电视自20世纪问世后，为人们的生活、娱乐、工作带来了新的方式，从早期黑白电视到数字电视诞生，都引起人们的极大关注。电视是重要的消费电子产品，亦成为人们改变生活方式的工具。21世纪数字化信息时代，数字电视成为人们关注的焦点，HDTV代替传统模拟电视走入家庭。
一、数字电视原理标准
目前流行的彩色电视制式分为NTSC制，PAL制和SECAM制。NTSC彩色电视制式为正交平衡调幅制，PAL为德国制定的彩色电视广播标准，SECAM为顺序传送彩色与存储制。我国使用PAL彩色电视制式，规定图像总行数为625，扫描频率为15625Hz,发送电视信号时，每行传送图像时间52us，每场扫描行数为321.5行，每帧有575行有图像。早期电视技术沿着模拟信号处理技术方向发展，数字电视系统用彩色分量表示图像数据，20世纪80年代，国际无线电咨询委会制定彩电图像数字化标准，规定彩电图像转换为数字图像使用采样频率。数字电视包括普及型，标清与高清电视。数字电视包含发送到接收的过程，电视台送出图像经数字压缩调制形成数字电视信号，数字电视接收机接收数字视音频解码处理还原图像，在电视台播出节目采用数字技术处理，与模拟电视传输方式不同，电视节目从摄制传输全过程采用数字化技术处理，接收电视节目质量高。1987年国际电工委会组建专家小组，制定数字视频压缩标准。音频CD发展证明模拟信号能被数字化产生高质量音响。宽带需求减少可为更多节目与互动应用提供空间。工业界采用新的方法广播，MPEG系列标准满足了数字广播标准化需求。MPEG详细说明了视频编码，标准定义了语法，压缩比特流到原始视频内容过程，MPEG标准未给出具体编码算法。改进算法，为制造厂商从中获益提供了机会。MPEG-2广泛应用于卫星广播业务，数字电视地面广播，点播电视，多媒体终端等众多领域，MPEG-2标准适用于广播数字电视编码。MPEG-2是由运动图像专家组发展的音视频压缩标准。广播公司的商业产品包括其他节目，比如包括高清电视，多语言选择等。MPEG-2压缩信号多，质量会降低。允许在图像质量与比特率间灵活调节，其定义了不同的框架级别，允许广播者选用适用的应用。
二、MPEG-2传输流系统层语法语义
MPEG-2系统部分强调多个音视频基本数据流合成为多个数据流，系统编码方式有传送流与节目流，节目流由大报基本码流组成，程序流包可变，传送流将时钟基础相互独立大报基本码组成单一码流，适用于数字电视的码流为MPEG-2传送流。单个视频数据流按ISO13818-3标准压缩编码，得到PES流后分段，每段前加传输流包头信息，构成传输流包。MPEG-2传送流，根据ISO13818-3协议定义数据流，为发生错误下进行多道程序编码数据传送，表现为比特值错误，传送流速率可变化或固定，组成元素原始流可变化，语法限制相同，使用被控制速率适当波动可保持理想平均数据率。固定容量信道中传输，CBR信道缓冲区不易发生上下溢。VBR码率变化剧烈，导致数据丢失。多个VBR视频流传输，可通过统计重复算法使固定容量信道传输多个固定图像质量视频流。PES流为实现MPEG-2标准定义的逻辑结构，进入系统目标解码器为TS流，可实现从ES流到TS流生成，实现TS和节目流PS转换。节目由多个基本流组成，基本流为节目含有数字编码，节目类型为含有单一音频基本流的无线电广播服务，传统电视广播由携带编码音视频与文本数据组成。MPEG-2系统层描述基本流如何构成节目，节目复用成适于数字传输的单一数据流。MPEG-2复用器输出为连续8bit宽数据流，复用可固定码流速率或可变速率。创建MPEG-2复用流将基本流EG转换到基本流PE中，PES包由头部与负载组成，负载从原始基本流ES顺序截取数据，新的存取单元可能开始于PES包负载任何一处。传输流由多路节目组成，节目由多个基本流组成，组成节目码流有相同时间基准。传输流复用由固定长度传输包组成，传输包长度为188节，包含4bytes头部，从各基本流形成PES包划分到众多负载中。PES包不能精确填充到TS包负载，经常出现无足够字节填充完最后TS包负载情况，多余空间包括TS包填充字节大小，PES包使用确保更多TS包填充。所有PES被复用，出来的TS包按顺序结构输出构成MPEG-2传输流。传输流中包含多路节目，由多个基本流构成，想要机构找到想得到的节目，需从传输流得到密钥解密。特殊信息为节目专用信息，包括使用解码器进行节目多路解调规格化数据。节目专用信息分为四种表结构，NIT为专用表，语法规则要遵循标准定义的PSI语法结构。PSI直接安排在传输包中，传输色有效负载由传输色指针域指出，PSI分段不必在传输包负载起始处开始。
三、MPEG-2传输流系统层解码策略软件
数字与模拟电视节目选择方式不同，数字电视中多个节目被复用到一个码流，物理频道给出多个节目传输码流，观看某一节目需从码流提取节目传输包。在节目中选取所需，将节目包含基本流解出，是MPEG-2系统层解码完成的功能，系统层要恢复系统时间基准，在显示端同步音视频。MPEG-2系统层拆包从节目信息PSI解码入手，找到传输流中PSI表可了解传输流。PSI表分为PAT、PMT、CAT和NIT。PAT表给出传输流识别符，给出各路节目对应PMT表PID值，通过PAT表寻找其他信息表，规定将PID值0留给PAT专业，找到PID值0传输包可找打PAT表。从PAT表得到PID值后找到PMT表，给出节目包含基本流情况，PMT表给出时间基准PID值，节目是音视频与其他数据集合，如PMT表含有基本流描述子，可了解详细关于节目组成信息，也可通过PAT表了解传输流的组成情况。数字通信系统同步问题非常重要，关系到发端数据是否被接收端恢复，MPEG-2系统有重要的系统时钟，MPEG-2要求收发端STC同步，音视频及其他业务辅助数据交替打包传送，需进行唇音同步，MPEG-2提出恒定延时模型，数字化图像采样进入编码器后，经恒定端到端延迟后输出显示，延时包括编码，多路复用，解码缓冲，如何消除可变延时成为研发系统设备需考虑问题。视频图像采样显示一次，解编码器要有相同图像间隔时间，系统编码包含时间信息保证实现延迟常数系统，解码器实现要保证接收性能。时序包含在MPEG-2标准规格化说明。解复用单元利用传输流PID值，将传输流解析为视频基本流。通过不同通道送到相应处理器，视频解码单元解码得到视频数据，同步控制电路根据音频显示时间标签值PTS与本地系统时序时钟值控制音频解码，使要显示图像同步输出。DTS为系统时钟频率为1/300编成33bit码值，确保音视频显示单元PU在编码器约束正确时间点播放。
四、结语
国际上对数字电视的研究不断出现重大进展，电视视听技术从模拟走向数字化，数字化信息时代，数字电视成为人们关注的焦点。随着高清电视普及，人们可以进行交互式双向信息传输，包括发送电子邮件及网上银行等功能。数字电视关键是MPEG-2编解码，在数字电视、多媒体技术领域中得到广泛应用。本文介绍数字电视及编码原理，介绍MPEG-2系统层传输流码流结构，解码器时间系统，分析软件解析系统传输流算法，解析PES可得到所需节目音视频ES流，依靠爆头信息回复解码器本地时钟，对取得音视频解码同步具有重要意义。
参考文献：
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作者：李清华
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