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顶一下 (0) 0.00% 踩一下 (0) 0.00% 兼容性高

因为NA值与现行DVD盘片接近且盘片结构与DVD相同，因此更容易与现行DVD光盘保持兼容性，且可继续使用现有DVD光盘的生产设备，便于扩大光盘和物镜的距离，不需要光盘卡匣等，大大的降低从现有DVD过渡至HD-DVD所需的成本。而另一方面，为了控制由光盘弯曲和扭曲造成的倾斜角，就必需要有倾斜补偿伺服装置；而Blu-Ray Disc规格的0.1mm覆盖层由于对倾斜角的容许量较大，因此不需要倾斜补偿伺服。但因为0.1mm规格的覆盖层容易出现由厚度误差引起的球面相差，因此就必须对物镜加入补偿装置。

HD-DVD记录方式采用与DVD-RAM相同的land及沟槽记录的方式提高记录容量，Blu-Ray Disc则是使用沟槽纪录的方式。HD-DVD在盘片的land及沟槽间隔的设计上比较宽，因此可以得到明显的跟轨误差讯号（Tracking Error Signal），相较于一般沟槽记录的规格比较，推挽（push-pull）方式跟轨误差的S/N值大于10dB，之后即使要进一步缩小轨距也可方便地重新设计。

HD-DVD可覆写型空白的盘片其位置信息是储存在经过调变的wobble上，称为周期性位置的摆动地址（Wobble Address in Periodic position；WAP）。利用标准相位摆动（Normal Phase Wobble；NPW）及相反相位摆动（Invert Phase Wobble；IPW）经由调变来储存信息，由于HD-DVD的纪录方式是land及groove纪录，因此在会有一边是指示groove的信息，另一边则是指示land的信息。

HD-DVD更采用硬盘中常用的部分反应最大相似（Partial Response Maximum Likelihood；PRML）技术，其架构较复杂但抑制ISI（Inter-Symbol Interference）效果好。此外，在可覆写型盘片的主轴转速控制则是采用与DVD-RAM规格相同的ZCLV方式，而在只读型盘片仍是采用CLV 的控制方式。在数据结构上ECC Block长度则由现行DVD的32KB，加大成为KB，在重复读取小区块、大量档案资料时，雷射头不必来回检查档案正确性的通用的盘片格式（Universal Disk Format；UDF）起始结构，格式效率为81.6％。

效率更高的编码技术

目前只读型盘片单层容量为15GB，容量方面虽然与Blu-ray Disc的25GB左右的容量比起来要小一些，但HD规格宣称对于拥有高效率的新编码技术如VC-9编码15GB的容量已相

当足够。15GB的盘片若以 15Mbps的编码速度可容纳132分钟的影片。但是如果是单面双层的光盘的话，将会容纳27GB～30GB的资料，即使是编码速度高达20多Mbps的 **数字电视录像也能记录3个小时左右。 (责任编辑：admin)

对蓝色激光所使用的半导体材料GaN（氮化镓）的商业应用研究始于1970年，距今已有36年之久。从一开始，GaN在高频和高温条件下能够激发蓝光的独特性质就引起了研究人员的极大兴趣，然而其制造工艺也是直到近十多年来才取得了一些实质性的突破：1993年，日本科学家Kamura xiuji首先成功开发出蓝色发光二极管和蓝色激光技术，为蓝色激光的商用和民用铺平了道路。蓝色激光是继红色激光、绿色激光之后的第三种激光。我们知道，通常的CD和VCD采用的是波长为780nm的红外激光，DVD采用的则是波长为635nm——650nm的红色激光。与前二者不同，蓝色激光DVD标准采用的是波长为405nm的蓝激光，其激光束聚焦后的焦点直径可以成比例地缩小，这就使得光盘中信息凹坑的长度缩短、间距缩小，从而有效地提高光盘介质的记录密度。这一特性也极大地迎合了当前人们对于信息存储容量的不懈追求……

随着信息时代的演进和发展，存储介质需具备更高的记录密度和容量才能满足信息存储的需求。比起以往使用VHS的磁带方式，光存储媒体更能确保信息的完整性、存储时间及具有任意读取功能。由于传统光盘的记录密度受限于读出光斑大小，即光学的衍射极限（diffraction limit）0.61l/NA（l：激光波长， NA：物镜的数值孔径，即Numerical Aperture）的。所以传统光盘技术要提高记录密度，最直接的办法就是使用短波长激光或提高物镜的数值孔径使光斑面积缩小，例如从CD（780nm，NA：0.45）提升至DVD（650nm，NA：0.6），乃至到现如今的蓝光光盘（405nm，NA：0.85）和HD DVD（405nm，NA：0.65）。在这些变迁中，相关厂商采用的办法概莫能外。

HD DVD基本规格

目前在DVD Forum组织下，由Toshiba和NEC等公司所主导并支持的蓝色激光光盘规格有别于Sony主导的“Blu -ray Disc”规格，这就是我们大家熟悉的HD DVD。HD DVD采用了更容易与现行DVD保持兼容性、NA为0.65的物镜，其光盘结构与目前的DVD相同，由2层厚度为0.6mm的基版胶合而成。 (责任编辑：admin) 窗体底端

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HD DVD与蓝光DVD产品技术分析(2)

时间:2009-09-19 18:02来源:未知 作者:admin 点击:

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HD DVD除了比较容易与当前的DVD保持兼容外，另外Toshiba认为具有与现行DVD相同结构的0.6mm方式还具有下列优点：对于生产企业来说，HD DVD可以继续使用现有DVD工厂的生产设备，从而具有较低的生产成本。另外，HD DVD

HD DVD除了比较容易与当前的DVD保持兼容外，另外Toshiba认为具有与现行DVD相同结构的“0.6mm方式”还具有下列优点：对于生产企业来说，HD DVD可以继续使用现有DVD工厂的生产设备，从而具有较低的生产成本。另外，HD DVD光盘与物镜具有较大的工作距离，因此不需要光盘盘盒，这样也就降低了光盘成本，并且比较容易作为可携带式电子产品上的存储装置。不过从另一方面来看，它也有少许的缺点，譬如：光盘的容许倾斜（Tilt）角度较小，如果切向偏差从DVD的0.3度缩小成0.2 度，为了控制由光盘弯曲和扭曲造成的倾斜角，就需要有倾斜伺服装置等。相对蓝光对倾斜角的容许量较大，因此不需要倾斜伺服。但是蓝光容易出现由厚度误差引起的球面像差，因此就必须加入补偿装置或者保护层厚度变化只容许3μm的误差。当然Toshiba也对0.1 mm保护层规格进行了两年时间的研究，最终在权衡这两种规格的优缺点之后，决定首先推广0.6 mm规格。 (责任编辑：admin)

目前由Toshiba和NEC所主导的HD DVD光盘，有RW（可写）与ROM（只读）规格，其详细规格如表1所示。RW光盘容量为20GB，其中包含了三种提高容量的关键技术：为了提高记录容量，HD DVD使用了部分响应最大相似性技术（Partial Response Maximum Likelihood，即PRML）的处理方法、沟岸并写（Land/groove recording）的记录方式，用以增加记录空间及Low to high的记录媒体。使用PRML有别于蓝光所采用Limited EQ，将可更有效地检测更小的记录点，使得大幅度提升记录密度与容量成为可能。HD DVD采用的记录光盘是一种写前信号低于写后信号强度的新型记录方法，而此种方法将能够有效地降低轨道与轨道间的交叉擦除，进而可缩小轨道间距，并且可以使用沟岸并写的方式来提升记录容量。关于其存储容量，目前是这样：单层15GB、双层30GB。容量方面虽然与蓝光单层25GB、双层50GB的容量比起来要小一些，但是从理论上来说单面双层的30GB容量也能满足影视业者以及其他用户的需求。不过，HD DVD一方虽然一再表示

目前的容量已经能够满足用户的需求，但是却又不声不响地在去年推出了Triple Layer HD DVD规范，即拥有三个记录层的HD DVD，其容量可以达到15×3＝45GB，已然逼近了双层BD-ROM标准50GB的容量，尽管蓝光一方对其表现出不屑一顾的态度，但它的出现仍是引起了业界的关注。

在著作权保护方面，HD DVD使用了与蓝光DVD一样的AACS（Advanced Access Content System，高级存取内容系统）技术，它是由 IBM、英特尔、微软、松下、Sony、东芝、迪士尼、华纳等信息、家电与好莱坞影业大厂所联合制订的著作权保护技术。这一技术本应该是2005年10月定案，11月开始发放授权码。不过由于延误，AACS直到12月下旬方正式定案，同时由于最终确认了关于高分辨率影像模拟输出的以及区域码等悬而未决的项目，这也使得蓝光DVD与HD DVD两标准的规格得以论定，从而进入实际量产上市的阶段。

与现有的DVD相比，HD DVD有很多类似之处，而蓝光DVD则不是这样，因此在下面我们会用更大的篇幅进行介绍。

蓝光DVD基本规格 (责任编辑：admin)

蓝光DVD的基本规格如表2所示。由于要实现超大记录容量的目的，因此蓝光DVD就在结构上比目前的CD或DVD有了更大的变化：我们现在使用的DVD是由两片厚0.6 mm的基板胶合而成，蓝光DVD则是由单片厚1.1 mm的记录面覆盖0.1mm的透明保护层（Cover layer）所构成。0.1mm的透明保护层是PHILIPS与SONY所共同提议，为了配合该系统使用NA为0.85物镜读写信号，蓝光DVD激光波长由DVD的650nm减少为405nm，NA值

则从0.6提高至0.85，以便有效缩小光斑大小，不过物镜之NA值愈高，光轴与光盘记录面的倾斜角容许范围（Tilt margin）也就变得愈小，其倾斜角容许范围正比于 l/（t）（NA）3，也就是与光波长成正比；与光盘厚度及物镜NA三次方成反比。当NA为0.85时，为了使有较大的光盘倾斜角容许范围，只好降低保护层厚度，以获得更宽松的可容许范围。

有关光盘结构虽然曾经出现数种类似的提案，但是基于新型光盘与目前的CD、DVD互换性优先原则，以及折衷案0.3——0.4 mm光盘的胶合方式，却无法有效确保倾斜角的容许范围与大记录容量两者同时并存之考量，因此蓝光最后决定采用0.1mm 的保护层。采用0.1mm厚度保护层，虽然具有许多优点，但是必须首先克服下面的三个问题：

（1） 如何确保保护层厚度的均匀性。

（2） 如何防止光盘与物镜发生干涉。

（3） 如何确保与CD或DVD的兼容性。 (责任编辑：admin)

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HD DVD与蓝光DVD产品技术分析(5)

时间:2009-09-19 18:02来源:未知 作者:admin 点击:

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关于上面第（1）项，当保护层的厚度不均匀，就会产生球面像差进而造成信号品质急速恶化，因此蓝光DVD规格对厚度的容许范围只有3m。制作保护层的方法大体有两种，一种是薄膜胶合法，另一种是旋转涂膜法。前者制作所

关于上面第（1）项，当保护层的厚度不均匀，就会产生球面像差进而造成信号品质急速恶化，因此蓝光DVD规格对厚度的容许范围只有3μm。制作保护层的方法大体有两种，一种是薄膜胶合法，另一种是旋转涂膜法。前者制作所得到的膜厚度均匀，但是材料成本较高，而且工艺也比较复杂；后者较之前者工艺简单，并且成本也低一些，但是其缺点也显而易见，就是膜厚度不太均匀。不过，这两种方法也有着很大的改善空间，一些厂商都不遗余力地进行着改进工作。譬如TDK将薄膜胶合法加以改良后，使得其膜厚度的误差可以控制在1.5μm以内。此外利用吸收及补正膜厚度误差也可以获得良好效果，利用光路液晶补偿组件也能够有效控制膜厚度误差及其均匀性。

关于上面第（2）项，蓝光DVD光盘与读写镜片的工作距离（Working Distance，WD）只有0.1mm。一般NA为0.85的读写镜片通常是由两片非球面镜片所构成，数值孔径越大就表示所吸纳的入射光源越多，在通过物镜多层玻璃后，要克服光干涉问题并维持读取头正常运作并不是一件容易的事情。例如，Sony虽然开发出了由两片非球面镜片所构成的物镜结构，但是该读取头的工作距离只有

0.1mm，这样的话光盘在转动中如果稍有偏移，将会直接刮伤读取头；如果要让工作距离加大，那么镜片组合的精度要求就会越高。有鉴于此，由 Hitachi、LG、JVC等厂商联合开发出的单镜片技术，则宣称可将WD提升到0.5——0.7mm，算

是比较合理的解决方案，且亦无镜片组合精度的困扰。此外有关镜片变形或慧差、球面像差等问题，则可由镜片注塑成形时，将模具定位精度控制在几个μm以下即可获得解决。

一般DVD镜片误差为10μm，相较之下蓝光DVD的镜片误差则低于1μm。换言之，单镜片的实用化对光盘兼容性也有很大的助益，例如单镜片读写头与NA转换用光学滤波器组合后，便可读取DVD与CD光盘。

关于上面第（3）项，由于蓝光DVD几乎延袭了以往光盘的轨道结构，并在其上加入了新的构想，因此不需改变轨道间距就可以满足擦写23.3、25、27GB三种不同容量光盘的目的，也就是说生产厂商只需要规范振幅与抖晃等信号品质就可以满足光盘互换的规定。另外为了保持与DVD及CD兼容性，厂商也可以考虑在其中搭配双光学读写头，这样就可以读取DVD及CD光盘。至于制定三种光盘容量的用意，则主要是让各公司依照自身的技术能力选择不同容量进行制作，这也是可以和其他厂商的产品区分开来的产品差异化的一个表征。

和HD DVD一样，在著作权保护方面蓝光DVD也使用了AACS。不一样的是，为了进一步强化著作权保护能力，蓝光DVD除了采用AACS标准之外，还将额外加入可后续更新的著作权保护功能“BD+”，以及防止大规模量产盗版行为的“ROM Mark”两项技术。BD+ 是蓝光阵营独自主导、具备更新能力的一种著作权保护功能，用来防止蓝光DVD播放机的资料保全系统遭到破解，而导致后续所出版的蓝光DVD影片成为无设防状态的情况发生。ROM Mark 技术同样也是蓝光阵营所独自研发，用以防止大规模量产盗版行为的技术，此项技术赋予预录出版的蓝光DVD光盘出版物，例如影片、音乐与游戏等光盘独一无二且无法察觉的辨识码，只有经蓝光联盟授权的厂商才能进行辨识码的产生与变更，藉以防止未经授权的厂商进行蓝光DVD光盘母片的刻录与盘片的盗版量产。 (责任编辑：admin) 当前位置: 主页 > 光储技术 > 光盘技术 >

HD DVD与蓝光DVD产品技术分析(6)

时间:2009-09-19 18:02来源:未知 作者:admin 点击:

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其他规范 其实蓝色激光DVD并不是只有以上两种大家都已经非常熟悉的规格，我国省工研院光电所就曾在2002年11月发表了全球第三套蓝色激光DVD规格。光电所的提案是基于我国省27家光存储业者联名支持的前瞻光存

其他规范

其实蓝色激光DVD并不是只有以上两种大家都已经非常熟悉的规格，我国省工研院光电所就曾在2002年11月发表了全球第三套蓝色激光DVD规格。光电所的提案是基于我国省27家光存储业者联名支持的“前瞻光存储联盟”。当时光电所同时发表了两套规格，分别和蓝光与HD DVD的提案相似，并推出了只读型光盘，强调数字影像处理与数字内容防拷技术上有较佳表现，期望能争取数

字内容供货商（主要就是唱片业和好莱坞方面）的支持，不过其光驱的关键零部件，譬如激光二极管、光学读取头物镜等，都仍须向日系厂商采购。曾经有人认为，如果光电所的版本能更进一步取得海峡两岸业者的共同支持，那么将会使海峡两岸业者都获得量产低价光存储产品的能力，同时也极有可能在包括东南亚在内的广大华人市场获得认可和发展，这会促进光电所的提案能成为正式标准之一，将能有效减轻海峡两岸业者的权利金压力，克服自CD、DVD时代便一直延续至今的权利金问题（大家没有忘记我国一些DVD制造企业的遭遇吧）。遗憾的是，这一幕始终未能上演。

另外，Plasmon也曾经在2003年提出UDO（Ultra Density Optical，超密度光学）的蓝色激光光盘规范，其主要规格是：使用蓝光光源，其物镜NA值为0.7，光盘大小为5.25英寸，双面记录并且需要盘盒，就像在印刷业广为使用的MO磁光盘一样，而其规划到2007年将采用NA为0.85的系统，容量则将高达120 GB。随着HD DVD和蓝光DVD在今年的正式商用，也许Plasmon的规范也将渐渐归于沉寂„„

在使用新买的先锋DVR-111CH刻录DVD的时候，总是提示“电源校准错误”，刻录失败，一连刻飞了五张盘片。这是怎么回事？是不是刻录机有问题？注：我使用的刻录软件是Nero 6.6.0.18，使用威宝的变色龙刻录盘片（以前正常）。 答：在刻录的过程中，首先收集盘片的信息，然后进行功率校准：在刻录盘片上随机一点发射激光，如果盘片质量较差，所需的激光功率会大于DVD刻录机光头的功率，这样就会出现“电源校准错误”。另外，还可能是电源、刻录机激光头等问题。要解决这个问题，可以进行逐一排查：

第一步、首先可以确定因为是新刻录机，激光头应该没有问题。你可以换其他品牌的盘片进行刻录。如果故障依旧，进行下一步；

第二步、将DVD刻录机安装到别人的电脑主机上进行刻录，如果刻录正常，表明你的电脑电源可能有问题，可以查看电源接口或更换电源、升级刻录软件来测试；如果刻录故障依旧，表明DVD刻录机本身有问题，要考虑进行维修或更换。

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蓝光影碟是这样做出来的！索尼PCL开放制作工作室

时间:2009-09-20 15:56来源:未知 作者:admin 点击:

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索尼PCL向新闻媒体开放了2006年7月正式投入运行的位于东京的蓝光光盘制作工作室。该工作室负责对影像内容数据（Master Data）进行编码，添加菜单画面及字幕，完成光盘影像（Disk image）（图1）。目前，该工作室每月编辑出品10部作品，在本年度内将形成每月2

索尼PCL向新闻媒体开放了2006年7月正式投入运行的位于东京的蓝光光盘制作工作室。该工作室负责对影像内容数据（Master Data）进行编码，添加菜单画面及字幕，完成光盘影像（Disk image）（图1）。目前，该工作室每月编辑出品10部作品，在本年度内将形成每月20部作品的。

今后还将支持H.2及蓝光Java

索尼PCL的制作工作室支持的图像编码方式仅限MPEG-2。使用索尼开发的实时编码器“BAE-VM700”，采用双通道可变比特率（VBR）方式对图像进行编码。目前正在研究今后支持压缩率更高的H.2/MPEG-4 AVC（H.2），但采用时间未定。“可以实时进行MPEG-2编码的好处不可估量。关于H.2，索尼将会在开发实时编码器后，研究采用的问题”（索尼PCL）。目前没有采用VC-1的计划。

与H.2相比, 通常来讲MPEG-2格式要得到同等的画质需要2倍的数据容量*1。在索尼PCL接到的20部作品的订单中，有2/3的内容要求使用容量50GB的双层光盘，而如果采用H.2，多数影片可以采用25GB的单层光盘。

*1 现场正在进行编辑作业的卡通电影“无罪（INNOCENCE）”，以接近蓝光光盘图像编码速度最高值40Mbit/秒的速度--37.5Mbit/秒进行编码。“无罪”的蓝光影碟为双层光盘，预定2006年12月上市。

此外，该工作室还可以制作使用HDMV（high definition movie mode）的菜单画面及弹出菜单。关于自由度比HDMV更高的Blu-ray Java，美国Sonic Solutions公司计划随着蓝光Java开发环境的完善，逐步开始采用。 (责任编辑：admin)

图1：在制作工作室，将内容运营商编辑的原版AV数据转换为支持蓝光光盘的

规格

图2：索尼PCL用索尼开发的实时编码器“BAE-VM700”对图像进行编码。这里

进行的画质评测会反馈给索尼的编码器开发 (责任编辑：admin)

图3：索尼PCL的蓝光瀊盘制作工作室由编码室、制作室、试映室组成

图4：在编码室，用商业用主监视器（）确认编码后的图像。有时会1帧1帧的播放，检查是否有马赛克噪音，是否留有胶片特有的粒状感，光线暗的部分画质是否降低等，然后根据需要调整编码速度（（c)2004 士郎正宗/讲谈社

IG,ITNDDTD）

图5：在制作室制作出主菜单及弹出菜单，并用软件模拟器确认运行状况（（c)20

图6：在试映室，播放制作出的光盘图像，确认画质及菜单的运行。除32英寸的主监视器外，还可以同时用40英寸的家庭用液晶电视、100英寸的液晶投影仪同时播放图像（（c)2004 士郎正宗/讲谈社 IG,ITNDDTD

近年来，电视领域里发生了一系列巨大的变化，会议电视、VCD、数字电视以及高清晰度电视(HDTV)等新技术和新系统正迅速走进我们的生活。与传统的模拟电视相比，这些新系统的突出特点是采用了全数字的图像/声音处理技术。随着这些数字电视系统的日益成熟和不断发展，针对不同的应用领域，一系列相应的数字视频音频编码标准也迅速地被制定并不断得到完善，其中包括：应用于会议电视及可视电话的H.261，用于静止图像压缩的JPEG，用于VCD的MPEG-1和用于广播电视、DVD以及HDTV的MPEG-2。与此同时，数字演播室标准及数字电视的质量评价标准也被制定出来。与其它几种标准相比，MPEG-2制定的时间稍晚，但却具有以下几个突出特点：所支持的图像分辨率最高，包括符合ITU-RRec.601(CCIR601)格式的标准分辨率的数字电视和更高分辨率的HDTV。支持包括高速体育运动在内的活动图像。所支持的应用最为广泛，既包括存储媒体中的DVD，广播电视中的数字广播电视和HDTV，还可应用于交互式的点播视频(VOD)和准点播视频(NVOD)，此外，还能够适配于ATM这种新兴的宽带通信网。 本文着重介绍一下MPEG-2的标准组成结构，演播室标准，质量评价标准，特别是视频压缩技术。 MPEG简介

MPEG是活动图像专家组(MovingPictureExportsGroup)的缩写，于1988年成立。目前MPEG已颁布了两个活动图像及声音编码的正式国际标准，分别称为MPEG-1和MPEG-2。

MPEG-1标准是：在数字存储介质中实现对活动图像和声音的压缩编码，编码码率最高为每秒1.5兆比特，标准的正式规范在ISO/IEC11172中。MPEG-1所支持的输入图像格式是SIF格式。SIF有525/625两种格式：352x240x30和352x288x25。MPEG-1是一个开放的，统一的标准，在商业上获得了巨大的成功。尽管其图像质量仅相当于VHS视频的质量，还不能满足广播级的要求，但已广泛应用于VCD等家庭视像产品中。

MPEG-2标准是：针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案

和系统层的详细规定，编码码率从每秒3兆比特～100兆比特，标准的正式规范在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG-1的简单升级，MPEG-2在系统和传送方面作了更加详细的规定和进一步的完善。MPEG-2特别适用于广播级的数字电视的编码和传送，被认定为SDTV和HDTV的编码标准。MPEG-2还专门规定了多路节目的复分接方式。此外，MPEG-2还兼顾了与ATM信元的适配问题。 MPEG-2标准

MPEG-2标准目前分为9个部分，统称为ISO/IEC13818国际标准。各部分的内容描述如下：

第一部分－ISO/IEC13818-1，System：系统，描述多个视频，音频和数据基本码流合成传输码流和节目码流的方式。

第二部分－ISO/IEC13818-2，Video：视频，描述视频编码方法。

第三部分－ISO/IEC13818-3，Audio：音频，描述与MPEG-1音频标准反向兼容的音频编码方法。

第四部分－ISO/IEC13818-4，Compliance：符合测试，描述测试一个编码码流是否符合MPEG-2码流的方法。

第五部分－ISO/IEC13818-5，Software：软件，描述了MPEG-2标准的第一、二、三部分的软件实现方法。

第六部分－ISO/IEC13818-6，DSM-CC：数字存储媒体-命令与控制，描述交互式多媒体网络中服务器与用户间的会话信令集。 以上六个部分均已获得通过，成为正式的国际标准，并在数字电视等领域中得到了广泛的实际应用。此外，MPEG-2标准还有三个部分：第七部分规定不与MPEG-1音频反向兼容的多通道音频编码；第八部分现已停止；第九部分规定了传送码流的实时接口。

1990年成立的ATM视频编码专家组与MPEG在ISO/IEC13818标准的第一和第二两个部分进行了合作，因此上述两个部分也成为ITU-T的标准，分别为：ITU-TRec.H.220系统和ITU-TRec.H.262视频。 下面我们主要讨论一下MPEG视频编码系统，即ISO/IEC13818-2部分。MPEG-2视频编码

MPEG-2视频编码标准是一个分等级的系列，按编码图像的分辨率分成四个“级(Levels)”；按所使用的编码工具的集合分成五个“类(Profiles)”。“级”与“类”的若干组合构成MPEG-2视频编码标准在某种特定应用下的子集：对某一输入格式的图像，采用特定集合的压缩编码工具，产生规定速率范围内的编码码流。在20种可能的组合中，目前有11种是已获通过的，称为MPEG-2适用点。 (责任编辑：admin

- 我们知道，当前模拟电视存在着PAL、NTSC和SECAM三大制式并存的问题，因此，数字电视的输入格式标准试图将这三种制式统一起来，形成一种统一的数字演播室标准，这个标准就是CCIR601，现称ITU-RRec.BT601标准。MPEG-2中的四个输入图像格式“级”都是基于这个标准的。低级(LowLevel)的输入格式的像素是ITU-RRec.BT601格式的1/4，即352x240x30(代表图像帧频为每秒30帧，每帧图像的有效扫描行数为240行，每行的有效像素为352个)，或352x288x25。低级之上的主级(MainLevel)的输入图像格式完全符合ITU-RRec.BT601格式，即720x480x30或720x576x25。主级之上为HDTV范围，基本上为ITU-RRec.BT601格式的4倍，其中1440高级(High-1440Level)的图像宽高比为4:3，格式为1440x1080x30，高级(HighLevel)的图像宽高比为16:9，格式为1920x1080x30。

在MPEG-2的五个“类”中，较高的“类”意味着采用较多的编码工具集，对编码图像进行更精细的处理，在相同比特率下将得到较好的图像质量，当然实现的代价也较大。较高类编码除使用较低类的编码工具外，还使用了一些较低类没有使用的附加工具，因此，较高类的解码器除能解码用本类方法编码的图像外，也能解码用较低类方法编码的图像，即MPEG-2的“类”之间具有后向兼容性。简单类(SimpleProfile)使用最少的编码工具。主类(MainProfile)除使用所有简单类的编码工具外，还加入了一种双向预测的方法。信噪比可分级类(SNRScalableProfile)和空间可分级类(SpatiallyScalableProfile)提供了一种多级广播的方式，将图像的编码信息分为基本信息层和一个或多个次要信息层。基本信息层包含对图像解码至关重要的信息，解码器根据基本信息即可进行解码，但图像的质量较差。次要信息层中包含图像的细节。广播时对基本信息层加以较强的保护，使其具有较强的抗干扰能力。这样，在距离较近，接收条件较好的情况下，可以同时收到基本信息和次要信息，恢复出高质量的图像；而在距离较远，接收条件较差的条件下，仍能收到基本信息，恢复出图像，不至造成解码中断。高级类(HighProfile)实际上应用于比特率更高，要求更高的图像质量时，此外，前四个类在处理Y，U，V时是逐行顺序处理色差信号的，高级类中还提供同时处理色差信号的可能性。

目前的标准数字电视采用的是MP@ML主类和主级，而HDTV采用的是MP@HL主类和高级。下面，我们以MP@ML为例来说明一下MPEG-2视频编码系统原理及关键技术。MPEG-2视频编码系统原理及关键技术

概括地说，MPEG-2图像压缩的原理是利用了图像中的两种特性：空间相关性和时间相关性。一帧图像内的任何一个场景都是由若干像素点构成的，因此一个像素通常与它周围的某些像素在亮度和色度上存在一定的关系，这种关系叫作空间相关性；一个节目中的一个情节常常由若干帧连续图像组成的图像序列构成，一个图像序列中前后帧图像间也存在一定的关系，这种关系叫作时间相关性。这两种相关性使得图像中存在大量的冗余信息。如果我们能将这些冗余信息去除，只保留少量非相关信息进行传输，就可以大大节省传输频带。而接收机利用这些非相关信息，按照一定的解码算法，可以在保证一定的图像质量的前提下恢复原始图像。一个好的压缩编码方案就是能够最大限度地去除图像中的冗余信息。 MPEG-2中编码图像被分为三类，分别称为I帧，P帧和B帧。

----I帧图像采用帧内编码方式，即只利用了单帧图像内的空间相关性，而没有利用时间相关性。I帧主要用于接收机的初始化和信道的获取，以及节目的切换和插入，I帧图像的压缩倍数相对较低。I帧图像是周期性出现在图像序列中的，出现频率可由编码器选择。

P帧和B帧图像采用帧间编码方式，即同时利用了空间和时间上的相关性。P帧图像只采用前向时间预测，可以提高压缩效率和图像质量。P帧图像中可以包含帧内编码的部分，即P帧中的每一个宏块可以是前向预测，也可以是帧内编码。B帧图像采用双向时间预测，可以大大提高压缩倍数。值得注意的是，由于B帧图像采用了未来帧作为参考，因此MPEG-2编码码流中图像帧的传输顺序和显示顺序是不同的。 MPEG-2的编码码流分为六个层次。 从上至下依次为：视频序列层(Sequence)，图像组层(GOP：GroupofPicture)，图像层(Picture)，像条层(Slice)，宏块层(MacroBlock)和像块层(Block)。从图1中可以看到，除宏块层和像块层外，上面四层中都有相应的起始码(SC：StartCode)，可用于因误码或其它原因收发两端失步时，解码器重新捕捉同步。因此一次失步将至少丢失一个像条的数据。

序列指构成某路节目的图像序列，序列起始码后的序列头中包含了图像尺寸，宽高比，图像速率等信息。序列扩展中包含了一些附加数据。为保证能随时进入图像序列，序列头是重复发送的。 序列层下是图像组层，一个图像组由相互间有预测和生成关系的一组I、P、B图像构成，但头一帧图像总是I帧。GOP头中包含了时间信息。

图像组层下是图像层，分为I、P、B三类。PIC头中包含了图像编码的类型和时间参考信

息。

图像层下是像条层，一个像条包括一定数量的宏块，其顺序与扫描顺序一致。MP@ML中一个像条必须在同一宏块行内。

像条层下是宏块层。MPEG-2中定义了三种宏块结构：4:2:0宏块4:2:2宏块和4:4:4宏块，分别代表构成一个宏块的亮度像块和色差像块的数量关系。

4:2:0宏块中包含四个亮度像块，一个Cb色差像块和一个Cr色差像块；4:2:2宏块中包含四个亮度像块，二个Cb色差像块和二个Cr色差像块；4:4:4宏块中包含四个亮度像块，四个Cb色差像块和四个Cr色差像块。这三种宏块结构实际上对应于三种亮度和色度的抽样方式。

在进行视频编码前，分量信号R、G、B被变换为亮度信号Y和色差信号Cb、Cr的形式。4:2:2格式中亮度信号的抽样频率为13.5MHz，两个色差信号的抽样频率均为6.75MHz，这样空间的抽样结构中亮度信号为每帧720x576样值，Cb，Cr都为360x576样值，即每行中每隔一个像素对色差信号抽一次样，如图3所示，○代表Y信号的抽样点，×代表Cb，Cr信号的抽样点。

4:4:4格式中，亮度和色差信号的抽样频率都是13.5MHz，因此空间的抽样结构中亮度和色差信号都为每帧720x576样值。而4:2:0格式中，亮度信号的抽样频率13.5MHz，空间的抽样结构中亮度信号为每帧720x576样值，Cb，Cr都为360x288样值，即每隔一行对两个色差信号抽一次样，每抽样行中每隔一个像素对两个色差信号抽一次样。 (责任编辑：admin)

通过上述分析不难计算出，4:2:0格式中，每四个Y信号的像块空间内的Cb，Cr样值分别构成一个Cb，Cr像块；4:2:2格式中，每四个Y信号的像块空间内的Cb，Cr样值分别构成两个Cb，Cr像块；而4:4:4格式中，每四个Y信号的像块空间内的Cb，Cr样值分别构成四个Cb，Cr像块。相应的宏块结构正是以此基础构成的。 宏块层之下是像块层，像块是MPEG-2码流的最底层，是DCT变换的基本单元。MP@ML中一个像块由8x8个抽样值构成，同一像块内的抽样值必须全部是Y信号样值，或全部是Cb信号样值，或全部是Cr信号样值。另外，像块也用于表示8x8个抽样值经DCT变换后所生成的8x8个DCT系数。

在帧内编码的情况下，编码图像仅经过DCT，量化器和比特流编码器即生成编码比特流，而不经过预测环处理。DCT直接应用于原始的图像数据。 在帧间编码的情况下，原始图像首先与帧存储器中的预测图像进行比较，计算出运动矢量，由此运动矢量和参考帧生成原始图像的预测图像。而后，将原始图像与预测像素差值所生成的差分图像数据进行DCT变换，再经过量化器和比特流编码器生成输出的编码比特流。 可见，帧内编码与帧间编码流程的区别在于是否经过预测环的处理。

MPEG-2视频压缩方案中包含以下关键技术环节： 1、离散余弦变换DCT

DCT是一种空间变换，在MPEG-2中DCT以8x8的像块为单位进行，生成的是8x8的DCT系数数据块。DCT变换的最大特点是对于一般的图像都能够将像块的能量集中于少数低频DCT系数上，即生成8x8DCT系数块中，仅左上角的少量低频系数数值较大，其余系数的数值很小，这样就可能只编码和传输少数系数而不严重影响图像质量。

DCT不能直接对图像产生压缩作用，但对图像的能量具有很好的集中效果，为压缩打下了基础。 2、量化器

量化是针对DCT变换系数进行的，量化过程就是以某个量化步长去除DCT系数。量化步长的大小称为量化精度，量化步长越小，量化精度就越细，包含的信息越多，但所需的传输频带越高。不同的DCT变换系数对人类视觉感应的重要性是不同的，因此编码器根据视觉感应准则，对一个8x8的DCT变换块中的个DCT变换系数采用不同的量化精度，以保证尽可能多地包含特定的DCT空间频率信息，又使量化精度不超过需要。DCT变换系数中，低频系数对视觉感应的重要性较高，因此分配的量化精度较细；高频系数对视觉感应的重要性较低，分配的量化精度较粗，通常情况下，一个DCT变换块中的大多数高频系数量化后都会变为零。

3、之型扫描与游程编码

DCT变换产生的是一8x8的二维数组，为进行传输，还须将其转换为一维排列方式。有两种二维到一维的转换方式，或称扫描方式：之型扫描(Zig-Zag)和交替扫描，其中之型扫描是最常用的一种。由于经量化后，大多数非零DCT系数集中于8x8二维矩阵的左上角，即低频分量区，之型扫描后，这些非零DCT系数就集中于一维排列数组的前部，后面跟着长串的量化为零的DCT系数，这些就为游程编码创造了条件。

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游程编码中，只有非零系数被编码。一个非零系数的编码由两部分组成：前一部分表示非零系数前的连续零系数的数量(称为游程)，后一部分是那个非零系数。这样就把之型扫描的优点体现出来了，因为之型扫描在大多数情况下出现连零的机会比较多，游程编码的效率就比较高。当一维序列中的后部剩余的DCT系数都为零时，只要用一个“块结束”标志(EOB)来指示，就可结束这一8x8变换块的编码，产生的压缩效果是非常明显的。 (责任编辑：admin)

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MPEG-2视频编码技术漫谈(4)

时间:2009-09-03 10:17来源:未知 作者:admin 点击:

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4、熵编码 量化仅生成了DCT系数的一种有效的离散表示，实际传输前，还须对其进行比特流编码，产生用于传输的数字比特流。简单的编码方法是采用定长码，即每个量化值以同样数目的比特表示，但这种方法的效率较低。而 4、熵编码

量化仅生成了DCT系数的一种有效的离散表示，实际传输前，还须对其进行比特流编码，产生用于传输的数字比特流。简单的编码方法是采用定长码，即每个量化值以同样数目的比特表示，但这种方法的效率较低。而采用熵编码可以提高编码效率。熵编码是基于编码信号的统计特性，使得平均比特率下降。游程和非

零系数既可的，也可联合的作熵编码。熵编码中使用较多的一种是霍夫曼编码，MPEG-2视频压缩系统中采用的就是霍夫曼编码。霍夫曼编码中，在确定了所有编码信号的概率后生产一个码表，对经常发生的大概率信号分配较少的比特表示，对不常发生的小概率信号分配较多的比特表示，使得整个码流的平均长度趋于最短。 5、信道缓存

由于采用了熵编码，产生的比特流的速率是变化的，随着视频图像的统计特性变化。但大多数情况下传输系统分配的频带都是恒定的，因此在编码比特流进入信道前需设置信道缓存。信道缓存是一缓存器，以变比特率从熵编码器向里写入数据，以传输系统标称的恒定比特率向外读出，送入信道。缓存器的大小，或称容量是设定好的，但编码器的瞬时输出比特率常明显高于或低于传输系统的频带，这就有可能造成缓存器的上溢出或下溢出。因此缓存器须带有控制机制，通过反馈控制压缩算法，调整编码器的比特率，使得缓存器的写入数据速率与读出数据速率趋于平衡。缓存器对压缩算法的控 制是通过控制量化器的量化步长实现的，当编码器的瞬时输出速率过高，缓存器将要上溢时，就使量化步长增大以降低编码数据速率，当然也相应增大了图像的损失；当编码器的瞬时输出速率过低，缓存器将要下溢出时，就使量化步长减小以提高编码数据速率。 6、运动估计

运动估计使用于帧间编码方式时，通过参考帧图像产生对被压缩图像的估计。运动估计的准确程度对帧间编码的压缩效果非常重要。如果估计作的好，那么被压缩图像与估计图像相减后只留下很小的值用于传输。运动估计以宏块为单位进行，计算被压缩图像与参考图像的对应位置上的宏块间的位置偏移。这种位置偏移是以运动矢量来描述的，一个运动矢量代表水平和垂直两个方向上的位移。运动估计时，P帧和B帧图像所使用的参考帧图像是不同的。P帧图像使用前面最近解码的I帧或P帧作参考图像，称为前向预测；而B帧图像使用两帧图像作为预测参考，称为双向预测，其中一个参考帧在显示顺序上先于编码帧(前向预测)，另一帧在显示顺序上晚于编码帧(后向预测)，B帧的参考帧在任何情况下都是I帧或P帧。 7、运动补偿

利用运动估计算出的运动矢量，将参考帧图像中的宏块移至水平和垂直方向上的相对应位置，即可生成对被压缩图像的预测。在绝大多数的自然场景中运动都是有序的。因此这种运动补偿生成的预测图像与被压缩图像的差分值是很小的。

数字图像质量的主观评价

主观评价的条件包括：评价小组结构，观察距离，测试图像，环境照度和背景色调等。评价小组由一定人数观察人员构成，其中专业人员与非专业人员各占一定比例。观察距离为显示器对角线尺寸的3-6倍。测试图像有若干具有一定图像

细节和运动的图像序列构成。主观评价反映的是许多人对图像质量统计评价的平均值。

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