǒng)提供一個魯棒、易訪問的信令機制，能使接收機更快地發(fā)現(xiàn)DVB-H業(yè)務(wù)。TPS是一個具有良好魯棒性的信號，即使在低C/N的條件下，解調(diào)器仍能快速將其鎖定。DVB-H系統(tǒng)使用兩個新TPS比特標(biāo)識時間片和可選的MPE-FEC是否存在，另外用DVB-T中已存在的一些共享比特表示4K模式、符號交織深度和峰窩標(biāo)識。 DVB-H標(biāo)準(zhǔn)適用于移動通信和多媒體業(yè)務(wù)，為電視廣播做準(zhǔn)備，

23、因此視頻壓縮技術(shù)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)如MPEG-2顯然不能滿足DVB-H的要求，為此針對DVB-H考查了多種視頻壓縮格式，其中最為令人矚目的是H.264。 二、手機電視的信源壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)—H.264 H.264是ITU-T視頻編碼專家組(VCEG)和ISO/IEC活動圖像編碼專家組(MPEG)的聯(lián)合視頻組(JVT)開發(fā)的一個新的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分。在技術(shù)上，H.264標(biāo)準(zhǔn)中有多個亮點，如：統(tǒng)一的VLC符號編碼；高精度、多模式的位移估計；基于44塊的整數(shù)變換；分層的編碼語法等。這些技術(shù)亮點使得它

24、具備更好的壓縮性能，同時也增強了對各種信道的適應(yīng)能力，采用“網(wǎng)絡(luò)友好”的結(jié)構(gòu)和語法，有利于對誤碼和丟包的處理；應(yīng)用范圍較寬，以滿足不同速率、不同解析度及不同傳輸(存儲)場合的需求；這些使得H.264算法具有很高的編碼效率，它的壓縮率比MPEG-2高2～3倍，1Mb/s速率的圖像效果接近MPEG-2中DVD的圖像質(zhì)量，同樣，H.264碼流結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性也很強，這增強了它的差錯恢復(fù)能力，能夠很好地適應(yīng)IP和無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。是目前手機電視中最為理想的信源壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。 1、H.264的技術(shù)特點： (1)H.264就改善圖像質(zhì)量有以下特點 H.264運動補償中的塊大小可變

25、，最小的亮度補償塊可以小到44。 H.264采用了1/4采樣精度的運動補償，大大減少了內(nèi)插處理的復(fù)雜度。 H.264中運動矢量不再限制在已編碼參考圖像的內(nèi)部。 H.264中使用了高級圖像選擇技術(shù)，可以用已編過碼且保留在緩沖區(qū)的圖像進行預(yù)測。 ???H.264消除了參考圖像的順序必須依賴顯示圖像順序的這種相關(guān)性。 H.264消除了參考圖像與圖像表示方式的限制，使B幀圖像在很多情況下也能作為參考幀預(yù)測圖像。 H.264采用了加權(quán)預(yù)測，允許一定的加權(quán)補償預(yù)測和偏移，在淡入淡出中可大大的提高編碼效率。 H.264改變了在以前的標(biāo)準(zhǔn)中

26、，預(yù)測編碼圖像的“跳過”區(qū)不能有運動的限制。對“跳過”區(qū)的運動采用推測方法。對雙預(yù)測的B幀圖像，采用高級運動預(yù)測方法，稱為“直接”運動補償，進一步改善編碼效率。 H.264采用幀內(nèi)編碼的直接空間預(yù)測，將編碼圖像邊沿進行外推應(yīng)用到當(dāng)前幀內(nèi)編碼圖像的預(yù)測。 H.264采用了循環(huán)去塊效應(yīng)濾波器，此消除基于塊的視頻編碼在圖像中存在塊效應(yīng)，改善視頻的主觀和客觀質(zhì)量。 (2)H.264就善預(yù)測方法來改善編碼效率有以下特點： ①以前的標(biāo)準(zhǔn)變換的塊都是88，H.264主要使用44塊變換，使編碼器表示信號局部適應(yīng)性更好，更適合預(yù)測編碼，減少“鈴”效應(yīng)。另外圖像邊界需要小塊

27、變換。 ②H.264通常使用小塊變換，但有些信號包含足夠的相關(guān)性，要求以大塊表示，這就是分級塊變換。H.264有兩種方式實現(xiàn)。低頻色度信號可用88，；對幀內(nèi)編碼，可使用特別的編碼類型，低頻亮度信號可用1616塊。 ③所有以前標(biāo)準(zhǔn)使用的變換要求32位運算，H.264C只使用16位運算的短字長變換。 ④以前標(biāo)準(zhǔn)反變換和變換之間存在一定容限的誤差，每個解碼器輸出視頻信號都不相同，產(chǎn)生小的漂移，最終影響圖像的質(zhì)量，H.264實現(xiàn)了完全匹配。 ⑤H.264使用兩種熵編碼方法，CAVLC（上下文自適應(yīng)的可變長編碼）和CABAC（上下文自適應(yīng)二進制算術(shù)編碼），兩種都是

28、基于上下文的熵編碼技術(shù)。 (3)H.264具有強大的糾錯功能和各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境操作靈活性，主要特性如下： ①H.264的參數(shù)集結(jié)構(gòu)設(shè)計了強大、有效的傳輸頭部信息具有較強的抗誤碼特性，采用了很靈活、特殊的方式，分開處理關(guān)鍵信息，可以在各種環(huán)境下可靠傳送。 ②H.264中的每一個語法結(jié)構(gòu)放置在稱為NAL網(wǎng)絡(luò)抽象層的單元中，改變了以前標(biāo)準(zhǔn)中都要采用強制性特定位流接口的情況，能適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)中的視頻傳輸，有較好的網(wǎng)絡(luò)親和性。 ③在H.264可采用非常靈活的像條大小。 ④H.264可以將圖像劃分為像條組，每個像條可以獨立解碼。靈活宏塊排序（FMO）通過管理圖像

29、區(qū)之間的關(guān)系，具有很強的抗數(shù)據(jù)丟失能力。 ⑤H.264支持任意的像條排序，每個像條幾乎可以獨立解碼，所以像條可以按任意順序發(fā)送和接收。在實時應(yīng)用中，可以改善端到端的延時特性。 ⑥為提高抗數(shù)據(jù)丟失的能力，H.264允許編碼器發(fā)送圖像區(qū)的冗余表示，當(dāng)圖像區(qū)的主表示丟失時仍可以正確解碼。 ⑦H.264可以根據(jù)每個像條語法元素的范疇，將像條語法劃分為3部分，分開傳送。 下面就H.264的幾個重要特性進行詳細介紹： 1、幀內(nèi)預(yù)測 對I幀的編碼是利用空間相關(guān)性而非時間相關(guān)性而實現(xiàn)的。以前的標(biāo)準(zhǔn)只利用了一個宏塊內(nèi)部的相關(guān)性，而忽視了宏塊之間的相關(guān)性

30、，所以編碼后的數(shù)據(jù)量較大。為了進一步利用空間相關(guān)性，H.264引入了幀內(nèi)預(yù)測以提高壓縮效率。簡單地說，幀內(nèi)預(yù)測編碼就是用周圍鄰近的象素值來預(yù)測當(dāng)前的象素值，然后對預(yù)測誤差進行編碼。這種預(yù)測是基于塊的，對于亮度分量，塊的大小可以在1616和44之間選擇，1616塊有4種預(yù)測模式1616、168、816和88，44塊有9種預(yù)測模式；對于色度分量，預(yù)測是對整個88塊進行的，有4種預(yù)測模式。除了DC預(yù)測外，其他每種預(yù)測模式對應(yīng)不同方向上的預(yù)測。 2、幀間預(yù)測 (1)預(yù)測時所用塊的大小可變 假設(shè)基于塊的運動模型塊內(nèi)所有象素都做了相同的平移，在運動比較劇烈時或者在運動物體的邊

31、緣處，這一假設(shè)會與實際出入較大，導(dǎo)致較大的預(yù)測誤差，這時減小塊的大小可以使假設(shè)在小的塊中依然成立。同時，小的塊所造成的塊效應(yīng)相對也小，從而提高預(yù)測的效果。 H.264一共采用了7種方式對一個宏塊進行分割，每種方式下塊的大小和形狀都不相同，這就使編碼器可以根據(jù)圖像的內(nèi)容選擇最好的預(yù)測模式以提高預(yù)測效果。與僅使用1616塊進行預(yù)測相比，使用不同大小和形狀的塊可以使碼率降低15％以上。 (2)更精細的預(yù)測精度 在H.264中，亮度分量的運動矢量使用1/4象素精度。色度分量的運動矢量由亮度運動矢量導(dǎo)出，由于色度分量的分辨率是亮度分量的一半(對4∶2∶0)，所以其運動矢量精

32、度將為1/8。既一個單位的色度分量的運動矢量所代表的位移僅為色度分量取樣點間距離的1/8。如此精細的預(yù)測精度，比整數(shù)精度可使碼率降低20％以上。 (3)多參考幀 H.264支持多參考幀預(yù)測，即可以有多于一個(最多5個)在當(dāng)前幀之前的解碼幀作為參考幀，產(chǎn)生對當(dāng)前幀的預(yù)測。這適用于視頻序列中含有周期性運動的情況。這種技術(shù)，可以改善運動估計的性能，提高H.264解碼器的錯誤恢復(fù)能力；但它也增加了緩存的容量，加大了編解碼器的復(fù)雜性。與只使用一個參考幀相比，使用5個參考幀可以使碼率降低5～10％。 (4)去塊效應(yīng)濾波器 它的作用是消除經(jīng)反量化和反變換后重建圖像中由

33、于預(yù)測誤差產(chǎn)生的塊效應(yīng)，即消除塊邊緣處的象素值跳變，從而改善圖像的主觀質(zhì)量，并減小預(yù)測誤差。H.264中的去塊效應(yīng)濾波器還可以根據(jù)圖像內(nèi)容做出判斷，只對由于塊效應(yīng)產(chǎn)生的象素值跳變進行平滑，而對圖像中物體邊緣處的象素值不連續(xù)給予保留，以免造成邊緣模糊。與以往的去塊效應(yīng)濾波器同的是，經(jīng)過濾波后的圖像將根據(jù)需要放在緩存中用于幀間預(yù)測，而不是僅僅在輸出重建圖像時用來改善主觀質(zhì)量。對于幀內(nèi)預(yù)測，使用的是未經(jīng)過濾波的重建圖像。 3、整數(shù)變換 H.264對幀內(nèi)或幀間預(yù)測的殘差進行DCT編碼。為了避免舍入誤差造成的編碼器和解碼器之間不匹配的問題，H.264對DCT的定義做了修改，使得變換僅

34、用整數(shù)加減法和移位操作即可實現(xiàn)，這樣在不考慮量化影響的情況下，解碼端的輸出可以準(zhǔn)確地恢復(fù)編碼端的輸入。當(dāng)然，這樣做的代價是壓縮性能略微下降。此外，該變換是針對44塊進行的，這也有助于減小塊效應(yīng)。 為了進一步利用圖像的空間相關(guān)性，在對色度分量的預(yù)測殘差和1616幀內(nèi)預(yù)測的預(yù)測殘差進行上述整數(shù)DCT之后，H.264標(biāo)準(zhǔn)還將每個44變換系數(shù)塊中的DC系數(shù)組成22或44大小的塊，進一步做哈達瑪(Hadamard)變換。 4、熵編碼 對于Slice層以上的數(shù)據(jù)，H.264采用Exp-Golomb碼，這是一種沒有自適應(yīng)能力的VLC。而對于Slice層(含)以下的數(shù)據(jù)，如果是殘

35、差，H.264有兩種熵編碼方式：基于上下文的自適應(yīng)變長碼(CAVLC)和基于上下文的自適應(yīng)二進制算術(shù)編碼(CABAC)；如果不是殘差，H.264采用Exp-Golomb碼或CABAC編碼，視編碼器的設(shè)置而定。 (1)CAVLC VLC的基本思想就是對出現(xiàn)頻率高的符號使用較短的碼字，而對出現(xiàn)頻率低的符號采用較長的碼字。這樣可以使得平均碼長最小。 在CAVLC中，H.264采用若干VLC碼表，不同的碼表對應(yīng)不同的概率模型。編碼器能夠根據(jù)上下文，如周圍塊的非零系數(shù)或系數(shù)的絕對值大小，在這些碼表中自動地選擇，盡可能地與當(dāng)前數(shù)據(jù)的概率模型匹配，從而實現(xiàn)上下文自適應(yīng)的功能。

36、 (2)CABAC 算術(shù)編碼是一種高效的熵編碼方案，其每個符號所對應(yīng)的碼長被認(rèn)為是分?jǐn)?shù)。由于對每一個符號的編碼都與以前編碼的結(jié)果有關(guān)，所以它考慮的是信源符號序列整體的概率特性，而不是單個符號的概率特性，從而能夠更大程度地逼近信源的極限熵，降低碼率。 H.264中的CABAC實現(xiàn)了繞開算術(shù)編碼中無限精度小數(shù)的表示問題和對信源符號概率進行估計的問題。在CABAC中，每編碼一個二進制符號，編碼器就會自動調(diào)整對信源概率模型(用一個“狀態(tài)”來表示)的估計，隨后的二進制符號就在這個新的概率模型基礎(chǔ)上進行編碼。這樣的編碼器不需要信源統(tǒng)計特性的先驗知識，而是在編碼過程中自適應(yīng)地估計

37、。這使得CABAC有更大的靈活性，可以獲得更好的編碼性能—碼率降低大約10%。 5、SPSlice SPSlice的主要目的是用于不同碼流的切換，也可用于碼流的隨機訪問、快進/快退和錯誤恢復(fù)。這里指的不同碼流，是指在不同比特率限制下對同一信源進行編碼所產(chǎn)生的碼流。設(shè)切換前傳輸碼流中最后一幀為Al，切換后的目標(biāo)碼流第一幀為B2(假設(shè)是P幀)，由于B2的參考幀不存在，直接切換顯然會導(dǎo)致嚴(yán)重失真，而且這種失真會向后傳遞。簡單的解決方法就是傳輸幀內(nèi)編碼的B2，但是一般I幀的數(shù)據(jù)量很大，這種方法會造成傳輸碼率陡然增大。根據(jù)前面的假設(shè)，由于是對同一信源進行編碼，盡管比特率不同，但切換前

38、后的兩幀必然有相當(dāng)大的相關(guān)性，所以編碼器可以將Al作為B2的參考幀，對B2進行幀間預(yù)測，預(yù)測誤差就是SPSlice，然后通過傳遞SPSlice完成碼流的切換。與常規(guī)P幀不同的是，生成SPSlice所進行的預(yù)測是在Al和B2的變換域中進行的。SPSlice要求切換后B2的圖像和直接傳送目標(biāo)碼流時一樣。當(dāng)然，如果切換的目標(biāo)是毫不相關(guān)的另一碼流，SPSlice就不適用了。 6、靈活的宏塊排序 靈活的宏塊排序(FMO)，是指將一幅圖像中的宏塊分成幾個組，分別獨立編碼，某一個組中的宏塊不一定是在常規(guī)掃描順序下前后連續(xù)，而可能是隨機地分散在圖像中各個不同的位置。這樣，在傳輸時，如果發(fā)生

39、錯誤，某個組中的某些宏塊不能正確解碼時，解碼器仍然可以根據(jù)圖像的空間相關(guān)性，依靠其周圍正確譯碼的象素，對其進行恢復(fù)。 H.264的這些特點使得它的應(yīng)用場合相當(dāng)廣泛，包括可視電話(固定或移動)、實時視頻會議系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)及因特網(wǎng)視頻傳輸、多媒體信息存儲等。 三、小結(jié) 最終，DVB-H標(biāo)準(zhǔn)主要解決了基于DVB數(shù)據(jù)廣播和地面電視標(biāo)準(zhǔn)融合后的兩個問題：它采用的基于時分復(fù)用的策略，實現(xiàn)了節(jié)省功耗和業(yè)務(wù)的無縫交互；使用MPE-FEC技術(shù)，可提供魯棒性更強的信號，使得在室內(nèi)低速率移動和室外高速率移動的手持終端（特別是手機）能進行正常的業(yè)務(wù)訪問。 H.264以其高效的編碼性能可以適用于多種網(wǎng)絡(luò)，同時也可滿足多種應(yīng)用的需求?？梢詰?yīng)用在基于電纜、衛(wèi)星、調(diào)制解調(diào)器、DST等信道的多種領(lǐng)域；也可應(yīng)用于視頻數(shù)據(jù)在光學(xué)或磁性設(shè)備上的存儲和基于ISDN、以太網(wǎng)、DSL無線及移動網(wǎng)絡(luò)的公話服務(wù)、視頻流服務(wù)、彩信服務(wù)等方面。 14