DVD视频、音频编码技术

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一、DVD视频编码技术
高品质的视频压缩与编码是DVD的一项十分重要的技术。DVD采用了MPEG-2数字压缩技术。MPEG-2是一种以提高图像质量为目标的通用国际编码标准。MPEG-2建立在MPEG-1的基础上，扩充了以场为基础的运动补偿，旨在消除运动图像时间和空间上的冗余。

MPEG-2压缩方案的比特率可以从1.5Mbps到40Mbps，比特率越高，每帧所分配的比特就越多，图像质量就越高。为了在一张4.7G字节盘片存储133分钟的电影，平均MPEG-2视频比特率可以达到10Mbps。为了优化图像质量，MPEG-2采用了变比特率（VBR）编码方案。

在对视频信号进行编码之前，还需要对源视频信号进行一些预处理，以消除视频噪声和冗余帧。视频流中的噪声等价于随机信息，噪声的存在严重地影响图像的质量，利用数字降噪或低通滤波的方法可以将高能量的噪声消除掉。

从电影胶片转换得到的视频流都存在信息冗余，对NTSC制式的电影电视制作过程，这种冗余尤其典型。由于在将24帧/秒的电影转换成30帧/秒的电视时，是将电影帧按照一定规则进行复制，从而导致了帧冗余。在将这种电视制作成DVD时，如果直接进行编码，无疑会浪费很多存储空间。但MPEG-2解码器具有将24帧/秒视频流转换成30帧/秒的能力，因此在对视频信号进行编码之前，可以先将30帧/秒还原为24帧/秒的帧序列，这个过程称为逆电影电视过程。其优点是能够消除冗余场，可以为保留帧分配更多的比特并避免了人工痕迹。

二、DVD音频编码技术

DVD音频信号的处理比起视频信号更复杂而且更耗费时间。这种复杂性不只是源于采用的压缩过程，而且源于需要将多个音频流放置在同一张盘片上。

DVD音频格式采用了杜比数字AC-3技术（后来又加入了DTS技术），包括两个主声道和三个环绕声道，即前方左、右和中置三个声道，后方左环绕、右环绕两个声道，都是全频带信息。另有0.1声道为重低音声道，频率只含120MHz以下的成分。

由于声道多，不仅采用低取样率，而且还需要使用音频压缩技术。MPEG-2中音频压缩采用的是自适应频谱变换编码ATRAC,利用生理学中的最低听阈和心理声学的掩蔽效应，将冗余频谱压缩掉，压缩率达1/6——1/10。在一个取样段时间中对6个声道同时取样，然后进行ATRAC压缩产生6路数据，顺次排列在一个取样比特流里。每一取样段的比特数是相同的，但6个声道各自所占比特数各不相同，传送时一个一个取样段连起来形成一个比特流。接受时将这一串信号一段一段存入内存，再分声道同时取出。通过不同的解码器可以送出5.1声道、杜比4-2-4制的两个声迹和双声道、单声道四种格式。接收部分由解码器完成，不一定在DVD机内。AC-3压缩算法能够去掉频带中能量较低的数据和频域中人耳不易感觉到的音频信息。AC-3还采用了一种称为交叉相关方案，在消除冗余信息的同时保留不同声道之间的差异信息，这使得5.1通道环绕立体声比标准的44.1kHz、16-bit立体声需要较低的比特率和存储要求，从而DVD有充足的空间允许同时存放几种不同的AC-3流。在制作DVD时，生产商需要确定每个音频通道需要分配多少位，与视频编码的变比特率不同，一旦确定了分配位数，对给定的音频流，起比特率是个常数。

此外，由于DVD可以存储几种不同语言的版本，为了保证不同语言之间切换让人感觉不到异常，在音频编码之前，应先对不同语言版本进行比较、混合及均衡。