第1章數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ)1

第1章數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ)1第一頁(yè)，共41頁(yè)。數(shù)字電視技術(shù)實(shí)訓(xùn)教程

(第3版)

第1章數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ)第二頁(yè)，共41頁(yè)?！癖菊乱c(diǎn)

了解數(shù)字電視的有關(guān)概念及數(shù)字電視在我國(guó)的應(yīng)用情況。熟悉視、音頻信號(hào)壓縮編碼方法。熟悉數(shù)字電視的信道編碼技術(shù)和赳錯(cuò)方法。熟悉節(jié)目碼流與傳輸碼流的組成，掌握傳輸碼流的復(fù)用。

熟悉數(shù)字電視傳輸方式。。第三頁(yè)，共41頁(yè)。1.1數(shù)字電視的概念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(chǔ)、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(shuō)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)。第四頁(yè)，共41頁(yè)。1.1.2數(shù)字電視接收機(jī)數(shù)字電視接收機(jī)是指能接收、處理和重現(xiàn)數(shù)字電視廣播射頻信號(hào)的一種終端設(shè)備。數(shù)字電視接收機(jī)也稱數(shù)字電視一體機(jī)，或簡(jiǎn)稱數(shù)字電視機(jī)。按國(guó)際慣例，數(shù)字電視接收機(jī)須具備接收、處理地面數(shù)字電視廣播射頻信號(hào)并予以重放的能力。第五頁(yè)，共41頁(yè)。1.1.3數(shù)字電視機(jī)頂盒

數(shù)字電視機(jī)頂盒英文縮寫“STB”(Set-TopBox)。它是一種將數(shù)字電視信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的變換設(shè)備，它把經(jīng)過(guò)數(shù)字化壓縮的圖像和聲音信號(hào)解碼還原成模擬視音頻信號(hào)送入普通的電視機(jī)。從模擬電視向數(shù)字電視過(guò)渡，是一個(gè)跨越式的過(guò)渡，可以說(shuō)無(wú)法直接兼容，也就是說(shuō)目前的所有的模擬電視機(jī)是不能接收數(shù)字電視信號(hào)。共有6種不同的數(shù)字電視機(jī)頂盒，如圖1-1所示。第六頁(yè)，共41頁(yè)。第七頁(yè)，共41頁(yè)。1.1.4三網(wǎng)融合

三網(wǎng)融合，是指電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)在向?qū)拵ㄐ啪W(wǎng)、數(shù)字電視網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)過(guò)程中，其技術(shù)功能趨于一致，業(yè)務(wù)范圍趨于相同，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、資源共享，能為用戶提供話音、數(shù)據(jù)和廣播電視等多種服務(wù)。

第八頁(yè)，共41頁(yè)。1.1.5OTTTV

OTTTV是“OverTheTopTV”的縮寫，是指基于開放互聯(lián)網(wǎng)的視頻服務(wù)，終端可以是電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、機(jī)頂盒、PAD、智能手機(jī)等等。從消費(fèi)者的角度出發(fā)，OTTTV就是互聯(lián)網(wǎng)電視，它允許在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)在任何設(shè)備上收看視頻節(jié)目。

第九頁(yè)，共41頁(yè)。1.1.6我國(guó)數(shù)字電視應(yīng)用概況

我國(guó)數(shù)字電視的應(yīng)用是從數(shù)字衛(wèi)星電視開始，1995年11月30日，中央電視臺(tái)采用數(shù)字壓縮技術(shù)，使用中星5號(hào)Ｃ頻段轉(zhuǎn)發(fā)器播出體育、文藝、電影等4套數(shù)字壓縮加擾收費(fèi)的電視節(jié)目。

截至2014年10月8日，全國(guó)直播衛(wèi)星戶戶通用戶達(dá)到1614萬(wàn)戶；到2014年4月我國(guó)有線數(shù)字電視用戶為1.68828億戶，有線電視數(shù)字化程度約為74.48%。第十頁(yè)，共41頁(yè)。1.2數(shù)字電視信源編碼1.2.1數(shù)字信號(hào)的產(chǎn)生數(shù)字電視中的視頻與音頻信號(hào)均是經(jīng)過(guò)取樣、量化、編碼三個(gè)過(guò)程，形成的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，一個(gè)模擬信號(hào)數(shù)字化過(guò)程如圖1-3所示。顯然，取樣點(diǎn)越多，量化層越細(xì)，越能逼真地表示模擬信號(hào)。第十一頁(yè)，共41頁(yè)。第十二頁(yè)，共41頁(yè)。1.2.2壓縮編碼的必要性與可行性1數(shù)字電視視頻信號(hào)壓縮的必要性為了提高傳輸效率，一般將數(shù)字化的視頻信號(hào)先進(jìn)行壓縮編碼，從數(shù)字視頻信號(hào)中移去自然存在的冗余度，盡量減少圖像各符號(hào)的相關(guān)性，提高圖像的傳輸效率。這個(gè)過(guò)程就好像將牛奶中水分去掉制成奶粉，在需要時(shí)將水倒進(jìn)去又做成牛奶一樣，在接收端則通過(guò)解碼將圖像信號(hào)恢復(fù)。第十三頁(yè)，共41頁(yè)。2數(shù)字電視視頻信號(hào)壓縮的可行性

視頻信號(hào)可以壓縮的根據(jù)主要有兩點(diǎn)：一是視頻信號(hào)中存在大量的冗余度可供壓縮，包括圖像結(jié)構(gòu)和編碼統(tǒng)計(jì)方面的冗余度，這種冗余度在解碼后可無(wú)失真地恢復(fù)。另一點(diǎn)是利用人的視覺特性，通過(guò)減少表示視頻信號(hào)的精度，以一定的客觀失真換取視頻數(shù)據(jù)壓縮。第十四頁(yè)，共41頁(yè)。3數(shù)字電視音頻信號(hào)壓縮的可行性

音頻壓縮是降低音頻信號(hào)中的冗余和丟掉音頻信號(hào)中不相關(guān)部分(凡不能被人耳感覺到的信號(hào)），使數(shù)字音頻的信息量減少到最小程度，但同時(shí)又能精確地再現(xiàn)原始的聲音信號(hào)。隨著人們對(duì)音頻信號(hào)特性和人耳特性的不斷研究，音頻編碼技術(shù)得到很大的發(fā)展。第十五頁(yè)，共41頁(yè)。1.2.3視頻壓縮編碼

視頻壓縮編碼的目標(biāo)是在盡可能保證視覺效果的前提下減少視頻數(shù)據(jù)率。由于視頻是連續(xù)的靜態(tài)圖像，因此其壓縮編碼算法與靜態(tài)圖像的壓縮編碼算法有某些共同之處，但是運(yùn)動(dòng)的視頻還有其自身的特性，因此在壓縮時(shí)還應(yīng)考慮其運(yùn)動(dòng)特性才能達(dá)到高壓縮的目標(biāo)。1基本概念

在視頻壓縮編碼中常需用到以下的一些基本概念：

(1).可逆壓縮編碼(又稱為信息保持編碼或無(wú)損壓縮編碼)

(2).不可逆壓縮編碼(又稱為信息非保持編碼或有損壓縮編碼)第十六頁(yè)，共41頁(yè)。(3)幀內(nèi)編碼：幀內(nèi)編碼是指壓縮編碼是在一幀(或一場(chǎng))內(nèi)進(jìn)行的，其目的在于消除一幀(或一場(chǎng))內(nèi)圖像的空間冗余(4)幀間編碼：幀間編碼是指壓縮編碼是在相鄰兩幀或幾幀之間進(jìn)行的，利用圖像信號(hào)的時(shí)間相關(guān)性來(lái)消去冗余。這種方式對(duì)靜止圖像或慢速運(yùn)動(dòng)圖像有很強(qiáng)的壓縮能力，但對(duì)于快速運(yùn)動(dòng)的圖像，由于時(shí)間相關(guān)度降低，故壓縮能力相應(yīng)減弱。第十七頁(yè)，共41頁(yè)。2視頻壓縮的方法

視頻壓縮編碼常采用以下4種方法：

(1)預(yù)測(cè)編碼(又稱差值碼、△編碼)(2)變換編碼

(3)熵編碼(統(tǒng)計(jì)編碼)(4)量化編碼第十八頁(yè)，共41頁(yè)。1.2.4音頻壓縮編碼音頻壓縮編碼與視頻壓縮編碼一樣，采用數(shù)字壓縮方法，降低音頻信號(hào)中的冗余和丟掉音頻信號(hào)中不相關(guān)部分（凡不能被人耳感覺到的信號(hào)），使數(shù)字音頻的信息量減少到最小程度，但同時(shí)又能精確地再現(xiàn)原始的聲音信號(hào)。隨著人們對(duì)音頻信號(hào)特性和人耳特性的不斷研究，音頻編碼技術(shù)得到很大的發(fā)展。第十九頁(yè)，共41頁(yè)。1.2.5視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介1.MPEG-2視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介2AVS數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介3新的視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264第二十頁(yè)，共41頁(yè)。1.2.6數(shù)字電視信源編碼結(jié)構(gòu)框圖

信源編碼器，先將模擬信號(hào)數(shù)字化，再將數(shù)字化后的信號(hào)及其他數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼處理，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1-11所示。第二十一頁(yè)，共41頁(yè)。1.3數(shù)字電視信道編碼1.3.1誤碼產(chǎn)生的原因數(shù)字電視信號(hào)在信道中傳輸時(shí)，由于傳輸系統(tǒng)特性的不理想和信道中的噪聲干擾，引起了數(shù)字電視信號(hào)波形的失真，在接收端判決時(shí)可能誤判而造成誤碼。第二十二頁(yè)，共41頁(yè)。1.3.2數(shù)字信號(hào)傳輸過(guò)程的檢錯(cuò)與糾錯(cuò)數(shù)字電視信號(hào)在傳輸中會(huì)因各種原因出現(xiàn)差錯(cuò)，產(chǎn)生誤碼。如將“1”變?yōu)椤?”，或?qū)ⅰ?”變?yōu)椤?”，這就需要在接收端能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并加以糾正。完成這項(xiàng)工作就是在傳送的數(shù)字信息碼元中附加一些監(jiān)督碼元來(lái)進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。第二十三頁(yè)，共41頁(yè)。1.3.3數(shù)字信號(hào)的差錯(cuò)控制方式

1前向糾錯(cuò)(FEC)2檢錯(cuò)重發(fā)(ARQ)3混合糾錯(cuò)(HEC)第二十四頁(yè)，共41頁(yè)。1.3.4常用信道編碼簡(jiǎn)介

根據(jù)信道的情況不同，信道編碼方案也有所不同，在地面數(shù)字電視傳輸過(guò)程中，由于是無(wú)線信道且存在多徑干擾和其它的干擾，所以信道很“臟”，為此它的信道編碼是：RS＋外交織＋卷積碼＋內(nèi)交織。

在有線數(shù)字電視傳輸過(guò)程中，由于是有線信道，信道比較“干凈”，所以它的信道編碼是：RS＋交織。第二十五頁(yè)，共41頁(yè)。

在衛(wèi)星數(shù)字電視傳輸過(guò)程中，由于它也是無(wú)線信道，所以它的信道編碼是：RS＋交織＋卷積碼，也是級(jí)聯(lián)編碼。第二十六頁(yè)，共41頁(yè)。1.4傳輸碼流及其復(fù)用1.4.1基本碼流與打包基本碼流

基本碼流(ES)也稱原始數(shù)據(jù)流，它是包含視頻、音頻或數(shù)據(jù)的連續(xù)碼流。ES的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容是根據(jù)各種數(shù)據(jù)的編碼格式而定的。

打包的基本碼流(PES)是按照一定的要求和格式打包的ES流。因?yàn)橐纛l或視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)編碼后得到基本碼流，是還無(wú)法直接送入傳輸系統(tǒng)或節(jié)目系統(tǒng)中，而是需要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分組后才能送出。第二十七頁(yè)，共41頁(yè)。1.4.2節(jié)目碼流

節(jié)目碼流(PS)是用來(lái)傳輸和保存一個(gè)節(jié)目的編碼數(shù)據(jù)或其他數(shù)據(jù)，它是將一個(gè)或幾個(gè)具有公共時(shí)間基準(zhǔn)的PES組合成單一的碼流。如同單一節(jié)目碼流一樣，所有的基本碼流都能在同步情況下解碼。PS碼流比較適用于相對(duì)誤碼率小的傳輸環(huán)境中，如交互式多媒體環(huán)境和媒體存儲(chǔ)管理系統(tǒng)。第二十八頁(yè)，共41頁(yè)。1.4.3傳輸碼流

傳輸碼流適合于有誤差發(fā)生的環(huán)境，例如在噪聲或有損耗介質(zhì)中的存儲(chǔ)或傳輸，比如有線網(wǎng)絡(luò)、地面廣播與衛(wèi)星傳輸。它也是將一個(gè)或幾個(gè)PES組合成單一的碼流，但這些PES可以是有一個(gè)公共的時(shí)間基準(zhǔn)，也可以是幾個(gè)獨(dú)立的時(shí)間基準(zhǔn)。如果幾個(gè)基本碼流有公共的時(shí)間基準(zhǔn)，那么這幾個(gè)基本碼流先組合成一組，這叫節(jié)目復(fù)用。然后由若干個(gè)節(jié)目復(fù)用后再進(jìn)行傳輸復(fù)用。第二十九頁(yè)，共41頁(yè)。1.4.4傳輸碼流中的節(jié)目專用信息在數(shù)字電視節(jié)目中，通常一個(gè)頻道對(duì)應(yīng)一個(gè)傳輸碼流(TS)，一個(gè)頻道的TS流由多個(gè)節(jié)目及業(yè)務(wù)組成。在TS流中如果沒(méi)有引導(dǎo)信息，數(shù)字電視的終端設(shè)備將無(wú)法找到需要的碼流，所以在MPEG-2中，專門定義了節(jié)目專用信息(PSI)，其作用是自動(dòng)設(shè)置和引導(dǎo)接收機(jī)進(jìn)行解碼。PSI信息在復(fù)用時(shí)通過(guò)復(fù)用器插入到TS流中，并用特定的PID（包標(biāo)識(shí)符）進(jìn)行標(biāo)識(shí)。第三十頁(yè)，共41頁(yè)。1.4.5傳輸碼流中的業(yè)務(wù)信息

除了PSI信息，還需要為用戶提供有關(guān)業(yè)務(wù)和事件的識(shí)別信息。廣電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性文件，GY/Z174-2001《數(shù)字電視廣播業(yè)務(wù)信息規(guī)范》定義了這些數(shù)據(jù)的編碼。PSI中的PAT、CAT、PMT只提供了它所在的復(fù)用流(現(xiàn)行復(fù)用流)的信息，在文件中，業(yè)務(wù)信息還提供了其他復(fù)用流中的業(yè)務(wù)和事件信息。第三十一頁(yè)，共41頁(yè)。1.4.6傳輸碼流的復(fù)用數(shù)字電視中的復(fù)用器是將多個(gè)單節(jié)目碼流(SPTS)或多節(jié)目碼流(MPTS)轉(zhuǎn)換成一個(gè)MPTS，復(fù)用后的MPTS就可以在光纖網(wǎng)上傳輸或者直接通過(guò)QAM調(diào)制器調(diào)制輸出，能有效提高傳輸信道的利用率。第三十二頁(yè)，共41頁(yè)。1.5數(shù)字電視傳輸方式1.5.1數(shù)字電視地面廣播

數(shù)字電視地面廣播是利用架設(shè)在電視鐵塔上的發(fā)射天線，將傳輸碼流調(diào)制在VHF或UHF廣播信道上，用無(wú)線電波傳輸數(shù)字電視節(jié)目。在地面電視廣播無(wú)線覆蓋技術(shù)中，目前有三種組網(wǎng)方式：多頻網(wǎng)(MFN)、雙頻網(wǎng)(DFN)與單頻網(wǎng)(SFN)。第三十三頁(yè)，共41頁(yè)。1.5.2數(shù)字電視衛(wèi)星廣播

數(shù)字電視衛(wèi)星廣播是在地球赤道上空35800km處的靜止衛(wèi)星上，裝載轉(zhuǎn)發(fā)器和天線系統(tǒng)，向地面轉(zhuǎn)發(fā)廣播電視信號(hào)，直接進(jìn)行大面積廣播電視覆蓋的一項(xiàng)新技術(shù)。它能使覆蓋區(qū)內(nèi)的廣大用戶直接收看千百里之外乃至地球另一面的廣播電視節(jié)目。因此，數(shù)字電視衛(wèi)星廣播是解決廣播電視大面積覆蓋最先進(jìn)、最有效的技術(shù)手段。第三十四頁(yè)，共41頁(yè)。1.5.3數(shù)字電視有線廣播

有線電視廣播具有傳輸質(zhì)量高、節(jié)目頻道多等特點(diǎn)，因而便于開展按節(jié)目收費(fèi)(PPV)、視頻點(diǎn)播(VOD)以及其他雙向業(yè)務(wù)。數(shù)字電視有線廣播是利用有線電視(CATV)系統(tǒng)來(lái)傳送多路數(shù)字電視節(jié)目，其調(diào)制方式大多都采用QAM(正交幅度調(diào)制)方式，數(shù)字電視有線廣播具有質(zhì)量?jī)?yōu)異、資源豐富等特點(diǎn)，但其成本在數(shù)字電視三種傳播方式中最高，目前借助有線電視技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字交互式電視業(yè)務(wù)是最佳方案。第三十五頁(yè)，共41頁(yè)。1.6實(shí)訓(xùn)1數(shù)字電視與高清晰度數(shù)字電視接收機(jī)1.實(shí)訓(xùn)目的2.實(shí)訓(xùn)器材3.實(shí)訓(xùn)原理4.實(shí)訓(xùn)步驟5.實(shí)訓(xùn)報(bào)告第三十六頁(yè)，共41頁(yè)。1.5本章小結(jié)

本章在介紹數(shù)字電視的有關(guān)概念及數(shù)字電視在我國(guó)的應(yīng)用情況后，重點(diǎn)介紹數(shù)字電視信源編碼、信道編碼、傳輸碼流的處理和傳輸方式。

數(shù)字電視是指包括節(jié)目攝制、編輯、發(fā)送、傳輸、存儲(chǔ)、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)，數(shù)字電視接收機(jī)是指能接收、處理和重現(xiàn)數(shù)字電視廣播射頻信號(hào)的一種終端設(shè)備，這是兩種不同的概念。數(shù)字電視機(jī)頂盒是一種將數(shù)字電視信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的變換設(shè)備，它把經(jīng)過(guò)數(shù)字化壓縮的圖像和聲音信號(hào)解碼還原成模擬視音頻信號(hào)送入普通的電視機(jī)。第三十七頁(yè)，共41頁(yè)。

數(shù)字電視的信源編碼承擔(dān)著圖像、音頻數(shù)據(jù)壓縮碼率的功能，它去掉信號(hào)中自然存在的冗余度，以達(dá)到用盡可能少的數(shù)碼來(lái)有效地表示圖像或聲音信號(hào)。從而降低碼率，壓縮頻帶，以提高信息的傳輸效率。數(shù)字電視信道編碼的目的是提高信號(hào)在傳輸過(guò)程中的抗干擾能力，保證接收信息的可靠性。信道是指信號(hào)在各種媒質(zhì)中傳輸?shù)耐ǖ?，可以是光纖、電纜、微波、衛(wèi)星等。

第三十八頁(yè)，共41頁(yè)。

數(shù)字電視碼流主要有基本碼流(ES)、打包基本碼流(PES)、節(jié)目碼流(PS)與傳輸碼流(TS)，這幾種碼流既不相同，又是相互關(guān)聯(lián)的。數(shù)字電視中的復(fù)用器是將多個(gè)單節(jié)目碼流(SPTS)或多節(jié)目碼流(MPTS)轉(zhuǎn)換成一個(gè)MPTS，復(fù)用后的MPTS就可以在光纖網(wǎng)上傳輸或者直接通過(guò)QAM調(diào)制器調(diào)制輸出，這樣就能有效提高信道的利用率。