数字电视与移动多媒体广播技术及标准的探讨

1、前言

数字电视和移动通信无疑是当前IT业界的热点，二者在技术和应用方面都有相通相融的趋势，其中比较突出的就是所谓手机电视。利用移动通信技术是可以实现手机电视业务传输功能，但可能要付出占用双向对称信道带宽的代价，当然可以采取定向或组播等手段，但在业务用户数量急剧增加的情况下，网络服务的成本和QoS仍难以合理保障。实际上，视频等大容量多媒体业务的传输对网络的要求是非对称的，即下行数据量远远大于上行，下行更适宜采用广播方式，广播传输几乎没有用户数量的限制，在节目和频谱等资源利用率、系统用户容量和业务成本等方面都具有明显优势。

正因为如此，世界各国在制定或修订地面数字电视等无线广播标准时，都先后考虑到对移动接收的支持。当然，数字移动电视并未限定为手机接收，事实上包括车载接收机、笔记本电脑、PDA及MP4等便携设备都可作为接收终端；广播网络中传送和接收的也不只是电视节目，还有音频、图文、IP数据等多媒体业务。因而手机电视的名称不太准确，似乎应以移动多媒体业务数字广播来界定和讨论这类技术，才更清楚一些。

2、移动多媒体广播相关技术和标准

移动多媒体广播最重要的是为用户提供保证QoS的业务和网络支持，其中主要的技术手段包括业务数据压缩技术和数字广播传输技术。

（1）视频数据压缩

移动多媒体业务中数据容量最大的是电视节目。由于手机等便携终端的屏幕尺寸较小，一般分辨率达到QVGA即320×240像素便可满足要求。那么，对于25帧/s电视图像，在8bit像素、彩色分量为4:2:0数字抽样时，则图像信号传输比特率=320×240像素/帧×8bit/像素×25帧/秒×1.5≈23Mb/s。在图像质量可接受的情况下，目前已广泛应用的视频编码标准如MPEG-2/4能够达到压缩30～40倍，压缩后的码率≈575kb/s～767kb/s。这对于充分利用有限的无线频率带宽资源来传送更多业务的要求来说，是不太令人满意的。

因此新出现的视频压缩编码标准如H.264、VC-1及AVS便成为移动视频应用可以选择的技术手段。这些新的视频编码标准虽然仍采用与MPEG-2/4类似的基于DCT/MC的数据压缩技术，但在许多方面做了改进，使得它们的编码效率都达到MPEG-2的两倍以上，即可使QVGA图像压缩到200kb/s～300kb/s。

H.264、VC-1及AVS提高视频编码效率的途径有相似的技术特征，都基本采取了更精确（1/4像素）、更有效（改进帧内预测和B帧预测）的运动补偿技术、更优化的量化方法和熵编码算法以及消除分块效应的环路滤波器等。但具体的改进和优化的算法有一些不同，如H.264采用多达9种模式的亮度块帧内预测，AVS减少到5种，而VC-1不用空域而用变换域的帧内预测；帧间预测参考帧数量H.264最多16帧，AVS最多2帧，VC-1只需1帧；运动补偿内插滤波器设计略有不同；B帧预测和编码的方法也有所差异；量化和熵编码算法各不相同；环路滤波器设计也有一定差别。这些改进方法使它们都比MPEG-2/4在相同质量下的压缩率或在相同压缩率下的图像质量有明显提高。

此外H.264和VC-1采用了自适应分块DCT变换（包含4×4块），根据不同应用分出包含移动视频的不同级别，VC-1还提出了重叠平滑、分辨率转换及低码率工具等。AVS已公布的国标AVS1-P2主要针对较高清晰度（HD和SD）的视频广播和存储，但适应较低分辨率、低码率移动视频应用的AVS1-P7（AVS-M）正在申报，AVS-M以较小的性能损失获得减少20%的计算量。

这三种视频编码标准在相同条件下达到的图像性能基本相当，其中H.264复杂度