数字电视基础知识解析课件

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1、数字电视基础知识,陈 柏 年 CATV机线员大赛培训之9 2014年12月北京,所应掌握的相关概念,（1）数字电视的概念、编码、行业标准和技术要求， （2）DVB-C系统结构， （3）电子节目指南（EPG）， （4）有条件接收系统（CAS）， （5）用户管理系统（SMS）， （6）有线数字电视机顶盒的结构与原理。,模拟电视和数字电视比较,数字电视广播系统的原理框图,数字电视系统的结构框图,数字电视系统的核心技术,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 数字电视已经不是单一的电视业务，而是指通过电视传输通道传输的数字业务，包括视频、音频、

2、图像、数据等。,1、数字电视的三个国际标准,美国的ATSC高级电视系统委员会（Advanced Television System Committee） 欧洲的DVB数字视频广播（Digital Video Broadcasting） 日本的ISDB综合业务数字广播（Integrated Services Digital Broadcasting）,2、数字电视传输和处理的主要问题,（1）信源编码 主要任务：完成A/D变换和压缩编码。 重点：实现数码率的压缩。 （2）信道编码 主要任务：完成码型变换和差错控制。 重点：实现数据的检错和纠错,复合编码和分量编码,（二）ITU-R-601建议,1、

3、4:2:2编码方式： 亮度信号的取样频率=13.5MHz，两个色差信号的取样频率=6.75MHz。色差信号的水平分解力是亮度信号的一半。广泛应用于演播室节目制作和传输中。 2、4:4:4编码方式： 亮度信号和两个色差信号（或R、G、B信号）的取样频率=13.5MHz，三个信号具有相同的水平和垂直分解力。一般用在对R、G、B信号进行数字化的场合。,（二）ITU-R-601建议,3、4:1:1编码方式： 亮度信号取样频率= 13.5MHz ，色差信号的取样频率=3.375MHz，两个色差信号在垂直方向上的分解力与亮度信号相同，但在水平方向上的分解力是亮度信号的1/4。 4、4:2:0编码方式： 亮

4、度信号与色差信号的取样频率与4：2：2方式相同，但两个色差信号每两行取一行，在水平和垂直方向上的分解力均为亮度信号的一半。,电视系统的表示方法示例,1080/60i：1080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。可表示为：1080/60/2 ：1 ；还可表示为：108060i 720/50P： 720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。可表示为：720/50/1 ：1 ；还可表示为：72050P NTSC制可表示为：480/60i PAL制可表示为：576/50i,数字电视信号压缩的可能性,数据量=信息量+冗余量 =关键信息量+次要信息量+（时间冗

5、余+空间冗余+视觉冗余+熵冗余） 视频压缩编码技术基本概念 （1）无损压缩和有损压缩 （2）帧内压缩和帧间压缩 （3）对称压缩编码和不对称压缩编码,数字电视信号压缩的可能性,数据量=信息量+冗余量 =关键信息量+次要信息量+（时间冗余+空间冗余+视觉冗余+熵冗余） 视频压缩编码技术基本概念 （1）无损压缩和有损压缩 （2）帧内压缩和帧间压缩 （3）对称压缩编码和不对称压缩编码,数字电视信号压缩的可能性,数据量=信息量+冗余量 =关键信息量+次要信息量+（时间冗余+空间冗余+视觉冗余+熵冗余） 视频压缩编码技术基本概念 （1）无损压缩和有损压缩 （2）帧内压缩和帧间压缩 （3）对称压缩编码和不对

6、称压缩编码,（四）MPEG系列标准,1、MPEG-1标准 标准号：ISO/ IEC 11172。 标准全名：“信息技术用于数据速率高达大约1.5Mbps的数字存储媒体的电视图像和伴音编码” 目标：压缩的输出速率定义在1.5 Mbit/s以下。 场合：用于在CD-ROM上存储数字影视和在网络上传输数字影视。激光视盘VCD（352288） 固定速率：视频速率1.5Mbps ，音频速率64kbps、128kbps、192kbps。,MPEG-1标准,实现方法：DCT、运动补偿和霍夫曼编码 信源输入格式：SIF（Source Inpnt Format），如为CCIR 601 格式的信源要转换成SIF格

7、式才能输入MPEG 1 编码器。,MPEG-1压缩编码三种模式,三种压缩编码模式： 采用帧内压缩编码的帧称为I帧（又称帧内编码帧，Intra Coded Frames）。 采用前向预测编码的帧称为P帧（又称前向预测帧，Predicted Frames），它是前一个I帧或P帧的预测帧，也采用DCT编码。 与采用双向预测编码相对应的帧称为B帧（又称双向预测帧，Bi-Directional Frames）。B帧插在I、P或P、P之间，是从相邻最近的I帧或P帧作双向预测进行编码。,MPEG-1标准组成和特点,MPEG-1标准由下列三部分组成 系统：伴音压缩数据和图象数据的复用及同步 视频：视频压缩 伴

8、音：伴音压缩，有64、128和192kbps三种码率 MPEG-1的特点 定义了一套标准语法用于编码流的表示及解码 并不限定具体的编码算法，只要求产生有效编码流 支持多种图象尺寸、宽高比、信道传输率 随机访问：通过I帧定位可以迅速解码任一帧 快进快退：实现快速交互,（1）MPEG视频码流的层次结构,“图像序列”（Vidio Sequence）：随机存取段落，由若干图象组构成 “图像组”（Group of Pictrue）：随机存取视频单元，由相互有预测和生成关系的一组各种类型图象组成 “图像”（ Pictrue）：基本编码单元，分为I、P、B、D四种类型，代表了各自地压缩模式 “宏块条”或“切

9、片”（Slice）：重新同步单元，宏块的集合，主要用于误差恢复 “宏块”（Microblock）：运动补偿单元，只对亮度信号做运动估值，色度信号采用同一宏块中亮度信号的运动矢量 “块”（Block）：最小的DCT编码单元，为88的象素矩阵,MPEG的层次结构,MPEG视频码流结构,MPEG-1和 MPEG-2的视频结构是相同的，共分为六层，如图所示 MPEG为了更好地表示编码数据，用语法规定了一个层次性的结构。因此，图像序列也被安为一种有结构的数据。共分6层：,图像组GOP （ group of pictures）,一个GOP：共有12帧，其中包含1个I帧、3个P帧和8个B帧。,MPEG-1的

10、图像组结构,帧重排,由于在编码B帧时，需要用将来的一个帧作为参考帧，因此需要把按显示顺序送进来的图像序列重新排列后再进入编码器。,2、MPEG-2 （P222）,MPEG-2是1994年公布的另一视频压缩标准。 标准号：ISO/IEC 13818。 标准全名：“信息技术活动图像及有关声音信息的通用编码” 基本目标：一般为4Mbps9Mbps、最高达15Mbps的运动图像及其伴音的数字压缩编码。 场合：用于数字电视，广泛用于各种速率（2-20Mbps）和各种分辨率的情况，而且可接受隔行扫描的输入信号。DVD（720576）,（1）MPEG-2标准的九个组成部分,系统System：描述多个视频、音

11、频和数据基本码流ES的同步和合成。主要解决多个视频、音频和数据流的组合问题 。 电视图像Video：规定视频的编码和解码。 声音Audio-规定声音数据的编码和解码：是MPEG-1 Audio的扩充。 一致性测试Coformance testing：详细说明位数据流的测试方法和解码器是否满足要求。如何测试和比较被测码流是否符合MPEG- 2第一、二、三部分的规定 。 软件模拟Software simulation：用软件执行前个三部分的结果，形成技术报告。给出了 MPEG- 1第一、二、三部分的软件实现。,2、MPEG-2 （P222）,MPEG-2是1994年公布的另一视频压缩标准。 标准号

12、：ISO/IEC 13818。 标准全名：“信息技术活动图像及有关声音信息的通用编码” 基本目标：一般为4Mbps9Mbps、最高达15Mbps的运动图像及其伴音的数字压缩编码。 场合：用于数字电视，广泛用于各种速率（2-20Mbps）和各种分辨率的情况，而且可接受隔行扫描的输入信号。DVD（720576）,（1）MPEG-2标准的九个组成部分,系统System：描述多个视频、音频和数据基本码流ES的同步和合成。主要解决多个视频、音频和数据流的组合问题 。 电视图像Video：规定视频的编码和解码。 声音Audio-规定声音数据的编码和解码：是MPEG-1 Audio的扩充。 一致性测试Cof

13、ormance testing：详细说明位数据流的测试方法和解码器是否满足要求。如何测试和比较被测码流是否符合MPEG- 2第一、二、三部分的规定 。 软件模拟Software simulation：用软件执行前个三部分的结果，形成技术报告。给出了 MPEG- 1第一、二、三部分的软件实现。,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）MPEG-2的表征形式：类和级,MP

14、EG- 2规定了视频编解码及压缩的“通用语法 (Generic Syntax)”。并定义语法中一组子集 ： “类”（profile）：按使用的工具和方法不同，且满足特定应用要求的一组子集。不同的压缩处理方法。 “级”（level） ：根据编码图像不同的分辨率。输入图像信号的格式。,MPEG-2的类和级的组合,类与级的有效组合共有11种,MPEG-2四个重要的类级组合,四个组合 主类主级（MPML）：DVB、DVD、数字有线电视、ITV等 简单类主级（SPML）：数字有线电视、数字录象机 主类高级（MPHL）：全数字HDTV 空间可分级类高级-1440（SSPH1440）：欧洲的HDTV,MPE

15、G音频压缩,音频采样率：可以是32、44.1、48kHz 压缩的比特流可支持以4种可能的模式之一： 用于单一音频通道的单声道模式 用于两个独立音频通道的双单声道模式 用于立体声通道的立体声模式 相关联合立体声模式,MPEG音频压缩,比特率：压缩的比特流可以选择一个每通道从32kbps到224kbps的预先设定的固定比特率 三个层次：MPEG音频能够从三个独立层进行压缩，这在编码复杂性和压缩的音频质量之间提供了宽裕的权衡范围 编码的比特率支持可选的循环冗余校验（CRC）误码检测码 MPEG音频提供了比特流中包含辅助数据的方法,（3）MPEG-2码流形成过程,（3）MPEG-2码流形成过程,TS的

16、结构,PES经过复用再打成188字节的固定长度包便形成TS流或TS包。TS流是各传输系统之间的连接形式，是传输设备间的基本接口。其结构如上图示。 TS由带有一个或多个独立时基的一个或多个节目组合而成。 注意：TS不是由节目码流PS构成，而由PES复接而成。,包标识符（PID）,每一个打包在TS中的PES都伴有一个包标识符（PID）。 一个特定节目的所有TS包不管它是视频、音频还是数据，都能借助于它们的PID从复合的码流中提取出来。一个或几个节目被加进（复接）TS中，也可被提取（解复用）出来。 一个TS中的每一个节目关联到一个独立的时钟。 TS侧重于传输方面的结构和说明，如加入同步、说明有无差错、有无加扰等。其中包的识别对解码有着重要作用，是识别码流和信息的标签。,两级复用框图,（4）MPEG2四种压缩方式,运动估值是用于消除相邻帧的时间冗余。利用差值检测和块匹配法，仅传递相邻帧的差值和相关运动矢量，从而压缩信源的信息量。 离散余弦变换（DCT）是用于域变换，将信号从空间域变换到频域，使信号的能量集中在几个低频系数上，从而为信息的高效压缩创造了条件。 自适应量化用于消除不相关信息