数字电视技术知识

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,数字电视技术培训,1,内 容（一）,预备知识部分,数字电视全系统简介,数字电视传输系统标准简介,2,内 容（二）,第一部分 典型数字电视系统的信号处理,多种信号源的接收处理,加密节目的解密方法,特定节目的转码处理,节目及传输流（,TS,）的复用加扰,节目特定信息和业务信息表（,PSI/SI,）的编辑,数字信号的调制和发射,3,内 容（三）,第二部分 数字电视技术基础知识,模拟信号的数字化处理,数字信号的压缩技术,数字信号的复用技术,数字信号的加解扰技术,数字信号的信道编码和调制,节目特定信息和业务信息表（,PSI/SI,）,数字电视传输网络简介,4,Contribution,DSNG,Remote Studio,Production,Primary Distribution,Secondary Distribution,Cloud / Client,Enterprise / MDU,Playout server,TV Network,Content originator,Cable,DBS,Local Headend,Broadcast,Within the Home,Network,Multi-res,Local Content,Receiving Content,Terrestrial,OTT,Events,WELLAV Encoding,WELLAV Transcoding,Target Customers,WELLAV Receiving,WELLAV Edge QAM,Receiving,Encoding,Modulation,WELLAV STB,5,一级,节目运营商,预备知识,数字电视全系统简介,摄像机,DSNG,卫星,转发器,电视台,播控系统,卫星,转发器,传输网络,终端用户,二级,节目运营商,SDI,RF,RF,RF,RF,光纤,/,同轴,/,微波,三级,节目运营商,传输网络,传输网络,终端用户,终端用户,节目制作,节目运营,用户接入,本地,节目素材,电视台,6,预备知识,数字电视全系统简介,7,预备知识,数字电视传输系统标准简介,数字电视系统按照信号的传输方式分为：,1,、以同轴电缆、光纤以及网络线缆作为信号传输媒介的,有线传输系统,，包括：广电有线数字电视系统和,OTT/IPTV,系统。,2,、以空间电磁波作为信号传输媒介的,无线传输系统,，包括：卫星数字电视系统，地面数字电视系统和微波链路系统。,目前常见的数字电视传输标准有：,欧洲的,DVB,标准（地面、有线、卫星、微波数字电视标准）,美国的,ATSC,标准（地面数字电视标准）,日本的,ISDB,标准（地面、卫星数字电视标准）,中国的,DTMB,标准（地面数字电视标准）,中国的,ABS,标准（卫星数字电视标准）,中国的,CMMB,标准（移动数字电视标准）,韩国的,T-DMB,标准（移动数字电视标准）,8,多种信号源的接收处理,1,、模拟音视频信号,信号来源：专业卫星,/,有线,/,地面接收机、机顶盒、,DVD,播放器。,处理方法：根据系统要求选择支持编码模拟信号的编码器。编码格式,MPEG-2,、,H.264,或,AVS,应由系统需求确定。,编码器,视频输入,YPbPr/YCbCr/CVBS,音频输入,平衡,/,非平衡音频,ASI,IP,第一部分 典型数字电视系统的信号处理,9,多种信号源的接收处理,2,、,SDI/HDMI,信号（未压缩的数字信号）,信号来源：数字摄像机、专业卫星,/,有线,/,地面接收机、机顶盒、蓝光,DVD,播放器。,处理方法：根据系统要求选择支持,SDI/HDMI,的,HD,或,SD,编码器。编码格式,MPEG-2,、,H.264,或,AVS,应由系统需求确定。,编码器,视频输入,SD-SDI/HD-SDI/HDMI,音频输入,SDI/HDMI,嵌入音频,ASI,IP,第一部分 典型数字电视系统的信号处理,10,3,、射频,RF,信号（装载压缩的数字信号,TS,流）,信号来源：卫星信号、省市级下传有线信号、地面信号、微波链路信号。,处理方法：使用相应的专业卫星接收机接收射频信号，解调出,TS,流或解码输出。,第一部分 典型数字电视系统的信号处理,多种信号源的接收处理,专业接收解码器,IRD,ASI,IP,RF,11,4,、,TS Over IP,信号（装载压缩的数字信号,TS,流）,信号来源：基于,IP,接口的视频服务器、节目存储系统，,IP/,光纤骨干网络,处理方式：使用专业,IP,接收设备接收信号，解封装,IP,包获取,TS,流。,第一部分 典型数字电视系统的信号处理,多种信号源的接收处理,专业接收解码器,IRD,ASI,IP,IP,IP,骨干网,视频存储系统,12,5,、,TS Over DS3,信号（装载压缩的数字信号,TS,流）,信号来源：通过,SDH,网络、由上级电视台下传或下级电视台回传的节目,处理方式：使用专业的、带有,DS3,接口的设备接收信号，解封装获取,TS,流。,第一部分 典型数字电视系统的信号处理,多种信号源的接收处理,专业,DS3,适配器,ASI,IP,DS3,SDH,网络,45Mbps,13,第一部分 典型数字电视系统的信号处理,加密信号的解密方法,对于接收到的加密信号，一般有两种解密方法：,1,、使用机顶盒,+,智能卡接收解密，然后通过,AV,或,HDMI,解码输出信号。,2,、使用专业接收机（带,CI,接口）,+CAM,卡,+,智能卡，然后通过,IP,或,ASI,输出解密的,TS,流。,说明：,CI,接口主要应用在专业接收设备中，用于将不同品牌、不同,CAS,的,CAM,卡适配到不同的接收机中。,CAM,卡,主要,CAM,生产商：,Aston, SMiT, SmarDTV,CAM,类型：普通单解,CAM,卡，和工程多解,CAM,卡。,14,第一部分 典型数字电视系统的信号处理,特定节目的转码处理,通常需要转码的情况有以下两种：,1,、接收到的信号为压缩数字信号,TS,流，节目编码方式为,MPEG-2,，需要改为,H.264,。,2,、接收到的信号为压缩数字信号,TS,流，节目码率太大或变化较大，需要压缩、恒定码率。,因此，对于转码设备来说，输入信号是压缩数字信号,TS,流，转码后输出信号也是压缩数字信号,TS,流。,转码器,有效压缩码率,改变编码方式,ASI,IP,ASI,IP,15,第一部分 典型数字电视系统的信号处理,节目及传输流（,TS,）的复用加扰,接收到解密后的,TS,流后，一般需要对其进行,TS,再复用，即把需要的节目复用到新的,TS,，把不需要的节目过滤掉。同时，对模拟信号、,SDI/HDMI,进行编码后得到的,TS,也需要复用到新,TS,中。,经过节目过滤及再复用后，将新,TS,送入加扰设备进行加扰。有如下两种方式：,1,、,BISS-1/BISS-E,加扰,加扰方式简单，加扰设备自身即可实现、无需专用服务器。保密性较,CAS,差。主要用于保密性要求不是很高的卫星数字电视系统。,2,、配合,CAS,系统对,TS,流加扰,在,DVB,标准中，规定了通用的加扰算法以及加扰设备与,CAS,的接口协议，因此理论上来说任何一台符合标准的加扰机可以与任何品牌的,CAS,协同工作。但由于设备具体参数的不确定，或者不完全符合标准，实际应用中可能需要对加扰机和,CAS,系统仔细调试才能使其正常工作。,16,第一部分 典型数字电视系统的信号处理,节目特定信息和业务信息表（,PSI/SI,）的编辑,PSI/SI,表的编辑对于系统的整体规划非常重要。一般在,TS,流再复用的同时对,PSI/SI,编辑。通常包括：,1,、根据系统的整体规划修改节目的,Service ID,，使,STB,能够按照预定的顺序显示节目。,2,、在中心频点添加,NIT,表，以实现,STB,对全网节目的自动、快速搜索。,3,、添加,SDT Other,表，可使,STB,实现更快的节目搜索。,4,、透传,EIT,和,TDT/TOT,表，以实现,STB,的,EPG,信息显示。,17,第一部分 典型数字电视系统的信号处理,数字信号的调制和发射,加扰后的,TS,可直接送到调制器进行信道编码和上变频处理。对于无线信道的信号传输，比如卫星、地面或,MMDS,等，还需将上变频后的信号通过功率放大器和频率合成器，并由馈线送至天线，最终由天线将信号辐射出去。,调制器参数的设定直接决定了一个,8MHz,带宽可传输的最大码率，而要传输的单个,TS,流码率必须小于调制器允许的最大值，否则会导致码率溢出，节目接收解码会出现马赛克卡顿等问题。如何根据调试方式计算给定物理信道所允许的最大有效传输码率呢？,关于传输码率：,在,DTMB,地面系统中，根据,FEC,码率、,QAM,模式和信号帧长度的不同组合，一个,8MHz,物理信道可传输的最大有效码率是,32.486Mbps,。,在,DVB-T,地面系统中，一个,8MHz,物理信道可传输的最大有效码率是,31.67Mbps,。,在,DVB-C,有线系统中，一个,8MHz,物理信道可传输的最大有效码率是,38.134Mbps,。,18,如何区分不同的数字电视系统？,不同的数字电视系统有着大致相同的前端信号处理流程，最主要的区别在于最末一级负责信号调制、发射设备以及发射信号载波的频率范围。,对于,DVB-C,有线,数字电视系统：,最末一级设备为,QAM,调制器，频率范围,47MHz858MHz,。,对于,DVB-S/S2,卫星,数字电视系统：,最末一级设备为,QPSK/8PSK/16APSK,调制器,+,发射机，频率范围,3.7GHz4.2GHz,（,C,波段）和,10.7GHz12.7GHz,（,Ku,波段）。,对于,DVB-T/T2,地面,数字电视系统：,最末一级设备为,COFDM,调制器,+,发射机，频率范围,47MHz858MHz,。,对于,ATSC,地面,数字电视系统：,最末一级设备为,8VSB/16VSB,调制器，频率范围,54MHz806MHz,。,对于,DVB-MMDS,微波,数字电视系统：,最末一级设备为,QAM/QPSK/COFDM,调制器,+,发射机，频率范围,2.5GHz2.7GHz,。,第一部分 典型数字电视系统的信号处理,19,第二部分 数字电视技术基础知识,模拟信号的数字化处理,如何记录自然界的图像画面？,早期的模拟摄像机可将从外界捕捉到的千变万化的光信号转化为连续变化的电信号。这种连续变化的电信号即是模拟信号。,光信号,摄像机,-,光电转换,存储媒介,直播系统,电信号,随着社会的发展，模拟信号传输的弊端越来越明显，如节目占用带宽大、信号抗干扰能力差、无法实现智能管理、用户互动等。而数字信号传输则显示出了极大的优越性。实现数字信号传输的第一步就是要将模拟信号转化为数字信号。,20,第二部分 数字电视技术基础知识,模拟信号的数字化处理,-,取样（,1,）,在现实的宏观世界中，所有可测量的量都是可连续变化的，即可以取特定范围内的任意值。比如长度、时间、质量、速度、温度等。那么如何描述被测量的量在一定时间内的变化情况呢？,这种“每隔一定的时间间隔对被测量的模拟量进行一次测定取值”的过程就叫做“取样”（或模拟信号离散化）。,如果时间间隔合适，,那么最终,线的,曲线,形状与连续不间断测量的,形状,基本吻合,。取样是将模拟信号数字化的第一步。,21,第二部分 数字电视技术基础知识,取样间隔的选取直接决定了取样结果能否正确反映实际模拟信号。间隔太小，则失去了取样的意义；间隔太大，则可能漏掉重要信息。,根据奈奎斯特,(Nyquist),采样定理，在进行模拟,/,数字信号的转换过程中，当采样频率大于信号中最高频率的,2,倍时，采样之后的数字信号将完整地保留原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的,5,10,倍。,模拟信号的数字化处理,-,取样（,2,）,22,第二部分 数字电视技术基础知识,经过取样后的,信号,只在,时间上,是,离散,的，,样值的幅度仍然是模拟取值的，具有连续的数值。,这样的采样信号还无法进行数字处理，还需要对样值幅度进行离散处理。,对幅度值的离散，就是把幅度值分成若干等级，对不在等级线上的进行舍零取整处理，归到相邻的等级上去。这样，连续的幅度值就用离散化的有限个等级取代了，这个过程叫做量化。,模拟信号的数字化处理,-,量化,理论和实际都证明，对电视图象信号，,256,个,量化,等级,即,可以,满足需求,。,23,第二部分 数字电视技术基础知识,完成对模拟信号的,取样,和,量化,后，虽然得到了在时间、幅度上都离散的信号，但还没有数字化。数字化是仅使用,“,0,”和“,1,”两个数字,来,表示一切等级、量值,等。,但“,0,”和“,1,”只能表示两个等级，,如何表示,256,个等级,呢,？用,8,位“,0,”和“,1,”编成,8,位码，,如,、,、等,，,即可得到,256,种不重复的码,用于,表示,256,个,等级。,模拟信号的数字化处理,-,编码,把量化后的信号用“,0,”和“,1,”,的组合数字,表示,的过程,叫做编码。,经过取样、量化和编码，最终得到数字化的信号。,24,第二部分 数字电视技术基础知识,为什么要压缩已经数字化了的信号呢？,经过取样、量化、编码后的电视信号,码率很大,。,电视亮度信号的最高频率是,6Mhz,每个色差信号最高频率为两个,1.5Mhz,。,根据奈奎斯特定理，亮度与色度信号的取样频率分别应该大于,12Mhz,和,2,3Mhz=6Mhz,。量化等级取,256,，需要,8,位二进制编码。这样，传送一套电视节目，所需要的码,率为：,(12+2x3) x 8=144Mbit/s,而,实际,应用中,取样频率,取,13.5Mhz,，,量化比特数,取,10,，一个节目的,码率为,270Mbps,。,这远远超出了一个,8MHz,带宽可传输的码率。因此，必须对数字化的信号再进行压缩编码。,数字信号的压缩技术,25,第二部分 数字电视技术基础知识,压缩技术基本原理：,空间冗余,同一图像帧内某各区域的颜色是相同的，只传一个像素信息，其他复制。,时间冗余,相邻两个图像帧的大部分内容是相似的，只传第一帧，后面两帧预测得到。,视觉冗余,人眼对图象高频细节、色度信号灵敏度低,，,把人眼本来看不到的信号取消,。,常见编码标准：,MPEG-2,、,MPEG-4,、,MPEG-4 AVC/H.264,、,H.265,、,AVS+,等。,分辨率：,标清,SD (720*576i/720*480i),，高清,HD(1080*720p),全高清,FHD(1920*1080i/1920*1080p),，超高清,UHD (4K*2K, 3840*2160),类（,Profile,）和级（,Level,）：,类（,Profile,）定义了不同的编码工具集，,BP/SP/MP/HP,级（,Level,）定义了不同分辨率，,LL/ML/HL,；,Level 15,音频编码方式：,MPEG-1 Layer I/II, LC/HE AAC, AC3, E-AC3(AC3+),数字信号的压缩技术,-,压缩编码标准,26,第二部分 数字电视技术基础知识,每一套节目有视频码流、音频码流，这些与模拟信号一一对应的码流称为基本流,ES,。为便于传输,、,实现时分复用，基本流,ES,必须,进行,“打包”,处理,，就是将顺序、连续传输的数据流按一定的时间长度进行分割，分割的小段叫做“包”，因而打包也称为分组。在每个包前加上包头，就构成了打包的基本流,PES,。,数字电视的信号复用包括节目复用和系统复用。,节目复用,将,视频,PES,、音频,PES,和,辅助,数据,PES,组合为一个节目,。,系统复用,将不同的节目组合为一个传输流（,TS,）。,数字信号的复用技术,节目,1,节目,2,视频,PES,音频,PES,辅助数据,PES,视频,PES,音频,PES,辅助数据,PES,PSI/SI,数据,私有数据,系统复用,TS 1,TS 2,后端处理,27,第二部分 数字电视技术基础知识,数字信号的加解密技术,28,第二部分 数字电视技术基础知识,数字信号传输有两种方式：基带传输和调制传输。,基带传输,将数字化、复用后的,TS,流直接做简单处理直接传输，比如计算机间的通信。,调制传输,基带信号无法进行长距离传输。因此要将基带信号频谱搬移到合适的射频传输信道进行长距离传输。,数字信号的信道编码和调制,由于外部信号干扰、随机噪声、传输信道劣化等因素，数字信号在传输过程中会出现错误，信道编码的作用就是通过附加一些辅助数据信息实现检错、纠错能力。,29,第二部分 数字电视技术基础知识,数字信号的信道编码和调制,正交振幅调制（,QAM,）,调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。,键控移相调制（,QPSK,）,调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合卫星广播。,残留边带调制（,VSB,）,抗多径传播效应好（即消除重影效果好），适合地面广播。,编码正交频分调制（,COFDM,）,抗多径传播效应和同频干扰好，适合地面广播和同频网广播。,在数字电视传输系统中，需要根据不同传输信道的特性选择不同的调制方式：,有线广播上行信道存在漏斗效应，卫星广播天电干扰严重，因此应选择抗干扰能力较强、而频谱利用率不高的,QPSK,技术；,在地面广播中，由于多径效应非常严重，因此应采用抗多径干扰显著的,OFDM,技术；,而在有线广播下行信道中，由于干扰较小，因而可采用频谱利用率较高的,QAM,技术。,技术标准：,美国,ATSC,，欧洲,DVB,，日本,ISDB,，中国,DTMB,30,第二部分 数字电视技术基础知识,节目特定信息和业务信息表（,PSI/SI,）,数字电视机顶盒中为了找到需要的码流，识别不同的业务信息，在,TS,流中必须加入一些引导信息，为此，在,MPEG-2,中，专门定义了,PSI,（,ProgramSpecificInformation,）信息，其作用是从一个携带多个节目的某一个,TS,流中正确找到特定的节目。,PSI,表包括节目关联表（,PAT,）、条件接收表（,CAT,）、节目映射表（,PMT,）和网络信息表（,NIT,）组成，这些表在复用时通过复用器插入到,TS,流中，并用特定的,PID,（包标识符）进行标识。,在,MPEG-2,标准中定义的,PSI,表，是对单一,TS,流的描述。由于系统通常存在多个,TS,流，为了引导数字电视用户能在,TS,流中快速地找出自己需要的业务，,DVB,对,MPEG-2,的,PSI,进行了扩充，在,PSI,四个表的基础上再增加了九个表，形成,SI,（,ServiceInformation,）。,SI,是对整个系统所有,TS,流的描述，在符合,MPEG-2(13818-1),的,TS,传输流中插入,DVB,标准定义的业务信息（,ServiceInformation,，,SI,），使机顶盒,(Set-Top-Box),的综合接收解码器（,IRD,）可以从,TS,流中提取出节目提供商播出节目的列表和播出参数，以直观的形式显示给数字电视用户，使得用户可以方便地接收、选择数字电视节目。,SI,包括业务描述表（,SDT,）、事件信息表（,EIT,）、时间和日期表（,TDT,）、时间偏移表（,TOT,）、业务群关联表（,BAT,）和运行状态表（,RST,）、填充表（,ST,）、选择信息表（,SIT,）、间断信息表（,DIT,）等表信息。,SI,中的各表在实际使用中并不都需要传送，其中,NIT,、,SDT,、,EIT,、,TDT,是必需传送的，其它表则按照需要进行选择传送。,31,第二部分 数字电视技术基础知识,数字电视传输网络简介,HFC,（,Hybrid Fiber,Coaxial,，光纤,-,同轴混合网）,HFC,通常由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三部分组成，从有线电视台出来的节目信号先变成光信号在干线上传输；到用户区域后把光信号转换成电信号，经分配器分配后通过同轴电缆送到用户。,DTT,（,Digital Terrestrial Television,数字地面电视）,DTT,通过接受电视塔发出的地面数字电视信号，收看电视节目。主要面向没有网络覆盖的城郊、乡村等地区，以及移动终端如车载数字电视和手机。,DBS,（,Direct Broadcasting Satellite,，直播卫星）,利用地球同步卫星将数字编码压缩的电视信号传输到用户端的一种广播电视形式。主要有两种方式，一种是将数字电视信号传送到有线电视前端，再由有线电视台转换成模拟电视传送到用户家中。另一种方式是将数字电视信号直接传送到用户家中即,Direct to Home,（,DTH,）方式,IPTV/OTT,（,Internet Protocol Television,，交互式网络电视）,IPTV,是利用宽带有线电视网的基础设施，以家用电视机作为主要终端电器，通过互联网络协议来提供包括电视节目在内的多种数字媒体服务。,32,MMDS,（,Multichannel Microwave Distribution System,，无线多路微波分配系统,）,MMDS,是通过无线微波传送有线电视信号的一种传送技术，这种技术不但方便安装调试，而且由这种技术组成的系统重量轻、体积小、占地面积少，很适合城市郊区或农村有线电视覆盖。,SDH,（,Synchronous Digital Hierarchy,，同步数字体系）,SDH,是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络，是美国贝尔通信技术研究所提出来的同步光网络（,SONET,）。,SDH,是不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。,HBBTV,（,Hybrid Broadcast/Broadband TV,，混合广播宽带电视）,HBBTV,是一种与,DVB,兼容的内容发布平台，可以为增强和互动的电视业务提供信令、传输和呈现机制。基于,HBB,的相关应用同时针对广播和互联网领域而设计，并可以在同时具有广播和互联网混合连接的终端上运行。,第二部分 数字电视技术基础知识,数字电视传输网络简介,33,