数字电视基础培训

DigitalVideoNetworksLtd.数字电视基础培训产品市场部2007年1月4日Copyright©2000-2003DigitalVideoNetworks电视技术的发展历程50年代，黑白电视60年代末，彩色电视80年代，D2MAC尝试对传统模拟电视改变，但没有成功。日本和美国尝试HDTV传输，但最终也没有获得期望的成功。90年代初，在演播室中使用未压缩的CCIR601数字电视信号。（270Mbit/s～800Mbit/s，信道传输必须压缩）黑白电视彩色电视数字电视电视的发展Copyright©2000-2003DigitalVideoNetworks电视图像的彩色化1953年，美国国家电视制式委员会提出NTSC(NationalTelevisionSystemCommittee)制。日本、加拿大分别于1957、1966年采用同一制式播出。1956年，法国提出SECAM(SEquentialCouleurAvecMemoire)制。1960年，德国提出PAL(PhaseAlternationLine-by-Line)制。为便于转播和交换节目，各国曾多次讨论统一电视制式问题，但由于政治及经济等方面的原因，始终未能达成一致。于是，国际上便形成了3种彩色电视制式同时并存的局面。彩色电视机在哪国使用必须符合该国的黑白体制、彩色制式及频道划分，还要注意电源标准（有110伏/60赫与220伏/50赫之分），这样才能保证接收机安全可靠地接收到良好的彩色图像和伴音。目前世界上采用PAL制的国家最多。中国所采用的电视制式为PAL/D，国家标准为：每帧扫描625行，每秒25帧。Copyright©2000-2003DigitalVideoNetworks高清晰度电视(HDTV)“高清晰度”指与现行电视相比，其水平和垂直方向的图象分辨率都要求提高一倍以上，使用大屏幕显示器近距离观看时，图象细腻逼真，无闪烁和粗糙感，并配以数字环绕音响伴音。采用16:9的宽高比作为世界标准。我国HDTV标准为1920×1080i，每帧图像有207万个像素。Copyright©2000-2003DigitalVideoNetworks高清晰度电视(HDTV)在HDTV的发展进程中，经历了一个由模拟向数字转化的过程。日本早在1985年就建立了1125线、每秒60帧的MUSE制式(全视频带宽30MHz)的HDTV。但日本人在把所有的精力放在努力去完善模拟电视的清晰度同时，却忽视了数字技术发展的大趋势。IEEE的MPEG专家组制订的MPEG-2标准和先进的数字通信技术，使得带宽高达20M的HDTV信号可以在6MHz左右的现行传输信道不失真地传送。美国的全数字高清晰度电视已达到实用化。1998年9月8日至12日，中央电视台利用我国研制成功第一套数字高清晰度电视系统试验发射了数字高清晰度电视节目，成为继美国、欧洲和日本之后世界上第四个拥有数字高清晰度电视地面广播传输系统的国家。Copyright©2000-2003DigitalVideoNetworks数字电视(DTV)数字电视(DTV)包括标准清晰度数字电视(SDTV，704×576i或720×480i，约500电视线，相当于DVD标准)高清晰度数字电视(HDTV，1920×1080i，约1000电视线)均采用MPEG-2/1数字压缩技术。标准清晰度电视的图像和伴音的质量都比目前模拟电视有所提高，并且其频道利用率高，在目前模拟电视的一个频道内可以同时播6套（或更多）标准清晰度节目。目前我国各省级电视台的通过卫星传送的电视节目均是采用MPEG-2数字压缩的标准清晰度数字电视(SDTV)节目。Copyright©2000-2003DigitalVideoNetworks数字电视的发展MPEG：MPEG-1：1993年，1.5Mbit/s，VCDMPEG-2：SDTV，HDTV(也支持，最初是MPEG-3)系统、视频、音频270Mbit/s视频信号压缩到2～6Mbit/s1.5Mbit/s音频信号压缩到100～400kbit/s压缩比如此大，可以在一路8MHz的模拟电视信道中传输多路节目MPEG-4，MPEG-7，MPEG-21Copyright©2000-2003DigitalVideoNetworks数字电视的发展90年代初，欧洲的DVB(DigitalVideoBroadcasting)三种传输方法：DVB-S：卫星传输，1995年，QPSK调制，33MHz带宽，数据率38Mbit/s，一个信道最多可传输6，8，甚至10路节目。DVB-C：同轴电缆，1995年，64QAM调制，8MHz带宽，数据率38Mbit/s，DVB-T：地面传输，1998年，数据率5～31Mbit/s（实际使用22～25Mbit/s）Copyright©2000-2003DigitalVideoNetworksMPEG数据流MPEG-2标准ISO/IEC13818-1系统层ISO/IEC13818-2视频编码层ISO/IEC13818-3音频编码层系统层也可用于传送音视频以外的数据，如Internet数据。系统层描述MPEG数据流的整体结构，实际中具有重要意义。原始SDTV信号（ITU601）码率270Mbit/s；CD质量的原始数字立体声音频信号码率为1.5Mbit/s。32/44.1/48kHz音频采样频率15~20kHzBW15~20kHzBWAD32/44.1/48kHz音频采样频率ADRightLeft16bitUpto768kbit/s16bitUpto768kbit/s1.5Mbit/sCopyright©2000-2003DigitalVideoNetworksMPEG数据流视频信号压缩到1Mbit/s(MPEG-1)和2～6Mbit/s(MPEG-2)音频信号压缩到100～400kbit/s压缩后的视音频信号称作ES(elementarystream)流，包括：视频流音频流数据流——任何类型的压缩或未压缩数据var.lengthupto64kbytesPESpacketVideoPESAudioPESDataPESPESheaderCopyright©2000-2003DigitalVideoNetworksMPEG数据流所有ES流首先被打包成不同长度的PES(packetizedelementarystreams)包，通常为64kbytes。开头为6byte的PES头：前3个byte是起始码前缀000001，用于表明一个PES包的开始。第4个byte是起始码标志，说明起始码种类，表明payload中是视频、音频还是数据流。后两个byte是包长度，说明后面还有多少字节。如果长度为0，表示PES包大于64kbytes。然后是可选PES头最后是实际传送ES流的净负荷数据(payload)PESheaderOptionalPESheader6ByteHeaderMax.64kbytepayloadmax.64kbyte＋63bytestartcodeprefix000001StreamIDPESpacketlengthCopyright©2000-2003DigitalVideoNetworks基本流PESPES结构不适合传输，尤其不适合一个数据流中有多个节目的广播应用。而MPEG-2目标是将6,10甚至20个电视节目或广播节目形成一个复用MPEG-2数据流，然后通过卫星、电缆或地面传输。因此，PES包再分成固定长度的更小的包，即TS包(transportstreampackets)：188字节长4个字节的TS头184个字节的PES包数据PESheaderPESheaderPacketizedelementarysystemTransportstreamPayloadunitstartindicator=14byteTSheader184bytepayloadPayloadUnitstartIndicator=1Copyright©2000-2003DigitalVideoNetworksPES复用MPEG-2的TS包长188字节，包含所有节目的所有数据。由于码率不同，MPEG-2TS流中不同ES流的包出现频率不一样。每个节目有一个编码器对所有ES流编码，产生PES，并将PES包打包成TS包。每个节目的码率通常约2～8Mbit/s，但由于节目内容随时间变化，视/音频和数据总码率可以是固定或变化的，称为统计复用。所有节目的TS流再复用成一个总的TS流，最大约40Mbit/s。EncoderVideo1EncoderEncoderVideo2Video3Audio1Audio2Audio3Program1Program2Program3MPEG-2MultiplexerCopyright©2000-2003DigitalVideoNetworksTS报文纠错DVB采用的误码保护是Reed－Solomon纠错码调制器中TS包的188个字节后添加16个字节(DVB-S/C/T)或20个字节(ATSC)的误码保护。误码保护是特殊的校验和。接收端每个包可以纠正8/10个误码。如果某个包发生的误码超过8/10个，误码保护失败，误码不能纠正，这个包的传输差错标志就标记为错误，则解码器不能解码这个包，而要进行误码掩盖。4byteheader184bytepayload16or20byteRSFEC204or208byte188byteCopyright©2000-2003DigitalVideoNetworksTS报文与ATM报文之间映射TS包的结构和长度与电话和LAN技术采用的异步转移模式ATM类似：ATM用于电话的远程网络和局域网的计算机网络中。ATM也采用包结构，每个包53bytes，由5bytes的头和48bytes的payload组成。MPEG-2初期考虑利用ATM传输，ATM包的payload中有一个特殊byte，实际payload只有47bytes，因此TS包的188bytes正好可以由4个ATM包传送。实际也存在MPEG-2通过ATM传输。5byteheader48bytepayload53Bytes5byteheader1bytespec.information188byteMPEG-2TSpacket47bytepayload47bytepayload47bytepayload47bytepayload4ATMcellsATM=AsynchronousTransferModeCopyright©2000-2003DigitalVideoNetworks接收端所需信息接收端接收端所需信息所需信息BBEECCDDTS流同步(同步字节)读取当前节目结构（PAT,PMT）读取一个节目(PID)节目同步(PCR,DTS,PTS)读取一个加扰节目(CAT)TS流附加信息(SI/PSI/PSIP)FFAACopyright©2000-2003DigitalVideoNetworksA、TS流同步MPEG-2解码器接收到MPEG-2TS流时，首先检测包结构，在TS流中查找同步字节：总是47hex，总位于TS包开始位置，固定间隔为188字节。同时满足这两个条件，可以确定同步。如果出现一个字节为47hex，解码器将检测这个字节前后n倍188字节的位置是否也是同步字节。如果是，则当前字节为同步字节；否则，当前字节只是码流中偶尔出现的47hex，不是同步字节。接收端收到5个TS包之后开始同步。丢包3个之后解码器即失步。Copyright©2000-2003DigitalVideoNetworks接收端所需信息接收端接收端所需信息所需信息AAEECCDDTS流同步(同步字节)读取当前节目结构（PAT,PMT）读取一个节目(PID)节目同步(PCR,DTS,PTS)读