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数字电视基础知识,2014年5月,前言,您好！本胶片将帮你更轻松地进入数字电视系统的知识领域中，在开始学习之前，我们建议您先看看以下的说明，以达到更好的学习效果！,1.这个胶片是专门为了从未接触过数字电视广播知识的读者而专门整理的，首要的目的是让您快速地建立起对整个数字电视系统的整体概念，因此对于许多的知识点并不会作很详细的介绍。,首先让我们看看，什么是数字电视？,数字电视就是：节目从有线电视台传输到我们家里，这一过程中节目是以数字信号的形式存在。严谨一些的表达是：以数字信号的形式进行电视信号的产生、存储及传输。,“模拟”信号与“数字”信号的差异,“模拟”信号是这样的一种信号：它的物理值具有绝对的表征意义，例如一个电压波形，当它是1V时，与当它是1.02V时，是被视为两个完全不同的值。,“数字”信号是这样的一种信号：它的物理值不直接拥有表征意义，例如在某些数字电路中，一个电压波形，当它低于0.5V时，无论到底是多大，都表征“0”；而当它高于0.5V时，则被视为“1”。,也就是说，数字信号，其实是利用了真实世界中的某种物理量（如电压），人为地划分成若干区间。当该物理量的值落在某一区间内时，就将其判定为某一约定好的数字值。这就是数字信号与模拟信号的本质差异。,当数字信号受到干扰时，只要其当前值仍然落在其应该在的区间内，那么其表征的值就没有受到影响。这就是数字信号抗干扰能力强的原因。,数字电视有哪些好处呢？首先说说数字信号的好处：,“数字”是和“模拟”相对应的，数字信号具有比模拟信号强得多的抗干扰能力。因此即使线路传输过程中衰减比较大，或者是受到一些干扰，信号仍然能保持良好，至少要比模拟信号受到的影响小一些。,同时，从通信的角度上看，频率是一种资源，射频的频带是有限的，由于采用的技术不同，数字电视系统能比传统模拟电视更有效地利用带宽。在相同的带宽下，数字电视能传输的节目是模拟电视的几倍（具体视数字电视节目的码率而定）。通常一根同轴电缆最大可以传输几百套节目。,同时，数字电视使用的MPEG-2编码，能支持多种不同分辨率及复杂度的编码方式，使节目的视音频质量能随需应变，且能满足较高的观赏需要。,此外，如果运营中能使用双向网络，则用户可以更多地参与到节目中，例如在线点播、在线竞猜等，可以衍生出许多增值业务。,从用户角度来说，使用数字电视可以享受更高质量的视频信号，更加丰富的业务，更加优质的服务。从运营商角度来说，可以更好地控制用户，改变整个经营思路和方法。,数字电视的另一大优势就是可以把众多的节目拆开，变为产品包进行销售。例如：A用户可以只购买基本节目套餐，那么他就看不到电影频道；而B用户额外购买了电影频道，那他就能够收看到电影频道。这和以前的模拟电视“只能开通或者不开通，无法选择性地购买”，是有重大的区别。因为从运营商的角度来讲，节目是有成本的。如果播放电影，投入了更多的成本，势必要提高收费。如果是模拟电视，运营商无法知道一个用户是否看了电影频道，则无法区别对待，如果对每个用户均提价，则不看电影的用户就有意见了，因此一些高成本的业务就无法开展。而在数字电视系统中，由于使用了加扰技术，就可以对每个用户进行区分对待，区分收费，因此将使整个运营更加的有活力。愿意付款的用户可以享受更多的节目，而运营商也将在这样的过程中获得更多的收益。,此外，在数字电视系统中，可以实现许多以前模拟电视无法实现或者很难实现的业务功能。例如：EPG（电子节目指南。提供当天及未来若干天的节目时间表，以后就不需要再买电视报啦_）VOD（视频点播）；NVOD（准视频点播）；数据广播（浏览局方限定的一些网页）；等等,见下页的解释,VOD业务和NVOD业务,那么，在当前广电网络多为单向网络，没有回传通道的情况下，如何实现节目的选择收看呢？答案就是NVOD业务。NVOD（NearVedioOnDemand）业务:因为HFC网络资源有限，而VOD的资源占用量相对较大，因此目前普遍使用的是NVOD准视频点播。NVOD把节目的播出时间点固定，多个不同时间点开始的节目并行播放，让用户可以选择离自己最近的时间点观看，从而达到类似VOD的效果。比如电视台使用NVOD播放2046，影片长度为1小时30分，则使用6个通道循环播放，每个通道的开始时间间隔15分钟，比如分别为12:00,12:15,12:30,12:45,13:00,13:15，则观众如果想点播节目，最多只需要等15分钟。,VOD（VedioOnDemand）业务:VOD就是实时视频点播业务，当用户想观看某个节目时，通过回传网络订购该节目，电视台立刻为此用户专门开设一个传输通道，于是用户可以马上收看该节目，网络上的流媒体电影就可以看作为视频点播的一种。,说了这么多，我们还是先看看数字电视系统的整体组网图吧。,CA,用户管理系统,HFC,EPGServer,混频器,适配器,解释：在DVB中规定，射频的频谱上，每8MHz做为一个频点，传输一路TS流。根据计算，当每套节目的码率是6Mbps，一个频点通常能够传6套节目。这意味着需要多个频点才能够满足运营需要，而一个QAM只能调制一个频点的信号，因此需要有多个QAM，调制后，多路信号要混到一根同轴电缆上传输。作为解码端来讲，它使用高频头进行下变频，尽管电缆上包含了所有信号，但一个高频头同一时间只能接收一个频点的信号。这点需要明确。,学习小结,看完前面的组网图，建议您现在给自己口头复述一下：数字电视节目从原始节目源开始，是如何一步步处理，经过了哪些设备，送到用户家中的电视机上的？,另外请您再回想一下，数字电视有哪些优点？,MPEG-2系统层,下面我们要学习MPEG-2的系统层。在前面的学习过程中，相信您也很有兴趣想知道，到底节目是如何被处理成信号送给用户的，用户的机顶盒又是如何将信号还原成节目的。这些疑问，都会在紧接着的学习中得到初步的解答。,首先介绍一下MPEG，他们制定了许多标准哦：,MPEG(MovingPictureExpertGroup)运动图像专家组，该组织成于1988年，专门研究运动图像及其伴音的编解码、存储、传输等。该组织制定的很多标准成为现在国际通用的标准。MPEG标准：MPEG-1视频：NTSC(352X240X30)PAL(352X288X25)音频：2声道速率：1.5Mbps应用领域：VCDMPEG-2视频：352X240到1920X1080（四级五配置11种模式）音频：支持5.1声道和7.1声道等多种模式速率：从4Mbps80Mbps应用领域：数字电视、HDTV、DVDMPEG-4专门针对多媒体应用的图像编码标准MPEG-7基于内容表示的标准，应用于多媒体信息的搜索、过滤、组织和处理（还未完成）,根据我们平时了解到的一些视音频产品常识，我们应该都知道MPEG是一种视音频编码标准，但您知不知道，其实MEPG-2不仅仅包括了编码，还包括了码流的封装格式及数据流的格式。正因为如此，MPEG-2协议就基本满足了数字电视广播系统的需要。以其为基础，DVB组织增加了一些内容，使其更适应于数字电视业务，就产生出了DVB标准。,MPEG组织及标准,Part1：System描述多个视频、音频和数据基本码流合成传输码流和节目码流的方式Part2：Video视频编解码方法Part3：Audio音频编解码方法Part4：Compliance一致性测试，用于检测一个码流是否符合MPEG-2Part5：Software描述了一二三部分的软件实现方法,看一看，其实MPEG-2的标准里包含了许多内容的。其中的Part1系统层就是我们需要重点学习的。,MPEG组织及标准,Part6：DSM-CC(DigitalStorageMediaCommandandControl)数字存储媒体命令与控制Part7：MPEG-2AAC（MPEG-2AdvanceAudioCoding）多声道声音编码算法标准Part8：10-bitVideoExtension采样精度为10bit的图像编码标准（已废弃）Part9：Extensionforrealtimeinterfaceforsystemdecoders系统解码器实时接口扩展标准Part10：ConformanceExtensionsforDSM-CCDSM-CC一致性扩展测试,缩略语,缩略语：TS传输流TransportStreamPCR节目参考时钟ProgramRefrenceClockPSI节目专用信息ProgramSpecialInfomationSI业务信息ServiceInfomationPID包标志PacketIDES基本流ElementaryStreamPES打包基本流PacketElementaryStreamVPESVideoPacketElementaryStreamAPESAudioPacketElementaryStreamPAT节目关联表说明码流中节目数及其PMTPIDPMT节目映像表说明节目基本流及其PIDSDT服务描述表存放节目名称和节目提供者CAT条件访问表加密流的控制信息NIT网络信息表,下面这些常用的缩略语在后面会经常出现，您可以先浏览一遍，后面具体碰到了再回来查阅。,MPEG-2的系统层定义了两种码流结构：PS(ProgramStream)节目数据流针对错误少的环境，例如交互式多媒体分组长度可变一般比较长TS(TransportStream)传输流针对易发生错误的环境将多个独立时间基点的多道节目合成单独的数据流，属于同一套节目的各个PES分组具有相同的时间基点,长度188个字节。,MPEG-2的系统层,比如存在硬盘上的媒体文件DVD光盘等,比如射频等各种传输信道,为什么与分组（包）长度有关呢？因为传输出错时，整个包会被丢弃，环境越容易发生错误，则包长就要设计得更小一些，避免一丢就丢一大块，影响节目观看。,在数字电视系统中应用的是TS流，我们先来看看TS流的结构吧。,TS流的基本概念,传输流TransportStream(通常称为一路码流)，是最基本的传输实现，数据最终以码流的方式输出。码流部分其实就是DVB协议的最底层，类似于TCP/IP协议的数据链路层，这一层关心的是数据打包，数据帧结构和传输，而不关心负载是什么。码流中最基本的单位是188字节的包(Packet，又称为分组),前4BYTE是包头，后184为负载,有的包大小为204字节，那是因为在原来的188字节后加了16字节的前向纠错(R-S编码)，需要进行转换处理时可以直接裁剪掉。在实际的数字电视应用中，因为实际信道会有各种干扰导致的误码，这16个字节的纠错是必然要使用的。,码流中包的传输,包是信息的最小单位，包的类型由包中的负载决定。一个包有可能是视频，音频，辅助信息，或者是填充的空包。码流的速率称为码率，单位是bit/s,因此可以计算出一个100M的码流文件在码流发生器上以38M码率发送时，持续时间是：100M(BYTE)8/38M=21.05秒,视频包,音频包,空包,SI包,视频包,空包,SI包,T,图：码流中数据包的传送,时间轴,码流传输采用时分复用方法，也就是说同一时间只能传输一个包，多个包通过排序的方式，在不同的时间里依序进行传输，就像行人搭乘扶手电梯一样。,码流中包的传输,PES,TP分组,PMT分组,CAT分组,从下往上看看这个图：视频基本流（即压缩好了的视频信号）先是被封装，成为视频打包基本流（VPES）；因为TS流的基本传输单元是TS包，因此VPES再次被打包成TS包（图中的TP分组）；然后它和其它的众多TS包一起，混合（复用）到TS流中送出。,视频包,音频包,空包,SI包,视频包,空包,PSI包,码流中包的传输,问题：视频包、音频包、空包、SI包等全部在TS流中传输，那么接收方如何识别哪些是音频，哪些是视频呢？这个稍后会有解答，在此之前还需要您先多了解一些基本概念，请先跳过这个问题往下看吧_,TS流的结构大概是这样了，下面我们看看DVB是如何将TS流与数字电视结合起来的。,DVB网络组织结构,DVB网络的树状结构，层次从高到低分别为Network网络TransportStream传输流Service服务Component组件。,私有数据,DVB网络组织结构,Network网络:每个区域性的TS流集合都可以称作一个网络，如亚洲一号卫星网络，CANAL+网络，DVB系统中每个正式的网络都有一个全球唯一的标识(Network_id)。在NIT表中的Network_id字段描述。,HENANNetwork,TransportStream1,TransportStream2,TransportStream3,CCTV-1,CCTV-2,CCTV-n,SZTV-1,SZTV-2,数据广播,视频,音频,PCR,ECM,Service,Component,TS,Network,私有数据,DVB网络组织结构,TransportStream传输流:就是数字比特流，承载服务的通道，传输到用户时一个流即对应一个频点。一个网络中可以有多个流，一个流中可以有多个数字电视服务。(每个流拥有自己的TS_id作为身份标识),HENANNetwork,TransportStream1,TransportStream2,TransportStream3,CCTV-1,CCTV-2,CCTV-n,SZTV-1,SZTV-2,数据广播,视频,音频,PCR,ECM,Service,Component,TS,Network,私有数据,DVB网络组织结构,Service服务:业务的载体，是面向用户的最小单位，类似模拟电视中“频道”（台）的概念，但范围要更广，并不仅仅指电视节目。比如中央一台就是一个数字电视服务。服务有很多类型：数字电视，数字广播，Loader服务，数据广播服务等。(服务依靠Service_id来标识自身),HENANNetwork,TransportStream1,TransportStream2,TransportStream3,CCTV-1,CCTV-2,CCTV-n,SZTV-1,SZTV-2,数据广播,视频,音频,PCR,ECM,Service,Component,TS,Network,私有数据,DVB网络组织结构,Component组件:最底层的基本流,如一路视频、音频、或一路数据广播,HENANNetwork,TransportStream1,TransportStream2,TransportStream3,CCTV-1,CCTV-2,CCTV-n,SZTV-1,SZTV-2,数据广播,视频,音频,PCR,ECM,Service,Component,TS,Network,私有数据,DVB网络组织结构,问题：如何在一个传输流中传输多个Service？接收方如何正确识别同一流中不同Service的Component？接下来将解答这个问题，以及之前遗留的“如何区分各种包”的问题_,私有数据,包头（PID）,在TS包的结构中，前面4个BYTE定义为包头。其中有一个叫PID（Packet_ID）的字段。协议规定，对于要进行传输的一个组件，或者一个Section，当被封装为TS包时，其PID相同。例如：某电影频道的视频数据，装载它的各个包，其PID都为0152；其音频数据则都在PID为0196的包中传输。（上述数字为随意举例）,188字节,适应字段,有效负载,换句话说，抽取出拥有相同PID的所有包，依序重组在一起，就是一个原始数据源。还是用前面那个例子来说明：如果我们依序过滤出PID为0152的包，将其重新组合，就成了打包前的VPES流（即视频打包基本流）因此，我们从机顶盒的角度，就把“获得某节目视频流数据”的任务，转化成了“得知该节目视频所在PID”的任务。那我们怎么才能知道某节目视频、音频及其它相关数据到底对应哪个PID呢？请往下看_,TS流的包结构,包头数据结构：,PID(包标志)用于标识该TS包所携带数据的类型。,有少数一些PID被规定用于传输某些特定数据；而另一些（用户定义）则可灵活使用。,通过此表，接收方能识别出一部分的TS包（如PAT、CAT等），但对视频TS包、音频TS包等还是无法识别！怎么办？看看后面的解释。,这些PAT、CAT等，都是数字电视节目所需要的一些表（Table）。这么多表记不住？没关系，后面会有解释的,PSI(ProgramSpecificInformation)节目特殊信息：PAT(ProgramAssociationTable)节目关联表PMT(ProgramMapTable)节目映射表CAT(ConditionalAccessTable)条件接受表NIT(NetworkInformationTable)网络信息表SI(ServiceInformati