1、L/O/G/OL/O/G/O数字电视培训教程数字电视培训教程 20132013年年3 3月月1内容安排内容安排 一、数字电视基本概念数字电视基本概念 二、数字电视系统组成及关键技术二、数字电视系统组成及关键技术 三、数字电视标准三、数字电视标准 四、有线数字电视技术基础四、有线数字电视技术基础 五、信源编码技术（压缩编码）五、信源编码技术（压缩编码）六、信道编码和调制六、信道编码和调制 七、有线数字电视传输技术七、有线数字电视传输技术 八、有线数字电视前端系统八、有线数字电视前端系统 九、数字机顶盒九、数字机顶盒 十、数字电视参数的测量十、数字电视参数的测量 2一、数字电视基本概念一、数字电视
2、基本概念1 1、什么是数字电视、什么是数字电视 数字电视是一个系统。它指一个从节目摄数字电视是一个系统。它指一个从节目摄 制、制作、编辑、存储、发送、传输，到信号制、制作、编辑、存储、发送、传输，到信号 接收、处理、显示等全过程完全数字化的电视接收、处理、显示等全过程完全数字化的电视 系统。系统。32 2、数字电视实现的意义、数字电视实现的意义 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。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
3、载，电视购物为为“三网融合三网融合”提供了技术上的可能性。提供了技术上的可能性。4 3 3、数字电视分类、数字电视分类 HDTV：图像分辨率：图像分辨率19201080（16：9）SDTV：图像分辨率：图像分辨率720756（PAL）720480（NTSC）LDTV：VCD级图像分辨率级图像分辨率54、数字电视的优点数字电视的优点数字传输，信号质量高数字传输，信号质量高彩色逼真彩色逼真可实现不同分辨率等级接收（可实现不同分辨率等级接收（HDTV，SDTV）可移动接收，无重影可移动接收，无重影增加节目频道增加节目频道 应实现加解密和加解扰，便于展开应实现加解密和加解扰，便于展开CA业务业务 准交
4、互和交互准交互和交互 其它增值业务其它增值业务6二、数字电视系统组成及关键技术二、数字电视系统组成及关键技术1 1、系统组成、系统组成 从横向看：（硬件系统）从横向看：（硬件系统）节目制作节目制作 数字信号处理数字信号处理 传输传输 接收接收 显示显示 从纵向看：（软件系统）从纵向看：（软件系统）物理层传输协议物理层传输协议 中间件标准中间件标准 信息表示信息表示 信息使信息使 用用 内容保护内容保护 78 节目制作设备：节目制作设备：数字摄像机、数字录像机、数字特技机、数字编辑数字摄像机、数字录像机、数字特技机、数字编辑 机、机、数字字幕机、非线性编辑系统数字字幕机、非线性编辑系统数字处理设
5、备及技术：数字处理设备及技术：压缩编压缩编/解码设备及技术、数据加解码设备及技术、数据加/解扰设备及技术、解扰设备及技术、加加/解密设备及技术解密设备及技术信号传输：信号传输：地面、有线、卫星地面、有线、卫星接收设备：接收设备：数字电视接收机（卫星、有线）数字电视接收机（卫星、有线）显示：显示：CRT、LCD、PDP、投影显示等、投影显示等92 2、关键技术、关键技术1)1)信源编码技术信源编码技术 视频压缩编码视频压缩编码 MPEG-2 音频压缩编码音频压缩编码 MPEG-2 （欧洲、日本）（欧洲、日本）AC-3 (美国美国)我国标准：我国标准：GB/T17975.2 2000 “信息技术信
6、息技术运动图像及其伴音信号的通用编码规范运动图像及其伴音信号的通用编码规范 第第2部分：视频部分：视频”GB/T17975.3 2000 “信息技术信息技术运动图像及其伴音信号的通用编码规范运动图像及其伴音信号的通用编码规范 第部分：音频第部分：音频”102)2)传输复用技术传输复用技术 数据打包：数据打包：N个信道的视频、音频和辅助数据进行数据分组。个信道的视频、音频和辅助数据进行数据分组。传输流复用：将传输流复用：将N个打包的数据复合成单路串行传输流。个打包的数据复合成单路串行传输流。标准：国际标准：国际 MPEG-2 我国我国 GB/T17975.1 2000 “信息技术信息技术运动图像
7、及其伴音信号通用编码运动图像及其伴音信号通用编码 第第1部分：系统部分：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。础。113)3)信道编码和调制信道编码和调制 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）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，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
8、信原理中把这种处理称为信道编码和调制。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。信道编码目的：提高传输信号在信道中的抗干扰能力。标准：标准：GY/T1702001 “有线数字电视广播系统信道编码与调制规范有线数字电视广播系统信道编码与调制规范”124)4)有条件接收（有条件接收（CACA）CA只允许已付费的授权用户使用某一业务，未经授权的用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。户不能使用这一业务。CA涉及技术：前端的加密和加扰技术，
9、接收端的对用户寻址控涉及技术：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。制和授权解扰技术。标准：标准：GY/Z175-2001 “数字电视广播条件接收系统规范数字电视广播条件接收系统规范”13 5)5)软件平台软件平台中间件中间件机顶盒中硬件功能：接收机顶盒中硬件功能：接收RFRF信号、信道解码、解调。信号、信道解码、解调。MPEG-2MPEG-2码流解码，码流解码，模拟视模拟视/音频输出。音频输出。机顶盒中软件功能：电视节目内容显示、机顶盒中软件功能：电视节目内容显示、EPGEPG节目信息、操作界面的实现节目信息、操作界面的实现等。等。中间件：是一种将应用程序与底层的实时操
10、作系统及硬实现的技术细节中间件：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，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。使应用不依赖于特定的硬件平台和操作系统。中间件构成：中间件构成：JavaJava虚拟机、虚拟机、Java Script Java Script 虚拟机、虚拟机、HTMLHTML虚拟机等。虚拟机等。14三、数字电视标准三、数字电视标准国际三大标准国际三大标准 DVB-S 欧洲：欧洲：DVB （数字视频广播）（数字视频广播）DVB-T DVB-C 美国：美国
11、：ATSC （高级电视制式）（高级电视制式）日本：日本：ISDB （综合业务数字广播）（综合业务数字广播）15四、有线数字电视技术基础四、有线数字电视技术基础 1 1、有线数字电视信号传输等级及传输系统模式、有线数字电视信号传输等级及传输系统模式1 1）传输等级：）传输等级：LDTVLDTV，SDTVSDTV，HDTVHDTV2 2）传输系统模式）传输系统模式电缆传输电缆传输PCMPCM方式方式 光纤传输光纤传输SDHSDH方式方式 光纤光纤 同轴混合传输同轴混合传输HFCHFC数字调制方式数字调制方式16 2 2、有线数字电视的主流标准与方式、有线数字电视的主流标准与方式1）标准：DVB-C
12、ATSC-16VSB，ATSC-64QAMISDB-C17 2)四种方式：DVB-C ATSC-64QAM ATSC-16VSB ISDB-C传送方式 16-64QAM 64QAM 16VSB 64QAM频带宽度 8MHz 6MHz 6MHz 6MHz传输速率 31.64Mb/s 41.34Mb/s 43.05Mb/s 30.31Mb/s接收滚降 15%15%11.5%18%纠错率 RS(204,188)RS(128,122)RS(207,187)RS(204,188)压缩方式 MPEG-2183 3、数字电视信号的产生、数字电视信号的产生 直接产生：字幕机，数字摄像机等 转换生产：电影胶片电
13、视电影机 模拟-数字（A/D转换）信号数字化191)1)信号数字化过程信号数字化过程 取样：取样频率，取样：取样频率，Nyquist定理定理 连续信号变换成离散信号连续信号变换成离散信号 量化：将离散信号样值进行离散化处理量化：将离散信号样值进行离散化处理 离散化的量化级离散化的量化级 量化噪声量化噪声 编码：量化后的信号仍然只是离散信号，还不是数字信号。用编码：量化后的信号仍然只是离散信号，还不是数字信号。用 n比特二进制码来表示已经量化了的取样值，称为编码。比特二进制码来表示已经量化了的取样值，称为编码。每个二进制数对应一个量化电平，再按时序将它们排列每个二进制数对应一个量化电平，再按时序
14、将它们排列 起来，就得到基带数字信息流。起来，就得到基带数字信息流。传输速率：传输速率传输速率：传输速率=取样频率取样频率fs量化比特数量化比特数202 2）音频信号的数字化）音频信号的数字化 取样频率：取样频率：40KHz。常用常用11.025KHz，22.05KHz，44.1KHz，48KHz。量化比特数：量化比特数：8bit，12bit，16bit。声道：单声道，双声道（立体声）声道：单声道，双声道（立体声）取样频率取样频率量化比特数量化比特数声道数声道数 数字音存储量：数字音存储量：（字节）（字节）8bit例：例：CD标准取样频率标准取样频率44.1KHz，量化比特数，量化比特数16b
15、it，立体声，存储，立体声，存储 一分钟数字音乐的容量为一分钟数字音乐的容量为10,584,000字节或字节或84,672,000比特。比特。213 3）视频信号的数字化）视频信号的数字化 编码方式：复合编码编码方式：复合编码将彩色全电视信息直接将彩色全电视信息直接 编成编成PCM码码 分量编码分量编码将亮度信号将亮度信号Y，色差信，色差信 号号R-Y和和B-Y分别编码分别编码 或或PCM码码2223 “复合编码复合编码”与电视制式有关与电视制式有关 “分量编码分量编码”与电视制式无关与电视制式无关 在节目后期制作中：在节目后期制作中：“复合复合”需解码需解码 “分量分量”无需解码无需解码 传
16、输时：传输时：“复合复合”由于频分复用，产生亮，色串扰由于频分复用，产生亮，色串扰 “分量分量”采用时分复用，无亮，色串扰采用时分复用，无亮，色串扰244 4、数字电视信号的码率、数字电视信号的码率1）标准清晰度数字电视（）标准清晰度数字电视（SDTV）：）：在在ITU-R601标准中，采用标准中，采用10bit量化时，量化时，亮度信号的码率为亮度信号的码率为 取样频率取样频率 X 量化比特数量化比特数=13.5MHz X 10bit=135Mbps 2个色差信号的码率为个色差信号的码率为 2 X 6.75MHz X 10bit=135Mbps SDTV的总码率为的总码率为 亮度信号码率亮度信
17、号码率+2个色差信号码率个色差信号码率=135Mbps+135Mbps =270Mbps 252）高清晰度电视（）高清晰度电视（HDTV）：）：在在SMPTE274M数字电视标准中，采用数字电视标准中，采用10bit量化时，量化时，亮度信号的码率为亮度信号的码率为 取样频率取样频率 X 量化比特数量化比特数=74.25MHz X 10bit=742.5Mbps 2个色差信号的码率为个色差信号的码率为 2 X 37.125MHz X 10bit=742.5Mbps HDTV的总码率为的总码率为 亮度信号码率亮度信号码率+2个色差信号码率个色差信号码率=742.5Mbps+742.5Mbps =1
18、485Mbps265 5、数字电视信号的有效码率、数字电视信号的有效码率 1）标准清晰度数字电视信号的有效码率）标准清晰度数字电视信号的有效码率 是指在单位时间内与视频信号有关的数据量。因为在电视信号的水平和垂是指在单位时间内与视频信号有关的数据量。因为在电视信号的水平和垂直消隐期间内没有视频信号，所以有效码率一般只是码率的直消隐期间内没有视频信号，所以有效码率一般只是码率的60%-80%。在在ITU-R601标准中，标准中，8bit量化时，量化时，NTSC（480/60i）亮度信号的有效码率为：）亮度信号的有效码率为：每行的取样点数每行的取样点数 X 有效扫描行数有效扫描行数 X 量化比特数
19、量化比特数 X 帧频帧频 =720 X 480 X 8 X 30=82.944 Mbps 2个色差信号的有效码率为：个色差信号的有效码率为：2 X 360 X 480 X 8 X30=82.944 Mbps 总有效码率为：总有效码率为：亮度信号有效码率亮度信号有效码率+2个色差信号有效码率个色差信号有效码率 =82.944 Mbps+82.944 Mbps=165.888 Mbps（480/60i）27 PAL（576/50i）亮度信号的有效码率为：）亮度信号的有效码率为：每行的取样点数每行的取样点数 X 有效扫描行数有效扫描行数 X 量化比特数量化比特数 X 帧频帧频 =720 X 576
20、X 8 X 25=82.944 Mbps 2个色差信号的有效码率为：个色差信号的有效码率为：2 X 360 X 576 X 8 X25=82.944 Mbps 总有效码率为：总有效码率为：亮度信号有效码率亮度信号有效码率+2个色差信号有效码率个色差信号有效码率 =82.944 Mbps+82.944 Mbps=165.888 Mbps（576/50i）28 2）高清晰度数字电视信号的有效码率）高清晰度数字电视信号的有效码率 在在SMPTE274M数字电视标准中，采用数字电视标准中，采用8bits量化时量化时1080/60i信信号格式量度信号的有效码率为：号格式量度信号的有效码率为：每行的取样点
21、数每行的取样点数X有效扫描行数有效扫描行数X量化比特数量化比特数X帧频帧频 =1920X1080X8X30=497.664Mbps 2个色差信号的有效码率为个色差信号的有效码率为 2X960X1080X8X30=497.664Mbps 总有效码率为：总有效码率为：2X497.664=995.328Mbps（1080/60i）1080/50i信号格式的有效码率为信号格式的有效码率为 1920X1080X8X25X2=829.44Mbps（1080/50i）296 6、数字电视技术中电视系统的表示方法、数字电视技术中电视系统的表示方法1080/60i1080表示每帧有效扫描行数，表示每帧有效扫描行
22、数，60表示帧频或场频，表示帧频或场频，i表示隔行扫描。表示隔行扫描。720/50P720表示每帧有效扫描行数，表示每帧有效扫描行数，50表示帧频或场频，表示帧频或场频，P表示逐行扫描。表示逐行扫描。NTSC制可表示为：制可表示为：480/60i PAL制可表示为：制可表示为：576/50i 1080/60i还可表示为：还可表示为：1080/60/2 ：1 720/50P还可表示为：还可表示为：720/50/1 ：1 1080/60i还可表示为：还可表示为：108060i 720/50P还可表示为：还可表示为：72050P30五五.信源编码技术（压缩编码）信源编码技术（压缩编码）1数字视频压缩
23、的必要性 HDTV 1920 1080 显示格式显示格式 数字化后传输速率数字化后传输速率 995 Mb/S SDTV 复合编码复合编码 135 Mb/S 分量编码分量编码 4：2：2 216 Mb/S 存储存储：2小时小时HDTV，存储量，存储量 7164 Gbit/S 2小时小时SDTV，存储量，存储量 972 Gbit/S 复合编码复合编码 1555 Gbit/S 分量编码分量编码 传输：传输：HDTV 需需 1Gb/S 信道信道 SDTV 需需 12个个 155 Mb/S 信道信道 无论对于存储或传输，码率压缩都是绝对必要的。无论对于存储或传输，码率压缩都是绝对必要的。31 2 2压缩
24、编码方法压缩编码方法 1)利用图象时间的相关性与时间冗余度的压缩利用图象时间的相关性与时间冗余度的压缩 电视图象中相继各帧对应象素点的值往往相近或相同，具有时间相电视图象中相继各帧对应象素点的值往往相近或相同，具有时间相关性，找出这些相关性就可以减小信息量，从而实现与时间有关的压缩。关性，找出这些相关性就可以减小信息量，从而实现与时间有关的压缩。2)利用图象空间的相关性与空间冗余度的压缩利用图象空间的相关性与空间冗余度的压缩 一幅图象相邻各点的取值往往相近或相同，具有空间相关性，找出一幅图象相邻各点的取值往往相近或相同，具有空间相关性，找出这些相关性就可以减少信息量，从而实现与空间有关的压缩。
25、这些相关性就可以减少信息量，从而实现与空间有关的压缩。32 3)利用事件的统计特性与统计冗余度的压缩利用事件的统计特性与统计冗余度的压缩 对经常出现的数据用短码组表，对不经常 出现的数据用长码组表示，则最终用于表示这一串数据的总码位就减少了。从而实现与统计冗余有关的压缩。4)利用人眼的视觉特性与视觉冗余度的压缩 人眼的视觉特性：对亮度信号比对色度信号敏感 对低频信号比对高频信号敏感 对静止图象比对运动图象敏感 对图象中水平和垂直线条比对斜线条敏感 包含在色度信号、图象高频信号和运动图象中的一些数据并不能对增加图象相对于人眼清晰度作出贡献，而被认为是多余的数据，这就是视觉冗余度。压缩视觉冗余度就
26、是去掉那些相对人眼而言是看不到的或可有可无的图象数据。333 3基本的图象压缩编码技术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。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。不可还原的。342)图象压缩技术优劣评估条件 信息压缩比：信息压缩比：压缩前后所需的信息存储量之比压缩前后所需的信息存储量之比 重现图象精度：重现图象精度：重现的图象与原图象相比有多大失真重现的图象与原图象相比有
27、多大失真 执行速度：执行速度：压缩算法要多少时间完成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。压缩比增大，图象损伤程度也随之加大。35 电视节目制作：压缩比电视节目制作：压缩比2：1至至8：1 Sony数字数字Betacam 录象机录象机 2.37：1 模拟分量录象机模拟分量录象机Betacam SP 8：1 VCD母盘，压缩比母盘，压缩比12：1 采用帧内压缩方式，采用帧内压缩方式，JPEG标准。标准。电视广播：电视广播：压缩比压缩比15：120：1 采用帧间预测编码，采用帧间预测编码，MPEG 2 标准标准 有线数字电视压缩比可加大至有线数字电视压缩比可加大至30：1，M
28、PEG 2 标准标准363)基本压缩编码方法 预测编码（DPCM）差分脉冲编码调制 DPCM不直接传送图象样值本身，而是对实际样值与它的一个预测值之间的差值进行再次量化、编码。这种方法可消除图象信号的空间相关冗余帧内预测）和时间相关冗余（帧间预测）。利用象素的相关性还可进一步减小差值。37 离散余弦变换（DCT）DCT(Discrete Cosine Transform)是数码率压缩的一种常用的变是数码率压缩的一种常用的变换编码方法。换编码方法。DCT是先将整体图像分成是先将整体图像分成N N 像素块，然后对像素块，然后对N N 像像素块逐一进行素块逐一进行DCT变换。由于多数图像高频分量较少
29、，相应图像高变换。由于多数图像高频分量较少，相应图像高频分量的系数经常为零，加之人眼对高频成分的失真不太敏感，所频分量的系数经常为零，加之人眼对高频成分的失真不太敏感，所以可用更粗的量化。因此传送变换系数的数码率，要大大小于传送以可用更粗的量化。因此传送变换系数的数码率，要大大小于传送像素所用的数码率。到达接收端后通过反离散余弦变换回到样值。像素所用的数码率。到达接收端后通过反离散余弦变换回到样值。虽有失真，但人眼是可以接受的。虽有失真，但人眼是可以接受的。38 游程长度编码（Runlength Encoding）是指一个码可同时表示码的值和前面有几个零。在用之字形读是指一个码可同时表示码的值
30、和前面有几个零。在用之字形读出方式情况下，出现连零的机会较多，尤其在最后，如果都是零，出方式情况下，出现连零的机会较多，尤其在最后，如果都是零，在读到最后一个数后只要给出在读到最后一个数后只要给出“块结束块结束”（EOB）码，就可以结束）码，就可以结束输出，从而节省很多码率。输出，从而节省很多码率。通常，通常，DCT系数量化之后，都采用之字形方式读出。系数量化之后，都采用之字形方式读出。霍夫曼（Hoffman）编码 霍夫曼霍夫曼(Hoffman)编码编码(属于统计编码属于统计编码)是可变字长编码是可变字长编码(VLC:Variable-Length Coding)的一种，相当于对概率大的符号给
31、短码，的一种，相当于对概率大的符号给短码，对概率小的符号给长码。对概率小的符号给长码。394 4视频压缩编解码标准视频压缩编解码标准 1）H.261标准标准 1980年年CCITT通过为国际标准通过为国际标准 用于可视电话，用于可视电话，P 64Kb/S，P=130可变，可变，（64 1920)Kb/S 用于会议电视，用于会议电视，P36 H.261(又称又称P 64)是最早的一个码率压缩标准。是最早的一个码率压缩标准。40 2）JPEG标准标准 1986年提出，年提出，1992年公布为国际标准。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（如非线性编辑属帧内压缩编码方法，主
32、要用于数字电视编录设备（如非线性编辑系统）。系统）。压缩比：压缩比：32 5.3 接近原始图象质量接近原始图象质量 5.311 图象很好图象很好,满足绝大多数应用满足绝大多数应用 1116 图象好图象好,满足多数应用满足多数应用 1532 图象较好图象较好,满足某些应用满足某些应用413）MPEG 1 标准标准 1988年提出，年提出，1992年公布为国际标准年公布为国际标准 典型应用如典型应用如VCD等家用数字音象产品。最高编码速率等家用数字音象产品。最高编码速率1.8 Mb/S 实现方法：实现方法：DCT、运动补偿和霍夫曼编码、运动补偿和霍夫曼编码 信源输入格式为信源输入格式为SIF（So
33、urce Inpnt Format），如为），如为 CCIR 601 格式的信源要转换成格式的信源要转换成SIF格式才能输入格式才能输入 MPEG 1 编码器。编码器。42 4）MPEG 2 标准标准 1988年提出，年提出，1994年公布为国际标准，是专门针对数字电视（包括年公布为国际标准，是专门针对数字电视（包括SDTV和和HDTV）的信源）的信源编码标准。编码标准。MPEG是运动图像专家组是运动图像专家组(Moving Pictures Expert Group)的缩写，成立于的缩写，成立于1988年，以建立活动图像及年，以建立活动图像及相应音频的编码标准。相应音频的编码标准。MPEG-
34、2的主级和主类提供的主级和主类提供720576(PAL)25帧的帧的ITUR 601建议图像质量。在压建议图像质量。在压缩比为缩比为30 1或更小时，或更小时，MPEG-2可以提供广播质量的编码图像，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也可工作在大压缩比如200 1下，效果与下，效果与MPEG1相差不大（即与相差不大（即与MPEG-1兼容）。兼容）。a）MPEG 2 是一个系统是一个系统，它的作用是：，它的作用是：对音频、视频、数据、控制等基本比特流实现复用对音频、视频、数据、控制等基本比特流实现复用 提供各种定时及初始化提供各种定时及初始化 经解码器提供经解码器提供P
35、SI（节目特定信息）（节目特定信息）支持有条件接收（支持有条件接收（CA），随机接入，数字存储和纠错），随机接入，数字存储和纠错b）MPEG-2系统输出两个数码流：系统输出两个数码流：节目比特流节目比特流PS，用于相对无误差的环境，用于相对无误差的环境 传输比特流传输比特流TS，用于有噪声媒质，用于有噪声媒质43 C）系统结构及基本码流结构）系统结构及基本码流结构 MPEG-2标准的系统部分：标准的系统部分：它涉及将一个或多个图像、声音和其它数据的基本码流组合成单一或多个码它涉及将一个或多个图像、声音和其它数据的基本码流组合成单一或多个码流，使之便于存贮和传输。流，使之便于存贮和传输。定义了一
36、套系统指标是为了把视频、音频压缩过程结合在一起而设置的。定义了一套系统指标是为了把视频、音频压缩过程结合在一起而设置的。系统层中的信息流通方式如下：系统层中的信息流通方式如下：首先，数据从视频、音频编码器而来，称为首先，数据从视频、音频编码器而来，称为基本码流基本码流(ES)，然后，然后，ES被分别打包，形成两个被分别打包，形成两个打包的基本码流打包的基本码流(PES)，再后，再后，PES被复接成一个被复接成一个节目码流节目码流(PS)和一个和一个传输码流传输码流(TS)，附图给出了附图给出了MPEG-2系统的简化总体结构。系统的简化总体结构。44 两种比特流的区别：节目码流（节目码流（PS）
37、用于误码比较小的传输或存贮媒介，节目码流可以是固定码用于误码比较小的传输或存贮媒介，节目码流可以是固定码率也可以是可变码率，其数值在率也可以是可变码率，其数值在系统时钟参考系统时钟参考(SCR)中定义，为本地应用相对中定义，为本地应用相对于无误码的环境设计；于无误码的环境设计；传输码流（传输码流（TS）用于误码比较大的传输或存贮媒介，其码率可以是固定的或用于误码比较大的传输或存贮媒介，其码率可以是固定的或不固定的，其数值在不固定的，其数值在节目时钟参考节目时钟参考(PCR)中定义。它是为广播应用而设计，即中定义。它是为广播应用而设计，即TS是为易误码的环境和有较高比特差错概率的噪声媒质设计的，
38、那里往往需是为易误码的环境和有较高比特差错概率的噪声媒质设计的，那里往往需要把几个信道集合成一束数据。要把几个信道集合成一束数据。TS用在广播系统和长距离网络中。在用在广播系统和长距离网络中。在TS中可中可以包括多个节目。因此接收以包括多个节目。因此接收TS时首先要解复用。时首先要解复用。PS和和TS是各针对一类应用而设计的。都以数据包为基础。是各针对一类应用而设计的。都以数据包为基础。PS的包长可变，的包长可变，通常较长；通常较长；TS的包长固定为的包长固定为188字节，包头字节，包头4个字节，个字节，184个净荷字节。并可与个净荷字节。并可与ATM适配。适配。45 MPEG-2系统简化结构
39、视频PES音频PES系统规定的扩展PS复用TS复用节目 码流PS传送 码流TS打 包 器打 包 器视频 编码视频 数据音频 数据音频 编码视频ES音频ES46 TSTS的结构及其产生框图的结构及其产生框图 PES经过复用再打成188比特的固定长度包便形成TS流或TS包。TS流是各传输系统之间的连接形式，是传输设备间的基本接口。其结构如图示。TS由带有一个或多个独立时基的一个或多个节目组合而成，注意：TS不是由节目码流PS构成，而由PES复接而成。每一个打包在TS中的PES都伴有一个包标识符(PID)。一个特定节目的所有TS包不管它是视频、音频还是数据，都能借助于它们的PID从复合的码流中提取出
40、来。一个或几个节目被加进（复接）TS中，也可被提取（解复用）出来。一个TS中的每一个节目关联到一个独立的时钟。TS侧重于传输方面的结构和说明，如加入同步、说明有无差错、有无加扰等。其中包的识别对解码有着重要作用，是识别码流和信息的标签。47 5）MPEG 4标准标准 1993年提出，年提出，2000年公布为国际标准。年公布为国际标准。与与MPEG-1MPEG-1和和MPEG-2MPEG-2有很大不同，它更基于内容的交互有很大不同，它更基于内容的交互 性，高性，高的压缩率和灵活多样的存取模式。目前主要用于流媒体。的压缩率和灵活多样的存取模式。目前主要用于流媒体。M MPEG-4PEG-4主要是针
41、对多媒体交互应用等通信领域主要是针对多媒体交互应用等通信领域，MPEG-4MPEG-4试图达试图达到两个目标：一是低比特率下的多媒体通信；二是多工业的多媒到两个目标：一是低比特率下的多媒体通信；二是多工业的多媒体通信的综合。体通信的综合。48 6）H.264标准标准 1999年开始制定，年开始制定，2004年年底发布年年底发布 H.264建立在块匹配混合编码基础上，采取一系列高效压缩编码技术的建立在块匹配混合编码基础上，采取一系列高效压缩编码技术的开放式标准开放式标准 新标准新标准 H.264在在H.263与与MPEG-4基础上的性能提升，必将对视频移动基础上的性能提升，必将对视频移动通信，视
42、频流服务，通信，视频流服务，HDTV等领域的等领域的IP视频传输和存储产生极其深远的影视频传输和存储产生极其深远的影响响 在相同的在相同的SNR下，平均码流下，平均码流H.264比比MPEG-4降低降低41%，比，比H.263降低降低52%，比，比MPEG-2降低降低67%（一套（一套SDTV/6Mbps降低为降低为1.98Mbps)49H.264H.264标准可分为三档：标准可分为三档：1 1、基本档次（其简单版本，应用面广）；、基本档次（其简单版本，应用面广）；2 2、主要档次（采用了多项提高图像质量和增加压缩比的技术措施，、主要档次（采用了多项提高图像质量和增加压缩比的技术措施，可用于可
43、用于SDTVSDTV、HDTVHDTV和和DVDDVD等）；等）；3 3、扩展档次（可用于各种网络的视频流传输）。、扩展档次（可用于各种网络的视频流传输）。H.264H.264的优势：的优势：1 1、在相同的恢复图像质量条件下在相同的恢复图像质量条件下，比，比H.263H.263和和MPEG-4MPEG-4节约了近节约了近5050的码率，的码率，2 2、对网络传输具有更好的支持功能：、对网络传输具有更好的支持功能：a a）它引入了面向）它引入了面向IPIP包的编码机制，有利于网络中的分组传输，包的编码机制，有利于网络中的分组传输，支持网络中视频的流媒体传输；具有较强的抗误码特性，可适应丢包支持
44、网络中视频的流媒体传输；具有较强的抗误码特性，可适应丢包率高、干扰严重的无线信道中的视频传输；率高、干扰严重的无线信道中的视频传输；b b）支持不同网络资源下的分级编码传输，从而获得平稳的图）支持不同网络资源下的分级编码传输，从而获得平稳的图像质量；像质量；c c）能适应于不同网络）能适应于不同网络50 六、信道编码和调制六、信道编码和调制 1 1信道编码信道编码 为什么要进行信道编码？为什么要进行信道编码？信源编码的码流不适合在信道中传输，必须经过某些处理，信源编码的码流不适合在信道中传输，必须经过某些处理，使之适合在信道中传输，这称为信道编码。否则，信道中噪声和失使之适合在信道中传输，这称
45、为信道编码。否则，信道中噪声和失真的影响将导致接收信号质量劣化。真的影响将导致接收信号质量劣化。有线数字电视信号的信道编码使用基于码流随机化的能量扩有线数字电视信号的信道编码使用基于码流随机化的能量扩散，基于散，基于RS码编码的前向纠错（码编码的前向纠错（FEC）技术，为克服信道中的突）技术，为克服信道中的突发干扰造成的误码还采用了字节交织技术。发干扰造成的误码还采用了字节交织技术。51 2.2.数字载波调制技术数字载波调制技术1)1)数字载波调制的基本类型数字载波调制的基本类型 数字载波调制技术是在数字载波调制技术是在HFCHFC网中所涉及的把二进制数字网中所涉及的把二进制数字/数据基带信数
46、据基带信号调制到载波上的技术。号调制到载波上的技术。数字载波调制技术基本类型有数字载波调制技术基本类型有:ASK(ASK(幅移键控幅移键控)FSK(FSK(频移键控频移键控)PSK(PSK(相移键控相移键控)Q-PSK(4PSK Q-PSK(4PSK，正交相移键控，正交相移键控)QAM(QAM(正交幅度调制正交幅度调制)ASK ASK、FSKFSK的图解分述于后。的图解分述于后。52 幅移键控幅移键控(ASK)(ASK)，不同幅度代表，不同幅度代表“1 1”和和“0 0”，频率、相位不变。，频率、相位不变。频移键控频移键控(FSK)(FSK)，不同频率代表，不同频率代表“1 1”和和“0 0”
47、，振幅、相位不变。，振幅、相位不变。AS（幅移键控）原理BW=(1+d)Nbaud BW 是带宽 Nbaud是波特率 d 是与线路有关的因子11100时间时间 FS频移键控原理时间11100 AS所需带宽fc（fc+N baud/2）（fcN baud/2）N baud振幅频率53 2)2)多进制的各种组合调制多进制的各种组合调制 数字信号是由“0”、“1”的编码信号组成的，当传输频带受到限制时，为了增加信息量，通常采用多相位、多振幅和多频率的各种组合调制。只变一个参数的如:多进制相移键控；多进制幅移键控；多进制频移键控。两个参数以各种组合的方式变化的组合调制如：正交振幅调制QAM；残留边带调
48、幅VSB等。以多进制相移键控为例:它是以载波的不同相位代表二进制码，而载波的振幅、频率不变。它的载波相位可以有M个不同的取值。例如M=2、4、8，其余可类推。2相位PSK(2PSK):二进制数字“0”和“1”由两个相位来代表，相对对于某个参考值，载波电位超前90代表“1”，迟后90代表“0”。4相位PSK(4PSK)和8相位PSK(8PSK)，它们的比特数和各相位间的关系示于后图中。54 2PSK原理01100(a)波形“0”“1”(b)星坐图 4PSK星痤图00111001双比特 00 01 10 11 相位/0 90 180 270 或 45 135 125 3158PSK星痤图三比特 0
49、00 001 010 011 100 101 110 111 相位/0 45 90 135 180 225 270 315 110000100010101011001111553)3)正交相移键控正交相移键控 在在CATVCATV中，常用正交相移键控中，常用正交相移键控(Q-PSK)(Q-PSK)、正交振幅调制、正交振幅调制(QAM)(QAM)和残留边带调幅和残留边带调幅(VSB-AM)(VSB-AM)等数字载波调制，这些都属于多进制组合等数字载波调制，这些都属于多进制组合调制方式。调制方式。载波调制的基本模型中，大都只改变载波三个参数中的一个，载波调制的基本模型中，大都只改变载波三个参数中的
50、一个，如果把如果把ASKASK与与PSKPSK结合起来同时改变两个参数，每个又各有结合起来同时改变两个参数，每个又各有x x和和y y 种种变化，总共有变化，总共有xy xy 种可能变化和对每种变化的比特数。种可能变化和对每种变化的比特数。56 4)8QAM4)8QAM星座图和编码信号时域图星座图和编码信号时域图 2 2振幅振幅4 4相位的相位的8QAM8QAM星座和时域图举例。由于振幅变化比相位变化更容星座和时域图举例。由于振幅变化比相位变化更容易受噪声影响，因而振幅变化的数量都小于相位变化的数量。易受噪声影响，因而振幅变化的数量都小于相位变化的数量。2 振幅 4 相位00100011010
