數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)及系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1、1數(shù)字電視數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)及系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)及系統(tǒng)簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介Cheertek Inc march, 20042現(xiàn)行的三種數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn) 歐洲歐洲D(zhuǎn)VBDVB標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)( (Digital Video Broadcasting)Digital Video Broadcasting)數(shù)字視頻廣播數(shù)字視頻廣播 美國(guó)ATSC標(biāo)準(zhǔn)(Advanced Television Systems Committee) 先進(jìn)電視系統(tǒng)委員會(huì) 日本ISDB標(biāo)準(zhǔn)（Integrated Services Digital Broadcasting ) 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播3現(xiàn)行的三種數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)比較4項(xiàng)目的主要目標(biāo) 項(xiàng)目的主要目標(biāo)是找到一種對(duì)所有

2、傳輸媒體都適用的數(shù)字電視技術(shù)和系統(tǒng)。對(duì)它的要求是：、能靈活傳送視頻、音頻和其他數(shù)據(jù)信號(hào)。、使用統(tǒng)一的傳送比特流復(fù)用。、使用統(tǒng)一的服務(wù)信息系統(tǒng)提供廣播節(jié)目的細(xì)節(jié)等信息。、使用統(tǒng)一的一級(jí)里德所羅門(mén)前向糾錯(cuò)系統(tǒng)。、使用統(tǒng)一的加擾系統(tǒng)，但可有不同的加密方式。、選擇適用于不同傳輸媒體的調(diào)制方式和信道編碼方法以及任何必須的附加糾錯(cuò)方法。、鼓勵(lì)歐洲以外的地區(qū)使用標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)建立世界范圍的數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)。、支持?jǐn)?shù)字系統(tǒng)中的圖文電視系統(tǒng)。5DVB主要標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介1DVB廣播傳輸系統(tǒng) DVBS(ETS 300 421):數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) DVBC(ETS 300 429):數(shù)字有線(xiàn)廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) DVBT(ETS

3、300 744):數(shù)字地面廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) DVB-SMATV(ETS 300 473):數(shù)字SMATV（衛(wèi)星共用天線(xiàn)電視）廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) DVB-MS/C(ETS 300 748/9):高/低于10GHz的數(shù)字廣播MMDS分配系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) MMDS是采用調(diào)幅微波向多點(diǎn)傳送，分配多頻道電視節(jié)目的系統(tǒng)。用DVB-S/C接收機(jī)配上一個(gè)MMDS頻率變換器就可接收DVB-MS/C信號(hào)。 ETSI(European Telecommunication standard Institute )歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)6DVB主要標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介2DVB 基帶附加信息系統(tǒng) DVB-SI(ETS 300 468):數(shù)字廣播業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)

4、標(biāo)準(zhǔn) 該標(biāo)準(zhǔn)用于IRD自行設(shè)置，并為用戶(hù)提供廣播業(yè)務(wù)指南。DVBSI由一系列的表和描述符構(gòu)成，它們給出了有關(guān)DVB業(yè)務(wù)或節(jié)目的所有參數(shù)。 DVB-TXT(ETS 300 472):數(shù)字圖文廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) 該標(biāo)準(zhǔn)用于固定格式圖文電視的傳送。 DVB-SUB(ETS 300 743):數(shù)字廣播字幕系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) 該標(biāo)準(zhǔn)用于字幕及圖標(biāo)(臺(tái)標(biāo)等)的傳送。7DVB主要標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介3 DVB交互業(yè)務(wù)系統(tǒng) DVB-NIP(ETS 300 802):DVB交互業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) DVB-RCC(ETS 300 800):CATV系統(tǒng)DVB反傳信道標(biāo)準(zhǔn) DVB-RCT(ETS 300 801):PSTN/ISDN的DVB

5、反傳信道標(biāo)準(zhǔn) 8DVB主要標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介4DVB 條件接收及接口標(biāo)準(zhǔn) DVB-CI(EN 50221):條件接收及其它應(yīng)用的通用接口標(biāo)準(zhǔn) 條件接收可確定哪些數(shù)字接收機(jī)能夠接收特定的廣播電視節(jié)目。 DVB-PDH(ETS 300 813): PDH（準(zhǔn)同步數(shù)字系列）網(wǎng)絡(luò)DVB接口標(biāo)準(zhǔn) DVB-SDH(ETS 300 814): SDH（同步數(shù)字系列）網(wǎng)絡(luò)DVB接口標(biāo)準(zhǔn) DVB-ATM(ETS 300 815): ATM網(wǎng)絡(luò)DVB接口標(biāo)準(zhǔn) DVB-PI(EN 500839): CATV/SMATV前端及類(lèi)似的專(zhuān)業(yè)設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn) DVB-IPDI(EN 50201): DVB-IRD接口標(biāo)準(zhǔn) IRD :In

6、tegrated Receiver Decoder,Integrated Receiver Decoder,綜合解碼接收機(jī)綜合解碼接收機(jī)9數(shù)字電視系統(tǒng)Head-EndHost/STBMUXDeMUXMPEG-IIA/V EncodeMPEG-IIA/V DecodeInteractiveMiddlewareConditionalAccessVideoAudioEPGIPPV/NVODE-CommerceGameInteractiveMiddlewareConditionalAccessVideoAudioEPG IPPV/NVOD E-CommerceGameSecurityPaymentSe

7、curityPaymentSatelliteCableTerrestrial數(shù)字電視系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：數(shù)字電視前端系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)和用戶(hù)終端系統(tǒng)。 10數(shù)字電視系統(tǒng)框圖111數(shù)字電視系統(tǒng)框圖212數(shù)字電視系統(tǒng)框圖313數(shù)字電視系統(tǒng)信源編碼信源編碼(Source Coding): 信源編碼采用 MPEG-2碼流。首先對(duì)音頻和視頻進(jìn)行節(jié)目復(fù)用，然后再將多個(gè)數(shù)字電視節(jié)目流進(jìn)行傳輸復(fù)用。視頻或音頻編碼器輸出的基本碼流ES(Elementary streams),被 打包(數(shù)據(jù)分組)成打包基本碼流PES(PacketElementarystreams)，然后在PS復(fù)用器中被組合成節(jié)目碼流PS(Progr

8、am Stream) 或在TS復(fù)用器中被組成傳輸碼流TS(Transport Stream) ，前者用于相對(duì)無(wú)誤差的環(huán)境，后者用于有噪聲媒質(zhì)。多路復(fù)用:為了提高信道利用率，使多個(gè)信號(hào)沿同一信道傳輸而互相不干擾稱(chēng)多路復(fù)用。目前采用較多的是頻分多路復(fù)用和時(shí)分多路復(fù)用。頻分多路復(fù)用用于模擬通信，例如載波通信。時(shí)分多路復(fù)用用于數(shù)字通信，例如PCM通信。14數(shù)字電視系統(tǒng)信源處理 信源處理單元 將本地節(jié)目編碼壓縮成DVBMPEG2數(shù)字信號(hào)； 適配接收來(lái)自其它網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星和地面的DVB-MPEG2信號(hào)，送至復(fù)用器復(fù)用或送至節(jié)目庫(kù)存儲(chǔ)、編輯； 將IP數(shù)據(jù)和其它用于數(shù)據(jù)廣播和交互服務(wù)的服務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成DVB方式，與

9、其它信號(hào)一起傳送到用戶(hù)端； NVOD和VOD系統(tǒng)可直接連接至復(fù)用器，將用戶(hù)點(diǎn)播的節(jié)目或信息送到用戶(hù)端； 對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)字節(jié)目可進(jìn)行編輯、管理。15傳輸碼流(TS)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 每個(gè)傳輸流的前4個(gè)字節(jié)為字頭(Header)，字頭后面就是需要傳送的有用信息，包括音頻，視頻或數(shù)據(jù)信息，通常是 184個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度，有時(shí)在有用信息(Useful Data)中插入一段適配區(qū)域(Adaptation Field)，用于補(bǔ)充長(zhǎng)度不完整的傳輸流，放置解碼時(shí)鐘(PCR)。傳輸流的字頭是識(shí)別傳輸流的關(guān)鍵，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖3.4，由 32個(gè)比特組成。 傳輸流(TS)中包括多個(gè)節(jié)目源的不同信號(hào)，為了區(qū)分這些信號(hào)，在系統(tǒng)復(fù)用器上需要

10、加入服務(wù)信息(SI)，使接收端可以識(shí)別不同的節(jié)目。為了便于理解 DVB傳輸系統(tǒng)的服務(wù)信息，我們對(duì)傳輸碼流的結(jié)構(gòu)進(jìn)行粗略的介紹，傳輸碼流的長(zhǎng)度定義為 188個(gè)字節(jié)長(zhǎng)。16傳輸碼流(TS)包頭的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)17包標(biāo)識(shí)符(PID)對(duì)應(yīng)的服務(wù)信息(SI)在字頭32比特中，13位的 PID碼特別重要，它是辨別碼流信息性質(zhì)的關(guān)鍵，是節(jié)目信息的身份證，不同的電視節(jié)目和服務(wù)信息(SI)對(duì)應(yīng)有不同的 PID碼。對(duì)于一臺(tái)解碼接收機(jī)而言，為了找到它所要接收的電視節(jié)目，它首先通過(guò) PID碼找到服務(wù)信息(SI)所對(duì)應(yīng)的不同表格(Table),DVB標(biāo)準(zhǔn)定義了如下服務(wù)信息表格：PAT: Program Allocation

11、Table 節(jié)目分配表CAT: Conditional Access Table 有條件接收表PMT: Program Map Table 節(jié)目分布表NIT: Network Information Table 網(wǎng)絡(luò)信息表SDT: Service Description Table 服務(wù)描述表EIT: Event Information Table 事件信息表TDT：Timeand Date Table 時(shí)間日期表通過(guò)這些服務(wù)信息表格，可以查到所要接收節(jié)目的PID碼和對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘PCR，節(jié)目就可以還原。18數(shù)字電視系統(tǒng)信道編碼信道編碼(channel Coding): 信道編碼包括：前向糾錯(cuò)編碼

12、/解碼、調(diào)制/解調(diào)和上/下變額三部分。 前向糾錯(cuò)處理包括：用偽隨機(jī)序列使數(shù)據(jù)隨機(jī)化，使用里德索羅門(mén)編碼RS(外碼) 、進(jìn)行數(shù)據(jù)交織、以及卷積交織(內(nèi)碼)編碼技術(shù)以提高對(duì)誤碼的抵抗能力。19數(shù)字電視系統(tǒng)信道處理信道處理單元信息處理單元由節(jié)目調(diào)度系統(tǒng)、用戶(hù)管理系統(tǒng)、多路復(fù)用器、條件接收系統(tǒng)等組成。節(jié)目調(diào)度系統(tǒng)是一套完整的系統(tǒng)管理和應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)；多路復(fù)用器是系統(tǒng)的核心，相當(dāng)于交通樞紐中心和貨物處理中心，在節(jié)目調(diào)度系統(tǒng)的控制下，負(fù)責(zé)將來(lái)自各個(gè)地方的內(nèi)容重新進(jìn)行分配、復(fù)用，發(fā)送到不同的頻道，完成內(nèi)容分配調(diào)度；條件接收系統(tǒng)（CA）根據(jù)服務(wù)方式和用戶(hù)需求，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的控制，將加密信號(hào)通過(guò)加擾器和復(fù)用器

13、注入到不同的節(jié)目?jī)?nèi)容中，使節(jié)目?jī)?nèi)容在不同的時(shí)間段和針對(duì)不同的用戶(hù)層進(jìn)行加密；采用或改變條件接收，提供特殊服務(wù)；適應(yīng)當(dāng)?shù)仡l率規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)信息表；EPG產(chǎn)生和插入。20數(shù)字電視系統(tǒng)傳輸處理 傳輸處理單元 根據(jù)不同的傳輸媒體采用不同的編碼與調(diào)制方式。 衛(wèi)星傳輸采用 QPSKQPSK 調(diào)制 Quadrature Phase Shift Keying(積分相移鍵控) 有線(xiàn)傳輸采用 QAMQAM 調(diào)制 Quadrature Amplitude Modulation(積分幅度) 開(kāi)路傳輸采用 COFDMCOFDM 調(diào)制 Coded Orthogonal Frequency Division Modulatio

14、n(編碼正交頻分多路復(fù)用) 傳輸網(wǎng)絡(luò) 數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)的傳輸手段包括衛(wèi)星、CABLE網(wǎng)、地面發(fā)射、MMDS和XDSL等，回傳通道可選用HFC回傳通道、PSTN和ISDN網(wǎng)絡(luò)。21數(shù)字衛(wèi)星電視發(fā)射端框圖22數(shù)字衛(wèi)星電視接收機(jī)電路框圖23用戶(hù)終端系統(tǒng) 用戶(hù)終端系統(tǒng)就是通常所說(shuō)的機(jī)頂盒（STB），一個(gè)完整的數(shù)字機(jī)頂盒是由硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)組成的，分為四層，從底向上依次為 硬件、 底層軟件、 中間件、 應(yīng)用軟件， CA部分，如圖所示。24硬件和底層軟件 硬件:硬件層提供機(jī)頂盒硬件平臺(tái)，主要由數(shù)字電視廣播接收前端、MPEG解碼、視音頻和圖形處理、CPU、存儲(chǔ)器和各種接口電路組成。 數(shù)字電視廣播接收前端包括調(diào)

15、諧器和解調(diào)器，該部分可從射頻信號(hào)中解調(diào)出MPEG傳輸流；MPEG解碼部分包括解復(fù)用、解擾引擎和MPEG解壓縮，其輸出為MPEG視音頻基本流和數(shù)據(jù)凈荷；視音頻和圖形處理部分完成視音頻模擬編碼和圖形處理功能；CPU與存儲(chǔ)器模塊用于存儲(chǔ)和運(yùn)行軟件系統(tǒng)，并對(duì)各模塊進(jìn)行控制；接口電路提供豐富的外部接口，包括通用串行接口USB、高速串行接口1394、以太網(wǎng)接口、RS232和視音頻接口等。 底層軟件: 底層軟件提供操作系統(tǒng)內(nèi)核和各種硬件驅(qū)動(dòng)程序，機(jī)頂盒操作系統(tǒng)不是非常龐大，但卻要求可以在實(shí)時(shí)環(huán)境中工作，并可在較小的內(nèi)存空間中運(yùn)行，這種操作系統(tǒng)稱(chēng)為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。目前流行的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有Wind River S

16、ystem公司的VxWorks、Integrated Systems Incorporated公司的pSOS、Windows CE以及專(zhuān)為機(jī)頂盒開(kāi)發(fā)的PowerTV等。這些操作系統(tǒng)各有所長(zhǎng)，在機(jī)頂盒領(lǐng)域都有應(yīng)用。其中，VxWorks、pSOS等都是通用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在其它嵌入式系統(tǒng)中也有廣泛應(yīng)用。25中間件、應(yīng)用軟件、CA部分 中間件: 中間件將應(yīng)用軟件和依賴(lài)于硬件的底層軟件分開(kāi)，使應(yīng)用不依賴(lài)于具體的硬件平臺(tái)，通常由各種虛擬機(jī)構(gòu)成。 目前應(yīng)用于機(jī)頂盒的商用中間件產(chǎn)品有Opentv的EN2、Liberate的TV Navigator for DTV、Microsoft的MSTV、Canel+ 的

17、Mediahighway等，彼此不兼容。 應(yīng)用軟件: 包括本機(jī)存儲(chǔ)的應(yīng)用和可下載的應(yīng)用。 CA部分: 機(jī)頂盒為了再生出解擾隨機(jī)序列，必須獲取相關(guān)的條件接收控制信息。 首先，機(jī)頂盒根據(jù)PMT和CAT表中的CA-descriptor，獲得EMM和ECM的PID值，然后從TS流中過(guò)濾出ECMs和EMMs，并通過(guò)SmartCard接口送給SmartCard。SmartCard讀取用戶(hù)個(gè)人分配密鑰（PDK），通過(guò)PDK對(duì)EMM解密，取出SK，然后利用SK對(duì)ECM進(jìn)行解密，取出CW，并將CW通過(guò)SmartCard接口送給解擾引擎，解擾引擎利用CW對(duì)加擾傳輸?shù)牧鬟M(jìn)行解擾。26Outline Digital

18、Video Broadcasting System Set Top Box System Conditional Access (CA) Middleware (Interactive Service)27Whats Difference DVB-S Weak signal with no reflection Large bandwidth QPSK with Strong coding DVB-C Low noise with controlled no reflections Small bandwidth 16-256 QAM with Weak coding DVB-T Noisy

19、signal with reflections Strong coding Small bandwidth COFDM with Strong coding28Channel Encoding & ModulationRandomizationOuterCoderOuterInterleaverInnerCoderInnerInterleaverModulatorRS(204,188)RS(204,188)RS(204,188)RandomizationOuterCoderOuterInterleaverInnerCoderInnerInterleaverDemodulator TS

20、TSRFRFQPSKQAMOFDM-ConvolutionConvolution& Puncture-Convolution& PunctureConvolutionConvolutionConvolutionSatelliteCableTerrestrial29DST STB System BlockDigital TunerQPSKDemod/FECHDD IFHDDCPUGraphics ControllersAudioDACDecryptCPCANTSC/PALEncoderVideo DACR/G/BY/U/V (HDTV)AudioSmart card reader

21、Smart CardmodemDRAMFlashADCMPEG-IIDemux Decode,A/V DecoderCVBSYCLNB30DCT STB System BlockDigital TunerOOB QPSK TunerRF BasebandPreprocessingMain processingPost processingOutput / Input64/256QAMDemod/FECNTSC DecodeQPSKDemodVBI Data DecodeMPEG-2Demux Decode,A/V decoderVideoAudioDecryptCPCAMultimediaPr

22、ocessor-Graphic processor-NTSC EncodeCPU-User Interface-set-top functions -applicationsCondition Access (POD)Composite videoComponentS-videoStereo AudioAC-3 5.1RCAL/RRCAADCDRAMFlash1394CableHAViQPSKMod31DTT STB System BlockDigital TunerOFDM/VSBDemod/FECHDD IFHDDCPUGraphics ControllersAudioDACDecrypt

23、CPCANTSC/PALEncoderVideo DACR/G/BY/U/V (HDTV)AudioSmart card readerSmart CardmodemDRAMFlashADCMPEG-IIDemux Decode,A/V DecoderCVBSYCRF32Difference with DVD Player Conditional Access (CA) Encryption, Subscription, Pay Per View, Electronic Program Guide (EPG) Sorting by time, by channel, by category Se

24、arch Middleware Interactive Service Internet Access33Conditional Access34DVB - CI (Common Interface)35CAM Implementation DVB-CI CAM Viaccess (France Telecom) Conax-CAS3 (Telenor) CryptoWorks (Philips Digital Networks) Nagra (NagraVision) Irdeto (Irdeto Access) AstonCrypt (Aston France) POD Modules N

25、DS Philips NagraVision Irdeto Access36EPG (Electronic Program Guide)37EPG (Electronic Program Guide)38Interactive Service Enhanced Broadcasting Service No return channel is needed Weather, Traffic, Stock Information/Sticker Interactive Broadcasting Service Return channel is established Call-in, Poll PPV, VOD Internet Service Dynamic request from user and real-time response from service provider Internet Game, Instant Messaging, e-mail, Custom Portals39Interactive Service Convergence 1998199920002001TVPCWWW(limitedgraphics