数字电视基础培训教程课件

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1、数字电视基础培训教程,武汉超逸新网信息技术有限公司 Wuhan Supernet IT Corp., Ltd. 刘方林,提纲,数字电视基础知识,数字电视前端介绍,本地传输线路,数字电视终端设备机顶盒,武汉超逸新网,1.1 什么是数字电视（DTV）？,所谓数字电视，是将传统的模拟电视信号经过抽样、量化和编码转换成用二进制数代表的数字式信号，然后进行各种功能的处理、传输、存储和记录，也可以用电子计算机进行处理、监测和控制。 数字电视是模拟电视的数字化 不远的将来将是全数字,武汉超逸新网,1.2 传统模拟电视的缺点,逐级放大的传输方式容易产生噪声，长距离传输后信噪比（SNR）恶化 非线性失真问题，非

2、线性失真会造成图像的明显损伤 稳定性差、可靠性低、调整繁杂 不便集成、自动控制困难 不便于存储和处理 不便于加密/解密（加扰/解扰）,武汉超逸新网,1.3 数字电视的优势,数字信号传输噪声没有积累 数字信号是一连串的“0”和“1”的脉冲序列，传输过程中侵入的噪声可通过再生的方法去除 数字传输技术具有非常有效的纠错方式，进一步保证了传输过程中的质量 因此，数字信号对C/N的要求要比模拟信号宽容，模拟信号在C/N=43dB时可得到4分的收看质量，而数字电视C/N=31dB即可满意收看 数字信号传输和处理过程中不存在非线性失真 较好的收视稳定性 模拟电视的收看质量的劣化是渐变的 数字电视收看质量具有

3、“断崖”效应，只要不超过某个误码率，图像质量就不受影响；信号劣化就立即出现马赛克,武汉超逸新网,1.3 数字电视的优势（续）,数字电视的频率资源利用率高 压缩技术的采用 高效的调制方式 一个8MHz的模拟频道内可传送6套以上的标清节目，为VOD和HDTV提供了资源 信号易于处理，易于集成化、微型化和智能化 大规模集成电路的采用 大量采用软件处理，提高智能化 易于加密、加扰，解决收费和接入控制难题,武汉超逸新网,1.4 模拟电视的数字化原理,连续的模拟信号 vs. 离散的数字信号 气温测量的例子：气温时连续变化的，它是随时间连续变化的模拟量。但气温的观测是每隔一段时间测量一次，用一个点画在坐标图

4、上，将这些点连成曲线，这条曲线的形状与不断测量的曲线基本吻合 结论：用离散量可以表示连续的模拟量 这种方法就叫做取样，是模拟信号数字化的第一步,武汉超逸新网,1.4 模拟电视的数字化原理,取样 上述气温测量的例子中，时间上离散了，但幅度（温度）仍然是连续的（模拟的），必须在幅度上也进行离散处理 把幅度值分成若干等级，对不在等级上的数值进行舍零取整处理，归到相邻的等级上去,这样，连续的幅度值就用离散化的有限个等级取代了，这个过程就是量化 量化等级用不同二进制位数来表示，如3位二进制数可表示23=8个量化等级,武汉超逸新网,1.4 模拟电视的数字化原理,信号编码 即用0和1的组合来表示量化的等级

5、理论和实践证明，对于电视图像信号，用256个等级即可。即只需8位编码即可。,111,武汉超逸新网,1.5 视频信号的数字化,模拟视频信号 Analog Video,亮度Luminance (Y),色度分量 (R-Y),色度分量(B-Y),MOD.,+,复合视频信号 Composite Video,R,G,B,Y,R-Y,B-Y,矩阵 Matrix,电视视频信号有3个模拟分量,Y,Cr,Cb,武汉超逸新网,1.5.1 视频信号的采样,ITU-R Rec.BT601确定以分量编码为基础 Y、R-Y、B-Y三分量的取样频率分别为13.5MHz、6.75MHz、6.75MHz 采用线性量化，每个取样点

6、的量化比特数用于演播室为10bit，用于传输为8bit Y、R-Y、B-Y三分量取样点的比例为4:2:2,武汉超逸新网,1.5.2 视频数据数字化后的码率(4:2:2),亮度Y:13.5 M 采样/秒 色度分量 B-Y:6.75 M采样/秒 色度分量 R-Y:6.75 M采样/秒 TOTAL 共:27 M采样/秒 如用 8 位量化（广播）216 M位/秒 如用 10位量化（演播室）270 M位/秒,实际广播中为降低传输码率，往往采用对 色度分量隔行取样，即所谓的4:2:0方式,武汉超逸新网,1.5.2 视频数据数字化后的码率(4:2:0),亮度Y:13.5 M 采样/秒 色度分量 B-Y:3.

7、375 M采样/秒 色度分量 R-Y:3.375 M采样/秒 TOTAL 共:20.25 M采样/秒 如用 8 位量化（广播）162 M位/秒 （20.258 = 162）,如此取样后传送一套电视节目所需的码率仍然很高，所以必须进行压缩,武汉超逸新网,1.6 数字视频信号的压缩,数字电视信号之所以可以压缩，是因为电视信号存在着冗余。 首先是空间冗余。就是一幅画面内，各象素之间有很强的相关性。例如，蓝天，不必全部蓝天的每一个象素都传送一次，只传送一个象素就行，其余的，到接收点全部按第一个复制。这样一来就节约了大量信息，去除了冗余。 其次是时间冗余。相邻两帧图像的内容也大体相似。我们可以不必每一帧

8、图像都传，例如只传送第一帧、在接收端，第三帧用第一帧预测产生，第二帧用第一、三两帧取平均产生，这又可以压缩码率。再次，是人的视觉冗余。利用人眼对图象高频细节、色度信号灵敏度低的特点进行压缩，把人眼本来看不到的信号取消，以节省码率。这就是信号压缩的可能性。,武汉超逸新网,压缩方法,数字电视采用MPEG-2压缩标准（DVD也采用） 采用运动估计、离散余弦变换（DCT）、自适应量化和殇编码等技术（算法），实现对信号码率的压缩 运动估计：消除相邻帧间图像数据的冗余（相邻帧间图像大量的数据是相同的，仅传输变化的部分） DCT：将信号由空间域变换到频域，使信号能量集中到低频率。 自适应量化：针对DCT而言

9、，因为人眼对图像细节不敏感，因此对表示图像细节的高频部分可以压缩。自适应量化就是对DCT变换后的高频系数采用粗量化，对低频系数细量化。实际上是基于视觉冗余。 熵编码，就是可变字长编码。给使用概率大的事件分配短字码，给使用概率小的事件分配长字码，最大限度的提高编码效率。 将162Mbps的码率压缩到6Mbps，仍然可以保持标清电视的水平,武汉超逸新网,1.7 数字电视的传输码流,模拟电视信号经过A/D 转换、压缩后，变成了由二进制脉冲组成的脉冲序列，叫做码流。 每一套节目有视频码流、音频码流，这些与模拟信号一一对应的码流称为基本流（ES）。为便于传输，实现时分复用，基本流ES 必须“打包”，就是

10、将顺序、连续传输的数据流按一定的时间长度进行分割，分割的小段叫做“包”，因而打包也称为分组。在每个包前加上包头，就构成了打包的基本流（PES，分组化基本流）。 传送一套节目有三种基本码流：视频、音频和相应的数据流，需要把它们组合到一起，这个过程叫做复用。复用的方法是时分复用。上述把同一节目的三种基本流复用到一起叫节目复用。复用后，根据需要可以形成节目流PS 和传输流TS。它们分别适用于不同的传输环境。,武汉超逸新网,TS码流的形成,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

11、传输等,武汉超逸新网,1.8 数字电视信号在HFC网上的传输,基带传输：直接把数字串在网络上传送（未经某种处理的数字信号称为基带信号）。它要占用从0 开始的无限带宽。但是我们现在的HFC网络，传输模拟电视信号是采用AM-VSB（残留边带调幅）频分复用方式传输的。就是说，每套电视节目先调制到一个指定的高频率载波上（采用残留边带调幅方式），每一个高频率承载一套节目，占用不同频率的载频，混合送到HFC网络上传输。节目是以频率不同而区分的，这就是频分复用。每套节目占用的频带宽度都是8Mhz。这就是我们目前HFC 的规矩体制。,武汉超逸新网,1.8 数字电视信号在HFC网上的传输,数字化后的基带信号，不

12、符合目前HFC 的传输体制，没有办法让数字电视信号以基带的形式上网与现有的模拟电视信号兼容传输。数字电视信号要服从原来的规矩，这叫做兼容。为了使数字基带信号适应HFC 网络的要求，与模拟的频带信号在HFC 中兼容传输，就需要对数字基带信号做适当处理，我们称这种做法叫信道编码。就是说，信道编码，是使数字基带信号适配进HFC网络的过程。 信道编码是在前端完成的。包括以下几个部分：码流的随机化；R-S 编码；卷积交织；字节到字符的映射；差分编码；基带成型滤波和QAM 调制 .,武汉超逸新网,码流随机化（能量扩散）,码流的随机化（也叫扰码）处理，有两个目的： 一是防止在特殊情况下出现调制器输出未调制载

13、波，对系统产生干扰。 二是把MPEG-2 码流中的连“0”、连“1”信号搅乱。因为连“0”、连“1”会破坏传输系统的定时功能，而定时一旦被破坏，收、发双方会失去同步，时分复用的数字传输就完全乱了。随机化的方法，是采用伪随机码（PRBS）对输入的MPEG-2 码流进行随机化处理。就是用较长的伪随机序列与MPEG-2 序列送如移位寄存器一个比特一个比特地“模2 加”，使原来的信号规律也具有了伪随机性质。这样连“0”、连“1”的现象就被消灭了。由于伪随机码具有相当大的带宽，码流被随机化处理以后，功率谱被扩散，所以随机化处理也叫能量扩散。,武汉超逸新网,R-S编码,R-S 编码是为了纠错的。模拟方式传

14、输错误一般称为失真与原信号不一样。模拟传输时，失真的表现是渐变的。收视者对限度以内的失真劣化可以容忍。 数字电视中的一切劣化集中表现为码错误误码。数字信号误码对图像质量的影响有断崖效应，即码错误率超过一定值，整个图象会立即变成不可看，收视者没有容忍的余地。所以数字传输要集中力量解决误码问题，采用有效的措施，纠正传输误码。现在使用的R-S 编码，纠错能力相当强，对每个传输包而言，可纠正8 个字节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。具体的说，在输入误码率10E-4 的情况下，纠正错误码，达到10E-12。误码率劣于10E-4 已经无法恢复图像，而10E-12 相当于几个小时才

15、出现一个误码。可见其纠错能力之强。,武汉超逸新网,目 录,数字电视基础知识,数字电视前端介绍,本地传输线路,数字电视终端设备机顶盒,武汉超逸新网,数字电视前端构成,节目源 节目处理 节目传输 系统管理,武汉超逸新网,DVB数字电视传输系统,MPEG-2编码,MPEG-2编码,多路复用+交织,前向纠错 + D/A,调制 QAM/QPSK,上变频,MPEG-2解码,解复用 、解交织,前向解纠错 + A/D,QAM/QPSK 解调,下变频,电缆或卫星,信源,信道,IF,IF,I,Q基带,204字节包 I,Q,188字节包,204字节包,188字节包,武汉超逸新网,数字电视前端示意图,CAS系统,NM

16、S系统,SMS系统,TS流,卫星接收机,卫星接收机,卫星接收机,加 扰 器,QAM调制器,IP数据,视频服务器,EPG系统,复 用 器,自办节目,光缆节目,模拟节目,编码器,适配器,编码器,混合器,TS流,武汉超逸新网,数字电视前端 节目来源,卫星信号 采用接收与解调一体化的数字卫星接收机将卫星数字信号接收下来，直接进行QPSK解调后输出MPEG-2 TS ASI或IP接口 SDH/PDH传输信号 通过DS3网络适配器（DS3-ASI）转换为MPEG-2 TS 本地信源 通过MPEG-2编码器编码输出TS 本地视频服务器 直接输出TS,武汉超逸新网,前端信源格式 MPEG-2 TS,MPEG-2 TS 188字节，传输采用204字节（增加了R-S纠错码） 设备间传输接口：ASI（异步串行接口），传输速率最大270Mbps ASI物理接口：最常用为BNC 信源参数 Audio：20KHz