第03章DVB标准介绍

1第三章DVB技术标准介绍3．1DVB概述DVB(DigitalVideoBroadcasting)——数字视频广播。其主要目标是建立一套基于MPEC-2数字电视的指导性框架,满足消费电子和广播工业的实际需要。DVB组织自1993年9月成立以来，使欧洲乃至全球的数字电视开发工作进入了新的高潮。DVB计划在欧洲形成，现在已经发展成为一个来自33个国家的263个成员的组织，他们致力于一场快速运动且富有挑战的冒险，这种冒险对于电视的未来是至关重要的。在数字化革命中，DVB已将用户、广播机构、厂商和管理者的多种多样的需求融合成一个可靠的、连贯的、实际的节目。它包括了卫星、有线电视、地面电视广播、SMATV和MVDS的普通电视和高清晰度电视的广播与传输。DVB项目的主要目标是要找到一种对所有传输媒体都适用的数字电视技术和体系，对它的要求是：1．系统应能灵活传送MPEG-2视频，音频和其他数据信号。2．系统使用统一的MPEG-2传送比特流复用。3．系统使用统一的服务信息系统提供广播节目的细节等信息。4．系统使用统一的里德一索罗门前向纠错系统。5．使用统一的加扰系统，但可有不同的加密。6．选择适于不同传输媒体的调制方法和通道编码方法以及任何必须的附加纠错方法。7．鼓励欧洲以外地区使用DVB标准，推动建立世界范围的数字视频广播标准。这一目标得到了ITU的支持。8．支持数字系统中的图文电视系统。主要的标准有三类：一类是用于卫星、有线电视、地面电视广播、SMATV和MVDS的传输系统标准；第二类是附加信息、接口、测量、加扰等标准；第三类是使用这些标准的指导文件。DVB各种系统的信源编码技术是通用的MPEG-2视频和音频编码。目前主要应用于数字卫星和电缆电视广播的视频编码是MP＠ML，音频编码是MUSICAM。由于MPEG-2传送比特流是一种数据包结构，所以可以很方便地加入适当信息，把各种不同的业务，如图像声音和数据业务合在一起。DVB对服务信息的格式作了详细的规定，这是不同厂家DVB设备能兼容接收的重要条件。同样由于MPEG一2未确定实际的加扰系统和密钥管理系统，DVB制订了条件接收用的公共加扰标准和解码器公共接口标准。由以上的标准制定原则可以看到，DVB的宗旨是要设计一个通用的数字电视系统。在此系统内的各种传输方式之间转换有最简单的方式，尽可能地增加通用性，保证在技术方面有厂家的公平竞争使设备价格不断下降，从而更具竞争力。与此同时又能做到节目的保密性，做到技术的通用性和节目的保密性同处于同一系统中；有统一的服务信息格式，条件接收的技术规范，但都可以有不同的加密方式。所以说DVB是一种考虑较周密的系统。尽管如此，DVB标准尚未涉及CATV的回传信道等方面，也未涉及高层协议，这方面的有关标准已交由DAVIC(DigitalAudio—VisualCouncil)制定。DVB技术的目标非常简单，即它必须是数字的，必须基于MPEG-2，必须以市场为导向。DVB系统为通过各种传送媒体进行数字电视和数据广播提供了一个完整的技术方案。DVB项目已经为所有节目传送系统制定了国际标准。DVB还为复杂的节目控制接收提供了解决方案，并开发了这些标准的附加部分，从而促进了新型数字广播业务的推出。DVB标2准系列如表1所示。表3.1DVB标准序号DVB标准缩写DVB标准名称1DVB-S数字卫星系统，可用频段高达11/12GHz，适用于多种转发器带宽和功率2DVB-C数字有线传关系统，与DVB-S兼容3DVB-T数字地面广播系统，用于6,7和8MHz的地面频道4DVB-CS数字卫星共用天线电视系统(SMATV)，由DVB-C和DVB-S改变得来，服务于共用天线电视系统安装5DVB-MS/MC数字多点分配系统，采用低于和高于10GHz的微波频道,直接分配到用户家里。DVB-MS基于DVB-S卫星系统，DVB-MC基于DVB-C有线传送系统6DVB-SI业务信息系统，可让DVB解码器进行自我设置，并为用户在DVB环境中导航7DVB-TXTDVB固定格式图文传送规范8DVB-RCCDVB回传信道，用于有线电视(CATV)分配系统9DVB-RCLDVB回传信道，用于公共交换电话网(PSTN)和综合业务数字网(ISDN)10DVBRCLDVB回传信道，用于本地多点分配系统(LMDS)11DVB-RCDECTDVB回传信道，用于数字增强型无绳通信(DECT)12DVB-RCGSMDVB回传信道，用于移动通信全球系统(GSM)13DVB-RCCSDVB回传信道，用于卫星共用天线电视系统(SMATV)14DVB-SUB高灵活性比特标定字幕系统15DVB-NIPDVB交互业务的网络协议16DVB-PDHDVB与准同步数字系列(PDH)网络的接口17DVB-SDHDVB与同步数字系列(SDH)网络的接口18DVB-ATMDVB与异步传输模式(ATM)网络的接口19DVB-MDVB系统测试指南20DVB-PI用于CATV/SMATV前端和类似专业设备的DVB接口21DVB-IRDI用于DVB综合解码接收机(IRD)的接口22DVB-CI用于条件接收及其它应用的DVB通用接口23DVB-SIMSimulcrypt(同时加密)：用于多个条件接收系统互操作的DVB系统24DVB-DATA用于多媒体数据广播的DVB技术规范25DVB-DSNG用于数字卫星新闻采集(DSNG)的DVB技术规范3．2DVB系统的特点3．2．1DVB系统的完整性DVB系列技术规范包含了数字广播的每一方面。DVB出于成为一个对所有传媒的完整解决方案的原则，且使这些媒体尽可能透明，或者说，对内容供应商而言，DVB系统组成了一个无缝连接的“管道”系统，逐步把MPEG-2码流传送入户。码流通过卫星、有线或地面网络传送，最后都能被容易地解码，这是DVB的一个基本特点。DVB不仅包含了众所周知的“一对多”广播形式，其完整的回传信道规范也允许“多对多”，甚至在用于干线方案的地面DSNG系统中能做到“点对点”。DVB在多媒体家庭平台(MHP)方面的先进工作.包括定义一个通用API让未来的接收机能处理多种业务和交互模式。DVB正在就新的、现行的和求知的数字媒体融合领域提供技术方案。33．2．2DVB系统的灵活性通过运用MPEG-2作为一个标有全部寻址和处理指令（以DVB业务信息SI形式）的“数据容器”流，DVB向“管道”另一端接收机提供了定位、网络、放手和节目信息，以供其跳接于复用元之间及复用之间，并不丢失一个字节或改变节奏直至解码HDTV，SDTV和数据，同时还能自动设定系统最佳参数。提供给接收机的业务信息也能用于增强电子节目指南，并能发展到像网络浏览器一样用它寻找您想看的节目。3．2．3DVB系统的可互操作性DVB是可互操作的，有两个意义。首先，在不同传播媒体之间，这里不同系统之间的最佳协同方式允许节目在不同传媒之间无障碍地传输。最近英国成功推行了DVB－T接收机的一项主要原因就是其中的元件与同一制造商在DVB－S和DVB－C接收机中用的一样，并在世界各地装备了数百万台。这被称作是“跨媒体互操作性”（见图3.1）。图3.1跨媒体互操作性其次，所有DVB设备都可互操作，即许多不同制造商的设备可以连接起来工作。这就允许内容提供者、网络运营商和业务供应商可以从广播业中所有各种制造商中选择最优的设备方案。这称为“跨制造商”互操作性。3．2．4DVB系统的开放性DVB不仅是一个100%开发的标准，也是一个100%开放的系统，对任何后来者都是开放的。这后来者也许是已偏离了电视的一个融合型平台，或是多个专门提供移动宽带数据及交互式业务给商业用户的市场，也可能是压缩技术的提高、新的增强型视频编码技术。一旦这些开发进入市场，凭借DVB对市场需求的快速反应和定位，标准将会确定。例如，在澳大利亚决策过程中，一项决定是采用DVB，但用ATSC标准音频系统。如果DVB不是一个开放的系统，这项决定就无法运作。由于DVB是一个开放的国际性标准，DVB技术的采用者们大可不必有“非本地发明”的顾虑。考虑到目前在我国的数字卫星电视以及数字有线电视系统正在建设开发中，教材着重介绍DVB-C和DVB-S两个标准，并在本章后附上两个标准的全部内容。3．3DVB-C系统技术标准介绍3．3．1DVB-C系统结构有线电视系统是完成基带电视信号与电缆信道特性适配的设备功能块,在CATV前端,电视基带信号主要有四类:卫星电视信号、开路电视信号、分配链路电视信号和自办节目。DVB-C前端系统需对这些信号进行处理,其系统结构原理如图3.2所示。来自本地节目源的MPEG-2基带数字信号和接收的数字卫星电视信号、传输链路(如SDH、PDH等)的信号,经复用器复用成标准的MPEG-2传输复用(MUX)包(1Byte同步+187Byte数据),由基带物理接口(如SPI、SSI、ASI)适配后送入DVB-C系统。为了避免长连“1”广播机构编码器卫星地面微波有线电视观众解码器4或长连“0”的出现,便于在接收端恢复时钟信号,MPEG-2传输复用包需进行扰码处理,使“0”和“1”在时间上均匀分布，这种处理也称为“能量扩散”或“随机化”，这是通过把码流送入多项式为1+X14+X15的伪随机二进制序列(PRBS)移位寄器来实现的,PRBS周期为1503,即8个MUX1+X14+X15包。每8个MUX包的第一个复用包的同步字节不进行扰码,只进行反码处理,其它同步字节不扰码也不反码,以便接收端恢复同步。经PRBS编码后的二进制信号,再进行信道(纠错)编码,即前向纠错(FEC)里德-所罗门(R-S)编码和卷积编码(交织),然后根据调制(16QAM,32QAM,64QAM,128QAM,256QAM等)进行字节到符号变换,实现字节到符号的映射,在进行QAM调制之前,符号的两个最高有效位需进行差分编码,在QAM星座图中获得/2旋转,调制后的信号经上变频后输出与现有频道配置类型相同的射频信号,送入有线电视网络中。图3.2DVB-C系统结构框图3．3．2DVB-C帧结构、扰码、FEC编码和外码交织DVB传输系统的帧结构、扰码方式、FEC编码和外码交织是相同的。来自MPEG-2传输复用包长度为188Byte,其中帧同步占1Byte,如图3.3.a所示,扰码后的数据结构如图2b所示。R-S编码后的纠错包如图2c,R-S码符选自伽罗华域GF(2m),用于DVB系统的R-S(204,188,8)截短码得自原始系统R-S码(255,239,8),产生的纠错包能纠正不大于8Byte个随机错误的任意组合,或者可纠正长度不大于57的突发错误,这是R-S码的显著优点,既能纠正随机错误,又能纠正突发错误。R-S(204,188,8)码生成多项为)02)(())()(()(15210Hxxxxxg域生成多项式为1)(2348xxxxxp随后进行的是卷积交织(convolutionalinterleaving),这是基于Forney方法,交织深度I=12,交织后的数据构成交叠的错误保护帧(帧长N==204Byte),并以同步字节为界,以保护204Byte的数据周期。交织后的数据虽然不改变帧结构,但帧内数据由原始帧数据交替组成,如在传输过程中出现较长的突发错误,接收端(开关与发射端同步)经去交织后,误码被分散到Ｒ－Ｓ实际帧内，使每帧内的误码数量降低，便于纠错，即提高了抗干扰能力。交织原理如图3.4所示，同步字节总是在分支0上。BB物理接口扰码器R-S编码交织字节/符号变换差分编码基带成形QAM调制上变频RF时钟数据MPEG-2传输复用包MPEG-2本地节目源、传输链路、再复用等5SYNC1ByteMPEC-2传输MUX数据187Byte(a)MPEC-2传输复用包8个传输复用包PRBS周期=1503ByteSYNC1扰码后数据187ByteSYNC2扰码后数据187Byte……SYNC8扰码后数据187ByteSYNC1扰码后数据187Byte……(b)扰码后的传输数据包204Byte同步码1Byt