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数字电视基础知识(四)

2012-2-20 08:29:43  2310 数字电视
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七、数字视频广播(DVB)
在电视数字化的进程中,国际DVB组织(Digital Video Broadcasting)提出了全套的解决方案,这-方案涉及我们常用的传输媒介:数字卫星电视(DVB-S)、数字有线电视(DVB-C) 、数字开路电视(DVB-T) 。
  由于相对较低的基础设施费用投入和各国相对简单的标准协调问题,数字卫星电视(DVB-S)网、数字有线电视(DVB-C)网和数字开路电视(DVB-T)网先走一步,发展更快。 1995年DVB组织确立了数字卫星电视的标准DVB-S, 1996年数字有线电视DVB-C数字共用天线电视、数字微波电视等标准随之确立,数字开路电视DVB-T的采用紧随其后,将给整个社会带来更深刻的变化。 I997年以DVB标准为基础的数字电视已经在全世界普及,拥有了几百万用户,目前,数字地面电视(DVB-T)标准正在逐渐被世界各国所采用,为今后的高清晰度电视开辟了广泛的前景。
DVB标准提供了-套完整的,适用于不同媒介的数字电视广播系统规范,其周全的计划及广范的共识是其成功的关键。从一开始,大家就选定ISO/IEC MPEG-2标准作为音频及视频的编码压缩方式,对信源编码进行了统一,随后对MPEG-2码流进行打包形成传输流(TS),进行多个传输流复用,最后通过卫星、有线电视及开路电视等不同媒介传输方式进行传输。
1. DVB标准的核心
●系统采用MPEG压缩的音频,视频及数据格式作为数据源
●系统采用公共MPEG-2传输流(TS)复用方式
●系统采用公共的用于描述广播节目的系统服务信息(SI)
●系统的第一级信道编码采用R-S前向纠错编码保护
●调制与其它附属的信道编码方式,由不同的传输媒介来确定
●使用通用的加扰方式以及条件接收界面
   2. DVB音频特点
   DVB系统的音频编码使用MPEG-I LayerII笫二层音频编码,也称做MUSICAM。音频的MPEG-I Layer II编码压缩系统利用了声音的低声音频谱掩蔽效应,这一人体生理学效应允许我们对于人耳不太敏感的频率进行低码率编码,这一技术的采用可以大大地降低音频编码速率。 MPEG-I Layer II音频编码可用于单音,立体声,环绕声和多路多语言声音的编码。
   3.DVB视频特点
对于视频,国际上采用标准的MPEG-2压缩编码,MPEG-2视频编码系统由一个大家族构成,每一个系统之间都有兼容性和共同性,根据图像清晰度的不同,它分成四种信源格式或称“等级”(LEVEL),从录像带(VCR)的低图像清晰度,到高清晰度电视。除了根据图像清晰度定义的“等级”以外, DVB视频标准还定义了“档次”(PROFILE)的概念,每一个不同的“档次”(PROFILE)能够提供构成编码系统的压缩工具和压缩算法。
a)“档次”(PROFILE)
目前在MPEG-2系统中存在5个“档次”(PROFILE),每一个“档次”(PROFILE)都会比它的前一个“档次”更加复杂,更加完善,提供更多的工具,同时其相对应的设备的价格也更高。
“档次”的最初级叫做简单档次(SIMPLEPROFILE),随后是主档次(MAIN PROFILE),它比简单档次(SIMPLE PROPILE)增加了编码双向预测的功能,即:B-FRAMES,在使用同样的码流的情况下,它的质量会更好,但算法更加复杂,使用的芯片更多。主档次(MAIN PROFILE)的解码芯片,可以兼容解码简单档次(SIMPLE PROFILE)的编码,这种向下兼容性贯穿整个系列的“档次”。
  在主档次(MAIN PROFILE)之后,是信噪比可分级档次(SNR SCALABLE)及空间频谱可分级档次(SPACILLY SCALABLE PROFILE),这两种“档次”可以调整信噪比与码流率关系,以及图像清晰度与码流率之间的关系,出于其编码的复杂性以及接收设备价格昂贵问题, DVB标准目前不支持这两种“档次”。最高级的“档次”是HIGH PROFILE,它不仅兼容前面的低极“档次”,兼备所有的功能,而且可以进行多行,同时编码,而前面的“档次”则是逐行编码。
  在“档次”中存在两种图像采样方式,即: 4:2:2和4:2:0格式。我们知道电视复合信号可以分成亮度信号分量(Y)和色度信号分量(R-Y,B-Y),4:2:2格式是对亮度信号进行4个采样,对色度信号(R-Y,B-Y)进行2个采样, 4:2:0格式的色度信号(R-Y,B-Y)只做隔行采样,如果使用8比特采样,我们可以计算出对标准PAL制电视信号进行采样后的4:2:2格式图像码流率如下:
亮度信号码流率为: 720× 576× 25帧/秒×8Bit=82.944Mb/s
色度信号码流率为: 2×1/2× 720× 576× 25帧/秒× 8bit=82.944Mb/s
总码流率为: 82.944Mb/s +82.944Mb/s =165.888Mb/s
我们看到没有压缩的电视图像码流率非常高,占用带宽太宽,不适用于传输,即使采用4:2:0格式,图像码流率也高达124.416Mb/s, MPEG-2的压缩算法采用除去电视视频信号的时间冗余和空间冗余的计算法,使码流率降到3~8Mb/s仍然获得质量清晰的图象,使数字电视的传输成为可能。
(b)“等级”(LEVEL)
根据图像节目源的清晰度由低到高的不同, DVB MPEG-2标准分成许多“等级”,最低的LOW LEVEL的清晰度是IU-R-BT、 601建议的四分之一,即: 352×288×25帧/秒。 MAINLEVEL是完全符合IU-R-BT、 601建议的标准,即:720×576×25帧/秒。HIGH-1440LEVEL采用了每行1440个采样的方法。 HIGHLEVEL采用了更高的每行1920的采样方法。
  目前在世界上最常用的MPEG-2标准是MP@ ML,即: MAIN PROFLE@ MAIN LEVEL,它是第一代数字有线电视和数字卫星电视的基础,节目提供者可以提供625线质量的节目,图像的长宽比可以是4: 3或I 6: 9; 至于码流率,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。
4. MPEG-2码流复用及服务信息
数字电视传输中,音频、视频及数字信号首先经过MPEG-2编码器进行数据压缩,通过节目复用器形成基本码流(ES),基本码流经过打包后形成有包头的基本码流(PES)。代表不同音频、视频信号的PES流被送人传输复用器进行系统复用,复用后的码流叫做传输流(TS),传输流中包括多个节目源的不同信号,为了区分这些信号,在系统复用器上需要加入服务信息(SI),使接收端可以识别不同的节目。为了便于理解DVB传输系统的服务信息,我们对传输码流的结构进行粗略的介绍,传输码流的长度定义为188个字节长。
每个传输流的前4个字节为字头(Header),字头后面就是需要传送的有用信息,包括音频,视频或数据信息,通常是184个字节长度,有时在有用信息(Useful Data)中插入一段适配区域(Adaptation Field),用于补充长度不完整的传输流,放置解码时钟(PCR)。传输流的字头是识别传输流的关键,在字头32比特中,13位的PID码特别重要,它是辨别码流信息性质的关键,是节目信息的“身份证”,不同的电视节目和服务信息(SI)对应有不同的PID码。对于一台解码接收机而言,为了找到它所要接收的电视节目,它首先通过PID码找到服务信息(SI)所对应的不同表格(Table),DVB标准定义了如下服务信息表格:
PAT:Program Allocation Table节目分配表
    CAT: ConditionalAccess Table有条件接收表
    PMT: Program MapTable节目分布表
    NIT: Network InformationTable网络信息表
    SDT: ServiceDescription Table服务描述表
    EIT: EventInformation Table事件信息表
    TDT:Timeand Date Table时间日期表
通过这些服务信息表格,可以查到所要接收节目的PID码和对应的时钟PCR,节目就可以还原。
DVB标准的传输系统分成信源编码(Source Coding)和信道编码(channel Coding)两部分,信源编码采用MPEG-2码流。首先,对音频和视频进行节目复用,然后再将多个数字电视节目流进行传输复用。
信道编码包括:前向纠错编码、解码、调制、解调和上下变额三部分。前向纠错码根据不同的传输媒介采用不同的组合。卫星传输采用QPSK调制,有线传输采用qam调制,开路传输采用COFDM调制或I6VSB调制。
八、 DVB标淮卫星传输系统DVB-S
数字卫星电视的传输是为了满足卫星转发器的带宽及卫星信号的传输特点而没计的。卫星系统是一个单载波系统,如果我们将所要传输的有用信息称为“核”,那么它的周围包裹了许多保护层,使信号在传输过程中有更强的抗干扰能力,视频、音频以及数据被放入固定长度打包的MPEG-2传输流中,然后进行信道处理,在卫星系统中,信道处理过程包括:
(a)    首先进行同步字节的倒相,倒相字节的长度为每8个字节进行一次。
(b)    然后进行数据的能量扩散,数据随机化,避免出现长串的0或1。
(c)    为每个数据包加上前向纠错的R-S编码,也叫做外码。 R-S编码的加入会使原始数据长度由原来的188字节增加到204字节。
(d)    进行数据交织。
(e)    加入卷积码纠错,也称内码,内码的数量可以根据信号的传输环境进行调节。
(f)    最后对数据流进行QPSK调制。
    总之,传输系统首先对突发的误码进行离散化,然后加入R-S外纠错码保护,内纠错码是可以根据发射功率,天线尺寸以及码流率进行调节变化。举例来讲,一个36MHz带宽的卫星转发器采用3/4的卷积码可以达到的码流率是39Mb/s,这一码流率就可以传送5-6路高质量电视信号。
   九、 DVB标准有线传输系统DVB-C
数字有线电视采用与卫星同样的“核芯”,即MPEG-2压缩编码的传输流。由于传输媒介采用的是同轴线,与卫星传输相比外界干扰小,信号强度相对高些,所以前向纠错码保护中取消了内码。调制方式改成64-QAM方式,有时也可以采用I6-QAM,32-QAM或更高的128-QAM,256-QAM。对于QAM调制而言,传输信息量越高,抗干扰能力越低。在一个8MHz标准电视频道内,如果使用64-QAM,所传输的数据速率为38.5Mb/s。
  十、 DVB标准开路传输系统DVB-T
开路传输系统的标准是1998年2月批准通过的。MPEG-2数字音频、视频压缩编码仍然是开路传输的核心。其它特点是,采用COFDM调制方式,在这种调制方式内,可以分成适用于小范围的单发射机运行的2k载波方式,适用于大范围多发射机的8k载波方式。 COFDM调制方式将信息分布到许多个载波上面,这种技术曾经成功地运用到了数字音、视频广播DAB上面,用来避免传输环境造成的多径反射效应,其代价是引入了传输“保护间隔”。这些“保护间隔”会占用一部分带宽,通常COFDM的载波数量越多,对于给定的最大反射延时时间,传输容量损失越小。但是总有一个平稳点,增加载波数量会使接收机复杂性增加,破坏相位噪声灵敏度。
由于COFDM调制方式的抗多径反射功能,它可以潜在地允许在单频网中的相邻网络的电磁覆盖重叠,在重叠的区域内可以将来自两个发射塔的电磁波看成是一个发射塔的电磁波与其自身反射波的叠加。但是如果两个发射塔相距较远,发自两塔的电磁波的时间延迟比较长,系统就需要较大的保护间隔。
从前向纠错码来看,由于传输环境的复杂性, DVB-T系统不仅包含了内外码(Outer Code, Inner Code)。而且加入了内外交织( Outer Interleave, Inner Interleave )。
十一、数字电视优点:
1、节目和频道更丰富。使用数字压缩技术,可在不影响信号质量的前提下更充分地利用频道资源,频道数可增至原有的6-8倍。
2、电视频道更加专业化、个性化。数字电视平台使付费电视成为可能,因此逐渐会涌现出独立的、全天候的专业频道,如电影、时装、汽车、房产、MTV、体育、游戏等,可极大程度地满足不同人群的个性化需要。
3、采用数字技术对节目进行处理、传输和储存,可使图像更清晰、音质更好,观众可通过机顶盒在普通电视机上欣赏到DVD视频效果、CD音频效果的标准清晰度电视节目。数字音频节目可直接进入家庭音响,声音更逼真。
4、功能极大丰富。数字电视能开展许多新的增值服务,电子节目菜单(EPG)就像手边的电视报,用遥控器就能查询节目、预定节目和选择节目,甚至定制收藏夹和节目单,好节目不会错过。
5、伴随电脑、网络等新事物的诞生,数字电视将呈现出与计算机、电脑网络融合的趋势,可提供更多样化的服务,如数据广播、音频服务、互动服务等。数字电视不但可收看传统形式的节目,还可以浏览网页、炒股、发送邮件、享受远程教育和电视购物等。
数字电视为未来的生活提供了无限的可能,它将逐渐改变“你播我看”的传统模式,用户将从中感受到一个更加个性化、人性化和科学化的视讯新天地。
十二、数字电视系统的构成
交互式数字电视系统由三部分组成:数字前端系统、双向传输网络和用户终端系统。
数字前端系统通常划分为信源处理、信息处理和传输处理三部分,完成节目的数字化、加扰、授权和认证等功能;双向传输网络主要通过卫星、Cable、地面发射、MMDS等方式将节目传送到用户家中,回传可采用HFC回传通道、PSTN和其它网络;用户终端系统采用机顶盒(STB)收看数字电视节目或实现交互式功能,如收看付费电视、实现Internet浏览、远程教育等。
十三、数字电视的主要业务
数字电视技术能提供丰富的业务内容。包括:
1、             免费基本数字电视业务
直接接收和转播国内外未加密高质量数字卫星电视节目。
2、             按频道付费数字电视业务
接收和录制国家广电部批准的境外加密卫星电视节目,对节目进行审查和编辑,通过数字加密加扰系统分级别向观众播放。
以专题频道方式对多种片源(数字/模拟卫星节目、录像带、VCD、DVD、LD、电影、广播电视节目、自办节目等)进行编辑和选择,完成格式转换、分类和存储,通过视频服务器按节目类别(如爱情、喜剧、科幻和卡通片等)在专门的数字电视频道上循环播出。
3、         VOD视频点播业务
提供若干数字电视频道的视频点播节目,使用户能够在不同的时间里完整地观看播放的电视节目。
4、             按次付费数字电视业务
用户通过电话回传或遥控器确认付费收看某一部节目,或某一时段节目。  
5、增强电视节目
可增加中文电子节目指南,也可在数字电视节目中叠加大量的广告图片、文字信息,用户用遥控器点击获取额外广告信息,可增强电视广告业务等。
6、数据广播业务
数据广播是指由视频、音频、软件程序、流式数据或其它数字/多媒体所组成的内容被连续地传送到机顶盒设备上,它是一种可以提供快速和丰富媒体内容的有效方式。股票频道提供交互式股票实时行情和财经信息,包括实时行情、个股走势图、K线图、个股资料、公告信息和电话交易等栏目;电子报刊频道可对新闻机构提供的电子版新闻进行加工整理后广播,用户可选择阅读或收听方式;本地信息咨询服务包括民航、铁路、汽车、货运、旅游、宾馆、饭店、人才市场信息、房屋中介、婚姻介绍等信息;气象服务频道全天24小时提供全球主要城市和全国各城市的天气情况,为用户提供与天气相关的服务产品。
7、数字音乐广播
播出CD、DVD音频质量的音乐CD、磁带、MTV、网上MP3等数字音乐节目,可在一个模拟频道上提供上百个数字音乐频道广播。
8、游戏频道
动态提供各类数字电视游戏节目,用户可选择性地付费享用。
9、远程教育
通过数字电视,观众可安坐家中就能得到全国乃至世界上最优秀的教师给我们辅导授课。通过与国、内外著名学府合作,学员足不出户即可查阅到相关课程和教学资料,按照课程时间表选择上课时间,或将课程内容下载,自由选择学习时间。
10、交互式数字电视业务
在单向有线电视网络,采用公用电话网络可实现数据上传,在双向有线电视网络下,采用双向调制解调器可实现数据上传功能,进而实现金融服务、互联网接入、电子邮件、电视购物、家庭保安监控、观众参与等多媒体信息服务。
                                                
                                             广东长虹质量部
                                                  2007.8
0
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· 2013-1-2 20:45:37
电视行业从业者,拿走学习了
· 2013-3-10 22:36:12
· 2013-5-18 10:08:37

谢谢分享!!!
· 2013-5-18 21:48:49
关于数字电视很详细的介绍资料···

评论

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