第1-3講數(shù)字電視系統(tǒng).ppt

數(shù)字電視技術(shù)實(shí)訓(xùn)教程第1章數(shù)字電視概述 主講 模擬電視基礎(chǔ) 電磁波譜 靜止圖像的傳送 電視是在發(fā)送端 把一幅靜止圖像分解成許多像素 并把各個(gè)像素的亮度逐一轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號 經(jīng)過一個(gè)通道按順序一一傳送出去 在接收端 按相同的順序 按各個(gè)像素的電信號在電視機(jī)屏幕相應(yīng)位置上轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌炼鹊墓恻c(diǎn) 從而合成一幅完整的圖像 就像寫字一樣 從左到右 從上到下一字一字地順序?qū)懗?這種在發(fā)送端按一定的順序把圖像分解成一個(gè)個(gè)像素 而在接收端按同一順序再把像素組合成圖像的過程 稱為掃描 活動(dòng)圖像的傳送 如何傳送活動(dòng)圖像呢 要傳送活動(dòng)的圖像 只要將運(yùn)動(dòng)的物體圖像連續(xù)地分解為若干幅稍有變化的靜止圖像 然后將這些靜止的圖像順序地快速傳送 只要每兩幅圖像出現(xiàn)的時(shí)間小于人眼視覺惰性時(shí)間 每秒鐘傳送24幅圖像 人眼就會有連續(xù)動(dòng)作的圖像感覺 即實(shí)現(xiàn)了活動(dòng)圖像的傳送 我國現(xiàn)有電視標(biāo)準(zhǔn)每秒傳送25幅 幀 圖像 每幅圖像分兩場來傳送 圖像的光電轉(zhuǎn)換 聲音信號 圖像信號 電子掃描 電子掃描是指電子束按一定規(guī)律在光電靶面上或熒光屏面上運(yùn)動(dòng)的過程 電子束從左到右 自上而下的運(yùn)動(dòng) A 行掃描 電子束從左到右 水平 的掃描 B 場 幀 掃描 電子束從上到下 豎直 的掃描 C 掃描頻率 單位時(shí)間 每秒 掃描的次數(shù) 行頻 場頻 D 掃描周期 掃描一周需的時(shí)間 行周期 場周期 逐行掃描 電子束從屏幕左上端開始 按照從左到右 從上到下的順序以均勻速度一行接一行地掃描 稱為逐行掃描 逐行掃描的優(yōu)缺點(diǎn) 具有圖像清晰度較高 不會出現(xiàn)行間閃爍等優(yōu)點(diǎn) 但對設(shè)備要求較高 圖像信號需要占用較寬的帶寬 目前已經(jīng)在高清晰度彩色電視機(jī)牛和數(shù)字電視廣播中采用了逐行掃描技術(shù) 播放最后一幀 1 1數(shù)字電視的概念與優(yōu)勢 1 1 1數(shù)字電視數(shù)字電視是指包括節(jié)目攝制 編輯 發(fā)送 傳輸 存儲 接收和顯示等環(huán)節(jié)全部采用數(shù)字處理的全新電視系統(tǒng) 也可以說數(shù)字電視是在信源 信道 信宿三個(gè)方面全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和數(shù)字處理的電視系統(tǒng) 1 1 3數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn) 1 圖像傳輸質(zhì)量較高 距離遠(yuǎn)2 頻譜資源利用率高3 提供全新的業(yè)務(wù) 實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸4 信號穩(wěn)定可靠 設(shè)備維護(hù) 使用簡單5 節(jié)省發(fā)送功率 覆蓋范圍廣6 靈活友好的人機(jī)界面7 易于實(shí)現(xiàn)條件接收 什么是數(shù)字化 模擬信號 在時(shí)間上和幅度上都是連續(xù)變化的信號 如 模擬錄相機(jī) 數(shù)字信號 在時(shí)間上和幅度上不連續(xù) 離散 的信號 用二進(jìn)制數(shù)字 0 1 表示信息 MPEG1 VCD MPEG2 DVD 復(fù)制 再生 數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ) 一 模擬信號 Analogul 與數(shù)字信號 Digital 1 模擬信號 在時(shí)間上和幅度上都是連續(xù)變化的信號 模擬信號處理的本質(zhì)是 復(fù)制 通過掃描線來加以恢復(fù)信號 前一次處理與后一次處理要求波形完全一至 否則就有失真 所以信號經(jīng)多次處理后失真和噪聲不可避免 2 數(shù)字信號 在時(shí)間上和幅度上不連續(xù) 離散 的信號 用二進(jìn)制數(shù)字0 1表示信息 數(shù)字信號處理的本質(zhì)是 再生 通過一個(gè)個(gè)的點(diǎn)來恢復(fù)信號 它不用復(fù)制原來的信息 而是重新生成與原來一樣的信息0或1 雖然有可能發(fā)生0 1的差錯(cuò) 誤碼 但可以利用糾錯(cuò)的方式來減少誤碼 所以失真小 模擬信號 數(shù)字信號 引言 播放數(shù)字處理基礎(chǔ) 數(shù)字電視的清晰度 目前共有五種廣播制式 其中 標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視 SDTV 廣播有480I和480P兩種 高清晰度數(shù)字電視 HDTV 廣播有720I 720P和1080I三種 其中的數(shù)字表示有效掃描線數(shù) I和P表示掃描方式 I為隔行掃描 P為逐行掃描 如480P 表示掃描線數(shù)為480線的逐行掃描方式 480I就是480線的隔行掃描方式 1 1 2高清晰度數(shù)字電視 高清晰度數(shù)字電視是目前世界上發(fā)達(dá)國家積極開發(fā)應(yīng)用的高新電視技術(shù) 它采用數(shù)字信號傳輸技術(shù) 比普通模擬電視信號傳輸具有更強(qiáng)的抗干擾性能 圖像的清晰度顯著提高 接收圖像的寬高比為16 9 配合多聲道數(shù)字伴音 可達(dá)到35mm寬銀幕電影的放映效果 數(shù)字高清晰度電視接收機(jī)的輸入接口 1 射頻信號 RF 2 視頻信號 Video 3 S視頻信號 S Video 4 隔行色差信號 Y CbCr 5 逐行色差信號 Y Pb Pr 6 基色信號 R G B 7 VGA接口 8 DVI接口 9 HDMI接口 VGA接口 數(shù)字信號的主要標(biāo)準(zhǔn) 1 H 261和H 264標(biāo)準(zhǔn)2 MPEG標(biāo)準(zhǔn)MPEG MovingPictureExpert Group活動(dòng)圖像專家組 是運(yùn)動(dòng)圖像和聲音的數(shù)字編碼標(biāo)準(zhǔn) 它是標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 和國際電工委員會 IEC 制訂的 實(shí)際上MPEG是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系列 有MPEG 1 MPEG 2 MPEG 4和MPEG 7 1 MPEG 1標(biāo)準(zhǔn)MPEG 1標(biāo)準(zhǔn)可以處理各種類型的活動(dòng)圖像 MPEG 1所支持的輸入圖像格式有兩種 352 240 30和352 288 25 其基本算法對于壓縮水平方向360個(gè)象素 豎直方向288個(gè)象素的空間分辨力 每秒24至30副畫面的運(yùn)動(dòng)圖像有很好的效果 在MPEG 1標(biāo)準(zhǔn)中的一幀圖像是成逐行掃描的圖像 MPEG 2標(biāo)準(zhǔn) 能兼容MPEG 1 傳輸碼率是MPEG1的4倍以上 4 100Mb s 它是一個(gè)大家族 共分5類 4級 現(xiàn)有4四種常用組合 1 主類 主級 MP ML 720 576用于普通數(shù)字電視及DVD 碼率15Mb s2 簡單類 主級SP ML 用于數(shù)字有線電視和數(shù)字錄像機(jī) 720 576 碼率15Mb s3 空間可分級類 高1440級SSP H1440級 1440 1152 1080 用于16 9HDTV 碼率60Mb s4 主類 高級MP HL1920 1152用高清晰度電視HDTV 碼率80Mb s MPEG 2標(biāo)準(zhǔn) 級與類 MPEG 4標(biāo)準(zhǔn) MPEG 4標(biāo)準(zhǔn)MPEG 4是音視頻對象 Object 的編碼 是以內(nèi)容為中心的描述方法 MPEG 4標(biāo)準(zhǔn)主要應(yīng)用于視像電話 Videophone 視像電子郵件 VideoEmail 和電子新聞 ElectronicNews 等 MPEG 4利用很窄的帶寬 通過幀重建技術(shù) 壓縮和傳輸數(shù)據(jù) 以求從最少的數(shù)據(jù)獲得最佳的圖像質(zhì)量 MPEG 4的目標(biāo)是建立一個(gè)通用有效的編碼方法 對稱之為音視頻對象的應(yīng)用音視頻數(shù)據(jù)格式進(jìn)行編碼 這些音視頻對象可以是自然的 Natural 或合成的 Synthetic MPEG 4標(biāo)準(zhǔn)支持7個(gè)新功能 可粗略的分3類 基于內(nèi)容的交互性 高壓縮率和靈活多樣的存取模式 MPEG 7標(biāo)準(zhǔn) MPEG 7 多媒體內(nèi)容描述接口 它的由來是1 2 4 因?yàn)闆]有MPEG 3 MPEG 5 MPEG 6 MPEG 7是針對存儲形式 在線 離線 或流形式的應(yīng)用而指定的 并且可以在實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)環(huán)境中操作 它的功能將和其他MPEG標(biāo)準(zhǔn)互為補(bǔ)充 MPEG 1 MPEG 2 MPEG 4是內(nèi)容本身的表示 而MPEG 7是有關(guān)內(nèi)容的信息 它是滿足特定需求的視聽信息的標(biāo)準(zhǔn)表示 并建立在其他MPEG標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上 數(shù)字電視廣播 數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)龐大的標(biāo)準(zhǔn)體系 牽扯到制作 傳輸 接收等5個(gè)主要技術(shù)環(huán)節(jié)和上十個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 但最為核心的是傳輸標(biāo)準(zhǔn) 主要包括衛(wèi)星 有線 地面三種 世界上數(shù)字電視的主要標(biāo)準(zhǔn)有三種 美國數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)ATSC 歐洲數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)DVB 日本數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)ISDB 我國數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)在這三個(gè)傳輸標(biāo)準(zhǔn)中 衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)確定為DVB S 有線電視標(biāo)準(zhǔn)采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)DVB C 地面數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)確定為DMB TH 2006年8月18日是中國廣大廣播電視工作者必須記住的日子 多方博弈了長達(dá)5年之久的數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)終于發(fā)布 標(biāo)準(zhǔn)號為GB20600 2006的這項(xiàng)國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)命名為 數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu) 信道編碼和調(diào)制 于2007年08月01日正式實(shí)施 二 視頻信號與音頻信號的數(shù)字化 1 抽樣把信號從水平方向取點(diǎn) 如圖 問題 用有限個(gè)抽樣值來代替無限個(gè)模擬值 如何才能不失真 1 奈奎斯特抽樣定律 對于一個(gè)包含最高頻率fm的模擬信號 當(dāng)選擇的抽樣頻率fs滿足條件fs 2fm時(shí) 經(jīng)過抽樣后的離散信號能夠包含原模擬信號的全部信息 并且通過反變換和低通濾波可以不失真地恢復(fù)出原模擬信號 2 視頻信號的抽樣頻率 fs 2 2 2 7 倍因?yàn)镻制行頻為15 625KHz N制行頻為15 734264KHz 取兩者的最佳公倍數(shù)為13 5MHz 則對于625行制式每行取樣點(diǎn)為13 5MHz 15 625KHz 864 對于525行制式每行取樣點(diǎn)為13 5MHz 15 734264KHz 858 3 4 2 2標(biāo)準(zhǔn) 視頻信號是由亮度信號和色度信號組成的 亮度帶寬為6MHz色度帶寬為1 3MHz 所以兩色差信號取樣頻率為6 75MHz 13 5MHz 2 每行取樣點(diǎn)為864 2 432 這樣亮度信號Y 紅色差信號 R Y 蘭色差信號 B Y 4 2 2 4 音頻信號20KHz的抽樣頻率 fs 2 1 2 5 倍fs 32KHz用于衛(wèi)星傳輸fs 44 1KHz用于CDfs 48KHz用于演播室 2 量化 把信號從垂直方向取點(diǎn) 如圖 量化等級M用二進(jìn)制的位數(shù)n Bit 表示 n叫量化比特?cái)?shù) M 2n 一般用8比特量化M 28 256級 00000000 11111111 3 編碼PCM 將抽樣 量化后的信號用二進(jìn)制數(shù)表示 1 自然碼2 格雷碼3 折疊碼三種二進(jìn)制碼 n 3Bit 如圖 比特率和波特率 比特 每一個(gè)二進(jìn)制的元素稱為比特 位數(shù) 比特率是指二進(jìn)制數(shù)碼流的信息傳輸速率 單位是 bit s簡寫b s或bps 它表示每秒傳輸多少個(gè)二進(jìn)制元素 波特率又稱調(diào)制速率 碼率 是針對模擬數(shù)據(jù)信號傳輸過程中 從調(diào)制解調(diào)器輸出的調(diào)制信號每秒鐘載波調(diào)制狀態(tài)改變的數(shù)值 單位是s s 稱為波特 baud 率 因此 調(diào)制速率也稱為波特率 電視臺播出DVB系統(tǒng)的波特率是6 9MS S 三 數(shù)字信號的壓縮 信源編碼 1 標(biāo)準(zhǔn) 如圖 CCIR601 MPEG1 MPEG22 數(shù)碼率數(shù)字信號的傳輸速率 單位 比特 秒 Bit s或BPs 亮度信號碼率 13 5 8 108MBit s色度信號碼率 6 75 8 2 108MBit s總數(shù)碼率 108 2 216MBit s音頻信號數(shù)碼率 32 16 512KBit s或44 1 16 705 6KBit s雙聲道則為512 2 1024KBit 存在的問題 傳輸信道 QPSK調(diào)制 1Hz帶寬只能充許2b s 216 2 108MHz 800MHz帶寬只能傳送7個(gè)臺 壓縮思路 3 圖像信號的冗余度1 空間相關(guān)冗余 如圖 空間壓縮2 時(shí)間相關(guān)冗余 如圖 時(shí)間壓縮3 結(jié)構(gòu)相關(guān)冗余 如圖 結(jié)構(gòu)壓縮4 統(tǒng)計(jì)冗余5 視覺冗余 4 壓縮方法 數(shù)字信號的壓縮分信源壓縮和信道壓縮 信源壓縮有 H 261 H 264 MPEG1 MPEG2等 信道壓縮有QPSK調(diào)制和64QAM調(diào)制等 1 離散余弦變換 DCT 2 可變游長編碼3 之字掃描4 熵編碼5 統(tǒng)計(jì)編碼 VLC霍夫曼編碼 6 差分脈沖編碼調(diào)制 DPCM 7 幀間編碼和幀內(nèi)編碼 GOP 將圖像幀轉(zhuǎn)換成I幀P幀B幀 按IPBBPBBP II幀 主幀 幀內(nèi)編碼幀 P幀 前向預(yù)測幀 B幀 雙向預(yù)測幀 可壓縮10000倍 5 聲音信號的壓縮1 頻譜掩蔽效應(yīng)2 時(shí)間掩蔽效應(yīng)壓縮方法采用MUSICAM編碼 可壓縮到96 128Kb s MPEG 1988年 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO和國際電工委員會IEC共同組建了運(yùn)動(dòng)圖像專家組 MovingPictureExpertsGroup 對運(yùn)動(dòng)圖像的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究 1992年和1994年分別通過了MPEG 1和MPEG 2壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn) MPEG 1和MPEG 2 主要是針對運(yùn)動(dòng)圖像和聲音在數(shù)字存儲時(shí)的壓縮編碼 典型應(yīng)用如VCD等家用數(shù)字音像產(chǎn)品 其編碼最高碼率為1 5Mbps MPEG 2則針對數(shù)字電視的視音頻壓縮編碼 對數(shù)字電視各種等級的壓縮編碼方案及圖像編碼中劃分的層次作了詳細(xì)的規(guī)定 其編碼碼率可從3Mbps到100Mbps MPEG 2標(biāo)準(zhǔn) 比MPEG 1更高級的標(biāo)準(zhǔn) 能兼容MPEG 1 傳輸碼率是MPEG1的4倍 4 10Mb s 它是一個(gè)大家族 共分5類 4級 現(xiàn)有4四種常用組合 1 主類 主級 MP ML 720 576用于普通數(shù)字電視及DVD 數(shù)碼率為124 416Mb s2 簡單類 主級SP ML 用于數(shù)字有線電視和數(shù)字錄像機(jī) 3 空間可分級類 高1440級SSP H1440級 1440 1152 用于16 9HDTV 4 主類 高級MP HL1920 1152用高清晰度電視HDTV MPEG 2標(biāo)準(zhǔn) 3 MPEG 2解碼器 4 MPEG 2系統(tǒng) 將視頻與音頻數(shù)據(jù)碼流組合成適于存儲或傳送的碼流的規(guī)范 既將音視頻碼流 ES流 經(jīng)過打包后形成打包碼流 PES PES包的長度音頻不超過64KByt 視頻一般一幀一包 5 MPEG 2解碼器常用芯片LSILogic公司的L64002 SGSThomson公司的STI3520A NEC公司的 PD61020 美國現(xiàn)代電子公司的HDM8211等 信源編碼 壓縮 MPEG1主要是針對運(yùn)動(dòng)圖像和聲音在數(shù)字存儲時(shí)的壓縮編碼 典型應(yīng)用如VCD等家用數(shù)字音像產(chǎn)品 其編碼最高碼率為1 5Mbps MPEG 2則針對數(shù)字電視的視音頻壓縮編碼 對數(shù)字電視各種等級的壓縮編碼方案及圖像編碼中劃分的層次作了詳細(xì)的規(guī)定 其編碼碼率可從4Mbps到100Mbps 碼率越高圖像越清楚 數(shù)字電視系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn) 目前國際上已有三種數(shù)字電視廣播的傳輸標(biāo)準(zhǔn)出臺 主要是ATSC標(biāo)準(zhǔn) 美國高級電視制式委員會 ISDB標(biāo)準(zhǔn) 日本綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播 DVB標(biāo)準(zhǔn) 歐洲數(shù)字視頻廣播 DVB標(biāo)準(zhǔn)主要包括數(shù)字衛(wèi)星電視 DVB S 數(shù)字有線電視 DVB C 和數(shù)字地面廣播電視 DVB T 我國衛(wèi)星電視接收采用DVB S標(biāo)準(zhǔn) 我國數(shù)字無線廣播電視采用DMB TH標(biāo)準(zhǔn) TerrestrialDigitalMultimediaTV HandleBroadcasting DVB制式主要包括數(shù)字衛(wèi)星電視 DVB S 數(shù)字有線電視 DVB C 和數(shù)字地面廣播電視 DVB T 三個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的信源編碼方式都是MPEG 2的復(fù)用數(shù)據(jù)包 規(guī)定視頻采用MPEG 2編碼 音頻采用MPEG 2第二層 MUSICAM 編碼標(biāo)準(zhǔn) DVB標(biāo)準(zhǔn)對于不同的傳輸媒體 采用了不同的調(diào)制方式 DVB S采用QPSK四相相移鍵控調(diào)制方式 DVB C采用QAM正交幅度調(diào)制方式 DVB T采用COFDM多載波頻分復(fù)用技術(shù) DVB S DVB S編碼與調(diào)制方框圖 數(shù)字衛(wèi)星電視接收機(jī)方框 二 信道編碼 信源編碼的基本過程 壓縮信道編碼的基本過程 糾錯(cuò) FEC前向糾錯(cuò) 糾錯(cuò)編碼的基本思想是在所要傳輸?shù)男畔⑿蛄猩细郊右恍┐a元 附加的碼元與信息碼元之間以某種確定的規(guī)則相關(guān)聯(lián) 接收端按照這種規(guī)則對接收的碼元進(jìn)行檢驗(yàn) 一旦發(fā)現(xiàn)碼元之間的確定關(guān)系受到破壞便可通過恢復(fù)原有確定關(guān)系的方法來糾正誤碼 數(shù)字電視的前向糾錯(cuò)包括四個(gè)部分 即能量擴(kuò)散 EnergyDispersal RS編碼 交織 Interleaving 和卷積編碼 ConvolutionalCoding 例 原稿 通知 明天14 00 16 00時(shí)開會 發(fā)送后 明天10 00 16 00時(shí)開會 錯(cuò)誤無法糾正 修改后 明天下午14 00 16 00時(shí)開會 發(fā)送后錯(cuò)為 明天下午10 00 16 00時(shí)開會已知錯(cuò)誤為下午10 00 但不能修改 再加為 明天下午14 00 16 00時(shí)開會兩小時(shí) 發(fā)送后錯(cuò)為 明天下午10 00 16 00時(shí)開會兩小時(shí) 可知錯(cuò)誤為10 00 可修改為14 00 2 糾錯(cuò)編碼 FEC前向糾錯(cuò) ForwardErrorCorrection 糾正單個(gè)錯(cuò)誤 1 奇偶校驗(yàn)碼2 漢明碼糾正一組錯(cuò)誤 3 RS碼 235 255 10 里德 索羅門碼 截短RS碼 將分組符號的長度204截短為188 可糾8個(gè)錯(cuò)誤 RS 204 188 8 共204個(gè)符號有188個(gè)信息符號 能糾正8個(gè)錯(cuò)誤 4 卷積交織與維特比譯碼 交織碼 主要糾正突發(fā)錯(cuò)誤 分為分組交織和卷積交織兩種類型 為了增強(qiáng)RS碼糾正突發(fā)錯(cuò)誤的能力 使用交織技術(shù) 交織的作用是減小信道中錯(cuò)誤的相關(guān)性 把長突發(fā)錯(cuò)誤離散為短突發(fā)錯(cuò)誤或隨機(jī)錯(cuò)誤 交織深度越大 則離散程度越高 卷積交織后具有超強(qiáng)糾錯(cuò)能力 卷積碼 主要糾正隨機(jī)錯(cuò)誤 系統(tǒng)編碼比率為R 1 2 2 3 3 4 5 6 7 8五種 在DVB S中采用維特比 Viterbi 譯碼去卷積交織 DVB的卷積交織器和去交織器 數(shù)據(jù)碼流 數(shù)字信號實(shí)際傳送的是數(shù)據(jù)流 一般數(shù)據(jù)流包括以下三種 1 ES流 也叫基本碼流 包含視頻 音頻或數(shù)據(jù)的連續(xù)碼流 2 PES流 也叫打包的基本碼流 是將基本碼流ES流根據(jù)需要分成長度不等的數(shù)據(jù)包 并加上包頭就形成了打包的基本碼流PES流 3 TS流 也叫傳輸流 是由固定長度為188字節(jié)的包組成 含有獨(dú)立時(shí)基的一個(gè)或多個(gè)節(jié)目 適用于誤碼較多的環(huán)境 如果把ES流比做產(chǎn)品的原材料 那么PES流就是工廠剛剛生產(chǎn)出來的一件產(chǎn)品 而TS流就是經(jīng)過包裝好送到商店柜臺或用戶手里的商品 從PES流到TS流 這個(gè)過程中已經(jīng)加進(jìn)去FEC糾錯(cuò)碼 可以采用不同的速率FECrate 在DVB S標(biāo)準(zhǔn)中 規(guī)定5種速率 1 2 2 3 3 4 5 6 7 8 以7 8為例 其實(shí)際意義是 在一個(gè)TS流中 只有7 8的內(nèi)容是裝有節(jié)目內(nèi)容的PES流 而另外的1 8內(nèi)容 則是用來保護(hù)數(shù)據(jù)流不發(fā)生變異的糾錯(cuò)碼 數(shù)字電視中的碼流 碼流ES ElementStream PES PacketizedElementStream PS ProgramStream TS TransportStream MPEG 2中的碼流 碼流 碼流是一種統(tǒng)稱 指包含一定格式數(shù)據(jù)的比特序列 ES 在數(shù)字電視的碼流中 ES是指組成數(shù)字電視主要元素 如視頻 音頻 數(shù)據(jù)等 按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn) 經(jīng)過信源編碼或其它處理后所形成的有格式的數(shù)據(jù)流 ES的格式與相應(yīng)元素的編碼或處理標(biāo)準(zhǔn)相關(guān) 如視頻ES流符合MPEG 2標(biāo)準(zhǔn) PES 對ES流打包后形成PES它的格式由IS13818 1規(guī)定PES層的主要參數(shù) 流類型 包長度 PTS DTS 加擾控制 版權(quán)信息等 TS TS是將各種PES和其它數(shù)據(jù)打成固定長度的包后復(fù)用形成的流 TS主要用于碼流在傳輸介質(zhì)中傳輸 TS層的主要參數(shù)有 同步 傳輸錯(cuò)誤指示 PID 連續(xù)計(jì)數(shù) 加擾控制 PCR等 碼流的邏輯結(jié)構(gòu) 三 數(shù)字信號的調(diào)制 在目前比較通用的術(shù)語中 把數(shù)字調(diào)制稱為 鍵控 這是由于數(shù)字信號的特點(diǎn) 時(shí)間和取值的離散性 使受控參數(shù)離散化而出現(xiàn)所謂 開關(guān)控制 故稱為鍵控 數(shù)字信號對載波振幅調(diào)制稱為幅度鍵控 或叫移幅鍵控 ASK AmplitudeShiftKeying 對載波頻率調(diào)制稱為頻率鍵控 或叫移頻鍵控 FSK Frequency ShiftKeying 對載波相位調(diào)制稱為相位鍵控 也叫移相鍵控 PSK PhaseShiftKeying 播放調(diào)制 數(shù)字信號調(diào)制的種類 1 幅度鍵控 ASK 2 頻率鍵控 FSK 3 相移鍵控 PSK 4 多進(jìn)制正交幅度調(diào)制 64QAM 用于數(shù)字有線傳輸 DVB C 現(xiàn)用機(jī)頂盒STB解碼 5 四相移鍵控 QPSK 用于數(shù)字衛(wèi)星傳輸 DVB S 用數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)解碼 6 正交頻分復(fù)用 OFDM 與殘留邊帶調(diào)制 VSB 用于數(shù)字廣播 DVB T7 時(shí)域同步正交頻分復(fù)用單多載波調(diào)制 TDS OFDM DMB TH數(shù)字無線廣播 下一頁 返回 返回 返回 四相相移鍵控 QPSK QuaternaryPhaseShiftKeying 在QPSK中 數(shù)字序列相繼兩個(gè)碼元的4種組合對應(yīng)著4個(gè)不同相位的正弦載波 即00 01 10 11分別對應(yīng) 其中0 t 2T T為比特周期 圖8 14 a 是QPSK相位矢量圖 圖中I表示同相信號 Q表示正交信號 QPSK調(diào)制 QPSK調(diào)制 圖8 15是QPSK調(diào)制器的原理方框圖 碼率為R的數(shù)字序列S t 經(jīng)分裂器分裂為碼率為R 2的I Q信號 再由I Q信號生成幅度為 A A的雙極性不歸零序列Re t Im t Re t 和Im t 分別對相互正交的兩個(gè)載波cos ct和進(jìn)行ASK 幅度鍵控 調(diào)制 然后相加得到已調(diào)信號SQPSK t SQPSK t Re t cos ct Im t sin ct 8 15 圖8 15QPSK調(diào)制器原理方框圖 圖8 14QPSK的矢量圖和星座圖 a 矢量圖 b 星座圖 圖8 16QPSK調(diào)制器波形圖 返回 1 正交幅度調(diào)制 QAM QuadratureAmplitudeModulation 正交幅度調(diào)制也稱為正交幅移鍵控 這種鍵控由兩路數(shù)字基帶信號對正交的兩個(gè)載波調(diào)制合成而得到 通常有2電平正交幅移鍵控 2 QAM或4QAM 4電平正交幅移鍵控 4 QAM或16QAM 8電平正交幅移鍵控 8 QAM或64QAM 等 電平數(shù)m和信號狀態(tài)M之間的關(guān)系是M m2 QAM調(diào)制 圖8 12是MQAM正交振幅調(diào)制方框圖 調(diào)制信號S t 由分裂器分成I Q兩路信號 再經(jīng)2 m電平變換器從2電平信號變成m電平信號x t y t 用x t y t 對正交的兩個(gè)載波cos ct和sin ct進(jìn)行調(diào)幅再相加得到已調(diào)信號MQAM 圖8 12MQAM正交振幅調(diào)制方框圖 返回 中國創(chuàng)新的TDS OFDM調(diào)制 特點(diǎn)是同步頭采用了偽隨機(jī)序列 在每個(gè)OFDM保護(hù)間隔周期性地插入時(shí)域正交編碼的幀同步序列 TDS OFDM調(diào)制按下列步驟進(jìn)行 1 輸入的MPEG TS碼流經(jīng)過信道編碼處理后通過星座映射形成3780點(diǎn)的星座 2 采用IDFT將該3780點(diǎn)星座變換成長度為3780的離散樣值 單載波模式不需要這一步驟 幀體 500 s 3 在OFDM的保護(hù)間隔插入長度為420 或595 945 的PN序列作為幀頭 4 將幀頭和幀體組合成時(shí)間長度為555 56 s 或578 7 s 625 s 的信號幀 5 采用具有線性相位延遲特性的FIR低通濾波器對信號進(jìn)行頻域整形 f 將基帶信號進(jìn)行上變頻調(diào)制到RF載波上 返回 數(shù)字信號的傳輸 1 數(shù)字信號的基帶傳輸 直接送入傳輸線路 2 數(shù)字信號的載波傳輸 加載波調(diào)制后傳輸 基帶傳輸?shù)拇a型選擇為 1 8 14分組碼 EFM 將原8位數(shù)據(jù)碼變換為14位 按某種規(guī)則選出對應(yīng)于8bit的256個(gè)狀態(tài)作為許用碼組 用于VCD 減少連零的個(gè)數(shù) 2 4 5分組碼將數(shù)據(jù)每4位一組 再把它變換成每5位一組的碼型 載波傳輸采用QPSK調(diào)制 1 SCPC傳輸 單路單載波 每一個(gè)載波只傳輸一路電視信號 既存在多個(gè)載波 會產(chǎn)生干擾 但各套節(jié)目可在不同地點(diǎn)上星 36MHz帶寬傳送4或5套數(shù)字電視節(jié)目 符號率2 10Mb s符號率 信息率6 11Mb s FEC 3 4 RS 188 204 QPSK 2 4 42Mb s 每頻道帶寬為6MHz2 MCPC 多路單載波 每個(gè)載波可同時(shí)傳輸多套廣播電視信號 一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器只有一個(gè)載波 干擾小 但多套節(jié)目要在同一地點(diǎn)上星 36MHz帶寬可傳送6到10套數(shù)字電視節(jié)目 符號率18 45Mb s 小結(jié) 數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ) 1 信號數(shù)字化PCM 取樣 量化 編碼 2 信源編碼 MPEG2MP ML 3 信道編碼 前向糾錯(cuò)編碼FEC理德 索羅門編碼RS 204 188 8 卷積編碼1 2 交織技術(shù)衛(wèi)星數(shù)字信號的調(diào)制 四相移鍵控QPSK調(diào)制數(shù)字信號的傳輸 SCPC MCPC4 確定碼率為SCPC 2 10Mbps MCPC 18 45Mbps 信號數(shù)字化口訣 數(shù)字信號一串串 PCM 數(shù)字脈沖編碼調(diào)制壓縮成為一塊塊 DCT 離散余弦變換信道編碼一堆堆 FEC 前向糾錯(cuò)數(shù)據(jù)傳輸一包包 TS流 信號發(fā)射一相相 QPSK 四相移鍵控調(diào)制衛(wèi)星接收一段段 DVBS 解碼變成一幀幀 MPEG2 數(shù)字還原一點(diǎn)點(diǎn) MP ML MP ML 主類 主級720 576像素 15Mbps 第三部分 數(shù)字化使頻譜資源有效釋放 衛(wèi)星電視 一個(gè)36MHz帶寬的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器 只能傳送一套模擬電視節(jié)目 但一路模擬電視信號經(jīng)數(shù)字化 壓縮編碼后 碼率為5Mb s 按ITU R601建議可達(dá)廣播級質(zhì)量 若采用R S編碼 188 204 卷積編碼 3 4 升余弦平方濾波 a 0 4 后用QPSK調(diào)制到特定的載波上 其頻譜帶寬為5 06MHz 伴音信號經(jīng)數(shù)字化 壓縮 調(diào)制后帶寬為0 13MHz 因此一路數(shù)字電視信號總帶寬為5 06 0 13二5 19MHz 5 19MHz 6MHz 36MHz 6MHz 6 因此采用多路單載波 MCPC 方式傳送時(shí) 一個(gè)36MHz帶寬的轉(zhuǎn)發(fā)器可傳送6套數(shù)字電視節(jié)目 而采用單路單載波 SCPC 方式傳送時(shí) 為了避免各節(jié)目間的相互干擾 每個(gè)載波頻譜間必須有空隙 故一個(gè)36MHz帶寬的轉(zhuǎn)發(fā)器可傳送5套數(shù)字電視節(jié)目 有線電視網(wǎng) 在有線電 視網(wǎng)中 一個(gè)6MHzRF高頻通道 若采用64QAM高效率調(diào)制技術(shù) 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率可達(dá)30Mb s 考慮糾錯(cuò)編碼的效率后 數(shù)據(jù)率是27Mb s 而一個(gè)廣播級的數(shù)字電視節(jié)目的碼率約為5Mb s 故一個(gè)6MHzRF通道可以傳送四套以上數(shù)字電視節(jié)目 而質(zhì)量卻優(yōu)于傳送一套模擬電視節(jié)目 地面電視廣播 地面數(shù)字電視廣播DVB T采用正交頻分復(fù)用調(diào)制 OFDM 和糾錯(cuò)編碼技術(shù) 可做到在傳輸過程中 信號不劣化 不失真和抗多徑干擾 在一個(gè)8MHz頻道內(nèi)傳輸碼率可達(dá)30Mb s 故在一個(gè)VI IF和UHF頻帶內(nèi)可傳輸四套以上數(shù)字電視節(jié)目 甚至還可以啟用在模擬電視頻譜規(guī)劃中禁用的頻道傳送數(shù)字電視節(jié)目 1 1 5廣播電視數(shù)字化與三網(wǎng)融合 國家 十一五 規(guī)劃明確指出 要 加強(qiáng)寬帶通信網(wǎng) 數(shù)字電視網(wǎng)和下一代互聯(lián)網(wǎng)等信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 推進(jìn)三網(wǎng)融合 國家廣電總局杜百川副總工程師關(guān)于 三網(wǎng)融合 的解析是 十一五 規(guī)劃中明確提出的三網(wǎng)第一是寬帶通信網(wǎng) 是下一代通信網(wǎng)而不是現(xiàn)在的窄帶通信網(wǎng) 第二是數(shù)字電視網(wǎng) 不是現(xiàn)在的模擬電視網(wǎng) 第三是下一代互聯(lián)網(wǎng) 不是現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)等 也就是說三網(wǎng)融合的基礎(chǔ)是下一代通信網(wǎng) 互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字電視網(wǎng) 光纖傳輸技術(shù) 8 4 1信息高速公路的整體思路三網(wǎng)融合 互聯(lián)互通 資源共享有線數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)是大容量透明傳輸網(wǎng) 是最佳廣播網(wǎng) 是唯一兼容模擬和數(shù)字信號的網(wǎng)絡(luò) 是目前唯一可傳輸高清晰度電視 HDTV 的現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò) 8 4 2我國有線數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò) 我國有線數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)采用四級組網(wǎng)方式 參看圖8 11SDH成為光纖同步數(shù)字傳輸技術(shù) 體制 網(wǎng)絡(luò)的代名詞SDH和HFC網(wǎng)都傳輸數(shù)字電視信號 但是 數(shù)字電視信號的形式不同 前者的是光脈沖 后者的是被數(shù)字電視信號調(diào)制的光載波 載波的波形是連續(xù)的 所以 HFC的本質(zhì)是模擬光纖網(wǎng) 8 4 3模擬光纖網(wǎng) HFC網(wǎng)中的光纜干