数字电视技术概述

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1、数字电视技术概述1 1一、数字电视系统概述1.1 数字电视基本概念l数字电视是数字电视系统的简称，是指音频 、视频和数据信号从信源编码、调制到接收 和处理均采用数字技术的电视系统。 l国际上的精确定义：将活动图像、声音和数 据，通过数字技术进行压缩、编码、传输、 存储，实时发送、广播，供观众接收、播放 的视听系统。 l从广义上说，数字电视是数字传输系统，是 原有电视系统的数字化。2 2一、数字电视系统概述1.2 数字电视广播系统基本构成l数字电视广播电视系统由信源编码、多路复 用、信道编码、调制、信道和接收机组成。3 31.2 数字电视广播系统基本构成（续）l 信源编码是对视频、音频、数据进行

2、压缩编 码的过程。辅助数据可以是独立的数据业务 ，也可以是和视频、音频有关的数据，如字 幕等。 l 多路复用是将视频、音频和数据等各种媒体 流按照一定的方法复用成一个节目的数据流 ，将多个节目的数据流再复用成单一的数据 流的过程。 l 信道编码是指纠错编码。为了能在接收端和 纠正传输中出现的错误，信道编码在发送的 信号中增加了一部分冗余码，即通过牺牲信 息传输的效率来换取可靠性的提高。4 41.2 数字电视广播系统基本构成（续）l 调制是指为了提高频谱利用率，把宽带的基 带数字信号变换成窄带的高频载波信号的过 程。 l 信道有卫星广播信道、有线电视信道和地面 广播信道等。 l接收机的功能包括调

3、谐、解调、信道编码、 解复用、视音频解压缩、显示格式转换等。5 56 61.3 数字电视技术分类按信号传输方式可分为： l地面无线数字电视 l卫星数字电视 l有线数字电视7 71.3 数字电视技术分类（续）按图像清晰度可分为三大类： 1）标准清晰度电视SDTV：质量相当于目前模 拟彩色电视系统的数字电视系统，也称为常 规电视系统。即符合ITU-R601标准的数字分 量编码4:2:2的视频，经数据压缩处理后所能 达到的图像质量。其清晰度约为500电视线 ，视频数码率约为5Mb/s。8 81.3 数字电视技术分类（续）2）高清晰度电视HDTV：需至少720线逐行 或1080线隔行扫描，宽高比为16

4、:9，采用 数字压缩音响。视频数码率约为20Mb/s或以 上。 3）数字低清晰度电视LDTV：图像清晰度约为 300电视线，视频数码率约为12Mb/s，图 像质量与VCD相当。另外还有一种增强清晰度电视EDTV，图像 质量介于SDTV与HDTV之间。9 91.4 数字电视主要优势1）数字信号处理、传输使信号质量大大提高l数字信号在记录/重放、信号传输和处理等过程 中不会引起信号劣化， 通过整形和纠错编码等 技术可将数字信号有效还原，收端图像质量与 发端基本一致。l以视频编码比特率为45Mbs的数字信号， 传输到用户清晰度提到480线，主观评价约4.3 分。而模拟信号只有3分左右。（模拟电视经电

5、 视中心、微波、卫星、发射机和接收机各环节 后为五级质量制评定为3.25级）。10101.4 数字电视主要优势（续）2）频谱资源利用率高有线电视数字化，节目容量大大提高。如1个 8MHz模拟频道可以传610套数字电视节目。 500 MHz带宽内可以传380630套节目。 HFC网络改造(1G)会使容量进一步提高。3）多信息、多功能数字技术有利于电视节目与数据的融合。大大 扩展服务内容。如电子节目指南、财经信息、 视频点播、歌唱点播、新闻选取、远程教育、 电视购物、交互游戏等新颖的增值服务。11111.4 数字电视主要优势（续）4）数字化带来有效的用户管理系统 数字化使得信号非常容易实现加扰、解

6、扰 和加密、解密，便于开展各类收费业务。条 件接收（ CA ）系统的应用，可以实现对用 户的有效管理，确保运营商的资金回报。1212二、数字电视标准目前，数字电视广播有三个相对成熟的标 准制式：l欧洲的DVB（数字视频广播）标准l美国的ATSC（先进电视制式委员会）标 准l日本的ISDB（综合业务数字广播）标准13132.1 DVB标准概述（续）传输标准：lDVB-S ：用于11/12GHz频段的数字卫星系 统，适用于多种转发器带宽与功率，传输层最 大码率为38.1Mbps。lDVB-C ：用于8MHz的数字有线电视系统， 与DVB-S系统兼容，传输层最大码率 38.1Mbps。lDVB-T

7、： 用于6、7、8MHz的地面数字电视 广播系统，传输层最大码率24Mbps。lDVB还有多种网络接口标准。 14142.1 DVB标准概述lDVB是一个由全世界25个国家超过200个组 织参加的项目组织，起源于欧洲。l其主要目标是找到一种对所有传输媒体都适用 的数字电视标准协议（信道编码协议）。15152.2 DVB标准的核心1）基带处理： l采用MPEG压缩的音频、视频及数据格式作为 信源压缩与编码（ES流）。l采用公共MPEG-2传输流（TS流）复用方式 。l采用公共的业务信息用（SI）。l系统的第一级信道编码采用 R-S前向纠错编码 保护。16162.2 DVB标准的核心（续）2）信道

8、编码调制方式：lDVB-S采用QPSK四相相移键控调制方式；lDVB-C采用QAM正交幅度调制方式；lDVB-T采用COFDM多载波频分复用技术。3）条件接收：使用通用的加扰方式以及条件 接收系统（CA）。4）其他：（数字广播、交互操作)；网络传 输接口(Interfacing)；因特网协议(IP)；测 量(Measurement)；家庭多媒体平台(MHP) 等。17172.3 DVB视频特点l 演播室数字视频标准是SDI。而DVB系统的 视频采用标准的MPEG-2压缩编码，它分成4 种信源格式或称“级”（LEVEL），从录像带的 低图像清晰度，到高清晰度电视。lDVB视频标准还定义了5个“类

9、”（PROFILE） 的概念，每一个不同的“类”（PROFILE）能够 提供构成编码系统的压缩工具和压缩算法。在 “类”中存在两种图像取样方式，即：4：2：2 和 4：2：0格式。 18182.3 DVB视频特点（续）l目前在世界上最常用的MPEG-2标准是MP ML。即（主类主级），它是第一代数宇有 线电视和数字卫星电视的基础。l图象宽高比可以是4：3或16：9。l至于码率，它是由节目提供者根据节目质量来 选定的，图像质量越高，所需码流率越高，反 之则越低。1919三、信源编码3.1 视频信号的数字化模拟信号通过以下三个步骤编码为二进制数字 信号的过程成为模/数变换（A/D变换）或PCM （

10、脉冲编码调制），所得到的信号也称为PCM 信号。l抽样：每隔一定时间取一次信号值l量化：将每一个抽样的幅度赋值l编码：按规律将量化后的值转换为二值或多值 的数字信号流。20203.1 视频信号的数字化（续）奈奎斯特取样定理：取样频率大于或等于模拟 信号中最高频率的两倍，就可不失真地恢复原 信号。最高频率的两倍也叫折叠频率。一般取 样频率为最高频率的35倍。21213.1 视频信号的数字化（续）模拟电视有PAL、NTSC等制式，数字化后会 形成不同制式的数字视频信号，不便于国际数 字视频信号的互通。因此，国际电联出台了 BT.601分量数字系统建议。我国对应的国家 标准为GB/T14857-93

11、演播室数字电视编 码参数规范。22223.1 视频信号的数字化（续）lBT.601建议采用对亮度信号和两个色差信号 分别编码的分量编码方式，对不同制式的信号 均采用相同的取样频率，对亮度信号Y采用的 取样频率为13.5MHz。由于色度信号带宽远 比亮度信号的带宽窄，因此对色度信号U和V 的取样频率为6.75MHz。l色度信号的取样率是亮度信号取样率的一半， 常称为4:2:2格式，可以理解为每一行里Y、 U、V的样点数之比为4:2:2。23233.2 图像压缩编码的主要技术与标准主要标准包括CCITT的H系列、JPEG和MPEG ：lH系列：针对电视电话会议，传输码率为 64kbps1.92Mb

12、ps。编码方法包括DCT变 换、可控步长线性量化、变长编码及预测编码 等。lJPEG：针对静止图像压缩编码。是一种不含 帧间压缩的帧内压缩编码方法，有利于编辑， 其主要编码过程与H.261的帧内编码过程大致 相同。24243.2 图像压缩编码的主要技术与标准（续 ）lMPEG：针对运动图像的压缩编码。包括有MPEG-1 和MPEG-2标准：1） MPEG-1主要针对运动图像和声音在数字存储时 的压缩编码，典型应用如VCD等家用数字音像产品， 其编码最高码率为1.5Mbps。2） MPEG-2则针对数字电视的视/音频压缩编码，其 编码率可为3100Mbps。MPEG的基本编码过程与H系列类似，即

13、通过DCT进 行帧间压缩，不同是MPEG在预测编码中加进了一个 双向预测帧 B帧。2525四、有线数字电视码流结构基本概念：数字信号的复接与分接l模拟电视系统中，多路模拟信号是用频分复用FDM方 式复合在一起的。FDM的缺点是各信号间易相互干扰， 而且频谱利用率比较低。l而在数字电视系统中，多路ES流的复合和多路节目传送 流的复合均是采用时分复用TDM方式： 图像、声音 、数据的ES流构成一路TS流进行传输，从时间上看TS 流中各路ES流是分时轮流传输的。l多路节目的TS流也以同样方式复合构成更高速率的传输 流。在多路数字信号间实现TDM的过程称为数字复接， 逆过程称为数字分接 。26264.

14、1 TS码流基本结构：MPEG-2的结构分为压缩层和系统层。1）一路节目的视、音频及其它辅助数据经 数字化后，通过压缩层完成信源压缩编码，分 别形成基本码流ES（1.5-15Mbps码流可调 ）。2）系统层将不同的基本流ES分别加包头打 包（分组）为PES包。PES又称为分组基本码 流。这一步骤在打包器内实现，PES的长度 可在一定范围内变化。27274.1 TS码流基本结构（续）：3）将视频，音频的PES流以及辅助数据按不同的格 式再打包，然后进行复接，即分别生成了TS流和PS 流。 lTS包固定为188B，由包头（4B）和需要传送的有用 信息即负载（184B）组成，l有时在有用信息前插入一

15、个调整字段，用于补充长度 不完整的TS包，或放置节目参考时钟（PCR），PCR 以固定频率插入包头，表示编码端的时钟，解码端根 据PCR调整时钟，保证正确解码。4）单个节目的TS流叫SPTS，多节目TS流称为 MPTS。28284.1 TS码流基本结构（续）：包头4个字节前缀是链接字头，包括同步字节0x47 和数据包识别号PID（13位=8192），从PID可以判 断其后面净荷的数据类型，是视频、音频流、PSI还 是其它数据包。29294.1 TS码流基本结构（续）： 节目流PS与传送流TS的区别：l节目流PS与传送流TS是ISO/IEC针对不同的应用环 境（信道和存储介质）规定的两种系统编码

16、方法：30304.1 TS码流基本结构（续）： 节目流PS与传送流TS的区别：l传送流TS是将视频和音频的PES包作为固定长度的 TS包的净荷，然后对TS包进行复接形成的。包结构 是固定长度的(188字节)， 节目流PS是对完整的视 频和音频PES包进行复接形成的，包结构是可变长度 的。lPS是针对那些不容易发生错误的环境（如光盘存储系 统上的多媒体应用）而设计的系统编码方法，特别适 合于软件环境的处理。TS流是针对那些很容易发生错 误（表现为位值错误或丢失）的环境（如长距离网络 或无线广播系统上的应用）而设计的编码方法。31314.1 TS码流基本结构（续）： TS码流优点：采用固定长度包格式的TS码流在将多路数据 进行复接时提供了许多灵活性和一些显著的优 点： 1）动态带宽分配 规定的信道总频带内视频、音频和数据包可以 进行实时的，灵活的分配，不需要预先进行规 定。利用这一特性，可以实时插入服务数据， 如：可在广播付费节目前实时地将解密钥匙插 入到TS码流中送给广大用户。 32324.1 TS码流基本结构（续）：TS码流优点：2）可分级性 TS包