数字电视传输技术中国传媒大学 宽带网络研究所 金立标 博士中中 国国 传传 媒媒 大大 学学1内容概述 数字电视基础 数字电视系统关键技术 地面数字电视传输技术 IPTV数字电视技术2第一部分 数字电视基础3数字电视基础 数字电视系统基本构成模数转换信源编码信道编码调制数模转换信源解码信道解码解调信道模拟模拟电视 信号输入模拟电视 信号输出4数字电视基础1.1、基本概念 信道与带宽 信道可以分为两种： 传输模拟信号的称为模拟信道 传输数字信号的称为数字信道 。 信道所能传送信号的频率宽度，称为带宽。 理想带宽 实际带宽5 数据传输速率 比特率：单位是bit/s简写b/s或bps，表示每 秒传输多少个二进制元素。 波特率：也就是符号率，每秒传输的符号个 数。 R=Blog2N（b/s），其中R是比特率，B是波 特率，N是n比特的符号数。 符号率带宽/1+a，a为升余弦滚降系数。 数字电视基础6数字电视基础 数字电视分类 PDTV：比特率为12Mbps，显示清晰度约 300线； SDTV：比特率为38Mbps，清晰度为350 600线； HDTV：比特率为1820Mbps，显示清晰度 为8001000线。 注：以上比特率为MPEG2压缩后速率。7数字电视基础有线数字电视标准 DVB-C ATSC-64QAM ATSC-16VSB ISDB-C调制方式 16-64QAM 64QAM 16VSB 64QAM带 宽 8MHz 6MHz 6MHz 6MHz传输速率 31.64Mb/s 41.34Mb/s 43.05Mb/s 30.31Mb/s滚降系数 15% 15% 11.5% 18%纠错编码 RS(204,188) RS(128,122) RS(207,187) RS(204,188)压缩方式 MPEG-281.2、模拟信号的数字化 抽样：时间上连续的取值变为有限个离散取值。 量化：幅度上无限多种连续的样值变为有限个离 散值 。 编码：用n比特二进制码来表示已经量化了的取样 值。 传输速率：传输速率=取样频率fs量化比特数。数字电视基础取样编码量化模拟电 视信号数字电视信号9数字电视基础 1.2、模拟信号的数字化模拟信号数字信号10数字电视基础 数字电视信号的码率（未压缩）标准清晰度数字电视（SDTV）：在ITU-R601标准中，采用10bit量化时，亮度信号的码率为取样频率 X 量化比特数 = 13.5MHz X 10bit = 135Mbps2个色差信号的码率为2 X 6.75MHz X 10bit = 135MbpsSDTV的总码率为亮度信号码率 + 2个色差信号码率 = 135Mbps + 135Mbps= 270Mbps11数字电视基础高清晰度电视（HDTV）：在SMPTE274M数字电视标准中，采用10bit量化时，亮度信号的码率为取样频率 X 量化比特数 = 74.25MHz X 10bit = 742.5Mbps2个色差信号的码率为2 X 37.125MHz X 10bit = 742.5MbpsHDTV的总码率为亮度信号码率 + 2个色差信号码率 = 742.5Mbps + 742.5Mbps= 1485Mbps12数字电视基础1.3、信源编码编码器传输带宽 要求100Mhz左右传输带宽 只要求3Mhz左右4:2:2编码、8bit量 化未压缩SDTV信号从传输角度上考虑需要进行电视信号压缩解码器13数字电视基础 1.3、信源编码编码器从存储角度上考虑需要进行电视信号压缩解码器10分钟要求 130Gb存储容量左右10分钟只要求 4Gb左右4:2:2编码、8bit量 化一帧SDTV图像数 据量8.6Mb14数字电视基础 1.3、信源编码 数据压缩的可能性 压缩过程：去除图像中与信息无关或对图像质量 影响不大的部分，即冗余部分。电视信号中存在 很多这样的冗余部分，这就为压缩提供了可能性 。 电视信号的冗余性表现在以下几个方面： 空间相关冗余 时间相关冗余15数字电视基础 1.3、信源编码 数据压缩的方式 MPEG-1：典型应用如VCD等家用数字音象产 品。最高编码速率1.8 Mb/S。 MPEG-2 MPEG-4： 主要是针对多媒体交互应用等通信领 域：是低比特率下的多媒体通信。 H.264：在相同的SNR下，平均码流H.264比 MPEG-4降低41%，比MPEG-2降低67% （一套SDTV/6Mbps降低为1.98Mbps)161.4、信道编码 纠错：在信道编码过程中将附加数据加 于数据流之中，在接收端通过校验位来 发现有错误的数据字，并给予纠正。 交织：编码时将数据码流按已定义的规 则“搅乱”，在接受端再将那些“搅乱 ”的数据字按相反的规则重新排列，恢 复出原始次序。 数字电视基础17数字电视基础 1.5、调制传输 基带信号变为频带信号，频谱搬移 ； 便于远距离传输； QPSK、QAM、OFDM。18第二部分 数字电视系统关键技术19数字电视前端平台 CA系统 NMS系统SMS系统TS流卫星接收机卫星接收机卫星接收机复用器加扰器QAM调制 器IP数据视频服务器EPG系统复用器加扰器QAM调制 器自办 节目自办 节目模拟 节目复用器加扰器QAM调制 器编码器编码器编码器混合 器20数字电视前端硬件平台 2.1MPEG-2编码器 2.1.1 TS码流的形成 视频编码器音频编码器打包器打包器PS 复 用TS码流PS码流PESES视频音频数据编码器 数据TS 复 用21数字电视前端硬件平台 2.1MPEG-2编码器 PS码流： 包的长度可变 抗误码能力低 适用于相对误码低的环境，如存储、制作DVD等 TS码流 包的长度固定，188字节 抗误码能力较高 可用于相对较差的信道环境，如传输等22数字电视前端硬件平台 2.1MPEG-2编码器 2.1.1 TS码流的结构188字节包头净荷包头净荷包头净荷适应字 段81113包 同步误码指 示开始 指示传送优 先级PID加扰控 制适应字 段控制连续性 计数器1224可变长23 2.1.2编码速率 MPEG-2编码器可由用户选择，把一个 频道的电视信号压缩成215Mbps等的 数字信号。 压缩为6MB/S和8MB/S的图象与没有压缩 的图象基本没有区别，但在压缩为 4MB/S以下的快速体育运动图象上，则 能看到图象的缺陷。 数字电视前端硬件平台 2.1MPEG-2编码器24数字电视前端硬件平台 2.1MPEG-2编码器 2.1.3、设备选型序号项目技术指标备注1视频编码方式符合GB/T XXXX MPML 4:2:0 MP4:2:2 （可选）2视音频编码速率MPML 4:2:0 1.5 Mbps - 15Mbps3音频采样频率32/48/44.1 kHz 4音频编码方式符合GB/T17975.3-2002和 GB/T17191.3-1997的第1层和 第2层格式。环绕声可选。5音频编码速率32 kbit/s - 384 kbit/s 6输出TS流的符合 性包含正确的PAT、PMT SDT （可选 ）25数字电视前端硬件平台 2.1MPEG-2编码器 常用接口 同步并行接口（SPI） 异步串行接口（ASI） 串行数据接口（SDI）262.1.4编码器的使用 一套节目对应一路MPEG-2编码器； 输入音视频信号，输出TS流；ASI接口； SDH来的是TS流，无需MPEG-2编码器； SDH是DS-3或E3接口，需适配器转换为ASI接口； 增加MPEG-2编码器，还是增加数字卫星接收机？ 如果卫星上的节目下来就是模拟的，那只能采用 编码器。 数字电视前端硬件平台 2.1MPEG-2编码器27数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机2.2.1概述 我国上星的数字电视节目采用的是QPSK调制方式 ，数字卫星接收机都是QPSK解调 。 有的虽然是接收卫星上的数字节目，但是输出的 还是模拟的音视频信号，不是真正的数字接收机 。 数字卫星接收机是直接输出TS码流； 还有一种就是既能输出模拟信号，又能输出数字 的TS码流。 28 2.2.2 QPSK调制原理数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机29数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机30数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机312.2.3节目速率举例 上星的节目采用QPSK调制解调方式，假设采用的 基本码率4.42MBPS，以及RS (204，188)、3/4卷 积码、QPSK调制方式 。 其中4.42为符号率，也就是码率；由于采用 QPSK，所以一个符号需要用2个比特来表示； RS编码为（204，188），表示有效数据为188个 字节，有（20418816）个字节用于冗余纠 错。卷积码的效率为3/4。 由此可以算出节目的传输速率： 4.4223/4188/204 =6.11 Mbps 数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机322.2.4 SCPC/MCPC SCPC是单路单载波传输方式，每个载波只传输1套 广播电视信号，这样一个转发器内同时存在多个 载波，其特点是各套节目可在不同地点上星。 MCPC是多路单载波传输方式，每个载波可同时传 输多套广播电视信号，特点是1个转发器只有1个 载波，频带和功率的利用率较高，多套节目要经 复接后在同一地点上星。 数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机33数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机 2.2.5、设备选型 输入接口：数字卫星高频头输入 输出接口：DVB标准ASI接口 网管接口：RS-232/以太网接口 支持单节目码流(SPTS)或多节目码流(MPTS) 对MPTS码流具有节目选择和过滤功能 34数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机带宽：29.65MHz信道编码 CNR门限 传输速率 QPSK 14.5 4516QAM 22 89 64QAM 28 140 256QAM 34 18035数字电视前端硬件平台2.3复用器2.3.1复用器的作用 对多路节目（也就是多路节目的TS流）复用，复 用成一路TS流，使得多路节目能够在一个频道中 传输。 在复用的过程中，插入PSI信息和SI信息，重新组 合，并且重新分配PID值。 用于接收端的解复用和电子节目指南（EPG）。 362.3.2、复用器的原理（1）MPEG-2中的PSI信息 节目特定信息Program Specific Information（PSI）, 使用 了四个表来定义码流的结构： 节目关联表（PAT）：描述多路节目的复用信息； 节目映射表（PMT）：描述单路节目的复用信息； 网络信息表（NIT）：