数字电视信源编码技术及应用
信源编码与信道编码
信源编码与信道编码⼀．信源编码和信道编码的发展历程信源编码：最原始的信院编码就是莫尔斯电码，另外还有ASCII码和电报码都是信源编码。
但现代通信应⽤中常见的信源编码⽅式有：Huffman编码、算术编码、L-Z编码，这三种都是⽆损编码，另外还有⼀些有损的编码⽅式。
信源编码的⽬标就是使信源减少冗余，更加有效、经济地传输，最常见的应⽤形式就是压缩。
相对地，信道编码是为了对抗信道中的噪⾳和衰减，通过增加冗余，如校验码等，来提⾼抗⼲扰能⼒以及纠错能⼒。
信道编码：1948年Shannon极限理论→1950年Hamming码→1955年Elias卷积码→1960年 BCH码、RS码、PGZ译码算法→1962年Gallager LDPC（Low Density Parity Check，低密度奇偶校验）码→1965年Ｂ－M译码算法→1967年RRNS码、Viterbi算法→1972年Chase⽒译码算法→1974年Bahl MAP算法→1977年IMaiBCM分组编码调制→1978年Wolf 格状分组码→1986年Padovani恒包络相位／频率编码调制→1987年Ungerboeck TCM格状编码调制、SiMonMTCM多重格状编码调制、WeiL.F.多维星座TCM→1989年Hagenauer SOVA算法→1990年Koch Max－Lg－MAP算法→1993年Berrou Turbo码→1994年Pyndiah 乘积码准最佳译码→1995年 Robertson Log－MAP算法→1996年 Hagenauer TurboBCH码→1996MACKaｙ－Neal重新发掘出LDPC码→1997年 Nick Turbo Hamming码→1998年Tarokh 空－时卷格状码、AlaMouti空－时分组码→1999年删除型Turbo码虽然经过这些创新努⼒，已很接近Shannon极限，例如1997年Nickle的TurboHamming码对⾼斯信道传输时已与Shannon极限仅有0.27dB相差，但⼈们依然不会满意，因为时延、装备复杂性与可⾏性都是实际应⽤的严峻要求，⽽如果不考虑时延因素及复杂性本来就没有意义，因为50多年前的Shannon理论本⾝就已预⽰以接近⽆限的时延总容易找到⼀些⽅法逼近Shannon 极限。
信源编码标准
信源编码标准一、引言信源编码是通信和信息处理领域中的一项关键技术，主要用于压缩数据，降低信号的冗余度，提高数据的传输效率和存储效率。
信源编码标准的发展随着通信和信息技术的发展不断演进，逐渐成为数字化时代的基础标准。
本篇文章将对信源编码标准的发展历程、主要标准以及未来的发展趋势进行概述。
二、信源编码标准的演进1.早期信源编码标准早期的信源编码标准主要基于统计特性进行数据压缩，最具代表性的标准是Huffman编码和算术编码。
这些标准虽然能够提供一定的压缩效果，但压缩率有限，且压缩和解压缩过程较为复杂。
2.JPEG标准随着图像处理和传输的需求增加，国际标准化组织制定了JPEG标准，即静态图像压缩标准。
JPEG通过离散余弦变换（DCT）和量化技术实现了较高质量的图像压缩，广泛应用于数码相机、打印机等设备。
3.MPEG标准为了满足视频压缩的需求，国际标准化组织制定了MPEG标准，即动态图像压缩标准。
MPEG系列标准包括MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等，这些标准通过帧间预测、变换编码和运动补偿等技术提高了视频数据的压缩率，广泛应用于数字电视、DVD、网络流媒体等领域。
4.H.26X标准H.26X系列标准是由国际电信联盟（ITU）制定的视频通信编码标准，包括H.261、H.263、H.264等。
这些标准在视频压缩技术上具有里程碑意义，通过混合编码框架、运动估计和补偿、变换编码等技术实现了较高的压缩效率和视频质量。
5.感知编码标准近年来，感知编码技术得到了快速发展，如感知哈夫曼编码和基于神经网络的编码技术。
这些技术基于人类视觉系统和听觉系统的感知特性进行数据压缩，具有更高的压缩效率和更好的视觉体验。
三、主要的信源编码标准目前主要的信源编码标准包括JPEG、MPEG、H.26X、感知哈夫曼编码等。
这些标准在不同的应用场景中具有广泛的应用价值，如JPEG在图像处理和传输领域广泛应用；MPEG在数字视频领域占据主导地位；H.26X系列标准在视频通信领域得到广泛应用；感知哈夫曼编码等新感知编码技术则引领着新一代数据压缩技术的发展方向。
数字电视设备原理及应用 第一讲 数字电视综述
信息服务， 如数据广播 、 文字 广播等 ， 数字电视容易实 现加密 、 扰 ， 于开展 各类 收 费业 务 。 加 便
１２ ０ ７
维普资讯
《 中国有线电视） ０６年第 １ 期 ）０ ２ ７
要 的技术 条件 ， 是值 得提 倡 的 ， 但在 商业 宣传 上却误 导 了许 多 不 明真 相 的消费 者 。
中 图分 类 号 ：Ｎ ４ ．９ Ｔ ９ ９ １７
文献 标识 码 ： Ｅ
数 字 电视 设 备 原 理及 应 用
第 一 讲 数 字 电视 综 述
口丁 炜 （ 东 能 通 技 限 司， 东济 ５ ０） 山 鲁 慧 科 有 公 山 南２ １ ００
电视 技术 经历 了从黑 白电视到 彩色 电视 的发展 过
但它仍然是模拟电视 ， 在图像信号的制作处理 、 控制调
节、 记录 重放 、 制 解 调 、 输 转 播 、 收 显 示 等过 程 调 传 接 中， 图像 信号 和伴 音信 号 都 是 在 时 间轴 和振 幅轴 上 连 续 变化 的模拟 信号 ， 拟 电 视最 明显 的 缺 点是 在 传 输 模 的过 程 中 图像 质量 的损 伤是 累加 的 ， 信 号 的非 线 性 即 积 累使 图像对 比度 产 生越 来 越 大 的畸 变 ， 长距 离 传 输 后 图像 的信 噪 比下 降 ， 图像清 晰度 越来越 低 ， 相位失 真 的累积 使 图像 产生 彩色 失真 、 镶边 和重影 ， 外模拟 电 另 视容 易 产生 亮 色 信 号 互 串 、 蠕 动 、 帧频 闪烁 等 现 行 半 象， 还有 稳定性 差 、 可靠性 低 、 调整 不便 、 集成 与 自动 控 制 困难 等缺点 。 数 字 电视 是将 传 统 的模 拟 电视 信 号经 过 抽样 、 量 化 和编 码转换 成用 二 进 制数 代 表 的数 字 式 信 号 ， 整 在 个数 字 电视 系统 中数 字 电视 从 节 目采集 、 编辑 制 作 到
地面数字电视信源编码测试平台的搭建
有线电视技术当前，全国有多个省份搭建了地面数字电视的发射运营平台，部分地区已经发展了数十万甚至更多的用户，大大增加了当地广播电视覆盖范围，提高了广播电视宣传效果。
为了在广播电视新技术的使用领域上抓住先机，我台组织开展了由多家信源设备厂商参加的地面数字电视信源编码设备测试试验，试验搭建地面数字电视传输发射平台，为下一步推动安徽地面数字电视的运营迈出坚实的第一步。
此次试验共邀请了9家信源编码设备厂商，其中联合信源、上海国茂、T elairity 三家参与试验的厂商提供AVS 编码设备；北京算通、PBI 、数码视讯、环路网提供M PEG-2编码设备；另外Tandberg 、哈雷、数码视讯三家提供采用M PEG-2编码统计复用技术的编码器。
试验系统组成框图如图1所示。
如图1所示，本次试验采用的信号源分为单节目SDI 测试流及6节目ASI 码流，单节目SDI 测试流经分配器后直接送往各编码器；6节目ASI 码流经分配器后送一路给复用器，复用器输出提供给AVS 编码器和M PEG-2编码器，另一路送往采用M PEG-2编码统计复用技术的编码器。
编码器输出码流送经复用器复用后传送至光端机，光端机输出送往复用器，转换成DS3数据流后经微波传输通道送往大蜀山发射，通过开路接收信号送往机顶盒输出给6个42英寸监视器，监看图像质量。
本次试验重点考察选择信源编码器设备类型，搭建信号传输发射通道，为将来合肥地区以及全省开展地面数字电视业务推广建立平台。
试验中三种编码类型具备不同的优缺点，现分别比较说明。
AVS 视频与M PEG 标准都采用混合编码框架（见图2），包括变换、量化、熵编码、帧内预测、帧间预测、视频编码标准M PEG-2视频AVS 视频帧内预测只在频域内进行DC 系数差分预测基于8×8块，5种亮度预测模式，4种色度预测模式多参考帧预测只有1帧最多2帧B 帧宏块直接编码模式无时域空域相结合，当时域内后向参考帧中用于导出运动矢量的块为帧内编码时，使用空域相邻块的运动矢量进行预测B 帧宏块双向预测模式编码前后两个运动矢量称为对称预测模式，只编码一个前向运动矢量，后向运动矢量由前向导出1/4像素运动补偿仅在半像素位置进行双线性插值1/2像素位置采用4拍滤波，1/4像素位置采用4拍滤波、线性插值变换与量化8×8浮点DCT 变换，除法量化8×8整数变换，编码端进行变换归一化，量化与变换归一化相结合，通过乘法、移位实现熵编码单一VLC 表，适应性差上下文自适应2D-VLC ，熵码块系数过程中进行多码表切换环路滤波无基于8×8块边缘进行，简单的滤波强度分类，滤波较少的像素，计算复杂度低容错编码简单的条带划分简单的条带划分机制足以满足广播应用中的错误隐藏、恢复需求表1AVS 与MP EG-2使用的技术对比和性能差异估计汪家兵徐玉辉安徽广播电视台微波总站技术交流有线电视技术环路滤波等技术模块，这是当前主流的技术路线。
CATV知识之七：广播电视数字化基础知识
CATV知识之七：广播电视数字化基础知识浙江传媒学院陈柏年1、试述模拟信号转换成数字信号的处理环节名称及其具体作用。
2、什么是信源编码？什么是信道编码？分别说明它们的主要任务。
（1）信源编码：解决模拟信号的数字化、降低冗余度和提高数字信号的有效性所进行的编码。
主要任务：①A/D变换；②压缩编码。
（2）信道编码：提高数字传输可靠性、降低误码率、按一定规则加入冗余码元所进行的编码。
主要任务：①码型变换；②差错控制。
3、电视信号的编码方式有哪些？（1）复合编码方式：将彩色电视信号作为一个整体进行取样、量化和编码，得到一个数字复合电视信号。
（2）分量编码方式：对图像的亮度信号和两个色差信号分别进行取样、量化和编码，从而得到三个数字分量电视信号。
4、分量编码取样频率应考虑哪些因素？（1）满足取样定理：取样频率≥2.2fm＝13.2MHz。
（2）实现固定正交取样结构： f s=n×f H（行频的整数倍）。
（3）兼容两种扫描系统：f s=m×2.25MHz（ 2.25MHz的整数倍）。
（4）节省码率：f s尽量靠近2fm。
5、分量编码四种方式有什么不同？（1）4:2:2编码方式：亮度信号的取样频率为13.5MHz，两个色差信号的取样频率均为6.75MHz。
显然，这种方式下色差信号的水平分解力是亮度信号的一半。
4:2:2编码方式广泛应用于演播室节目制作和传输中。
（2）4:4:4编码方式：亮度信号和两个色差信号（或R、G、B信号）的取样频率均为13.5MHz，且取样结构完全相同。
这种方式下，三个信号具有相同的水平和垂直分解力。
这种方式一般用在对R、G、B信号进行数字化的场合。
（3）4:1:1编码方式：亮度信号和两个色差信号的取样频率分别为13.5MHz、3.375MHz、3.375MHz，因此两个色差信号在垂直方向上的分解力与亮度信号相同，但在水平方向上的分解力是亮度信号的1/4。
（4）4:2:0编码方式：亮度信号与色差信号的取样频率与4：2：2方式相同，但两个色差信号每两行取一行，因此在水平和垂直方向上的分解力均为亮度信号的一半。
多媒体通信中信源编码技术研究
多媒体通信中信源编码技术研究随着移动设备的普及以及网络技术的飞速发展，多媒体通信已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。
而在多媒体通信技术中，信源编码技术的重要性不言而喻，它可以有效地提高多媒体数据的传输速度和质量，保证了用户的使用体验。
现在，很多专家和学者都在对信源编码技术进行深入的研究与探讨，以期能够研发出更优秀的编码算法和技术。
一、信源编码技术的基本原理信源编码技术是在保证多媒体数据传输质量的前提下，对数据进行压缩编码，以降低数据流量和传输速度。
在信源编码过程中，需要采用一种适当的数学模型来描述信源，然后再应用相应的编码算法对其进行压缩和编码。
对于多媒体通信来说，常用的信源编码技术包括了哈夫曼编码、算术编码、渐进式编码等，这些编码技术应用广泛，且常常在不同领域都会扮演着重要角色。
二、信源编码技术的应用1、手机通讯领域在手机通讯领域，信源编码技术是不可或缺的一项技术，它可以对语音、文本、图像及视频等多媒体数据进行压缩编码，以实现传输速度的提高和质量的保证。
例如，在移动通讯领域中，采用了自适应多速率编码（AMR）技术，用于对语音进行压缩编码并实现动态码率控制，以达到更加高效的传输效果。
2、数字电视领域在数字电视领域中，信源编码技术也是必不可少的一项技术，它可以在提高音频和视频传输质量的同时，实现数据的压缩和传输速度的提高。
例如，在高清数字电视领域中，采用了H.264（MPEG-4 AVC）编码算法，可以对视频进行高效压缩编码，以实现高清视频的传输和播放。
三、信源编码技术的未来发展目前，随着信息技术的不断发展，信源编码技术也在不断更新和发展，以满足新时代的需求。
未来，信源编码技术的发展方向主要包括以下几个方面：1、跨媒体压缩编码随着多媒体技术的不断发展，越来越多的新型媒体形式出现，传统的信源编码技术已经无法满足跨媒体的编码压缩需求，未来需要研究开发出更加高效的跨媒体压缩编码技术。
2、深度学习与信源编码技术的结合在当前人工智能技术蓬勃发展的时候，深度学习对于信源编码算法的优化和改进具有巨大的潜力。
数字编码与解码技术在通信中的应用
将数字信号还原成原始信息的过 程。
数字编码与解码技术的发展历程
模拟信号到数字信号的转 换
随着电子技术和计算机技术的不断发展，人 们开始将模拟信号转换为数字信号进行传输 和处理。
数字通信技术的普及
随着互联网和移动通信的普及，数字编码与解码技 术在通信领域的应用越来越广泛。
高清视频和音频编码标准
随着高清视频和音频技术的不断发展，数字 编码与解码技术也在不断演进，出现了许多 新的编码标准和技术。
兼容性问题
由于数字编码与解码技术的多样化，不同方案之间的兼容性也是一个 需要解决的问题。
数字编码与解码技术的未来发展方向
安全性强化
未来数字编码与解码技术将更加注重安全性问题，通过采用更加 先进的加密算法和技术手段来提高信息传输的安全性。
实时性优化
针对实时性要求高的应用场景，未来数字编码与解码技术将更加注 重优化算法和实现方式，以提高实时性。
信道编码
信道编码：通过在信息中添加冗余信息，增强信息的抗干扰 能力，提高信息的传输可靠性。
信道编码的在通信过程中，信道编码通过在传输的信息中添 加冗余信息，以增强信息的抗干扰能力。这种编码方式有助 于降低信息传输过程中因噪声干扰而产生的误码率，提高信 息的传输可靠性。
加密编码
加密编码：通过特定的算法将明文信息转换为密文信息，保护信息的机密性和完整性。
数字编码与解码技术的分类
信源编码与解码
加密与解密
信源编码主要针对模拟信号进行数字 化转换，以便于传输和存储；信源解 码则是将数字化信号还原成原始的模 拟信号。
加密用于保护信息不被窃取或篡改； 解密则是将加密的信息还原成原始信 息。
信道编码与解码
信道编码主要用于提高通信系统的抗 干扰能力和可靠性；信道解码则是将 经过信道编码的信号还原成原始信号 。
信源编码与信道编码课件
常见的熵编码算法包括哈夫曼编码和算术编码等。
算术编码原理
算术编码是一种基于概率的压缩方法，它将输入数据映射到一个实数范 围内，通过降低该实数范围来达到压缩数据的目的。
信道编码
广泛应用于通信和数据传输领域，如移动通信、卫星通信、光纤通信等。
性能指标的对比
信源编码
压缩比、解码时间、重建数据的失真程度等是其主要性能指标。
信道编码
误码率、抗干扰能力、频谱效率等是其主要性能指标。
06
信源与信道编码的未来发展
信编码的未来发展
视频编码
随着超高清视频和虚拟现实技术的普及，信源编码将更加注重视 频压缩效率，以适应更高的分辨率和帧率。
目的
提高信息传输效率和存储 空间利用率。
方法
通过去除冗余信息、减少 表示信息的比特数等方式 实现。
信源编码的分类
无损压缩
能够完全恢复原始数据的压缩方 法。
有损压缩
无法完全恢复原始数据的压缩方 法，一般用于图像、音频和视频 等多媒体数据的压缩。
信源编码的应用场景
文件压缩
用于减小文件大小，便 于存储和传输。
视频会议
对视频和音频信号进行 压缩，以减小传输带宽
和存储空间。
数字电视
对图像和声音信号进行 压缩，以减小传输带宽
和存储空间。
无线通信
对语音和数据信号进行 压缩，以减小传输带宽
和存储空间。
02
信源编码原理
熵编码原理
熵编码是一种无损数据压缩方法，它利用了数据中存在的冗余和概率分布特性，通 过编码技术去除冗余，达到压缩数据的目的。
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《中国有线电视》2010(02)
C H I N A
D I G I T A L C A B L ET V·数字电视·中图分类号:T N949.197 文献标识码:B 文章编号:1007-7022(2010)02-0133-03
数字电视信源编解码技术及应用
宋 平(长治市广播电视总台,山西长治06000)
摘 要:通过对数字电视的编码和编码器结构的概述,介绍了M P E G-2视频编码系统的技术原理和关键技术,阐述了数字电视信源编解码技术、信号复用系统及调制解调的关键技术和它们在实际工作中的应用。
关键词:模数转换;信源编解码;信道编解码
D T VS o u r c e C o d i n g-d e c o d i n g T e c h n o l o g y a n dI t s A p p l i c a t i o n
◆S O N GP i n g
(C h a n g z h i B r o a d c a s t T e l e v i s i o n S t a t i o n,S h a n x i C h a n g z h i046000,C h i n a)
A b s t r a c t:T h r o u g h t h e s u m m a r i z i n g o f t h e d i g i t a l t e l e v i s i o nc o d i n g a n dt h e u n d e r s t a n d i n g o f t h e c o d e r s t r u c-
t u r e,t h i s p a p e r p r e s e n t s t h e t e c h n i c a l p r i n c i p l e a n d t h e k e y t e c h n o l o g y o f t h e M P E G-2v i d e o c o d i n g s y s t e m
a n d s t a t e s t h e k e y t e c h n o l o g y a n d t h e p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n o f t h e d i g i t a l t e l e v i s i o n s o u r c e c o d i n g-d e c o d i n g t e c h-
n o l o g y,t h e s i g n a l m u l t i p l e x s y s t e ma n d t h e m o d u l a t i o n.
K e y w o r d s:a n a l o g-t o-d i g i t a l c o n v e r t e r;s o u r c e c o d i n g a n d d e c o d i n g;i n f o r m a t i o n c h a n n e l c o d i n g a n d d e c o d i n g
数字视频技术广泛应用于通信、计算机、广播电视等领域,带来了会议电视、可视电话及数字电视、媒体存储等一系列应用。
数字信号有很多优点,但当模拟信号数字化后其频带大大加宽,一路6M H z的普通电视信号数字化后,其数码率将高达167M b p s,对储存器容量要求很大,占有的带宽将达80M H z左右,这样将使数字信号失去实用价值。
数字压缩技术很好地解决了上述困难,压缩后信号所占用的频带大大低于原模拟信号的频带,因此说数字压缩编码技术是使数字信号走向实用化的关键技术。
下面就长治微波站在数字微波传输系统改造后,探讨E N2200-M型编码器及数字电视信源编解码技术和应用。
1 数字电视的编码概述
模拟信号通过取样、量化后编码为二进制数字信号的过程称为A/D变换,所得到的信号也称P C M信号,P C M编码既可以对彩色全电视信号直接进行,也可以对亮度信号和两个色差信号分别进行,前者称为全电视信号编码,后者称为分量编码,这是最基本的编码形式。
数字压缩编码技术可分为无损压缩和有损压缩两大类,无损压缩即压缩后可恢复原来的信号,有损压缩在解压后无法恢复原样,有一定的失真,但失真在某一限度以下时人是感觉不到的。
目前采用的压缩编码方法有以下几种:(1)统计编码,如霍夫曼编码和游程编码等;(2)预测编码,如差值编码、帧内预测、帧间。