數(shù)字電視概述第13章

1、數(shù)字電視概述第13章第十三章數(shù)字電視標準簡介1 DVB1.1DVB的主要目標及標準 DVB(Digital Video Broadcasting意為數(shù)字視頻廣播。DVB是歐洲有170多個組織參加的一個項目。它包括了衛(wèi)星、電纜電視和地面廣播的普通電視和高清晰度電視的廣播與傳輸。項目的主要目標是要找到一種對所有傳輸媒體都適用的數(shù)字電視技術(shù)和系統(tǒng),對它的要求是: DVB系統(tǒng)應(yīng)能靈活傳送MPEG-2視頻,音頻和其他數(shù)據(jù)信號。(1系統(tǒng)使用統(tǒng)一的MPEG-2傳送比特流復(fù)用。(2(3系統(tǒng)使用統(tǒng)一的服務(wù)信息系統(tǒng)提供廣播節(jié)目的細節(jié)等信息。系統(tǒng)使用統(tǒng)一的一級里德-索羅門前向糾錯系統(tǒng)。(4(5使用統(tǒng)一的加擾系統(tǒng),但

2、可有不同的加密。選擇適于不同傳輸媒體的調(diào)制方法和通道編碼方法以及任何必須的附加糾錯方法。(6鼓勵歐洲以外地區(qū)使用DVB標準,推動建立世界范圍的數(shù)字視頻廣播標準。這一目標得到了ITU衛(wèi)星廣播的(7支持。支持數(shù)字系統(tǒng)中的圖文電視系統(tǒng)。(8主要的標準有三個:DVB-S、DVB-C和DVB-T,分別用于衛(wèi)星、電纜電視和地面廣播,已得到ETS(Europ ean Telecommunication standard的批準。DVB-S已被ITU推薦。DVB-S的標準是ETS300421,DVB-C的標準是ETS300429,DVB-T的標準是ETS300。1.2 DVB系統(tǒng)所使用的主要技術(shù)DVB各種系統(tǒng)的

3、核心技術(shù)是通用的MPEG-2視頻和音頻編碼。目前主要應(yīng)用于數(shù)字衛(wèi)星和電纜電視廣播的是M P ML。因此第一代歐洲D(zhuǎn)VB接收機將提供直到“625行演播室質(zhì)量”(ITU-R Rec.BT 601的圖像,可以是43或169寬高比。還可根據(jù)業(yè)務(wù)要求確定所用的碼率。一般來說,所選碼率越高,圖像的質(zhì)量越好,但占用頻帶越寬。碼率的選用與圖像內(nèi)容有很大關(guān)系,對于運動較多的圖像如體育節(jié)目等應(yīng)采用較大的碼率;而對于卡通片等節(jié)目可采用較小的碼率。因此目前在把多個節(jié)目比特流復(fù)用合成一個比特流的情況下都采用統(tǒng)計復(fù)用的方法,能在不同碼演播室質(zhì)量所需數(shù)碼率為率需要的節(jié)目間靈活地分配總數(shù)碼率。為了滿足所有種類素材的要求,IT

4、 U-Rec TB 6019Mbps,PAL/SECAM播出質(zhì)量所需數(shù)碼率為5Mbps,由于MPEG-2傳送比特流是一種數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu),所以可以很方便地加入適當信息,把各種不同的業(yè)務(wù),如圖像聲音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)合在一起,并對服務(wù)信息的格式作詳細的規(guī)定,所形成的標準就是服務(wù)信息標準ETS300468。同樣由于MPEG-2未確定實際的加擾系統(tǒng)和密鑰管理系統(tǒng), DVB制定了解碼器應(yīng)用的條件接收公共接口。1.3 DVB-S系統(tǒng)-S系統(tǒng)可適用于多種衛(wèi)星廣播系統(tǒng),衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬可以從26MHz到72MHz。轉(zhuǎn)發(fā)器功率從49dBW到6 DVB1dBW。發(fā)送端信號的處理分以下幾個層次:首先MPEG-2的信源編碼和復(fù)用,

5、將輸入的視頻信號,音頻信號和數(shù)據(jù)按MPEG-2格式編碼,再經(jīng)節(jié)目復(fù)用和傳送復(fù)用形成有用的數(shù)據(jù)包格式,包長188拜特,包括1同步拜特。然后將此數(shù)據(jù)碼流經(jīng)多項處理。其目的是用來增加信號對誤碼的抵抗能力并使其適應(yīng)通道傳輸特性。這些處理包括:用偽隨機序列使數(shù)據(jù)隨機化,使用里德-索羅門編碼RS(204, 188 T=8及卷積交織編碼技術(shù)以提高對誤碼的抵抗能力。最后以QPSK調(diào)制方式發(fā)送至轉(zhuǎn)發(fā)器。-S的幀結(jié)構(gòu)見圖13-1。為了達到最大的功率利用率而又不使頻譜利用率有很大的降低,衛(wèi)星系統(tǒng)最好采 DVB用QPSK調(diào)制并使用卷積碼和RS級聯(lián)糾錯的方式,可取得較好的效果。該系統(tǒng)最好用于一個轉(zhuǎn)發(fā)器一個載波的系統(tǒng),好

6、能用于多載波系統(tǒng)。 1.4 DVB-C系統(tǒng)電纜電視系統(tǒng)可由圖13-2的方框圖表示,其中分為兩個部分:CATV前端和綜合解碼接收機( IRD,也稱綜合解碼接收機。為了使各種傳輸方式盡可能兼容,除通道調(diào)制外的大部分處理均與衛(wèi)星中的處理相同,也即有相同的偽隨機序列擾碼,相同的RS糾錯,相同的卷積交織。隨后進行的處理是專門用于電纜電視的。首先進行拜特到符號的轉(zhuǎn)換,如64QAM是將8比特數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成6比特為一組的符號,然后頭兩個比特進行差分編碼再與剩余的4比特轉(zhuǎn)換成星座圖中相應(yīng)的點。該方案可以適應(yīng)16、32、64QAM三種調(diào)制方式。表13-1是使用DVB-C標準的CA TV的應(yīng)用碼率實例。關(guān)于有線電視的標

7、準包括:DVB電纜系統(tǒng)中的信道編碼和調(diào)制;·ETS300468ITU-R中B制圖文電視的傳輸;·ETS300472SMATV系統(tǒng)中信道編碼和調(diào)制;·ETS300473DVB實時字幕系統(tǒng);·ETS300743有關(guān)MPEG-2的實現(xiàn)指導;·ETR154SI碼的位置;·ETR162SI作用的實現(xiàn)指導;·ETR211·ETR289共用加擾;·EN50083傳輸流與有線前端的接口。 表13-1 DVB -C 在CATV 網(wǎng)中的應(yīng)用實例有用碼率Ru MPEG -2 TS 總碼率Ru 包括RS (Mbps 符號率(Mb

8、aud 所占帶寬調(diào)制方法 38.1 31.9 25.241.34 34.61 27.346.89 6.92 6.847.92 7.96 7.86 64-QAM 32.QAM 16-QAM 31.672PDH 34.367 6.87 7.90 32-QAM 18.9 16.0 12.820.52 17.40 13.923.42 3.48 3.483.934.00 4.00 64-QAM 32-QAM 16-QAM 9.6 8.0 6.410.44 8.70 6.961.74 1.74 1.742.00 2.00 2.00 64-QAM 32-QAM 16-QAM2 MCNS 標準2.1 MCNS

9、 標準體系MCNS 是“Multimedia Cable Network System”的縮寫,即多媒體電纜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的意思。MCN S 標準已成為美國的數(shù)字有線電視系統(tǒng)的標準,并已成為國際標準的基本。MCNS 適用于 光纖-電纜網(wǎng),即HFC 網(wǎng)。MCNS 給出了數(shù)據(jù)傳輸在電纜網(wǎng)中的參考模型,根據(jù)這個模型規(guī)定了各個接口介面,以及對各接口的技術(shù)要求。因此允許不同廠家生產(chǎn)的機頂盒和數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器在同一個電纜系統(tǒng)中工作,具有良好的統(tǒng)一性和互換性。標準體系包括以下內(nèi)容MCNS-CMCI 電纜Modem到用戶室內(nèi)設(shè)備的接口;·SP-CMRFI 電纜Modem至射頻的接口;·SP-CMT

10、RI 電纜Modem的電信回傳接口;·SPSP-CMTS-DRFSI 電纜Modem傳輸系統(tǒng)中下行RF接口;·-CMTS-NSI 電纜Modem傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)邊接口;·SP-CMTS-SMI 電纜Modem傳輸系統(tǒng)的安全管理接口;·SP-CMTS-URFSI電纜Modem傳輸系統(tǒng)中上行RF邊接口;·SP-OSSI 工作支持系統(tǒng)接口;·SP-OSSI 工作支持體制。·TR其中SP代表Specification即規(guī)格參數(shù),TR代表技術(shù)報告,以便理解SP內(nèi)容。在此通常的電纜電視系統(tǒng),改稱為電纜Modem傳輸系統(tǒng),因為其中除了電視信

11、號外還傳輸各種數(shù)據(jù),以區(qū)別以前的電纜電視系統(tǒng)。Modem即調(diào)制解調(diào)器。2.2 數(shù)據(jù)在電纜網(wǎng)中的參考模型數(shù)據(jù)在電纜網(wǎng)中的參考模型見圖13-3。 2.3 MCNS技術(shù)規(guī)范(1前端稱為電纜Modem終端系統(tǒng)(CMTS。要求有適合的MCNS前端硬件設(shè)備,例如包含有通用寬帶路由器,采用標準的Cisco 7200路由器和IOS軟件,·可支持MCNS射頻和電話回傳模式。網(wǎng)絡(luò)接口:10BaseT,100BaseT,ATM,HSSI。·(2要求有適合于MCNS的用戶端硬件設(shè)備。電纜Modem(CM ·與PC的接口:以太10BaseT。·計劃中的接口:USB和IEEE139

12、4。·數(shù)據(jù)協(xié)議:TCP/IP(3通過簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP進行遠程管理(4下行按ITUJ83附件B的要求。(5調(diào)制:64QAM或256QAM。·最大數(shù)據(jù)速率:27Mbps或38Mbps。·帶寬:6MHz頻道帶寬,也支持7MHz和8MHz。·頻率范圍:88-860MHz。··傳輸協(xié)議:MPEG-2。(6上行調(diào)制:16QAM或QPSK,可變的符號速率。··數(shù)據(jù)速率:320kbps10Mbps。·帶寬:200KHz32MHz頻率范圍:5-42MHz。·系統(tǒng)根據(jù)調(diào)制方式在開始時設(shè)置為最高的符號速率,

13、然后根據(jù)所檢測到的噪聲電平調(diào)整到合適的速率。··可用的速率范圍及所用的帶寬示于表13-2。表13-2上行符號速率(KspsQPSK數(shù)據(jù)速率(kbps16QAM數(shù)據(jù)速率(kbps所用帶(KHz160320640200320640128040064012802560800128025605120160025605120102432003.1 DAVIC系統(tǒng)描述是Digital Audio-Visual Council的縮寫,即數(shù)字音視頻理事會的簡稱,總部設(shè)在日內(nèi)瓦,是一個非贏利DAVIC機構(gòu)。目的是推動廣播和交互式數(shù)字音頻、視頻應(yīng)用和業(yè)務(wù)的發(fā)展,制定能適應(yīng)各種視音頻應(yīng)用和業(yè)務(wù),

14、能跨越世界各國不同環(huán)境有互操作性的端到端的開放接口、協(xié)議和規(guī)定,DAVIC包括了數(shù)字視音頻的幾乎所有的應(yīng)用和業(yè)務(wù),內(nèi)容極其全面和廣泛。D AVIC對所有的政府機構(gòu)、國際組織、公司和個人開放,到1995年12月,DAVIC已有202個成員遍及20多個國家,幾乎包括了世界上涉及數(shù)字視音頻應(yīng)用和業(yè)務(wù)所有公司和組織。DAVIC 不是一種針對系統(tǒng)的專門規(guī)定,而是針對使用技術(shù)和工具的規(guī)定。因為針對系統(tǒng)的規(guī)定往往針對具體應(yīng)用,而DAVIC規(guī)定必須是不針對具體系統(tǒng)的,要適用于不同的工業(yè)和系統(tǒng)。對一個工具進行規(guī)定的主要過程是:對目標系統(tǒng)先進行分析,將系統(tǒng)分成各個部分,識別出系統(tǒng)中的共同部分,對各個部分作出必要的

15、規(guī)定,檢查工具的規(guī)定是否適于組合整個系統(tǒng)。只要技術(shù)上可行,進行完善規(guī)定的工具可移動位置重新放置。DAVIC要求一種工具只有一種功能特性,并且是到處一致的,但可以有不同級別的性能,如規(guī)定可以先規(guī)定一般性能,但可保留今后改進使其反向兼容?？梢杂脠D13-4來簡要描述DAVIC系統(tǒng)。任何一個DAVIC系統(tǒng)都可以分解為五大部分:內(nèi)容提供系統(tǒng)(CPS:Content Provider System、服務(wù)提供系統(tǒng)(SPS :Service Consumer Provider System和服務(wù)消費系統(tǒng)(SCS:Service System以及他們之間的傳遞系統(tǒng)CPS-SPS傳遞系統(tǒng)和SPS-SCS傳遞系統(tǒng)。

16、原則上說DAVIC可以用同樣的方法定義任何子系統(tǒng)。 在模擬世界中,所有類似的系統(tǒng)都相互獨立地被各公司或公司集團所定義,由于模擬系統(tǒng)沒有像數(shù)字系統(tǒng)那樣的靈活性和相互聯(lián)系。模擬系統(tǒng)的服務(wù)和應(yīng)用往往與傳遞系統(tǒng)緊密聯(lián)系在一起,也就是通常我們說的不管什么質(zhì)量,電視總是用8MHz帶寬頻道傳送,電話總是用4kHz 專用系統(tǒng)來傳送等等。造成各種業(yè)務(wù)的多種設(shè)備。而數(shù)字系統(tǒng)則將各種業(yè)務(wù)統(tǒng)一在一起,這要求對系統(tǒng)作嚴格的定義和分工。才能保證各種設(shè)備和各種系統(tǒng)的互操作性。DAVIC定義了眾多的接口和層次,如圖中的A11,A10,A9,A1接口和物理層接口、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口、會晤和傳送服務(wù)接口、應(yīng)用服務(wù)接口和基本服務(wù)接口等,

17、并給予了各種接口和層次的詳細定義。3.2 DAVIC文件文件共有13個部分,分成兩類,一類是正式文件,設(shè)備必須遵守,另一類是非正式的,目前是非正式的DAVIC部分但在將來可能成為正式的。系統(tǒng)功能描述。(1DAVIC(2系統(tǒng)參考模式和方案。服務(wù)供給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與接口。(3傳遞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與接口。(4服務(wù)消費系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和高級應(yīng)用程序接口。(5暫沒有內(nèi)容預(yù)留作他用。(6高層和中層協(xié)議,附錄A:機頂盒管理信息基礎(chǔ)。(7(8低層協(xié)議和物理接口。信息表述,附錄:個人數(shù)據(jù)的包裝。(9保密性。(10使用信息協(xié)議。(11參考點。(12互操作性和符合性。(13第八部分7-7節(jié)電纜帶通單向物理層接口(Passband Uni

18、directional PHY on coax來看一下與DVB-C的聯(lián)系與區(qū)別。這一物理層口支持電纜中無線頻段(一直到1GHz的單向傳輸,也稱為HFC上的QAM鏈路(QAM -link on HFC。這一物理層接口描述了完整的物理層結(jié)構(gòu),即包括用于S1和S2信息流包裝的幀結(jié)構(gòu),通道編碼和調(diào)制方法。物理層和成幀規(guī)定對這兩種信息流都是一樣的。 為下行數(shù)據(jù)傳輸提供了兩種幀結(jié)構(gòu),一種是攜帶MPEG-2傳送碼流包,另一種是攜帶ATM信元。對射頻載波來說應(yīng)都能使用這兩種結(jié)構(gòu)。電纜單向物理層接口的頻率配置如圖13-5,頻率從54MHz到1000MHz,按6或8MHz 間隔劃分成各個QAM調(diào)制通道。機頂盒應(yīng)能工作在規(guī)定的全部頻率范圍內(nèi)并能支持至少一種幀結(jié)構(gòu)。而發(fā)送設(shè)備只要工作在所規(guī)定的工作頻段內(nèi)即可。QAM有三種級別:16QAM,32QAM和256QAM。編解碼框圖與DVB-C一致,不同之處是DVB-C的Q AM使用16,32,64三個等級,交織深度L=12;而DAVIC使用16,64,256QAM,對16和64QAM,交織深度為12,但對256QAM,交織深度L=204 。除此而外,使用MPEG-TS流時的DAVIC幀結(jié)構(gòu)與DVB-C完全相同。也是每8個188拜特包同步翻轉(zhuǎn)一次,其他處理也同DVB-C,如圖13