高清数字电视转码传输应用
目前地面数字电视及卫星数字电视的影像数据均以MPEG-2格式发送，以相同画质为前提进行比较，MPEG-2的数据量比H.264的数据量大，不利于高清视频图像的存储及网络传输，而H.264因压缩比高、占用带宽小，逐步成为高清视频的主流格式。
H.264是由ITU-T视频编码专家组（VCEG）和ISO／IEC动态图像专家组（MPEG）联合组成的联合视频组（JVT，Joint Video Team）提出的高度压缩数字视频编解码器标准。它是MPEG-4技术的一个子集。H.264具有较强的抗误码特性，可适应丢包率高、干扰严重的无线信道中的视频传输。H.264支持不同网络资源下的分级编码传输，从而获得平稳的图像质量。因此，H.264编码方式正被越来越多的厂商、运营商选择。
H.264的相关工作组织最早把H.264分为三个档次：基本类、扩展类和主类，分别对应普通低延时视频流领域、网络移动领域和高清视频领域。随后，在这三个档次基础上逐渐扩展到了十多个分类（主要是功能上的分类）。现在，我们在常见的编码软件里能看到分类主要有四个：基本类（Baseline Profile）、扩展类（Extended profile）、主类（Main profile）和高级类（High profile）。其中高级类（High profile）已经应用于DVB、HD-DVD等广电和存储领域。四个分类的区别有：基本类为基本画质，支持I/P帧，只支持无交错（Progressive）和CAVLC。扩展类为进阶画质，支持I/P/B/SP/SI帧，只支持无交错（Progressive）和CAVLC。主类为主流画质，提供I/P/B帧，支持无交错（Progressive）和交错（Interlaced），也支持CAVLC和CABAC。高级类为高级画质。在主类的基础上增加了8×8内部预测、自定义量化、无损视频编码和更多的YUV格式。
高级类适用于数字电视传输的主要编码参数设置为：
Level（编码级别）。H.264的每一级分类都能够选择若干级别，不同的级别代表编、解码时所需要的不同硬件资源，例如高级类级别下Level5.1就比Level4.1需要用到更多的解码缓冲区。老的硬件和部分版本较早的软件可能不支持对5.1级别的片源进行解码，为了能够满足绝大部分观众的收视条件，保证编码后的视频能够在大部分机顶盒上解码播放，所以建议选择4.1。
Mode（编码模式）。设置编码视频时所采用的编码方式可选项有固定比特率、动态比特率、二次编码、三次编码。目前，市场上绝大部分高清机顶盒仅支持固定比特率的视频，因此，此项我们选择固定比特率。而比特率具体数值依片源而定，一般数值越大，画质越好。而过大的数值是没有意义的，因为一方面H.264的编码效率很高，过大的数值只会让其在编码过程中增加更多的空包；另一方面，码率过大也不利于数字电视传输。
ReFrames（最大参考帧数）。该项的设置范围为0—16，数值越大，编码所耗时间越长，画质越好。需要注意的是，对于高清视频，本身需要处理的数据量就很大，如果一味地增大ReFrames值，会导致硬件解码单元无法处理。而ReFrames的值本身也与DPB有关。对此，为了获取最大的硬件兼容性，推荐把此值设置在2—3。
Motion estimation algorithm（动态预测算法）。可选项有：Diamond（菱形搜索）、Hexagonal（正六边形搜索）、Uneven Multi-Hexagon（可变半径六边形搜索）、Exhaustive（全面搜索）、Hadamard Exhaustive（用Hadamard方式进行全面搜索）。编码耗时依次增大，画质同样也越来越高。考虑到片源的时效性和编码效率，这里建议选择Hexagonal或者Uneven Multi-Hexagon。其实在现有条件下，选择Exhaustive或者更高的Hadamard Exhaustive算法已经没有太大意义，在50寸显示终端上凭借肉眼已经看不出二者的区别，除非定帧之后用专业器材对比。
Motion search radius（动态搜索半径）。该项的取值范围在1－64之间。需要注意的是，此项只有在动态预测算法中选择了Uneven Multi-Hexagon、Exhaustive或Hadamard Exhaustive才有效。因为Diamond和Hexagonal是固定搜索半径的算法，搜索半径分别为1和2。如果Motion estimation algorithm选择了Uneven Multi-Hexagon，那么该项建议设置为16。
Encode interlaced（编码交错模式）。该项主要针对隔行扫描设置，如果开启该项，那么视频源将会被编码成隔行扫描的；反之如果关闭该项，那么视频源将会被编码成逐行扫描的。
Use CABAC（使用CABAC编码）。CABAC是H.264独有的高效率熵编码方式，全称叫内容自适应二进制算术编码。它能够带来比常用的CAVLC编码更高的压缩效率和画面质量。在相同画质的前提下，CABAC可以节省20%左右的带宽。但是，使用CABAC编码会增大编、解码的计算量，因此，如果使用CABAC编码，会增加编码时间；如果关闭该项，则自动使用CAVLC编码。该项建议开启。
Rate-distortion optimal quantization（Trellis量化优化模式）。该模式必须开启CABAC才能使用，其作用为对每个8×8的块寻找合适的量化值。该项通常有三个选项，分别为： Disabled（关闭）、Enabled only for the final encode（只在最后编码时使用）和Enabled during all mode decision（一直使用）。画质递增，编码速度递减。建议选择Enabled only for the final encode。
Deblocking filter（自适应环路去块滤波器）。H.264采用一种自适应解块滤波器，它会在预测回路内对水平和垂直区块边缘进行处理，用于消除块预测误差造成的失真。这种滤波是基于4×4块边界为运算基础，其中边界各边的3个像素可通过4级滤波器进行更新。开启该项之后会有两个参数需要设置：Alpha parameter和Beta parameter，分别代表该项Alpha和Beta两个参数，参数范围均在-6—+6。Deblocking filter能够有效的解决低码率编码造成画面过渡时出现的大面积色块以及灰阶不自然现象。如果不开启，则要保证同样的画面质量，需要增加大约5%～10%的视频码率。因此，建议开启。
以上就是在对高清视频进行H.264编码过程中，对最终画面画质、编码速度有影响的几个代表参数的介绍。
数字电视信号在有线电视HFC网内的传输，核心是信号对网络的适配问题。模拟电视信号数字化、压缩即信源编码，解决了用数字比特代表连续的模拟信号和速率对网络的适配。那么如何解决传输对网络的适配，使用户达到满意的接收，这是前端要解决的问题。前端的组织作用，是要把这些不同的高清节目进行数字化，压缩编码等过程，将MPEG-2传输流（MPEG-2 TS）格式转换成H.264格式后再进行传输。如原来CCTV-1高清MPEG-2传输流格式有16Mbps ，转码成H.264格式后大概7 Mbps进行传输。数字电视接收通道由调谐器接收数字电视信号，将数字中频信号输出到数字电视信号解调单元，解调出数字信号，经过误码修正（FEC）、解密（DES）、解复用（Demux）、MEPG-2解码。一路输出解压后的标准的数字视频分量信号到视频信号处理及显示输出通道，另一路输出解压后的数字伴音信号（I2S）到音频信号处理放大通道。数字电视接收通道决定了数字电视接收的主要性能指标，诸如接收灵敏度、对应载噪比的误码率（BER vs. C/N）、干扰抑制、回波抑制、I/Q不平衡等。因为在视频的编码过程中，耗用时间、画面质量、文件体积（码率）是成正比关系的。而在数字电视传输过程中，受到制片效率、传输带宽、用户收视终端等种种客观因素制约，不可能一味追求画面、声音质量。所以，选择一个合适的转码参数在有的限带宽内，达到画、音质和时间上的平衡是非常重要的。
由于有线网络的频率资源比较紧张，传输一套高清电视节目要占用4-5套标清数字电视节目的带宽。原来一个8 M的模拟标准频道以64QAM方式，6.875的符号率可以传输6-8套标清数字电视节目，标清数字电视节目的码流一般在5M左右。而用于传送高清电视节目时只能传送一套高清电视节目，高清电视节目的码流大小一般为20－27M，传送2套高清节目时码率在40M以上，超出了QAM调制器在640AM方式下38M的正常工作范围，因而无法在一个8M的模拟标准频道内传输两套高清电视节目，但是如果经过转码后就可以实现。H.264是现阶段一种非常优秀，非常适合应用于广电网络高清数字电视传输的视频编码方案。
（作者单位：南昌广电数字网络有限公司）栏目责编：肖 月