数字电视基础知识培训(有线电视网络技术培训班)100406

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1、2010年全疆广播影视系统有线电视网络技术培训班数字电视技术原理,教学目的,数字电视技术作为广播电视的第二次革命，目前已广泛应用于广播电视系统的各个领域，从节目制作、播出的电视台、电台到节目传输的节传中心、网络公司等广电系统的各个台站都已实现广播电视的数字化。 本课程的目的是通过系统地讲解数字电视关键技术的理论知识，并结合实际应用，进一步提高工程技术人员数字电视理论水平，系统地掌握数字电视的组成结构和关键技术。,教学重点与难点,1、数字电视的概念 2、数字电视系统组成结构 3、数字化的三要素 4、信源编码技术（编码算法） 5、传输流及复用技术 6、信道编码技术 8、调制技术,数字电视技术课程安

2、排,第1章：数字电视概述 （计划时间0.5小时） 第2章：数字电视编码技术（信源编码）计划时间（1.5个小时) 第3章：传输码流及其复用技术(0.5个小时) 第4章：信道编码、调制技术（计划1个小时）,参考书,数字电视基本原理（机械工业出版社） 数字电视基础 视频和音频系统的设计与安装（人民邮电出版社）,数字电视技术原理第1章 数字电视概述,本章要点 了解数字电视的概念、优点。 了解数字电视系统结构框图。 了解数字电视的标准。 了解数字电视的核心技术。,模拟电视系统的特点,在电视信号的制作处理、控制调节、记录重放、调制解调、传输转播、接收显示等过程中，图像信号和伴音信号都是在时间轴上和振幅轴上

3、连续变化的模拟信号。 模拟电视最明显的缺点是接力传输方式产生噪声，长距离传输的信噪比恶化，使图像清晰度越来越受到损伤；发送传输设备中，放大器的非线性积累使图像对比度产生越来越大的畸变；相位失真的积累产生色彩失真，使“鬼影”现象愈来愈严重。同时，模拟电视还具有稳定度差、可靠性低、调整繁杂、不便集成、自动控制困难等。,数字电视的概念与优势 数字电视的概念 数字电视是指包括节目摄制、编辑、发送、传输、存储、接收和显示等环节全部采用数字处理的全新电视系统，也可以说数字电视是在信源、信道、信宿三个方面全面实现数字化和数字处理的电视系统。 “数码彩电”：在现有模拟电视广播制式下，在接收机内部的电路设计、信

4、号处理中使用了一些数字技术，将接收的模拟电视信号部分地进行了数字化处理，改进和提高现有彩电的图像及伴音质量，既不能接收数字电视信号，也不能按数字电视显示格式显示图像。它不是真正意义上的“数字电视”接收机，本质上仍然是模拟电视。,(1)抗干扰能力强、无噪声积累。 模拟信号在传输的每个环节，都要加入噪声，如放大器，每级放大器的噪声都要加进去，放大后信号大了，C/N 低了。数字信号是一连串的“0”和“1”脉冲序列，在传输过程中，侵入的噪声可以通过再生的方法去除。所谓再生处理，就是收到信号后，不是直接放大，而是重新在有脉冲的位置制作一个形状完全相同的脉冲，恢复信号中脉冲的原样而清除了噪声。再生是基带数

5、字传输抗干扰的重要手段。其次，数字传输技术有非常有效的纠错方式，如我们使用的R-S 纠错，可以把误码率由10E-4 改善到10E-12。所以，我们收看数字有线电视时，主观感觉最为明显的是画面清洁，没有杂波、雪花。 (2)便于加密处理。 (3)便于存储、处理和交换。 (4)频谱资源利用率高：由于采用压缩率非常高的MPEG-2 压缩方法，使码率降低很多，加上采用高效率的调制方式，可以在一个8Mhz的带宽里传送6 套以上质量达到标准清晰度（SDTV）的节目。 (5)节省发送功率，覆盖范围广：数字信号对C/N 的要求也比模拟信号宽容。模拟信号C/N=43dB 时可以得到4 分的收看质量。数字电视C/N

6、=31dB 就可以满意收看。事实上，整个网络中，数字信号的功率电平就是以比模拟电平低10dB来传输的。 (6)设备便于集成化、微型化。 (7)便于构成综合业务数字网。,数字电视的优点,数字电视设备和技术,数字电视是一个大系统，从横向来说由以下四个方面组成： 数字电视节目制作的设备主要有：数字摄像机、数字录像机、数字特技机、数字编辑机、数字字幕机和非线性编辑系统等； 数字信号处理的技术有：压缩编码和解码技术、数据加扰和解扰、加密和解密技术等； 信号传输的方式有：地面无线传输、有线(光缆)传输、卫星广播等； 用于显示的设备有：阴极射线管显示器(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子体显示器(PDP

7、)、投影显示(包括前投、背投)等。显示器是最终体现数字电视效果或魅力的产品。 从纵向来说，是物理层传输协议、中间件标准、信息表述、信息使用、内容保护等一系列的系统问题。 其中信源编解码技术、传送复用技术、信道编解码技术、调制解调技术、中间件技术、条件接收、大屏幕显示技术。,数字电视系统结构框图,（1）信源编码和压缩编码：设法减少原始数字视频、音频和各种辅助数据流的比特率。 （2）复用：将数字化的数据流分割成许多信息包，并标识各种信息包及类型，将视频数据流、音频数据流和辅助数据流复用成一个单一的复用数据流。,（3）信道编码和调制：信道编解码是负责传输误码的检测和校正的环节，调制解调是负责信号变换

8、和频带搬移的环节； （4）传输信道：可以是广播电视系统（如地面、卫星或有线电视广播系统），也可以是电信网络系统，或存储媒介（如磁盘、光盘等）； （5）接收机：包括解调、信道解码、解复用、视频、音频和各种辅助数据流的解码和终端显示等。,广电一体化的数字电视系统,数字电视系统,数字电视的主要功能,免费基本数字电视业务 按频道付费的数字电视业务（PPC等） VOD视频点播业务 按次/时间付费的数字电视业务（IPPV、IPPT等） 增强电视节目（EPG、电视广告等） 数据广播业务 其它业务（音乐、游戏、远程教育、双向互动业务）,数字电视产业的发展趋势,随着HDTV技术、双向交互式数字电视技术、IPTV

9、技术、移动电视与手机电视技术在数字电视领域的应用，目前的数字电视产业技术上可以实现以下功能： 标准清晰度电视和高清晰度电视 单向广播、双向交互 固定接收、移动接收和手持接收,有线数字电视系统示意图,广播电视数字化与三网融合 国家“十一五”规划明确指出：要“加强宽带通信网、数字电视网和下一代互联网等信息基础设施建设，推进三网融合”。 三网融合的基础是下一代通信网、互联网和数字电视网。 传统电信网、计算机网主要指因特网和有线电视网正通过各种方式趋向于相互渗透和融合, 它涉及技术、业务、市场、行业、终端、网络乃至行业管制和政策等方面。三网融合表现为技术上趋向一致, 网络层上可以实现互联互通, 业务层

10、上互相渗透和交叉, 应用层上趋向使用统一的协议, 行业管制和政策方面也逐渐趋向统一。 在未来通信中, 数字化是基础, 个性化、综合化是目标, 宽带化、多媒化、软件化与智能化是实现的主要手段。,TV为核心的家庭网络结构,ADSL modem,2M 4M,ADSL,POTS,Bluetooth,Bluetooth,Webpad,Kitchen mate,Games player,USB,1394,Email phone,Bluetooth,Satellitic,Terrestrial,Openworld,PDR,A/V Out,RF,STB,ADSL,PC,HUB,AP,Bluetooth,Eth

11、ernet 100B/T,A/V in/out,Hi-Fi D-VCR Camcorder,(POTS),USB,Camera Printer,Cable,习题,什么是数字电视？与模拟电视比有哪些优点? 简述数字电视系统的组成及其关键技术？ 什么是三网融合？,第2章数字电视编码技术（信源编码）,本章要点 了解模拟信号和数字信号的特点 各种电视信号的格式和简介 熟悉模拟信号数字化的基本过程。 熟悉电视图像信号的压缩编码方法。 熟悉音频信号压缩编码方法。,数字化的应用中发现的问题,1、视频信号质量影响编码后的数字信号视觉效果。（数字量化导致的） 2、数字化后视频信号受带外干扰。（抽样频率和干扰源频

12、率接近导致的） 3、码率压缩太低，造成画面出现块效应。 4、视频和音频不同步口形对不上。,2.1模拟信号与数字信号的区别 2.1.1模拟信号的特点 特点是幅度连续( 连续的含义是在某一取值范围内可以取无限多个数值)。图22(a)所示的信号是模拟信号， 其信号波形在时间上也是连续的，因此它又是连续信号。图22(b)所示的信号是对图(a)所 示的模拟信号按一定的时间间隔T抽样后的抽样信号，由于其波形在时间上是离散的， 它又叫离散信号。但此信号的幅度仍然是连续的，所以仍然是模拟信号。电话、传真、电视信号都是模拟信号。,2.1.2数字信号的特点,数字信图2是数字信号，其特点是幅值被限制在有限个数值之内

13、，它不是连续的而是离散的。 图2(a)是二进码，每一个码元只取两个幅值(0，A)：图(b)是四进码，每个码元取四 (3、1、1、3)中的一个。这种幅度是离散的信号称数字信号。,2.1.3.模拟信号数字化 模拟信号的数字化过程称为脉冲编码调制PCM（Pulse Code Modulation） PCM的三个步骤是： 抽样：在时间域离散化处理 量化：在取值域离散化处理 编码：在时间域和取值域都离散 抽样是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化。 量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。

14、编码则是按照一定的规律，把量化后的值用二进制数字表示，然后转换成二值或多值的数字信号流。 在编码处理方式上分为两种： 信源编码编码器中实现 信道编码调制器中实现 这样得到的数字信号可以通过电缆、微波干线、卫星通道等数字线路传输 。在接收端则与上述模拟信号数字化过程相反，再经过后置滤波又恢复成原来的模拟信号。,编码器原理,1.各种电视信号的格式和简介 2.视频基本流结构 3.取样频率和取样结构 4.量化位数和量化等级的分配,2.2视频信号数字化,2.2.1各种电视信号格式的产生,电视信号的简介,NTSC和PAL两种制式的参数比较,三基色原理自然界中的任何颜色有R、G、B三种颜色按照不同比例组成。

15、 为了实现黑白电视和彩色电视的兼容，将信号编码为亮度信号Y和两个色差信号Cr和Cb。,：,MPEG-2的编码流程,输入一个I帧、P帧或B帧； 在B帧或P帧的情况下进行运动预测补偿； 进行88像素的DCT变换； 变换系数被量化(量化级安排依赖于可用的比特率)； 完成变字长编码，实现比特率的缩减。 MPEG-2的解码流程是MPEG-2的编码流程的反过程。,2.2.2视频基本码流(ES)层次结构 分成6个层次：视频序列层(Sequence)，图像组层（GOP），图像层，像条层，宏块层，像块层 视频序列实际上是节目的随机进入点；而GOP则是视频编辑的随机进入点；图像（或帧）是编码处理的单位；像条是用于

16、同步的单位；宏块是运动补偿处理的单位；像块则是DCT处理单位。,视频基本码流ES层次结构,宏块结构,（a） 4：4：4 （b） 4：2：2,Y CB CR Y CB CR,5,6,(c) 4：2：0,Y CB CR,4,图像序列层： 在起始码后是序列头，包括了图像尺寸，宽高比，图像速率等信息。在序列头后面总是跟着包含附加数据的序列扩展数据。为了确保能在不同的时间随时进入视频序列，MPEG-2允许重复发送序列头。序列层结束在序列结束码(SEQ EC)。 图像组层：图像组是指相互间有预测和生成关系的一组图像。在起始码后面是可选的GOP头，包括了时间信息，但这一信息并不是解码中实际使用的信息，即便丢失，解码也可以继续进行。分成图像组的一个目的是在同一序列内可随时进入不同的图像。一般情况下0.5s内必须传一次I帧，因此对于PAL制，一个GOP通常包含12帧，常见的