第1章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ)1.ppt

1、數(shù)字電視技術(shù)實(shí)訓(xùn)教程(第3版)主編 劉修文副主編 劉文濤 陸燕飛參編 劉以通 席彥彬 蔡曉棟等,機(jī)械工業(yè)出版社,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),2,數(shù)字電視技術(shù)實(shí)訓(xùn)教程(第3版) 第1章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),3,本章要點(diǎn) 了解數(shù)字電視的有關(guān)概念及數(shù)字電視在我國的應(yīng)用情況。 熟悉視、音頻信號(hào)壓縮編碼方法。 熟悉數(shù)字電視的信道編碼技術(shù)和赳錯(cuò)方法。 熟悉節(jié)目碼流與傳輸碼流的組成，掌握傳輸碼流的復(fù)用。 熟悉數(shù)字電視傳輸方式。 。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),4,1.1數(shù)字電視的概念 1.1.1數(shù)字電視 數(shù)字電視是指包括節(jié)目攝制、編輯

2、、發(fā)送、傳輸、存儲(chǔ)、接收和顯示等環(huán)節(jié)全部采用數(shù)字處理的全新電視系統(tǒng)，也可以說數(shù)字電視是在信源、信道、信宿三個(gè)方面全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和數(shù)字處理的電視系統(tǒng)。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),5,1.1.2數(shù)字電視接收機(jī) 數(shù)字電視接收機(jī)是指能接收、處理和重現(xiàn)數(shù)字電視廣播射頻信號(hào)的一種終端設(shè)備。數(shù)字電視接收機(jī)也稱數(shù)字電視一體機(jī)，或簡稱數(shù)字電視機(jī)。按國際慣例，數(shù)字電視接收機(jī)須具備接收、處理地面數(shù)字電視廣播射頻信號(hào)并予以重放的能力。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),6,1.1.3數(shù)字電視機(jī)頂盒 數(shù)字電視機(jī)頂盒英文縮寫“STB” (Set-Top Box)。它是一種將數(shù)字電視信號(hào)轉(zhuǎn)換成模

3、擬信號(hào)的變換設(shè)備，它把經(jīng)過數(shù)字化壓縮的圖像和聲音信號(hào)解碼還原成模擬視音頻信號(hào)送入普通的電視機(jī)。從模擬電視向數(shù)字電視過渡，是一個(gè)跨越式的過渡，可以說無法直接兼容，也就是說目前的所有的模擬電視機(jī)是不能接收數(shù)字電視信號(hào)。共有6種不同的數(shù)字電視機(jī)頂盒，如圖1-1所示。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),7,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),8,1.1.4三網(wǎng)融合 三網(wǎng)融合，是指電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)在向?qū)拵ㄐ啪W(wǎng)、數(shù)字電視網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)過程中，其技術(shù)功能趨于一致，業(yè)務(wù)范圍趨于相同，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、資源共享，能為用戶提供話音、數(shù)據(jù)和廣播電視等多種服務(wù)。,2020/8/6,第一

4、章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),9,1.1.5OTT TV OTT TV 是“Over The Top TV”的縮寫，是指基于開放互聯(lián)網(wǎng)的視頻服務(wù)，終端可以是電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、機(jī)頂盒、PAD、智能手機(jī)等等。從消費(fèi)者的角度出發(fā)，OTT TV 就是互聯(lián)網(wǎng)電視，它允許在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)在任何設(shè)備上收看視頻節(jié)目。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),10,1.1.6我國數(shù)字電視應(yīng)用概況 我國數(shù)字電視的應(yīng)用是從數(shù)字衛(wèi)星電視開始，1995年11月30日，中央電視臺(tái)采用數(shù)字壓縮技術(shù)，使用中星5號(hào)頻段轉(zhuǎn)發(fā)器播出體育、文藝、電影等4套數(shù)字壓縮加擾收費(fèi)的電視節(jié)目。 截至2014年10月8日，全國直播衛(wèi)星戶戶通用戶達(dá)

5、到1614萬戶；到2014年4月我國有線數(shù)字電視用戶為1.68828億戶，有線電視數(shù)字化程度約為74.48%。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),11,1.2數(shù)字電視信源編碼 1.2.1數(shù)字信號(hào)的產(chǎn)生 數(shù)字電視中的視頻與音頻信號(hào)均是經(jīng)過取樣、量化、編碼三個(gè)過程，形成的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，一個(gè)模擬信號(hào)數(shù)字化過程如圖1-3所示。顯然，取樣點(diǎn)越多，量化層越細(xì)，越能逼真地表示模擬信號(hào)。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),12,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),13,1.2.2壓縮編碼的必要性與可行性 1 數(shù)字電視視頻信號(hào)壓縮的必要性 為了提高傳輸效率，一般將數(shù)字化的視頻信號(hào)先

6、進(jìn)行壓縮編碼，從數(shù)字視頻信號(hào)中移去自然存在的冗余度，盡量減少圖像各符號(hào)的相關(guān)性，提高圖像的傳輸效率。這個(gè)過程就好像將牛奶中水分去掉制成奶粉，在需要時(shí)將水倒進(jìn)去又做成牛奶一樣，在接收端則通過解碼將圖像信號(hào)恢復(fù)。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),14,2 數(shù)字電視視頻信號(hào)壓縮的可行性 視頻信號(hào)可以壓縮的根據(jù)主要有兩點(diǎn)：一是視頻信號(hào)中存在大量的冗余度可供壓縮，包括圖像結(jié)構(gòu)和編碼統(tǒng)計(jì)方面的冗余度，這種冗余度在解碼后可無失真地恢復(fù)。另一點(diǎn)是利用人的視覺特性，通過減少表示視頻信號(hào)的精度，以一定的客觀失真換取視頻數(shù)據(jù)壓縮。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),15,3 數(shù)字電視音頻信號(hào)壓

7、縮的可行性 音頻壓縮是降低音頻信號(hào)中的冗余和丟掉音頻信號(hào)中不相關(guān)部分 (凡不能被人耳感覺到的信號(hào)），使數(shù)字音頻的信息量減少到最小程度，但同時(shí)又能精確地再現(xiàn)原始的聲音信號(hào)。隨著人們對(duì)音頻信號(hào)特性和人耳特性的不斷研究，音頻編碼技術(shù)得到很大的發(fā)展。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),16,1.2.3視頻壓縮編碼 視頻壓縮編碼的目標(biāo)是在盡可能保證視覺效果的前提下減少視頻數(shù)據(jù)率。由于視頻是連續(xù)的靜態(tài)圖像，因此其壓縮編碼算法與靜態(tài)圖像的壓縮編碼算法有某些共同之處，但是運(yùn)動(dòng)的視頻還有其自身的特性，因此在壓縮時(shí)還應(yīng)考慮其運(yùn)動(dòng)特性才能達(dá)到高壓縮的目標(biāo)。 1 基本概念 在視頻壓縮編碼中常需用到以下的一些

8、基本概念： (1).可逆壓縮編碼(又稱為信息保持編碼或無損壓縮編碼) (2).不可逆壓縮編碼(又稱為信息非保持編碼或有損壓縮編碼),2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),17,(3) 幀內(nèi)編碼：幀內(nèi)編碼是指壓縮編碼是在一幀(或一場)內(nèi)進(jìn)行的，其目的在于消除一幀(或一場)內(nèi)圖像的空間冗余 (4)幀間編碼：幀間編碼是指壓縮編碼是在相鄰兩幀或幾幀之間進(jìn)行的，利用圖像信號(hào)的時(shí)間相關(guān)性來消去冗余。這種方式對(duì)靜止圖像或慢速運(yùn)動(dòng)圖像有很強(qiáng)的壓縮能力，但對(duì)于快速運(yùn)動(dòng)的圖像，由于時(shí)間相關(guān)度降低，故壓縮能力相應(yīng)減弱。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),18,2視頻壓縮的方法,視頻壓縮編碼常采用以下

9、4種方法： (1)預(yù)測編碼(又稱差值碼、編碼) (2)變換編碼 (3)熵編碼(統(tǒng)計(jì)編碼) (4)量化編碼,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),19,1.2.4音頻壓縮編碼 音頻壓縮編碼與視頻壓縮編碼一樣，采用數(shù)字壓縮方法，降低音頻信號(hào)中的冗余和丟掉音頻信號(hào)中不相關(guān)部分（凡不能被人耳感覺到的信號(hào)），使數(shù)字音頻的信息量減少到最小程度，但同時(shí)又能精確地再現(xiàn)原始的聲音信號(hào)。隨著人們對(duì)音頻信號(hào)特性和人耳特性的不斷研究，音頻編碼技術(shù)得到很大的發(fā)展。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),20,1.2.5視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)簡介 1.MPEG-2視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)簡介 2 AVS數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)簡介

10、 3 新的視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),21,1.2.6數(shù)字電視信源編碼結(jié)構(gòu)框圖,信源編碼器，先將模擬信號(hào)數(shù)字化，再將數(shù)字化后的信號(hào)及其他數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼處理，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1-11所示。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),22,1.3 數(shù)字電視信道編碼,1.3.1誤碼產(chǎn)生的原因 數(shù)字電視信號(hào)在信道中傳輸時(shí)，由于傳輸系統(tǒng)特性的不理想和信道中的噪聲干擾，引起 了數(shù)字電視信號(hào)波形的失真，在接收端判決時(shí)可能誤判而造成誤碼。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),23,1.3.2數(shù)字信號(hào)傳輸過程的檢錯(cuò)與糾錯(cuò) 數(shù)字電視信號(hào)在傳輸中會(huì)因各種原因出現(xiàn)

11、差錯(cuò)，產(chǎn)生誤碼。如將“1”變?yōu)椤?”，或?qū)ⅰ?”變?yōu)椤?”，這就需要在接收端能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并加以糾正。完成這項(xiàng)工作就是在傳送的數(shù)字信息碼元中附加一些監(jiān)督碼元來進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),24,1.3.3數(shù)字信號(hào)的差錯(cuò)控制方式 1前向糾錯(cuò) (FEC) 2檢錯(cuò)重發(fā) (ARQ) 3混合糾錯(cuò) (HEC),2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),25,1.3.4常用信道編碼簡介 根據(jù)信道的情況不同，信道編碼方案也有所不同，在地面數(shù)字電視傳輸過程中，由于是無線信道且存在多徑干擾和其它的干擾，所以信道很“臟”，為此它的信道編碼是：RS外交織卷積碼內(nèi)交織。 在有線數(shù)字電視傳輸

12、過程中，由于是有線信道，信道比較“干凈”，所以它的信道編碼是：RS交織。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),26,在衛(wèi)星數(shù)字電視傳輸過程中，由于它也是無線信道，所以它的信道編碼是：RS交織卷積碼，也是級(jí)聯(lián)編碼。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),27,1.4 傳輸碼流及其復(fù)用,1.4.1基本碼流與打包基本碼流 基本碼流 (ES) 也稱原始數(shù)據(jù)流，它是包含視頻、音頻或數(shù)據(jù)的連續(xù)碼流。ES的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容是根據(jù)各種數(shù)據(jù)的編碼格式而定的。 打包的基本碼流 (PES) 是按照一定的要求和格式打包的ES流。因?yàn)橐纛l或視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼后得到基本碼流，是還無法直接送入傳輸系統(tǒng)或節(jié)目系統(tǒng)中，而

13、是需要經(jīng)過數(shù)據(jù)分組后才能送出。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),28,1.4.2節(jié)目碼流 節(jié)目碼流 (PS) 是用來傳輸和保存一個(gè)節(jié)目的編碼數(shù)據(jù)或其他數(shù)據(jù)，它是將一個(gè)或幾個(gè)具有公共時(shí)間基準(zhǔn)的PES組合成單一的碼流。如同單一節(jié)目碼流一樣，所有的基本碼流都能在同步情況下解碼。PS碼流比較適用于相對(duì)誤碼率小的傳輸環(huán)境中，如交互式多媒體環(huán)境和媒體存儲(chǔ)管理系統(tǒng)。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),29,1.4.3傳輸碼流 傳輸碼流適合于有誤差發(fā)生的環(huán)境，例如在噪聲或有損耗介質(zhì)中的存儲(chǔ)或傳輸，比如有線網(wǎng)絡(luò)、地面廣播與衛(wèi)星傳輸。它也是將一個(gè)或幾個(gè)PES組合成單一的碼流，但這些PES可以

14、是有一個(gè)公共的時(shí)間基準(zhǔn)，也可以是幾個(gè)獨(dú)立的時(shí)間基準(zhǔn)。如果幾個(gè)基本碼流有公共的時(shí)間基準(zhǔn)，那么這幾個(gè)基本碼流先組合成一組，這叫節(jié)目復(fù)用。然后由若干個(gè)節(jié)目復(fù)用后再進(jìn)行傳輸復(fù)用。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),30,1.4.4傳輸碼流中的節(jié)目專用信息 在數(shù)字電視節(jié)目中，通常一個(gè)頻道對(duì)應(yīng)一個(gè)傳輸碼流 (TS) ，一個(gè)頻道的TS流由多個(gè)節(jié)目及業(yè)務(wù)組成。在TS流中如果沒有引導(dǎo)信息，數(shù)字電視的終端設(shè)備將無法找到需要的碼流，所以在MPEG-2中，專門定義了節(jié)目專用信息 (PSI) ，其作用是自動(dòng)設(shè)置和引導(dǎo)接收機(jī)進(jìn)行解碼。PSI信息在復(fù)用時(shí)通過復(fù)用器插入到TS流中，并用特定的PID（包標(biāo)識(shí)符）進(jìn)行標(biāo)

15、識(shí)。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),31,1.4.5傳輸碼流中的業(yè)務(wù)信息 除了PSI信息，還需要為用戶提供有關(guān)業(yè)務(wù)和事件的識(shí)別信息。廣電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性文件，GY/Z 174-2001數(shù)字電視廣播業(yè)務(wù)信息規(guī)范定義了這些數(shù)據(jù)的編碼。PSI中的PAT、CAT、PMT只提供了它所在的復(fù)用流 (現(xiàn)行復(fù)用流) 的信息，在文件中，業(yè)務(wù)信息還提供了其他復(fù)用流中的業(yè)務(wù)和事件信息。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),32,1.4.6傳輸碼流的復(fù)用 數(shù)字電視中的復(fù)用器是將多個(gè)單節(jié)目碼流 (SPTS) 或多節(jié)目碼流 (MPTS) 轉(zhuǎn)換成一個(gè)MPTS，復(fù)用后的MPTS就可以在光纖網(wǎng)上傳輸或者直

16、接通過QAM調(diào)制器調(diào)制輸出，能有效提高傳輸信道的利用率。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),33,1.5數(shù)字電視傳輸方式,1.5.1數(shù)字電視地面廣播 數(shù)字電視地面廣播是利用架設(shè)在電視鐵塔上的發(fā)射天線，將傳輸碼流調(diào)制在VHF或UHF廣播信道上，用無線電波傳輸數(shù)字電視節(jié)目。在地面電視廣播無線覆蓋技術(shù)中，目前有三種組網(wǎng)方式：多頻網(wǎng) (MFN)、雙頻網(wǎng) (DFN) 與單頻網(wǎng) (SFN)。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),34,1.5.2數(shù)字電視衛(wèi)星廣播 數(shù)字電視衛(wèi)星廣播是在地球赤道上空35800km處的靜止衛(wèi)星上，裝載轉(zhuǎn)發(fā)器和天線系統(tǒng)，向地面轉(zhuǎn)發(fā)廣播電視信號(hào)，直接進(jìn)行大面積廣播電

17、視覆蓋的一項(xiàng)新技術(shù)。它能使覆蓋區(qū)內(nèi)的廣大用戶直接收看千百里之外乃至地球另一面的廣播電視節(jié)目。因此，數(shù)字電視衛(wèi)星廣播是解決廣播電視大面積覆蓋最先進(jìn)、最有效的技術(shù)手段。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),35,1.5.3數(shù)字電視有線廣播 有線電視廣播具有傳輸質(zhì)量高、節(jié)目頻道多等特點(diǎn)，因而便于開展按節(jié)目收費(fèi) (PPV)、視頻點(diǎn)播 (VOD) 以及其他雙向業(yè)務(wù)。數(shù)字電視有線廣播是利用有線電視(CATV)系統(tǒng)來傳送多路數(shù)字電視節(jié)目，其調(diào)制方式大多都采用QAM (正交幅度調(diào)制) 方式，數(shù)字電視有線廣播具有質(zhì)量優(yōu)異、資源豐富等特點(diǎn)，但其成本在數(shù)字電視三種傳播方式中最高，目前借助有線電視技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)

18、字交互式電視業(yè)務(wù)是最佳方案。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),36,1.6實(shí)訓(xùn)1 數(shù)字電視與高清晰度數(shù)字電視接收機(jī) 1.實(shí)訓(xùn)目的 2.實(shí)訓(xùn)器材 3.實(shí)訓(xùn)原理 4.實(shí)訓(xùn)步驟 5.實(shí)訓(xùn)報(bào)告,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),37,1.5本章小結(jié) 本章在介紹數(shù)字電視的有關(guān)概念及數(shù)字電視在我國的應(yīng)用情況后，重點(diǎn)介紹數(shù)字電視信源編碼、信道編碼、傳輸碼流的處理和傳輸方式。 數(shù)字電視是指包括節(jié)目攝制、編輯、發(fā)送、傳輸、存儲(chǔ)、接收和顯示等環(huán)節(jié)全部采用數(shù)字處理的全新電視系統(tǒng)，數(shù)字電視接收機(jī)是指能接收、處理和重現(xiàn)數(shù)字電視廣播射頻信號(hào)的一種終端設(shè)備，這是兩種不同的概念。 數(shù)字電視機(jī)頂盒是一種將數(shù)字電視信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的變換設(shè)備，它把經(jīng)過數(shù)字化壓縮的圖像和聲音信號(hào)解碼還原成模擬視音頻信號(hào)送入普通的電視機(jī)。,2020/8/6,第一章 數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ),38,數(shù)字電視的信源編碼承擔(dān)