【正文】 1 數(shù)字電視傳輸技術(shù) 中國傳媒大學(xué) 寬帶網(wǎng)絡(luò)研究所 金立標(biāo) 博士 中 國 傳 媒 大 學(xué) 2 內(nèi)容概述 數(shù)字電視基礎(chǔ) 數(shù)字電視系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 地面數(shù)字電視傳輸技術(shù) IPTV數(shù)字電視技術(shù) 3 第一部分 數(shù)字電視基礎(chǔ) 4 數(shù)字電視基礎(chǔ) 數(shù)字電視系統(tǒng)基本構(gòu)成 模數(shù)轉(zhuǎn)換 信源編碼 信道編碼 調(diào)制 數(shù)模轉(zhuǎn)換 信源解碼 信道解碼 解調(diào) 信道 模擬 電視信號 輸入 模擬 電視信號 輸出 5 數(shù)字電視基礎(chǔ) 、基本概念 信道與帶寬 信道可以分為兩種： ?傳輸模擬信號的稱為模擬信道 ?傳輸數(shù)字信號的稱為數(shù)字信道 。 信道所能傳送信號的頻率寬度，稱為帶寬。 ?理想帶寬 ?實(shí)際帶寬 6 數(shù)據(jù)傳輸速率 比特率：單位是 bit/s簡寫 b/s或 bps， 表示每秒傳輸多少個二進(jìn)制元素。 波特率：也就是符號率，每秒傳輸?shù)姆杺€數(shù)。 R=Blog2N（ b/s）， 其中 R是比特率， B是波特率， N是 n比特的符號數(shù)。 符號率＝帶寬 /1+a， a為升余弦滾降系數(shù)。 數(shù)字電視基礎(chǔ) 7 數(shù)字電視基礎(chǔ) 數(shù)字電視分類 PDTV：比特率為 1～ 2Mbps， 顯示清晰度約300線； SDTV：比特率為 3～ 8Mbps， 清晰度為 350～600線； HDTV：比特率為 18～ 20Mbps， 顯示清晰度為800～ 1000線。 注：以上比特率為 MPEG－ 2壓縮后速率。 8 數(shù)字電視基礎(chǔ) 有線數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn) DVBC ATSC64QAM ATSC16VSB ISDBC 調(diào)制方式 1664QAM 64QAM 16VSB 64QAM 帶 寬 8MHz 6MHz 6MHz 6MHz 傳輸速率 滾降系數(shù) 15% 15% % 18% 糾錯編碼 RS(204,188) RS(128,122) RS(207,187) RS(204,188) 壓縮方式 MPEG2 9 、模擬信號的數(shù)字化 抽樣： 時間上連續(xù)的取值變?yōu)橛邢迋€離散取值。 量化： 幅度上無限多種連續(xù)的樣值變?yōu)橛邢迋€離散值 。 編碼： 用 n比特二進(jìn)制碼來表示已經(jīng)量化了的取樣值。 傳輸速率：傳輸速率 =取樣頻率 fs 量化比特數(shù) 。 數(shù)字電視基礎(chǔ) 取樣 編碼 量化 模擬電 視信號 數(shù)字電 視信號 10 數(shù)字電視基礎(chǔ) 、模擬信號的數(shù)字化 4321012 876543模擬信號 4321012 876543數(shù)字信號 11 數(shù)字電視基礎(chǔ) 數(shù)字電視信號的碼率（未壓縮） 標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視（ SDTV）： 在 ITUR601標(biāo)準(zhǔn)中，采用 10bit量化時， 亮度信號的碼率為 取樣頻率 X 量化比特數(shù) = X 10bit = 135Mbps 2個色差信號的碼率為 2 X X 10bit = 135Mbps SDTV的總碼率為 亮度信號碼率 + 2個色差信號碼率 = 135Mbps + 135Mbps = 270Mbps 12 數(shù)字電視基礎(chǔ) 高清晰度電視（ HDTV）： 在 SMPTE274M數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)中，采用 10bit量化時， 亮度信號的碼率為 取樣頻率 X 量化比特數(shù) = X 10bit = 2個色差信號的碼率為 2 X X 10bit = HDTV的總碼率為 亮度信號碼率 + 2個色差信號碼率 = + = 1485Mbps 13 數(shù)字電視基礎(chǔ) 、信源編碼 編碼器 傳輸帶寬 要求 100Mhz左右 傳輸帶寬 只要求 3Mhz左右 4:2:2編碼、 8bit量化未壓縮 SDTV信號 從 傳輸角度 上考慮需要進(jìn)行電視信號壓縮 解碼器 14 數(shù)字電視基礎(chǔ) 、信源編碼 編碼器 從 存儲角度 上考慮需要進(jìn)行電視信號壓縮 解碼器 10分鐘要求 130Gb存儲容量左右 10分鐘只要求 4Gb左右 4:2:2編碼、 8bit量化一幀 SDTV圖像數(shù)據(jù)量 15 數(shù)字電視基礎(chǔ) 、信源編碼 數(shù)據(jù)壓縮的可能性 壓縮過程：去除圖像中與信息無關(guān)或?qū)D像質(zhì)量影響不大的部分，即冗余部分。電視信號中存在很多這樣的冗余部分，這就為壓縮提供了可能性。 電視信號的冗余性表現(xiàn)在以下幾個方面： ?空間相關(guān)冗余 ? 時間相關(guān)冗余 16 數(shù)字電視基礎(chǔ) 、信源編碼 數(shù)據(jù)壓縮的方式 ?MPEG1： 典型應(yīng)用如 VCD等家用數(shù)字音象產(chǎn)品。最高編碼速率 Mb/S。 ?MPEG2 ?MPEG4： 主要是針對多媒體交互應(yīng)用等通信領(lǐng)域 ：是低比特率下的多媒體通信。 ?： 在相同的 SNR下，平均碼流 MPEG4降低 41%，比 MPEG2降低 67% （一套 SDTV/6Mbps降低為 ) 17 、信道編碼 糾錯：在信道編碼過程中將附加數(shù)據(jù)加于數(shù)據(jù)流之中，在接收端通過校驗(yàn)位來發(fā)現(xiàn)有錯誤的數(shù)據(jù)字，并給予糾正。 交織：編碼時將數(shù)據(jù)碼流按已定義的規(guī)則 “ 攪亂 ” ，在接受端再將那些 “ 攪亂 ”的數(shù)據(jù)字按相反的規(guī)則重新排列，恢復(fù)出原始次序。 數(shù)字電視基礎(chǔ) 18 數(shù)字電視基礎(chǔ) 、調(diào)制傳輸 基帶信號變?yōu)轭l帶信號，頻譜搬移； 便于遠(yuǎn)距離傳輸； QPSK、 QAM、 OFDM。 19 第二部分 數(shù)字電視系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 數(shù)字電視前端平臺 CA系統(tǒng) NMS系統(tǒng) SMS系統(tǒng) TS流 衛(wèi)星接收機(jī) 衛(wèi)星接收機(jī) 衛(wèi)星接收機(jī) 復(fù) 用 器 加 擾 器 QAM 調(diào)制器 IP數(shù)據(jù) 視頻服務(wù)器 EPG系統(tǒng) 復(fù) 用 器 加 擾 器 QAM 調(diào)制器 自辦 節(jié)目 自辦 節(jié)目 模擬 節(jié)目 復(fù) 用 器 加 擾 器 QAM 調(diào)制器 編碼器 編碼器 編碼器 混合器 21 數(shù)字電視前端硬件平臺 － TS碼流的形成 視頻編碼器 音頻編碼器 打包器 打包器 PS 復(fù) 用 TS碼流 PS碼流 PES ES 視頻 音頻 數(shù)據(jù)編碼器 數(shù)據(jù) TS 復(fù) 用 22 數(shù)字電視前端硬件平臺 － PS碼流： 包的長度可變 抗誤碼能力低 適用于相對誤碼低的環(huán)境，如存儲、制作 DVD等 TS碼流 包的長度固定， 188字節(jié) 抗誤碼能力較高 可用于相對較差的信道環(huán)境，如傳輸?shù)? 23 數(shù)字電視前端硬件平臺 － TS碼流的結(jié)構(gòu) 188字節(jié) 包頭 凈荷 包頭 凈荷 … 包頭 凈荷 適應(yīng)字段 8 1 1 13 包 同步 誤碼指示 開始指示 傳送優(yōu)先級 PID 加擾控制 適應(yīng)字段控制 連續(xù)性計數(shù)器 1 2 2 4 可變長 24 MPEG2編碼器可由用戶選擇，把一個頻道的電視信號壓縮成 2~15Mbps等的數(shù)字信號。 壓縮為 6MB/S和 8MB/S的圖象與沒有壓縮的圖象基本沒有區(qū)別，但在壓縮為 4MB/S以下的快速體育運(yùn)動圖象上，則能看到圖象的缺陷。 數(shù)字電視前端硬件平臺 － 25 數(shù)字電視前端硬件平臺 － 、設(shè)備選型 序號 項(xiàng)目 技術(shù)指標(biāo) 備注 1 視頻編碼方式 符合 GB/T XXXX MP@ML 4:2:0 MP@4:2:2 （ 可選） 2 視音頻編碼速率 MP@ML 4:2:0 Mbps 15Mbps 3 音頻采樣頻率 32/48/ kHz 4 音頻編碼方式 符合 GB/GB/ 1層和第 2層格式。環(huán)繞聲可選。 5 音頻編碼速率 32 kbit/s 384 kbit/s 6 輸出 TS流的符合性 包含正確的 PAT、 PMT SDT （ 可選） 26 數(shù)字電視前端硬件平臺 － 常用接口 同步并行接口（ SPI） 異步串行接口（ ASI） 串行數(shù)據(jù)接口（ SDI） 27 使用 一套節(jié)目對應(yīng)一路 MPEG2編碼器； 輸入音視頻信號，輸出 TS流； ASI接口； SDH來的是 TS流，無需 MPEG2編碼器； SDH是 DS3或 E3接口，需適配器轉(zhuǎn)換為 ASI接口； 增加 MPEG2編碼器，還是增加數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)？ 如果衛(wèi)星上的節(jié)目下來就是模擬的，那只能采用編碼器。 數(shù)字電視前端硬件平臺 － 28 數(shù)字電視前端硬件平臺－ 我國上星的數(shù)字電視節(jié)目采用的是 QPSK調(diào)制方式 ，數(shù)字