数字电视介绍

数字电视基本介绍高晓俊常州广播电视信息网络有限责任公司提纲一、什么是数字电视二、数字电视系统组成三、数字电视实现原理四、数字电视子系统简介五、数字信号传输与测量六、机顶盒简介一、什么是数字电视数字电视概念所谓数字电视，从信息学角度来讲，就是将传统的模拟电视信号经过抽样、量化和编码转换成用二进制数代表的数字式信号，然后进行记录、处理、存储、传输和接收等各种处理。信号的数字化，将非常有利于用计算机对其进行处理、控制、监测。这个良好的技术平台将为新业务的开发提供非常大的发挥空间。数字化(Digitization)：将模拟连续物理量通过抽样、量化、编码后，进行传输、接收或存贮等的处理加工过程或技术数字化数字电视概念在节目制作、播放、传输、接收各个环节均采用数字技术的电视广播系统包括SDTV和HDTV传输方式包括卫星、地面、有线电视网用户接收需通过STB或数字电视机数字电视的优点开放的业务平台适合大规模业务经营符合未来技术发展趋势CA系统进行节目加密控制SMS系统进行用户管理可控可管理扩展性强频道利用率高抗干扰力强服务类型多样清晰度高音频效果良好传统广播类基本业务广播电视增值业务数据通信类新业务可提供5+1立体环绕声接收端画质接近演播室水平传输过程中，无噪声积累，可以避免非线性失真一个模拟频道可传送6～8套标准清晰度数字电视节目数字电视国际标准ATSCISDBDVB北美国家主推成员30个遍及美国、加拿大、韩国等地欧洲国家主推成员265个遍及35个国家和地区日本制定成员23个日本国内的电子公司和广播机构ATSC数字电视标准，该标准基于HDTV电视，并同时支持SDTV和HDTV，编码采用MPEG-2视频压缩和AC-3音频压缩，数字调制采用8VSB或16VSB残留边带调制方式，信道编码采用RS（207，187）编码DVB数字电视广播标准，该标准与ATSC标准不同，是以SDTV为起点，音频、视频编码和系统复用均采用MPEG-2标准，数字电视有线广播标准DVB-C（采用QAM调制）标准简介数字电视业务种类广播电视基本业务广播电视增值业务数据通信新业务数字音频广播卫星电视转播数字电视专业频道：影视、体育交互电视按次（按时）付费电视NVOD、VOD视频点播VOIP电视商务Internet接入多媒体数据发布可视电话等数字电视的意义广电行业的又一次技术革命（彩电、有线、数字）数字化、网络化将引发现有广电体制的重大变革（事业机构改革、集团化经营、市场化运作）将对广大人民的文化、经济生活产生重大影响（媒体的多种属性充分发挥：政治、经济、教育、娱乐……）实现了广播电视、通信、计算机业务的一体化（三网合一，不同媒体的融合……）二、数字电视系统组成DVB前端系统结构简图HFC网络SDH/IP传输网复用加扰系统条件接收系统(CA)调制/适配系统数字电视信源系统EPG系统数据广播系统NVOD系统用户管理系统(SMS)监测/网管系统数字电视系统原理图SDH网络卫星视频服务器复用加扰器CA系统SMS系统SDH传输网HFC网QAM调制器编码器编码器EPG服务器DB服务器机顶盒辅助系统数字电视系统主要设备卫星接收机编码器服务器复用器加扰器QAM调制器机顶盒前面板后面板BMR1200BMR100数字电视系统的组成数字电视信源系统EPG管理系统复用加扰系统编码调制系统条件接收系统存储播出系统运营支撑系统其他辅助系统1、数字电视信源系统数字电视信源系统包括：数字卫星信号的接收系统模拟信号的编码系统SDH网络信号的分接、转换系统信源系统的特点是：将信号进行一定格式转换，使之成为符合DVB-C标准的TS流信号。它对节目的内容不加以编辑和存储，只起到节目转发的作用。2、EPG管理系统EPG（ElectricalProgramGuide)即电子节目指南管理系统（以下简称EPG系统），是数字电视所特有的一项服务，也是数字电视发展的先导。它的主要功能：通过电视屏幕向用户提供由文字、图形和图像组成的人机交互界面，负责电视节目和各种增值业务的导航。用户通过EPG选择收看电视节目和实现各种增值业务，并通过EPG使用机顶盒提供的各种功能。3、复用加扰系统复用加扰系统主要实现：将信号源输入的信号，根据码率进行节目、数据信息复用并完成加扰，形成若干个频道的码流。根据使用设备的不同，系统结构也各不相同，有些复用器内置加扰模块，信号在复用器内部完成加扰，有些复用器内部具有加扰模块，需要外接独立加扰设备。多路复用器是整个系统的核心部分。4、调制适配系统适配系统的功能：将TS流适配进SDH或者IP的网络调制系统：数字电视采用64QAM调制系统。5、条件接收系统CA系统（条件接收系统）用于数字电视广播系统的用户认证、授权和节目加扰，以便从用户处收取费用和阻止用户收看那些未经授权的付费频道。同密是前端使用两个或两个以上的CA，但机顶盒端只要集成了其中的任何一家CA系统，都能通过授权收看全部节目。6、运营支撑系统运营支撑系统主要对用户信息、用户设备信息、节目预定信息、用户授权信息、财务信息等进行处理、维护和管理，同时可为其他子系统提供用户授权管理的基本数据库信息。它的主要实现功能有：用户信息管理、资源管理、产品管理、用户业务管理、用户业务支援、计费、收费、帐务管理、授权管理、报表管理、系统管理7、存储播出系统存储播出系统的主要功能：可以对多种格式的节目进行上载，收录存储多种传输方式的节目，并将其转换成TS流文件；对节目库中存储的文件进行分类编目，提供高效的文件检索；对（延时）播出的节目进行监审/编辑；通过准视频点播（NVOD）系统完成节目播出。8、其他辅助系统例：统一Loader管理系统网管及码流监视系统三、数字电视实现原理1.信源编码MPEG（MovingPictureExpertGroup）是“活动图像专家组”的英文简称，1988年成立以来已经制定了MPEG-1～MPEG-7等多个数字视频／数字音频压缩编码标准。MPEG-1的压缩比高达200:1，用于最高码率可达1.5Mb/s的活动图像和相应音频信号的压缩编码，图像质量与VHS相当。MPEG-2的压缩比可达50:1,压缩后的数字活动图像信号和相应音频信号码率可达几Mb/s，是DVD和数字高清度电视所采用的压缩编码标准。信源编码MPEG-4的最初目标是低码率图像通信（64Kb/s以下），后来发展成为应用更加广泛的多媒体编码标准。MPEG-4是一个开放的系统，它即支持传统标准又不排斥新标准，码率成功地涵盖了从100Kb/s～10Mb/s的广阔范围，互联网上的一些号称达到DVD画质的影像很多是采用MPEG-4的。MPEG-7能对各种不同类型的多媒体信息进行标准化的描述，并将该描述与所描述的内容相联系，以实现快速有效的搜索。它的应用很广，既可应用于存储，也可用于流式应用(如广播)，还可以在实时或非实时环境下应用，如：数字图书馆、多媒体名录服务(如黄页)、广播媒体选择、多媒体编辑等，应用潜力很大。MPEG-2标准组成13818(MPEG-2)运动图象和相关伴音的一般编码方法Part1系统(H.222)Part2视频(H.262)Part3音频Part4兼容性测试Part5模拟软件Part6数字存储介质的命令和控制(DSM-CC)Part7非后向兼容的音频Part810-bit视频(将被撤销)Part9系统解码器的实时接口Part10对于DSM-CC的兼容性附加部分编码原则冗余运动估值&运动补偿量化&可变长度编码MPEG中的运动估值—I帧、P帧、B帧视频基本码流结构序列图象图象组宏块块像条1)视频序列层。视频序列是节目的随机进入点；2)图象组层GOP。GOP是视频编辑的随机进入点；3)图象层。帧是编码处理的单位；4)象条层。象条是用于同步的单位；5)宏块层。宏块是运动补尝处理的单位；6)象块层。象块则是DCT处理单位。MPEG-2视频编码时间冗余空间冗余“Twoexpertsbeinginterviewedaboutchildreneducation”1sec2sec3sec4sec5sec6sec7sec通过运动补偿来利用时间冗余运动估值对于一个运动图像，当知道其中物体具体移动了多少，就可以在前一帧找到相应图像的内容，这时只要传送除此以外的不同部分内容就可以了，这里，找到图像中某一部分运动多少的过程，称为运动估值。运动补偿上帧的最佳匹配当前的宏块把前一帧相应的运动部分补过来，得到其剩余的不同部分的过程，称为运动补偿。图象的帧结构帧内帧(I-帧):前向预测帧(P-帧):双向预测帧(B-帧):MPEG-II编码基于下面的3种帧:I帧使用帧内压缩，不使用运动补偿，由于I帧不依赖其它帧，所以是随机存取的入点，同时是解码的基准帧。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。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。图象序列IBBPBBPBBPBBIBBPBBPBBPBBI...I1B2B3P4B5B6P7B8B9P10B11B12I13...…按照下面的次序被传输和解码I1P4B2B3P7B5B6P10B8B9I13B11B12...M=3,N=123I-图象，P-图象和B-图象帧0Field0aField0b帧1Field1aField1b帧2Field2aField2b帧3Field3aField3bI-图象B-图象B-图象P-图象pred.FWpred.FWpred.BWpred.BWpred.帧预测FW传输流的形成传输流元素流打包元素流打包元素流打包VideoAudioAudioVideoAudioVideoAudioData元素流元素流元素流PES传输流/TSMPEG-2传输流的形成可变包头ESPESTS包头188188188188188188视频视频音频音频数据填充自适应域各种流音频编码视频编码节目流用于CDROM和交互式多媒体1N1N传输流(广播&电信网)复用器AudioVideo一个时钟几个时钟元素流打包(PES)传输流中包的长度188字节(4字节包头)188bytes(4prefix)188bytes(4prefix)188bytes(4prefix)每一个不同的元素流包具有自己的包识别符(PID)4ATM信元(48字节载荷)传送一个传输流包Empty一个传输流包ididididTS包结构有效载荷包头4bytes184bytes同步字节传输流出错指示载荷单元起始指示传输流优先级PID传输流加扰控制自适应域控制连续性计数器8bits1bit1bit1bit13bits2bits2bits4bits净载荷指针域自适应域时钟恢复系统时钟(STC)27MHz42位计数器9bits33bits27MHz变成90kHz节目时钟参考(PCR)最少每秒传送10次传输流SeenextoverheadPES,PS,TSES:元素流Video,audio,data...PES:元素流打包具有同步信息的ESPS:节目流只有一个节目时钟TS:传输流多节目SCR:系统时钟参考(PS)PCR:节目时钟参考(TS)PTS:显示时间标记PID:包识别符PMT:节目映射表2.信道编码提高数据传输效率，降低误码率是信道编码的任务。信道编码的本质是增加通信的可靠性。数字信号在传输中往往由于各种原因，使得在传送的数据流中产生误码，从而使接收端产生图象跳跃、不连续、出现马赛克等现象。所以通过信道编码这一环节，在传送的码流中加上一些附加的信息，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传送中误码的发生。这样接收机收到的即使是由于传送受到损伤的信号，仍然可以