2011培训资料-数字电视原理及测试

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,*,*,有线电视原理及测试,2011 v1,1,一、模拟电视测试指标,二、数字电视原理及测试,1,、数字电视基本概念及标准,2,、数字电视传输系统,3,、数字电视关键技术及测量,2,一、模拟电视测试指标,3,系统输出口电平,接收机高频电子调谐器的信号输入范围,60,80dB,任意频道间电平差,10dB,相邻频道间电平差,3dB,图像,/,伴音电平差,（,V/A) 173,4,频道内频响应为从图像载频到图像载频加,6MHz,范围内的射频的幅频特性，频道内频响应,2dB,。,1,、对图像质量的影响,幅频特性下降过多，使高频分量幅度变小，图像清晰度下降。而幅频特性提升过高，高频分量增加，使图像变得比较生硬（类似勾边电路产生的现象）。,2,、产生原因和减少影响的办法,产生原因：调制器幅频特性欠佳。,减少影响的办法：采用质量较好的调制器。,频道内频响,5,图像载波功率与规定噪声带宽内的噪声功率之比。,通常在系统设计时取,44dB,为设计值，留,1dB,的设计裕量。,1,、噪声对图像质量的影响,噪声使电视屏幕上出现大量细小亮点，犹如下雪开飘落的雪花一样；使图像结构粗糙，清晰度降低，对比度变差，层次减少。在彩色电视上为大量醒目的亮点。,载噪比,6,2,、产生的原因和减少的办法,噪声产生的原因：前端接收信号场强较太弱，系统所用设备噪声系数过大事系统输出口电平过低。,减少噪声影响的办法：当接收场强较弱时，就在接收天线下直接接低噪声天线放大器，放大后的信号再由电缆送出，这样可提高载噪比。有线电视系统线路设计合理，使用户端信号电平不至于过低，也能避免载噪比下降。,7,在系统指定点，图像载波电平与围绕在图像载波中心附近群集的复合二次,/,三次差拍产物电平的峰值之比。,1,、对图像质量的影响,复合三次差拍表现为在电视机屏幕上出现横向差拍噪波，这是一种水平波纹状的噪波干扰。当,C/CTB=54dB,时，在电视接收机屏幕上刚刚发现横向差拍噪波，最初为横向细小的水波纹状噪波，对比度较小，稍有察觉但不令人讨厌。当,C/CTB=35dB,时，横向差拍比噪波干扰严重、很讨厌，以时横向差拍噪波，为较粗横向水波纹，且对比度变大，使观看者很难接受。,载波复合二,/,三次差拍比,CSO/CTB),8,9,2,、产生的原因和减少影响的办法,载波复合三次差拍比较低的原因有两个：其中一为放大器本身非线性指标未达标；其二为放大器输出电平过高。在一定范围内，随着放大器输出电平的提高，载波复合三次差拍比按线性降低，欲达到一定载波复合三次差拍比，只能选选适当的输出电平。,10,系统中放大器放大多个频道的电视信号时，由于放大器中非线性器件的影响（主要是三次项），使所欲接收频道的图像载波受到其它（干扰）频道的调制波的幅度变 化干扰，这就称为交扰调制或交叉调制简称交调。,国家标准中规定,CM46dB,，设计时应取,48dB,。,交扰调制比,CM,11,1,、对图像质量的影响,在串扰信号不矢真，且与被串信号基本同步时，则在一个画面上将看到一个弱信号，如彩条、格子等；当两个信号不同步时，串入图像将产生漂动，其影响更大。当串入信号有矢真时，画面上会出现杂乱无章的麻点，或移动不规则的花纹。,12,2,、产生原因和减少影响的办法,交扰调制产生的原因是有线电视系统中有非线性失真产生。,减少交扰调制的办法：放大器应选择质量较好的，非线性矢真达标，且放大器输出电平不能过高；频道安排要适当，由于某些原因容易串扰的频道尽量不用。,13,有线电视的交流声调制的定义，即由低频干扰引起的交流声幅度调制等于信号振幅峰峰值变化量与信号的峰值之比。这些值可以很方便的用伏特值来表示，而其比值则用百分比来表示。,国标：,3%,是一个载波的幅度调制。幅度调制是用于传输电视图像信号的调制，所以交流声干扰会出现在图像上。交流声的幅度调制所定义的值是我们通常所说的,AM,所定义的值的,2,倍。,交流声调制,14,引起的现象：,交流声（尤其是与电源频率有关的交流声）对电视图像会产生不良的影响,一般电平波动约,2%,时，就会在电视屏幕上出现滚动横道，这取决于电视接收机的灵敏度。当电平波动幅度达,4%,时，屏幕上就会出现一个或两个滚动条，从而毁坏整个画面。,15,产生的原因：,如果交流声过大，这表明电源或者连接有问题，也许是某些硬件设备有损坏。,交流声的调幅频率通常与电源有关，即,50Hz,和二次谐波,100Hz,，但那些直到,400Hz,的低频干扰都在其定义的范围内。,更一般的原因：,分配放大器上直流电源电压设置不对。,滤波电容失效。,整流二极管有损坏。,连接器连接不紧。,16,微分增益是不同亮度电平下的色度幅度变化，定义微分增益,DG,为不同亮度阶梯上副载波的最大幅度,Amax,与最小幅度,Amin,之差，再与消隐电平上副载波幅度,A0,之比，即：,式中：,A0,输出端消隐电平上副载波幅度或检波电平。,Amax,和,Amin,分别为输出端阶梯波各阶梯（包括消隐电平）上副载波幅度或检波电平中的最大值和最小值。,DG,，的定义见下图：,微分增益,17,国标：,10%,1,、对图像质量的影响,微分增益矢真使在不同亮度收饱和度不一样，如在电视画面上演员从暗处走到亮处，肤色和服饰的饱和度不一样。,2,、产生原因和减少影响的办法,产生原因：产生微分增益矢真的设备是调制器。原因是调制特性曲线的非线性或视频放大器的非线性引起的矢真。,减少影响的方法：采用合格的质量较好的调制器。,18,微分相位（,DP,）,定义微分相位失真为：将未经相位调制的恒定幅度色度副载波加在亮度信号上，并加至被测通道的输入端，当亮度信号从消隐电平变到白电平，而平均图像电平保持在某一特定值时，在输出端副载波的相位变化称为微分相位失真。,国标：,10,19,1,、对图像质量的影响,微分相位矢真使图像在不同亮度处颜色发生变化。例如一个演员由暗处走到亮处，红色服装会由暗红色变为绛紫色。,2,、产生原因和减少办法,产生原因：产生微分相位的主要设备是调制器，其相位特性非线性引起相位矢真，其它设备对此影响很小，可以忽略不计。,减少影响的办法：采用合格的质量较好的调制器。,20,定义：把一个亮度分量有规定的幅度和波形，色度分量是被这个亮度分量调制的色度副载波，这两个分量在幅度和时间上都有确定的关系的重合信号加到被测通道的输入端，在输出端，把亮度分量与色度分量的调制包络做比较，如果这两个波形的相应部分在时间关系上与输入端不同，则称此变化为色度亮度时延差。,国标：,100ns,色亮时延差,21,1,、对图像质量的影响,使图像在水平方向上产生彩色镶边，严重时使彩色和黑白轮廓分家，类似画报中出现套色不准的情形，使彩色清晰度下降。,2,、产生原因和减少影响的办法,产生原因：主要是调制器中频滤波器做的不好，幅频特性下降过陡，使相位特性起伏较大。次要原因是频道处理器的中频滤波器做的不好。,减少影响的办法：系统中选用合格的质量较好的调制器和频道处理器。,22,回波值,回波值为被测系统对,2T,正弦平方脉冲的响应，用百分数表示。,传输介质不均匀时，信号会产生反射波，使图像左边出现重影。系统回波值要求不大于,7%,。,23,1,、对图像质量的影响,回波的存在会在图像右边出现一个反射波的重影或幻像。当重影与正常信号延时不大时，两个图像接近重合，引起自然镶边现象，对图像质量的影响较小；当重影与正常信号延时较大时，幻影就很明显，使清晰度下降，严重影响图像质量。,2,、产生原因和减少影响的办法,产生原因：电缆质量不好，反射损耗低或接壮举匹配不好都会产生回波。,减少方法：选用合格的质量较好的电缆作传输线；传输电缆与放大器中间的接头（电缆头）质量要好，电缆接头应安装牢固以保证接触良好。,24,图像载频准确度,图像载波测量值与图像载频标称值之差，用,kHz,表示。,25,图像伴音,/,载频间距,图像,/,伴音载频间距值与规定的,6500kHz,频之差，用,kHz,表示。,5,系统输出口相互隔离度,30,（,VHF,）,22,（其它）,25,二、数字电视原理及测试,26,1,、数字电视基本概念及标准,27,1.1,什么是数字电视,数字电视,(Digital TV),是从电视信号的采集、编辑、传播、接收整个广播链路都数字化的广播系统。其具体传输过程是：由电视台送出的图像及声音信号，经过数字编码压缩和数字调制后，形成数字电视信号，经过卫星、地面无线广播或有线电缆等方式传送，由数字电视接收后，通过数字解调和数字视音频解码处理还原出原来的图像及伴音。因为全过程均采用数字技术处理，因此，信号损失小，接收效果好。,28,1.2,数字电视实现的意义,数字电视系统建成后将成为一个数字信号传输平台：它使整个广播电视节目制作和传输质量显著改善信道资源利用率大大提高提供其他增值业务：,数据广播，视频点播，电子商务，软件下载，电视购物,等等，为“三网融合”提供了技术上的可能性。,29,1.3,数字电视的优点,数字传输，信号质量高,彩色逼真,可实现不同分辨率等级接收（,HDTV,，,SDTV,）,可移动接收，无重影,增加节目频道,应实现加解密和加解扰，便于展开,CA,业务,准交互和交互,其它增值业务,30,1.4,数字电视分类（按清晰度）,HDTV,：图像分辨率,19201080,（,16,：,9,）,SDTV,：图像分辨率,720756,（,PAL,）,720480,（,NTSC,）,LDTV,：,VCD,级图像分辨率,31,1.5,传输等级及传输系统模式,1),传输等级,LDTV,，,SDTV,，,HDTV,2),传输系统模式,电缆传输,PCM,方式,光纤传输,SDH,方式,光纤,同轴混合传输,HFC,数字调制方式,32,1.6,数字电视标准,国际：三大标准,欧洲：,DVB,（数字视频广播）,包括：,DVB-C DVB-S DVB-T,美国：,ATSC,（高级电视制式）,日本：,ISDB,（综合业务数字广播）,33,34,有线数字电视广播,DVB-C,用于有线信道。有线信道的特点是,:,信噪比高、频带资源窄、存在回波和非线性失真。这些特点要求,DVB-C,采用带宽窄、频带利用率高、抗干扰能力较强的调制方式。同时，由于信道信噪比高，误码率较低，纠错能力要求不很高。因此,DVB-C,的信道部分采用,RS,码和卷积码交织技术,正交幅度调制,(QAM),。,35,有线数字电视传输方式对比,36,卫星数字电视广播,DVB-S,用于卫星信道。卫星信道的特点是,:,可用频带宽、功率受限、干扰大、信噪比低。所以要求采用可靠性高的信号调制方式、强的信号纠错能力,对带宽要求不是特别高。因此,DVB-S,采用前向纠错,(FEC)(,包括,Viterbi,编码、交织、,RS,编码及加扰等电路,),正交移相键控,(QPSK),调制的信道处理,然后馈给卫星链路。接收时进行相反的处理。星传输具有覆盖面广、节目容量大等特点,工作频率为,11/12GHz,。,DVB-S,标准几乎为所有的卫星广播数字电视系统所采用。我国也选用了,DVB-S,标准。,37,美国的,ATSC,（,Advanced Television System Committee,先进电视制式委员会）标准。美国地面广播频道的带宽为,6MHz,，调制采用,8VSB,（,vestigial sideband,残留边带）调制。,欧洲的,DVB,（,Digital Video Broadcasting,数字视频广播）标准，其中地面广播采用,DVB-T,，这是最复杂的,DVB,传输系统。采用编码正交频分复用,(COFDM),调制方式，广播频道为,8MHz,带宽。,日本的,ISDB,（,Integrated Services Digital Broadcasting,）综合业务数字广播，,ISDB-T,和欧洲的,DVB-T,非常类似,可以说是经修改的欧洲方案,传输方案仍是,COFDM,。,地面数字电视广播,38,中国的,GB20600-2006,，,DTMB,（,Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting,）数字地面多媒体广播。,DVB-T,用于地面广播信道。地面广播的特点是：地形复杂、存在时变衰落和存在多径干扰、信噪比较低。因此,DVB-T,采用前向纠错,(FEC),包括内码交织、内码,Viterbi,编码、外码交织、外码,RS,编码,),和能有效消除多径干扰的正交频分复用技术,(COFDM),和格雷码映射,4/16/64QAM,调制等进行信道处理。然后在原来用于模拟的,6MHz,、,7MHz,和,8MHz,的频带内发送数字电视节目。,DVB-T,发送的比特率是可变的。例如：在,6MHz,频带可在,3.7,23.8Mbit/s,比特率之间进行选择,;,在,8MHz,频带可在,4.9,31.7Mbit/s,比特率之间进行选择。以适应不同的接收环境、如移动接收应适当降低发送的码率。,39,2,、数字电视传输系统,40,数字电视系统的组成从横向上来（即硬件构成）看主要包括节目制作、数字信号处理、传输、接收和显示几个部分。而从纵向上（及从信号处理的过程）看则主要包括物理层传输协议、中间件标准、信息表示、信息使用、内容保护几个层面的内容。,41,节目制作设备：,数字摄像机、数字录像机、数字特技机、数字编辑机、数字字幕机、非线性编辑系统,数字处理设备及技术：,压缩编,/,解码设备及技术、数据加,/,解扰设备及技术、加,/,解密设备及技术,信号传输：,地面、有线、卫星,接收设备：,数字电视接收机（卫星、有线）,显示：,CRT,、,LCD,、,PDP,、投影显示等,42,3,数字电视关键技术及测量,43,数字电视关键技术包括：,信源编码技术,传输复用技术,信道编码和调制,有条件接收（,CA,）,软件平台,中间件技术等。,44,信源编码技术,视频压缩编码, MPEG-2,音频压缩编码, MPEG-2,（欧洲、日本）,AC-3 (,美国,),我国标准：,GB/T17975.2 2000,“,信息技术,运动图像及其伴音信号的通用编码规范,第,2,部分：视频”,GB/T17975.3 2000,“,信息技术,运动图像及其伴音信号的通用编码规范,第部分：音频”,45,传输复用技术,数据打包：,N,个信道的视频、音频和辅助数据进行数据分组,传输流复用：将,N,个打包的数据复合成单路串行传输流,标准：国际,MPEG-2,我国,GB/T17975.1 2000,“,信息技术,运动图像及其伴音信号通用编码,第,1,部分：系统”,传送复用使电视信号具有与数据通信相似的数据分组（打包）传输，从而 使数字电视系统具备了可扩展、分级和交互通信的基础。,46,信道编码和调制,经信源编码的传输码流通常不适合在传输信道（无线、有线、卫星）中传输，必须经过某种处理，使之变成适合在规定的信道中传输的形式。在通信原理中把这种处理称为信道编码和调制。,信道编码包括：,纠错编码、网格编码、均衡,等。,信道编码目的：提高传输信号在信道中的,抗干扰,能力,标准：,GY/T1702001,“,有线数字电视广播系统信道编码与调制规范”,47,有条件接收（,CA,）,CA,只允许已付费的授权用户使用某一业务，未经授权的用户不能使用这一业务。,CA,涉及技术：,前端的加密和加扰技术、接收端的对用户寻址控制和授权解扰技术,标准：,GY/Z175-2001,数字电视广播条件接收系统规范,”,48,软件平台,中间件,机顶盒中硬件功能：,接收,RF,信号、信道解码、解调。,MPEG-2,码流解码，模拟视,/,音频输出。,机顶盒中软件功能：,电视节目内容显示、,EPG,节目信息、操作界面的实现等。,中间件：,是一种将应用程序与底层的实时操作系统及硬实现的技术细节隔离开来的软件环境，支持跨硬件平台和跨操作系统的软件运行，,使应用不依赖于特定的硬件平台和操作系统。,中间件构成：,Java,虚拟机、,Java Script,虚拟机、,HTML,虚拟机等,。,49,3.1,信源编码的原理及,MPEG-2,传输流的测试,50,3.1.1,模拟信号的数字化,模拟信号经过抽样脉冲变成一定幅度的离散的脉冲以后，用已经编码和定义好的一系列标准的信号去比较这些抽样脉冲，将对应幅度的脉冲转换为幅度最接近的标准幅度的信号，完成信号量化；然后将这些量化后的数据再按照指定的规则进行编码。,51,52,3.1.2,视音频压缩编码技术,数字视频压缩的必要性,HDTV , 1920 1080,显示格式,数字化后传输速率,995 Mb/S; SDTV,复合编码,135 Mb/S,分量编码,4,：,2,：,2 216 Mb/S.,存储,2,小时,HDTV,，存储量,7164 Gbit/S,存储,2,小时,SDTV,，存储量,972 Gbit/S,（复合编码）或,1555 Gbit/S,（分量编码）,传输,HDTV,需,1Gb/S,信道，传输,SDTV,需,1,2,个,155 Mb/S,信道,所以无论对于存储或传输，码率压缩都是绝对必要的。,53,压缩编码方法,（,1,）利用图象时间的相关性与时间冗余度的压缩,（,2,）利用图象空间的相关性与空间冗余度的压缩,（,3,）利用事件的统计特性与统计冗余度的压缩,（,4,）利用人眼的视觉特性与视觉冗余度的压缩,54,基本的图象压缩编码技术,（,1,） 分类,冗余度压缩技术,，无损伤压缩技术，无失真，数学上可逆。即它是可还原的。,信息量压缩技术,，有损伤压缩技术，有失真，数学上不可逆。即它是不可还原的。,55,（,2,） 图象压缩技术优劣评估条件,信息压缩比：,压缩前后所需的信息存储量之比,重现图象精度：,重现的图象与原图象相比有多大失真,执行速度：,压缩算法要多少时间完成,（压缩比增大，图象损伤程度也随之加大）,56,（,3,）基本压缩编码方法,预测编码（,DPCM,）,差分脉冲编码调制,离散余弦变换（,DCT,）,游程长度编码（,Runlength Encoding,）,霍夫曼（,Hoffman,）编码,57,视音频压缩编解码主要标准简介,视频压缩标准：,1,）,H.261,标准,2,）,JPEG,标准,3,）,MPEG 1,标准,4,）,MPEG 2,标准,5,）,MPEG 4,标准,6) H.264,音频压缩标准,:,1) MUSICAM,标准,2) AC 3,标准,3) MPEG 1,音频编码标准,MPEG 1,算法的第,层，即,MUSICAM,标准，我国采用。,58,H.261,标准,H.261,是,1990,年,ITU-T,制定的一个视频编码标准，属于视频编解码器。,H.261,设计的目的是能够在带宽为,64kbps,的倍数的综合业务数字网（,ISDN for Integrated Services Digital Network,）上传输质量可接受的视频信号。编码程序设计的码率是能够在,40kbps,到,2Mbps,之间工作，能够对,CIF,和,QCIF,分辨率的视频进行编码，即亮度分辨率分别是,352x288,和,176x144,，色度采用,4:2:0,采样，分辨率分别是,176x144,和,88x72,。在,1994,年的时候，,H.261,使用向后兼容的技巧加入了一个能够发送分辨率为,704x576,的静止图像的技术。,H.261,是第一个实用的数字视频编码标准。,H.261,的设计相当成功，之后的视频编码国际标准基本上都是基于,H.261,相同的设计框架，包括,MPEG-1,，,MPEG-2,H.262,，,H.263,，甚至,H.264,。,59,JPEG,标准,1986,年提出，,1992,年公布为国际标准。属帧内压缩编码方法，主要用于数字电视编录设备（如非线性编辑系统）。压缩比：,32,5.3,接近原始图象质量,5.3,11,图象很好,满足绝大多数应用,11,16,图象好,满足多数应用,15,32,图象较好,满足某些应用,60,MPEG-1,标准,MPEG-1,是,MPEG,组织制定的第一个视频和音频有损压缩标准。视频压缩算法于,1990,年定义完成。,1992,年底，,MPEG-1,正式被批准成为国际标准。,MPEG-1,是为,CD,光盘介质定制的视频和音频压缩格式。一张,70,分钟的,CD,光盘传输速率大约在,1.4Mbps,。而,MPEG-1,采用了块方式的运动补偿、离散余弦变换（,DCT,）、量化等技术，并为,1.2Mbps,传输速率进行了优化。,MPEG-1,随后被,Video CD,采用作为核心技术。,MPEG-1,的输出质量大约和传统录像机,VCR,，信号质量相当，这也许是,Video CD,在发达国家未获成功的原因。,MPEG-1,音频分三层，其中第三层协议被称为,MPEG-1 Layer 3,，简称,MP3,。,MP3,目前已经成为广泛流传的音频压缩技术。,61,MPEG-1,具有以下特点：,随机访问,灵活的帧率,可变的图像尺寸,定义了,I-,帧、,P-,帧和,B-,帧,运动补偿可跨越多个帧,半像素精度的运动矢量,量化矩阵,GOF,结构,slice,结构,62,MPEG-2,标准,MPEG,是运动图像专家组,(Moving Pictures Expert Group),的缩写，成立于,1988,年，以建立活动图像及相应音频的编码标准。,MPEG-2,的主级和主类提供,720576(PAL)25,帧的,ITUR 601,建议图像质量。在压缩比为,30,1,或更小时，,MPEG-2,可以提供广播质量的编码图像，,MPEG-2,也可工作在大压缩比如,200,1,下，效果与,MPEG1,相差不大（即与,MPEG-1,兼容）。,63,64,MPEG -4,标准,1993年提出，2000年公布为国际标准。,与MPEG 1 和MPEG 2 有很大不同，它更基于内容的交互性，高的压缩率和灵活多样的存取模式。目前主要用于流媒体。,65,H.264,标准,H.264,是,ITU-T,的,VCEG,（视频编码专家组）和,ISO/IEC,的,MPEG,（活动图像编码专家组）的联合视频组（,JVT,：,joint video team,）开发的一个新的数字视频编码标准，它既是,ITU-T,的,H.264,，又是,ISO/IEC,的,MPEG-4,的第,10,部分。,H.264,和以前的标准一样，也是,DPCM,加变换编码的混合编码模式。但它采用,“,回归基本,”,的简洁设计，不用众多的选项，获得比,H.263+,好得多的压缩性能；加强了对各种信道的适应能力，采用,“,网络友好,”,的结构和语法，有利于对误码和丢包的处理；应用目标范围较宽，以满足不同速率、不同解析度以及不同传输（存储）场合的需求；它的基本系统是开放的，使用无需版权。,66,H.264,最大的优势是具有很高的数据压缩比率，在同等图像质量的条件下，,H.264,的压缩比是,MPEG-2,的,2,倍以上，是,MPEG-4,的,1.5,2,倍。,举个例子，原始文件的大小如果为,88GB,，采用,MPEG-2,压缩标准压缩后变成,3.5GB,，压缩比为,25,1,，而采用,H.264,压缩标准压缩后变为,879MB,，从,88GB,到,879MB,，,H.264,的压缩比达到惊人的,102,1,！,H.264,为什么有那么高的压缩比？低码率（,Low Bit Rate,）起了重要的作用，和,MPEG-2,和,MPEG-4 ASP,等压缩技术相比，,H.264,压缩技术将大大节省用户的下载时间和数据流量收费。尤其值得一提的是，,H.264,在具有高压缩比的同时还拥有高质量流畅的图像，正因为如此，经过,H.264,压缩的视频数据，在网络传输过程中所需要的带宽更少，也更加经济。,67,AVS,标准,由信息产业部科技司主持的“基于数字音视频编解码技术标准（,AVS,）的数字视频广播编码播出与接收系统”,在北京通过专家技术鉴定。这标志着中国已经完成数字视频广播系统的技术构建。,该项目全面实现了数字视频广播所需的功能，且在编码效率上比传统的,MPEG-2,提高了,2,到,3,倍，在计算资源的消耗上降低了,30%,到,50%,。这一完整系统的推出，将对形成从标准制定、产业开发到投入运营的良性互动起到促进作用。这个项目通过鉴定标志着,AVS,已构建完成了包括节目制作、播出和接收等诸环节的完整的数字视频广播系统，为实际应用做好了准备。,68,专家组认为，该成果突破了第二代数字音视频编码技术中实时编码、解码的核心技术，在若干关键算法及其实现上具有独创性。所完成的演示系统功能基本齐全、工作稳定，为中国数字音视频产业的国际竞争与规模化生产提供了重要的技术支撑。,这个项目由联合信源数字音视频技术,(,北京,),有限公司牵头，中国科学院计算技术研究所、上海广电,(,集团,),有限公司中央研究院、北京算通科技发展有限公司合作完成。,AVS,的全称是中国数字音视频编解码技术标准工作组，成立的初衷是为了研发国产的音视频标准。最近几年来，国内的,DVD,等音视频行业饱受国外企业索取,专利费,的困扰，,3C,联盟、,6C,联盟等动辄要求每台,DVD,交几美元的专利费，甚至有日本企业向中国彩电厂商索取专利费。因此，,AVS,研发成功，将给中国企业摆脱国外专利费的困扰提供了机会。,69,电子节目指南系统（,EPG,）,电子节目指南系统（,Electronic Program Guide,），简称,EPG,）是指利用,MPEG-2,和,DVB,中定义的用于数字电视接收机自动配置的服务信息,SI,（,Service Information,）,；下发,SI,信息的几种分段：,SDT,（,Service Description Table,）、,NIT,（,Network Information Table,）、,EIT,（,Event Information,）；从这些分段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。,主要包括,节目信息制作器、节目信息编排器、节目信息播出器和节目信息数据库。,70,业务信息是数字电视广播系统向接收设备传递与业务相关的信息，引导接收机在数字电视传送流中搜索节目，业务信息一部分来自,MPEG-2,定义的节目,特定信息,PSI,（,Program Specific Information,），,它指定如何从一个携带多个节目的传送流中正确找到特定的节目；另一部分则是数字电视广播系统为在整个广播网络中接收某个特定业务并提供业务相关描述信息而定义的,业务信息,SI,，是描述传输系统内容，广播数据流的编排和时间表等的数据，它包括,MPEG-2,的,PSI,信息和独立定义的扩展部分，,SI,的特征为：（,1,）,SI,插入广播数据流中，不是用专门的数据通道传送；（,2,）,SI,是接收机选择业务的数据信息，主要作用是选择信息业务；（,3,）,SI,是构成,EPG,的基础数据。,71,PSI,SI,信息以表的形式存在，每类表按段传输，,PSI,数据提供了机顶盒自动配置的信息，用于对复用流中的不同节目流进行解复用和解码，,PSI,信息由,4,种类型表组成。,(1),节目关联表,PAT(Program Association Table),针对复用的每一路业务，,PAT,提供了相应的节目映射表,(PMT),的位置,(,传输流,(TS),包的包标识符,(PID),的值,),，同时还提供网络信息表,(NIT),的位置，,PAT,表的,PID,号为,“,0x00”,，解复用器工作总是通过寻找,PAT,表开始。,72,(2),节目映射表,(PMT),节目映射表标识并指示了组成每路业务的流的位置,(PID,值,),及每路业务的节目时钟参考,(PCR),字段的位置。,73,(3),条件接收表,CAT(Conditional Access Table),条件接收表提供了复用流中条件接收系统的有关信息，这些信息属于专用数据，并依赖于条件接收系统，当有,EMM,时，它还包括了,EMM,（授权管理信息）流的位置。,74,(4),网络信息表,NIT(Network Information Table),提供有关物理网络的信息，提供网络名称、网络,ID,、每个传输流的传输参数及业务列表等。,75,PSI,中的,PAT,、,CAT,、,PMT,只提供它所在的复用流,(,现行复用流,),的信息，业务信息,SI,还提供了其他复用流中的业务和事件信息，这些数据由以下,9,个表构成：,76,数字电视条件接收系统（,CAS,）,条件接收,CA,（,Conditional Access,）系统是一个综合性系统，系统涉及到多种技术，包括加,解密技术、加解扰技术、编码技术、复用技术、智能卡技术、网络技术、接收技术，此外还涉及到用户管理、节目管理、收费管理等信息管理技术。,条件接收是数字电视加密控制的核心技术保证，为数字电视的运营提供了必要的技术手段，使拥有授权的用户合法的使用某一项业务，而未经授权的用户不能使用这一业务。,条件接收系统是基于,MPEG-2,和,DVB,标准开发设计的，并符合广电总局制定的数字电视广播条件接收系统规范。,77,3.1.3 MPEG-2,传输流结构及测试,78,MPEG-2,传输流的基本结构组成,TS,码流的标准符合性,TS,码流应符合,GB/T 17975.1-2000,的所有规定。,TS,码流中的,PSI,表（,PAT,、,PMT,、,NIT,、,CAT,）的语法应符合,GB/T 17975.1-2000,的规定，,TS,码流中的,PSI,表的语义应与网络中实际传输的数字电视,TS,码流一致。,TS,码流中的,SI,表应符合,GY/T 174-2001,的相关规定，,TS,码流中,SI,表的语义应与网络中实际传输的数字电视,TS,码流一致。,GB/T 17975.1-2000,运动图像及其伴音信息的通用编码,系统部分,(GB/T 17975.1-2000,运动图像及其伴音信息的通用编码,系统部分,),GY_Z_174-2001_,数字电视广播业务信息规范,79,MPEG2,标准的系统部分,-,复用的基本原理,a,、系统将多个基本流规范成单一数据流的一个复用与解复用流程：,MPEG-2,视频,编码器,MPEG-2,音频,编码器,原始视频,原始音频,数据,（,PSI,、,SI,）,复,用,器,解,复,用,器,MPEG-2,视频,解码器,MPEG-2,音频,解码器,还原视频,还原音频,数据,（,PSI,、,SI,）,数字通道,编码端,解码端,时钟,&,控制,时钟,&,控制,单一的,TS,流,80,b,、在,MPEG-2,系统中编码端视音频数据实现单一码流的详细过程：,视频,编码器,视频,PES,PS,复,用,器,PS,包,PS,包,TS,包,PS,包,TS,包,.,PES,打包器,音频,编码器,PES,打包器,音频,PES,TS,复,用,器,TS,包,节目流（,PS,）,传输流（,TS,）,ES,ES,.,81,c,、什么是,ES,流、,PES,流、,PS,流以及,TS,流？,ES,流（,Elementary Stream,）由三部分组成：,经,MPEG-2,视频编码器编码后的,图像数据流,；,经,MPEG-2,音频编码器编码后的,声音数据流,；,其他编码数据流,；,PES,流（,Packetized Elementary Stream,）：,PES,流是,ES,流经过,PES,打包器处理后形成的数据流，在这个过程中完成了将,ES,流分组、打包、加入包头信息等操作（对,ES,流的第一次打包）。,PES,流的基本单位是,PES,包。,I,1,P,4,B,2,B,3,视频,ES,流,视频,PES,流,.,.,I,1,P,4,B,2,B,3,82,PES,包,视频,编码器,视频,PES,流,PES,包,PES,包,PES,包,PES,打包器,音频,编码器,PES,打包器,音频,PES,流,PES,包,PES,包,PES,包头,Stream ID,Time Stamps,等,视频数据,音频数据 或者其他数据,包头,有效载荷区,PES,包,PES,包,83,PS,流（,Program Stream,）和,TS,流（,Transport Stream,）：,PS,流和,TS,流是,MPEG-2,系统规范的两种标准码流。,PS,流用于,相对无错环境下,的传输与存储,(,如,DVD,中,),，其基本单位是,PS,包，长度可变。,TS,流用于,相对有错环境下,的传输与存储（如,DVB,中），其基本单位是,TS,包，长度固定,188,字节。,84,PS,流（,Program Stream,）组成, PS,流由,PS,包组成，而一个,PS,包又由若干个,PES,包组成（到这里，,ES,经过了两层的封装）。, PS,包的包头中包含了,同步信息与时钟恢复信息,。,一个,PS,包最多可包含具有,同一时钟基准的,16,个视频,PES,包和,32,个音频,PES,包。,Video,Video,Audio,Video,PES,包头,Video,Video,PS,包头,PES,包,85,TS,流（,Transport Stream,）组成, TS,流由定长的,TS,包组成（,188,字节,），而,TS,包是对,PES,包的一个重新封装（到这里，,ES,经过了两层的封装）。, PES,包的包头信息依然存在于,TS,包中。,PES,包头,PES,包,填充数据,PES,流,TS,流,TS,包头,TS,包,86,TS,流的结构,TS,流：可以将,TS,流理解为一种单一码流、混合码流：,TS,流,单一性,：,TS,流的基本组成单位是长度为,188,字节的,TS,包。,TS,流,混合性,：,TS,流由多种数据组合而成，一个,TS,包中的数据可以是视频数据，音频数据，填充数据，,PSI/SI,表格数据,.,（唯一的,PID,对应）。,视频数据,音频数据,填充数据,表格信息,视频数据,填充数据,表格信息,截取某段,TS,流,PID=45,PID=45,PID=78,PID=69,PID=0,PID=69,PID=0,87,TS,包结构,:,TS,包由包头、有效载荷区组成（有些包中还包括自适应区,/,调整域）。,TS,包头,TS,包,包同步、包,ID,，等,PCR,等,视频,音频,or,其他数据,包头,(4,字节,),有效载荷区,(,最高,184,字节,),自适应区,(188,字节,),88,PSI/SI,表格信息,a,、什么是,PSI,表格，为什么使用这些表格？,简单来看，,TS,是一个传输层的协议栈,，它可以承载各种内容的传输，比如,视频数据，音频数据，私有数据,等，那么怎样知道那些,TS,包承载的是视频或者音频或者私有数据呢？,这个即是,PSI,（节目特定信息）要做的事情。,PSI,表格信息用来描述传送流的组成结构。接收端一旦获取了这些表格信息，就完全知道不同,PID,的,TS,包中各自承载的是什么数据了。,所以说，,解码端最先从,TS,流中提取的是,PSI,表格信息。,89,90,b,、,PSI,信息由什么组成，各包含哪些内容？,PSI,信息由四种类型的表（,table,）组成：,1,）节目关联表（,PAT,）,2,）节目映射表（,PMT,）,3,）条件接收表（,CAT,）,4,）网络信息表（,NIT,）,91,各种表格中的数据分别的含义与作用,92,PSI/SI,表格的插入,在,DVB,标准中，规定,PSI/SI,表格信息需要每隔一段时间就插入到,TS,流中进行传输。这是因为，在接收终端，用户收看电视节目以及调换频道是发生在任意时刻的，如果,PSI/SI,表格信息没有定期循环进行发送，解码端就会因为没有这些表格信息，无法对,TS,流中的多个节目的各种数据进行区分和解码，这样就会导致用户收看不到电视节目或者等待很长时间才收看到节目。,视频数据,音频数据,填充数据,PSI/SI,视频数据,填充数据,音频数据,填充数据,PSI/SI,视频数据,填充数据,表格信息,PSI/SI,93,系统时钟恢复以及视音频同步,a,、怎样实现解码端的系统时钟恢复和视音频播放同步？,MPEG-2,同步及时间恢复在编码、传输和解码中占有重要的地位，它不仅直接影响视音频的解码质量，还是衡量整个传输网络优劣的重要指标。,包同步、包,ID,，等,PCR,等,某,PES,包部分数据,有效载荷区,自适应区,包头,PTS/DTS,MPEG-2,规定的系统时钟频率为,27MHz,，传输流（,TS,）中的,PCR,，,PTS/DTS,等均为对该共同系统时钟的采样值。,94,b,、理解,TS,流中经常提到的三个时间参数,PCR,、,PTS,、,DTS,？,编码端,27M,时钟,解码端,27M,时钟,1,）码流中的,PCR,、,DTS,、,PTS,的值由编码端给出的。,2,）解码端负责使用,PCR,、,DTS,、,PTS,。,3,）,PCR,是用来把解码端的时钟调整到与编码端一致（为什么要每隔一段时间就发一次？）。,4,）,DTS,、,PTS,是用来告诉解码端什么时候该做什么事。,95,1,、,PCR,存在于,TS,包的调整域中。,2,、,DTS,、,PTS,存在于,PES,包基本流特有信息域中。,PCR in Adaptation Field,Transport Stream,PCR,PCR,Transport Header,PCR,PCR,Video PES header,Audio PES header,PTS,DTS,PTS,96,码流分析概述,97,有线数字电视系统从前端的信号接收、编码、复用、调制到用户端的机顶盒等环节形成了一个复杂的,TS,码流传输系统，其传输码流中的关键数据字段必须在接收端能准确无误的得以接收，否则会直接影响到有线数字电视系统的传输质量。,目前在有线数字电视系统中使用码流分析仪测试传输码流，用其检测传输码流是否符合,MPEG-2/DVB,标准、传输码流是否有错误、错误在什么方面、是否被接收端正确解码以及分析传输码流中的,PSI/SI,等信息，码流分析仪还可用作数字卫星接收机、编码器、复用器、调制器等数字电视设备的调试工具，检测输入输出的,TS,码流是否符合标准。,98,TR 101290,三级监测,第一优先级：可解码性差错（共,6,个）：,传输码流同步丢失：（,Transport Stream sync loss,）,同步字节错误：,（,Sync byte error,）,节目相关表错误：（,Program Association Table error,）,节目映像表错误：,（,Program Map Table error,）,连续计数错误：,（,Continuity count error,）,包识别错误：,（,Packet Identifier error,）,99,第二优先级：损伤可解码性差错（共,6,个）：,数据传输错误：,（,Transport error,）,节目时钟参考错误：,（,Program Clock Reference error,）,节目时钟参考精度错误：,（,PCR accuracy error),循环冗余校验错误：,（,Cyclic Redundancy Check error,）,时间标记错误：,（,Presentation Time Stamps error,）,条件接收错误：,（,CAT error,）,100,第三优先级：不影响可解码性差错（共,10,个）：,网络信息表错误：,（,Network Information Table error,）,服务信息重复错误：,（,Service Information repetition error,）,缓冲器错误：,（,Buffer error,）,未引用,PID,错误：,（,Unreferenced Packet Identifier,）,服务描述表错误：,（,Service Description Table error,）,事件信息表错误：,（,Event Information Table error,）,运行状态表错误：,（,Running Status Table error,）,时间和日期错误：,（,Time and Date Table error,）,空闲缓冲器错误：,（,Empty buffer error,）,数据延迟错误：,（,Data delay error,）,101,主要监测的是在实现同步以后能使解码端连续工作所必须的参数以 及需要周期监测的参数,主要,监测的是能够使解码端实现正确解码所必须的几个参数,主要监测的是依赖于应用方面的一些参数,first,priority,second,priority,third,priority,102,1,、第一优先级需要检测的错误,TR 101-290,的第一优先级错误包括,6,种：,同步丢失错误,同步字节错误,PAT,错误,连续计数错误,PMT,错误,PID,错误,103,2,、第二优先级需要检测的错误,TR101-290,的第二优先级共,6,种错误：,传输错误,CRC,错误,PCR,间隔错误,PCR,抖动错误,PTS,错误,CAT,错误,104,3,、第三优先级需要检测的错误,第三级错误共有,10,种错误，包括：,NIT,错误、,SI,重复率错误、缓冲器错误、非指定,PID,错误、,SDT,错误、,EIT,错误、,RST,错误、,TDT,错误、空缓冲器错误及数据延迟错误。第三等级错误并非是,TS,传输流的致命错误，但会影响一些具体应用的正确实施。,NIT,标识错误或传输超时，会导致解码器无法正确显示网络状态信息 ；,SDT,标识错误或传输超时，会导致解码器无法正确显示信道节目的信息 ；,EIT,标识错误或传输超时，会导致解码器无法正确显示每套节目的相关服务信息 ；,105,码流测试举例,106,有线数字电视系统中的测试点的选择,码流分析仪是检测压缩后的数字电视信号质量优劣的,“,眼睛,”,，码流分析仪应配有标准的,ASI,和,SPI,接口，具有码流的采集、实时分析和脱机分析等能力。掌握码流分析仪的相关技术对有线数字电视系统的安装和维护管理具有重要意义。,在有线数字电视系统中一般选择几个关键点作为测试点，根据有线数字电视系统的结构，可以选择编码器输出、复用器输出、解调器输出、解复用器输出,4,个点作为测试点，这样基本可以满足码流检测的需要。有线数字电视系统各测试点的信号通过,ASI,接口输入到码流分析仪进行实时测试，详细分析码流的各种参数，对系统码流的状态进行监控并对出现的故障进行排查核定位。,107,从测试点,1,可以测试编码器输出的码流或其他的传输媒介过来的码流的具体技术参数，验证码流的参数值与设定的参数是否一致，若在此测试点测试的码流有问题，基本可以断定是编码器本身或其参数设置出现问题，此测试点也包括第视频服务器、数字卫星接收机输出的码流进行测试，可以准确判断其码流的具体情况。,从测试点,2,可以测试多路码流经服用后的具体参数，如,PSI/SI,表的传输间隔是否标准、,PID,的设置是否标准、同步是否丢失、码流加密后加密标志的设置是否标准，,PCR,的抖动和间隔是否正常，尤其是当卫星解调的码流于自办节目的码流复用后出现,PCR,问题时，与测试点,1,的测试结果进行对比能够定位,PCR,问题的码流，并由此进行分析和判断，得到复用器本身或其参数设置是否正确的信息。,108,从测试点,3,可以完成测试点,2,的所有功能，在调制器和解调器正常工作的条件下，通过与测试点,2,的结果对比，能够分析传输通道对传输码流的影响，从而判断有线数字电视传输系统的质量。,在此测试点将码流分析仪的输出接至标准解码器，将数字信号还原为模拟视频和音频信号，以便能直观地看到图像和听到声音。,109,码流分析的其它作用,MPEG,信号与传统电视广播信号最大不同在于：,MPEG,存在多个信息层，在,MPEG,系统检测中需要快速准确地确认错误发生在哪一个信息层。通常协议分析工具一般都会提供诸如视频、音频基本码流分析和测试、传输码流分析、等级图、结构解释图、语法和,CRC,循环校验分析、过滤、定时分析等功能。通常码流分析仪器可以对活动传输码流进行各种实时分析，比如显示传输码流中的节目等级图等。还可以将部分传输码流记录下来，用于进一步详细分析，这种技术称为延时测试，比如可以用于检验时间标记的内容等。进行实时分析和信号采集时，需要接入信号源。,110,3.2,信道编码技术,111,3.2.1 R-S,编码,RS,（,Reed-Solomon,）码即里德,-,所罗门码，它是能够纠正多个错误的纠错码，,RS,码为（,204,，,188,，,t=8,），其中,t,是可抗长度字节数，即对每个传送包而言，可纠正,8,个错误字节，如果错误的字节数超过这个范围，数据内就会出现不可纠正的误码，同时会出现传送错误标志；每个数据包对应的,188,字节数据，校验字节为,16,个字节,(,开销字节段）。,R-S,编码示意图,112,3.2.2,交织,实际应用中，比特差错经常成串发生，这是由于持续时间较长的干扰会影响到几个连续的比特，而信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才最有效（如,RS,只能纠正,8,个字节的错误）。为了纠正这些成串发生的比特差错及一些突发错误，可以运交织技术来分散这些误差，使长串的比特差错变成短串的比特差错，从而可以用,RS,纠错码对其纠错。,113,3.2.3,伪随机序列扰码,在设计通信系统时均假设所传输的比特流中,“,0”,与,“,1”,出现的概率是相等的，各为,50%,，实际应用中的通信系统的性能指标的计算也是以这一假设为前提的。但,TS,码流经过编码处理后，可能会在其中出现连续的,“,0”,或连续的,“,1”,。这样一方面破坏了系统涉及的前提，使得系统有可能会达不到设计的性能指标，另一方面在接收端进行信道解