数字电视培训教程

L/O/G/O数字电视培训教程2013年3月内容安排一、数字电视基本概念二、数字电视系统组成及关键技术三、数字电视标准四、有线数字电视技术基础五、信源编码技术（压缩编码）六、信道编码和调制七、有线数字电视传输技术八、有线数字电视前端系统九、数字机顶盒十、数字电视参数的测量一、数字电视基本概念1、什么是数字电视数字电视是一个系统。它指一个从节目摄制、制作、编辑、存储、发送、传输，到信号接收、处理、显示等全过程完全数字化的电视系统。2、数字电视实现的意义使整个广播电视节目制作和传输质量显著改善，信道资源利用率大大提高。提供其他增值业务：数据广播，视频点播，电子商务，软件下载，电视购物……为“三网融合”提供了技术上的可能性。3、数字电视分类HDTV：图像分辨率1920×1080（16：9）SDTV：图像分辨率720×756（PAL）720×480（NTSC）LDTV：VCD级图像分辨率4、数字电视的优点•数字传输，信号质量高•彩色逼真•可实现不同分辨率等级接收（HDTV，SDTV）•可移动接收，无重影•增加节目频道•应实现加解密和加解扰，便于展开CA业务•准交互和交互•其它增值业务二、数字电视系统组成及关键技术1、系统组成从横向看：（硬件系统）节目制作数字信号处理传输接收显示从纵向看：（软件系统）物理层传输协议中间件标准信息表示信息使用内容保护•节目制作设备：数字摄像机、数字录像机、数字特技机、数字编辑机、数字字幕机、非线性编辑系统•数字处理设备及技术：压缩编/解码设备及技术、数据加/解扰设备及技术、加/解密设备及技术•信号传输：地面、有线、卫星•接收设备：数字电视接收机（卫星、有线）•显示：CRT、LCD、PDP、投影显示等2、关键技术1)信源编码技术视频压缩编码——MPEG-2音频压缩编码——MPEG-2（欧洲、日本）AC-3(美国)我国标准：GB/T17975.2—2000“信息技术—运动图像及其伴音信号的通用编码规范第2部分：视频”GB/T17975.3—2000“信息技术—运动图像及其伴音信号的通用编码规范第３部分：音频”2)传输复用技术数据打包：N个信道的视频、音频和辅助数据进行数据分组。传输流复用：将N个打包的数据复合成单路串行传输流。标准：国际MPEG-2我国GB/T17975.1—2000“信息技术—运动图像及其伴音信号通用编码第1部分：系统”传送复用使电视信号具有与数据通信相似的数据分组（打包）传输，从而使数字电视系统具备了可扩展、分级和交互通信的基础。3)信道编码和调制经信源编码的传输码流通常不适合在传输信道（无线、有线、卫星）中传输，必须经过某种处理，使之变成适合在规定的信道中传输的形式，在通信原理中把这种处理称为信道编码和调制。信道编码包括：纠错编码、网格编码、均衡等。信道编码目的：提高传输信号在信道中的抗干扰能力。标准：GY/T170—2001“有线数字电视广播系统信道编码与调制规范”4)有条件接收（CA）–CA只允许已付费的授权用户使用某一业务，未经授权的用户不能使用这一业务。–CA涉及技术：前端的加密和加扰技术，接收端的对用户寻址控制和授权解扰技术。–标准：GY/Z175-2001“数字电视广播条件接收系统规范”5)软件平台——中间件•机顶盒中硬件功能：接收RF信号、信道解码、解调。MPEG-2码流解码，模拟视/音频输出。•机顶盒中软件功能：电视节目内容显示、EPG节目信息、操作界面的实现等。•中间件：是一种将应用程序与底层的实时操作系统及硬实现的技术细节隔离开来的软件环境，支持跨硬件平台和跨操作系统的软件运行，使应用不依赖于特定的硬件平台和操作系统。•中间件构成：Java虚拟机、JavaScript虚拟机、HTML虚拟机等。三、数字电视标准国际三大标准DVB-S欧洲：DVB（数字视频广播）DVB-TDVB-C美国：ATSC（高级电视制式）日本：ISDB（综合业务数字广播）四、有线数字电视技术基础1、有线数字电视信号传输等级及传输系统模式1）传输等级：LDTV，SDTV，HDTV2）传输系统模式电缆传输——PCM方式光纤传输——SDH方式光纤—同轴混合传输——HFC数字调制方式2、有线数字电视的主流标准与方式1）标准：DVB-CATSC-16VSB，ATSC-64QAMISDB-C2)四种方式：DVB-CATSC-64QAMATSC-16VSBISDB-C传送方式16-64QAM64QAM16VSB64QAM频带宽度8MHz6MHz6MHz6MHz传输速率31.64Mb/s41.34Mb/s43.05Mb/s30.31Mb/s接收滚降15%15%11.5%18%纠错率RS(204,188)RS(128,122)RS(207,187)RS(204,188)压缩方式MPEG-23、数字电视信号的产生•直接产生：字幕机，数字摄像机等•转换生产：电影胶片——电视电影机模拟-数字（A/D转换）——信号数字化1)信号数字化过程取样：取样频率，Nyquist定理连续信号变换成离散信号量化：将离散信号样值进行离散化处理离散化的量化级量化噪声编码：量化后的信号仍然只是离散信号，还不是数字信号。用n比特二进制码来表示已经量化了的取样值，称为编码。每个二进制数对应一个量化电平，再按时序将它们排列起来，就得到基带数字信息流。传输速率：传输速率=取样频率fs×量化比特数2）音频信号的数字化•取样频率：40KHz。常用11.025KHz，22.05KHz，44.1KHz，48KHz。•量化比特数：8bit，12bit，16bit。•声道：单声道，双声道（立体声）取样频率×量化比特数×声道数•数字音存储量：（字节）8bit例：CD标准取样频率44.1KHz，量化比特数16bit，立体声，存储一分钟数字音乐的容量为10,584,000字节或84,672,000比特。3）视频信号的数字化编码方式：复合编码——将彩色全电视信息直接编成PCM码分量编码——将亮度信号Y，色差信号R-Y和B-Y分别编码或PCM码“复合编码”与电视制式有关“分量编码”与电视制式无关在节目后期制作中：“复合”需解码“分量”无需解码传输时：“复合”由于频分复用，产生亮，色串扰“分量”采用时分复用，无亮，色串扰4、数字电视信号的码率1）标准清晰度数字电视（SDTV）：在ITU-R601标准中，采用10bit量化时，亮度信号的码率为取样频率X量化比特数=13.5MHzX10bit=135Mbps2个色差信号的码率为2X6.75MHzX10bit=135MbpsSDTV的总码率为亮度信号码率+2个色差信号码率=135Mbps+135Mbps=270Mbps2）高清晰度电视（HDTV）：在SMPTE274M数字电视标准中，采用10bit量化时，亮度信号的码率为取样频率X量化比特数=74.25MHzX10bit=742.5Mbps2个色差信号的码率为2X37.125MHzX10bit=742.5MbpsHDTV的总码率为亮度信号码率+2个色差信号码率=742.5Mbps+742.5Mbps=1485Mbps5、数字电视信号的有效码率1）标准清晰度数字电视信号的有效码率是指在单位时间内与视频信号有关的数据量。因为在电视信号的水平和垂直消隐期间内没有视频信号，所以有效码率一般只是码率的60%--80%。在ITU-R601标准中，8bit量化时，NTSC（480/60i）亮度信号的有效码率为：每行的取样点数X有效扫描行数X量化比特数X帧频=720X480X8X30=82.944Mbps2个色差信号的有效码率为：2X360X480X8X30=82.944Mbps总有效码率为：亮度信号有效码率+2个色差信号有效码率=82.944Mbps+82.944Mbps=165.888Mbps（480/60i）PAL（576/50i）亮度信号的有效码率为：每行的取样点数X有效扫描行数X量化比特数X帧频=720X576X8X25=82.944Mbps2个色差信号的有效码率为：2X360X576X8X25=82.944Mbps总有效码率为：亮度信号有效码率+2个色差信号有效码率=82.944Mbps+82.944Mbps=165.888Mbps（576/50i）2）高清晰度数字电视信号的有效码率在SMPTE274M数字电视标准中，采用8bits量化时1080/60i信号格式量度信号的有效码率为：每行的取样点数X有效扫描行数X量化比特数X帧频=1920X1080X8X30=497.664Mbps2个色差信号的有效码率为2X960X1080X8X30=497.664Mbps总有效码率为：2X497.664=995.328Mbps（1080/60i）1080/50i信号格式的有效码率为1920X1080X8X25X2=829.44Mbps（1080/50i）6、数字电视技术中电视系统的表示方法1080/60i1080表示每帧有效扫描行数，60表示帧频或场频，i表示隔行扫描。720/50P720表示每帧有效扫描行数，50表示帧频或场频，P表示逐行扫描。NTSC制可表示为：480/60iPAL制可表示为：576/50i1080/60i还可表示为：1080/60/2：1720/50P还可表示为：720/50/1：11080/60i还可表示为：1080@60i720/50P还可表示为：720@50P五.信源编码技术（压缩编码）1．数字视频压缩的必要性HDTV1920×1080显示格式数字化后传输速率995Mb/SSDTV复合编码135Mb/S分量编码4：2：2216Mb/S存储：2小时HDTV，存储量7164Gbit/S2小时SDTV，存储量972Gbit/S复合编码1555Gbit/S分量编码传输：HDTV需1Gb/S信道SDTV需1～2个155Mb/S信道无论对于存储或传输，码率压缩都是绝对必要的。2．压缩编码方法1)利用图象时间的相关性与时间冗余度的压缩电视图象中相继各帧对应象素点的值往往相近或相同，具有时间相关性，找出这些相关性就可以减小信息量，从而实现与时间有关的压缩。2)利用图象空间的相关性与空间冗余度的压缩一幅图象相邻各点的取值往往相近或相同，具有空间相关性，找出这些相关性就可以减少信息量，从而实现与空间有关的压缩。3)利用事件的统计特性与统计冗余度的压缩对经常出现的数据用短码组表，对不经常出现的数据用长码组表示，则最终用于表示这一串数据的总码位就减少了。从而实现与统计冗余有关的压缩。4)利用人眼的视觉特性与视觉冗余度的压缩人眼的视觉特性：对亮度信号比对色度信号敏感对低频信号比对高频信号敏感对静止图象比对运动图象敏感对图象中水平和垂直线条比对斜线条敏感包含在色度信号、图象高频信号和运动图象中的一些数据并不能对增加图象相对于人眼清晰度作出贡献，而被认为是多余的数据，这就是视觉冗余度。压缩视觉冗余度就是去掉那些相对人眼而言是看不到的或可有可无的图象数据。3．基本的图象压缩编码技术1)分类冗余度压缩技术，无损伤压缩技术，无失真，数学上可逆。即它是可还原的。信息量压缩技术，有损伤压缩技术，有失真，数学上不可逆。即它是不可还原的。2)图象压缩技术优劣评估条件信息压缩比：压缩前后所需的信息存储量之比重现图象精度：重现的图象与原图象相比有多大失真执行速度：压缩算法要多少时间完成压缩比增大，图象损伤程度也随之加大。电视节目制作：压缩比2：1至8：1Sony数字Betacam录象机2.37：1模拟分量录象机Betacam–SP8：1VCD母盘，压缩比12：1采用帧内压缩方式，JPEG标准。电视广播：压缩比15：1～20：1采用帧间预测编码，MPEG–2标准有线数字电视压缩比可加大至30：1，MPEG–2标准3)基本压缩编码方法预测编码（DPCM）——差分脉冲编码调制DPCM不直接传送图象样值本身，而是对实际样值与它的一个预测值之间的差值进行再次量化、编码。这种方法可消除图象信号的空间相关冗余帧内预测）和时间相关冗余（帧间预测）。利用象素的相关性还可进一步减小差值。离散余弦变换（DCT）DCT