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1、1,数字电视传输技术,中国传媒大学 宽带网络研究所 金立标 博士,中 国 传 媒 大 学,2,内容概述,数字电视基础 数字电视系统关键技术 地面数字电视传输技术 IPTV数字电视技术,3,第一部分 数字电视基础,4,数字电视基础,数字电视系统基本构成,6,数据传输速率 比特率：单位是bit/s简写b/s或bps，表示每秒传输多少个二进制元素。 波特率：也就是符号率，每秒传输的符号个数。 R=Blog2N（b/s），其中R是比特率，B是波特率，N是n比特的符号数。 符号率带宽/1+a，a为升余弦滚降系数。,数字电视基础,7,数字电视基础,数字电视分类 PDTV：比特率为12Mbps，显示清晰度约
2、300线； SDTV：比特率为38Mbps，清晰度为350600线； HDTV：比特率为1820Mbps，显示清晰度为8001000线。 注：以上比特率为MPEG2压缩后速率。,8,数字电视基础,有线数字电视标准 DVB-C ATSC-64QAM ATSC-16VSB ISDB-C 调制方式 16-64QAM 64QAM 16VSB 64QAM 带 宽 8MHz 6MHz 6MHz 6MHz 传输速率 31.64Mb/s 41.34Mb/s 43.05Mb/s 30.31Mb/s 滚降系数 15% 15% 11.5% 18% 纠错编码 RS(204,188) RS(128,122) RS(20
3、7,187) RS(204,188) 压缩方式 MPEG-2,9,1.2、模拟信号的数字化 抽样：时间上连续的取值变为有限个离散取值。 量化：幅度上无限多种连续的样值变为有限个离散值 。 编码：用n比特二进制码来表示已经量化了的取样值。 传输速率：传输速率=取样频率fs量化比特数。,数字电视基础,10,数字电视基础,1.2、模拟信号的数字化,模拟信号,数字信号,11,数字电视基础,数字电视信号的码率（未压缩） 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 = 13.5MHz X 10bit = 135Mbps 2
4、个色差信号的码率为 2 X 6.75MHz X 10bit = 135Mbps SDTV的总码率为 亮度信号码率 + 2个色差信号码率 = 135Mbps + 135Mbps = 270Mbps,12,数字电视基础,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 = 74.25MHz X 10bit = 742.5Mbps 2个色差信号的码率为 2 X 37.125MHz X 10bit = 742.5Mbps HDTV的总码率为 亮度信号码率 + 2个色差信号码率 = 742.5Mbps + 742.5Mbp
5、s = 1485Mbps,13,数字电视基础,1.3、信源编码,14,数字电视基础,1.3、信源编码,15,数字电视基础,1.3、信源编码 数据压缩的可能性 压缩过程：去除图像中与信息无关或对图像质量影响不大的部分，即冗余部分。电视信号中存在很多这样的冗余部分，这就为压缩提供了可能性。 电视信号的冗余性表现在以下几个方面： 空间相关冗余 时间相关冗余,16,数字电视基础,1.3、信源编码 数据压缩的方式 MPEG-1：典型应用如VCD等家用数字音象产品。最高编码速率1.8 Mb/S。 MPEG-2 MPEG-4： 主要是针对多媒体交互应用等通信领域：是低比特率下的多媒体通信。 H.264：在相
6、同的SNR下，平均码流H.264比MPEG-4降低41%，比MPEG-2降低67% （一套SDTV/6Mbps降低为1.98Mbps),17,1.4、信道编码 纠错：在信道编码过程中将附加数据加于数据流之中，在接收端通过校验位来发现有错误的数据字，并给予纠正。 交织：编码时将数据码流按已定义的规则“搅乱”，在接受端再将那些“搅乱”的数据字按相反的规则重新排列，恢复出原始次序。,数字电视基础,18,数字电视基础,1.5、调制传输 基带信号变为频带信号，频谱搬移； 便于远距离传输； QPSK、QAM、OFDM。,19,第二部分 数字电视系统关键技术,数字电视前端平台,21,数字电视前端硬件平台 2
7、.1MPEG-2编码器,2.1.1 TS码流的形成,PS 复 用,PES,ES,数据编码器,TS 复 用,22,数字电视前端硬件平台 2.1MPEG-2编码器,PS码流： 包的长度可变 抗误码能力低 适用于相对误码低的环境，如存储、制作DVD等 TS码流 包的长度固定，188字节 抗误码能力较高 可用于相对较差的信道环境，如传输等,23,数字电视前端硬件平台 2.1MPEG-2编码器,2.1.1 TS码流的结构,24,2.1.2编码速率 MPEG-2编码器可由用户选择，把一个频道的电视信号压缩成215Mbps等的数字信号。 压缩为6MB/S和8MB/S的图象与没有压缩的图象基本没有区别，但在压
8、缩为4MB/S以下的快速体育运动图象上，则能看到图象的缺陷。,数字电视前端硬件平台 2.1MPEG-2编码器,25,数字电视前端硬件平台 2.1MPEG-2编码器,2.1.3、设备选型,26,数字电视前端硬件平台 2.1MPEG-2编码器,常用接口 同步并行接口（SPI） 异步串行接口（ASI） 串行数据接口（SDI）,27,2.1.4编码器的使用 一套节目对应一路MPEG-2编码器； 输入音视频信号，输出TS流；ASI接口； SDH来的是TS流，无需MPEG-2编码器； SDH是DS-3或E3接口，需适配器转换为ASI接口； 增加MPEG-2编码器，还是增加数字卫星接收机？ 如果卫星上的节目
9、下来就是模拟的，那只能采用编码器。,数字电视前端硬件平台 2.1MPEG-2编码器,28,数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机,2.2.1概述 我国上星的数字电视节目采用的是QPSK调制方式 ，数字卫星接收机都是QPSK解调 。 有的虽然是接收卫星上的数字节目，但是输出的还是模拟的音视频信号，不是真正的数字接收机。 数字卫星接收机是直接输出TS码流； 还有一种就是既能输出模拟信号，又能输出数字的TS码流。,29,2.2.2 QPSK调制原理,数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机,30,数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机,31,数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机,32,2.2
10、.3节目速率举例 上星的节目采用QPSK调制解调方式，假设采用的基本码率4.42MBPS，以及RS (204，188)、3/4卷积码、QPSK调制方式 。 其中4.42为符号率，也就是码率；由于采用QPSK，所以一个符号需要用2个比特来表示；RS编码为（204，188），表示有效数据为188个字节，有（20418816）个字节用于冗余纠错。卷积码的效率为3/4。 由此可以算出节目的传输速率：4.4223/4188/204 =6.11 Mbps,数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机,33,2.2.4 SCPC/MCPC SCPC是单路单载波传输方式，每个载波只传输1套广播电视信号，这样一个转
11、发器内同时存在多个载波，其特点是各套节目可在不同地点上星。 MCPC是多路单载波传输方式，每个载波可同时传输多套广播电视信号，特点是1个转发器只有1个载波，频带和功率的利用率较高，多套节目要经复接后在同一地点上星。,数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机,34,数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机,2.2.5、设备选型 输入接口：数字卫星高频头输入 输出接口：DVB标准ASI接口 网管接口：RS-232/以太网接口 支持单节目码流(SPTS)或多节目码流(MPTS) 对MPTS码流具有节目选择和过滤功能,35,数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机,带宽：29.65MHz 信道编码 C
12、NR门限 传输速率 QPSK 14.5 45 16QAM 22 89 64QAM 28 140 256QAM 34 180,36,数字电视前端硬件平台2.3复用器,2.3.1复用器的作用 对多路节目（也就是多路节目的TS流）复用，复用成一路TS流，使得多路节目能够在一个频道中传输。 在复用的过程中，插入PSI信息和SI信息，重新组合，并且重新分配PID值。 用于接收端的解复用和电子节目指南（EPG）。,37,2.3.2、复用器的原理 （1）MPEG-2中的PSI信息 节目特定信息Program Specific Information（PSI）, 使用了四个表来定义码流的结构： 节目关联表（P
13、AT）：描述多路节目的复用信息； 节目映射表（PMT）：描述单路节目的复用信息； 网络信息表（NIT）：描述网络传输的物理信息； 条件访问表（CAT）：描述条件接收系统的信息。,数字电视前端硬件平台2.3复用器,38,2.3.2、复用器的原理 节目关联表 包含了与多路节目复用有关的控制信息： 用于指出TS流中包括哪些节目，每个节目的编号及相应的PMT的位置（PID）；同时还提供网络信息表（NIT）的位置。 PAT丢失，将导致接收端无法解码TS流中的任何节目。 PAT所在的TS包的PID=0。,数字电视前端硬件平台2.3复用器,PAT (PID=0),NIT (PID=16),39,数字电视前端
14、硬件平台2.3复用器,2.3.2、复用器的原理 节目映射表 包含了与单路节目复用有关的控制信息： 指出某一套节目由哪些节目流构成，以及这些流的类型（视频、音频、数据）及位置，即对应的TS包的PID值。 同时给出该节目的节目时钟参考（PCR）字段的位置 PMT所在的TS包都有自己独特的PID。,节目1 PMT,40,数字电视前端硬件平台2.3复用器,2.3.2、复用器的原理 条件接收表（CAT） 给出有关条件接收系统的信息，指定授权管理信息（EMM）所在的TS包的PID值及其它相关参数。 CAT所在的TS包的PID=1。 网络信息表（NIT） 提供与多组传送流、物理网络及网络传输相关的信息，如调
15、谐频率、编码方式、调制方式等参数。 PID由PAT指定。,41,数字电视前端硬件平台2.3复用器,43,数字电视前端硬件平台2.3复用器,2.3.3、PID冲突问题 同一个频道或同一个复用器 不同频道或不同的复用器,44,数字电视前端硬件平台2.3复用器,2.3.4、解复用,45,2.3.5、复用器的选型,数字电视前端硬件平台2.3复用器,46,数字电视前端硬件平台2.3复用器,续上表（表格重复间隔）,47,数字电视前端硬件平台2.3复用器,2.3.6、复用器的安装调试 确定复用几套节目：根据卫星接收机和编码器的输出速率，复用器的输入输出速率，以及QAM调制器的调制方式和符号率来确定。 设置复
16、用器的TS流输出总码率； 设置复用器的输出方式（ASI接口、SPI接口、DS3等）； 设置复用器的输出TS流的传输包的长度（188或204）；,48,数字电视前端硬件平台2.3复用器,2.3.7、TS码流的检测分析 根据ETR101 290标准，可将数字电视基带错误划分为三个等级，： 第一优先级错误：会引起解码器无法进行解码 ； 第二优先级错误：会损伤已解码的图像，或者造成断续解码 ； 第三优先级错误：指示出编码器、复用器的问题，但不影响解码，对图像质量影响较小 。,49,数字电视前端硬件平台2.3复用器,（1）第一优先级错误 同步错误 连续2个或2个以上的同步字节（0 x47)错误，此时应指示同步丢失 ； 正常同步后方可进行其它参数的检测。传输流失去同步，表明传输过程中有一部分数据丢失，将直接
