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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