数字电视 (2).ppt

第五章数字电视,5.1数字电视发展历程5.2数字电视标准5.3数字电视的接收,5.1数字电视发展历程,2,第五章数字电视与高清晰度电视,其中最引人瞩目的是DVB数字卫星和有线电视传输系统的标准。这些标准已作为世界统一的标准被大多数国家接受，包括中国。大概在同一时间段，欧洲的有线网也开始向数字化转换。从1996年开始，欧洲数字电视市场无论从订户数量、还是产值上都有相当高的增长率。1997年底数字电视用户数只有200万；在许多欧盟成员中，数字电视用户的数量相对还很低，只有4.4%的电视家庭能收看数字电视。到1999年中，欧洲数字电视有了快速发展，其中英国和瑞典既有卫星和有线数字电视、又有地面数字电视；,3,第五章数字电视与高清晰度电视,欧洲数字电视频道增加得非常快，达到每年新增100个数字频道，到1999年末欧盟已有约400个数字电视频道。数字电视频道主要是16：9格式数字电视、PPV和NVOD节目，同时有许多节目分类频道(如电影、体育、记录片、家庭购物等)。电子节目指南、电子商务、电视银行、信息和新闻、游戏、电视电子邮件、电视互联网接入和交互电视等业务得到了广泛的应用。,4,第五章数字电视与高清晰度电视,以英国为例，1998年11月BskyB开播卫星数字电视，有140个频道，并于2001年9月关闭其卫星模拟电视。共售出卫星数字电视机顶盒550万个，加上有线电视转播，共有10192万用户。英国是传统地面电视广播非常发达的国家，有线电视并未得到充分发展，到2001年11月共有410万用户，其中有160万数字用户，当中NTL有100万用户(总共280万)、Telewest有56.4万用户(总共130万)。英国的地面数字电视发展受到世界的关注，由于开播时间几乎和卫星DTV平台相同，也是1998年10月，到2001年11月共有120万个机顶盒,5,第五章数字电视与高清晰度电视,二、美国数字电视发展过程与趋势与欧洲和日本相比，美国对HDTV（高清晰度数字电视）的研究起步较晚，但是由于它在发展数字电视机方面占有优势，特别是1993年成立的数字HDTV大联盟（GA），使得它现在在HDTV的发展中具有举足轻重的作用。1994年2月，GA推出了数字HDTV大联盟制式，它不但吸取了本国各主要数字HDTV制式的优点，而且从日本和欧洲的研究中得到许多启示，因此标准高，方法灵活。1996年12月，美国正式批准了由ATSC委员会制定的主要用于地面广播数字电视的标准，称之为DTV。,6,第五章数字电视与高清晰度电视,到2002年2月6日，在美国84个地面电视广播城市和地区，已有244个数字电视台正式播出，DTV覆盖率已达75%。根据CES的统计和估计，美国数字电视机的销售呈稳定增长趋势，到2001年底，数字电视机的拥有量已达222万台。在售出的数字电视机中，49以下的占38%，5054的占27%，5559的占16%，超过60的占20%；其中CRT占23%，投影占77%；可接收HDTV的占86%。,7,第五章数字电视与高清晰度电视,三、日本数字电视的发展过程与趋势日本是数字电视研究与开发起步最早的国家。早在1985年它就建立了1125线、每秒60帧的MUSE制式。1988年率先在汉城奥运会进行大屏幕HDTV试播。1989年，NHK开始进行面向HDTV的广播演示，到1991年底，这种广播每天已定时播放8小时，SONY公司也于1990年底发行了第一盘HDTV录像带。日本的MUSE制式打破了现有电视机的生产模式，HDTV广播与现有电视广播并行存在。日本第一台HDTV接收机体积很大，只适合在百货商店或其它公共场合使用。,8,第五章数字电视与高清晰度电视,四、我国数字电视的发展过程与趋势中国在数字电视领域一开始便与科技先进的发达国家保持同步。1995年中央电视台开始利用数字电视系统播出加密频道，利用卫星向有线电视台传送4套加密电视节目。1996年开始通过卫星传输数字电视信号。卫星既能发送模拟信号也能发送数字信号。目前，几乎所有省市的电视台都上了卫星，发送的都是数字信号。,9,第五章数字电视与高清晰度电视,1998年9月，我国研制成功第一套数字高清晰度电视系统，成为继美国、欧洲和日本之后世界上第四个拥有数字高清晰度电视地面广播传输系统的国家。在9月8日至12日的5天时间里，中央电视塔利用这套系统试发射了数字电视节目。,10,第五章数字电视与高清晰度电视,从数字电视的发展趋势来看，我国数字电视发展大致可分为三个阶段。第一阶段：19982003年。这一阶段数字电视的有线广播国家标准尚未完成，数字电视的产业链还无法形成，不可能进行大规模的数字电视产业化。在这一阶段，市场的热点在于电视台的设备更新与升级，这是数字电视产业化的先行者。在SDTV（标准清晰度数字电视）制作播出设备大规模进入电视台的同时，HDTV（高清晰度数字电视）制作播出设备也开始进入大型电视台。,11,第五章数字电视与高清晰度电视,第二阶段：20032005年。我国主要城市的有线数字电视产业化开始启动。主要城市中SDTV开始大规模的进入家庭，普通模拟电视也可以通过加装机顶盒来实现数字电视的功能。在一些发达地区，人们开始逐渐接触HDTV。第三阶段：20052008年。我国主要城市将逐步普及数字高清晰度电视的商业播出。,12,第五章数字电视与高清晰度电视,2005年，直辖市、东部地区地(市)以上城市、中部地区省会市和部分地(市)级城市、西部地区部分省会市的有线电视完成向数字化过渡。2008年，东部地区县以上城市、中部地区地(市)级城市和大部分县级城市、西部地区部分地(市)级以上城市和少数县级城市的有线电视基本完成向数字化过渡。2010年，中部地区县级城市、西部地区大部分县以上城市的有线电视基本完成向数字化过渡。2015年，西部地区县级城市的有线电视基本完成向数字化过渡。,日前，国家广电总局近日发布了我国有线电视数字化过渡时间表。依据该时间表，到2005年，我国数字电视用户将达到3000万户，2010年将全面实现数字广播电视。时间表将中国电视的数字化进程划分为四个阶段：2005年、2008年、2010年、2015年。,13,（1）节目制作数字化数据压缩的方法有两种：一是在信源编码过程中进行压缩，利用人的听觉和视觉效应去除信号中的多余成分，在不影响收听收看效果的前提下尽量压缩数据率；二是改进信道编码，发展新的数字调制技术，提高单位频宽数据传送速率。,5.2数字电视概述,14,（2）传输过程数字化采用数字传输设备，将电视信号进行数字压缩、编码、调制，以数字信号进行发射。数字电视的传输途径可分为三种：数字卫星电视、数字有线电视和数字地面开路电视。,15,（3）接收过程数字化用户利用数字电视机收看数字电视节目数字电视机首先将接收到的数字调制信号进行解调；然后，对压缩的数据进行解压缩，再对画面格式进行变换，最后，将视频、音频分别送至显示屏和扬声器。,16,获得更加清晰的图像和更逼真、富有立体感的声音效果。可以进行交互式的双向信息传输，赋予电视许多全新的功能，包括节目点播、浏览Internet、发送电子邮件、网上购物、网上银行、远程教育和远程医疗诊断等新业务，成为名副其实的信息家电的重要组成部分。,17,5.2.1数字电视的技术特点,（1）具有较高的图像质量和伴音质量利用帧存储技术消除图像闪烁利用数字信号处理技术降低噪声电平信号的信噪比高，动态范围大。（2）抗干扰能力强（3）电视机功能强大实现画中画、画外画、静止画面显示、视频图文广播,18,（4）便于大规模生产（5）便于与计算机系统连接（6）传输效率高在画面质量相同的情况下，其所需频带仅为现有模拟电视频带的14利用原PAL信道可同时传送四套数字电视节目。在有线电视网中，一个PAL信道可播8-10套标准清晰度数字电视节目。,19,5.2.2数字电视系统结构模拟电视最明显的缺点是在传输过程中图像质量的损伤，因为信号的非线性失真积累使得图像对比度会产生越来越大的畸变，长距离传输后，图像的信噪比也会下降，图像的清晰度越来越低，相位失真的累积也会使得图像产生彩色失真、镶边和重影。,20,第五章数字电视与高清晰度电视,模拟电视还有稳定度差、可靠性低、调整不便、集成、自动控制困难等缺点。数字电视从节目采集、编辑制作到信号的发送、传输和接收全部采用数字处理，其中利用了先进的数字图像压缩技术、数字信号纠错编码技术、高效的数字信号调制技术等。在处理、传输过程中引入的噪波只要幅度不超过一定的门限都可以被清除掉，即使有误码，也可利用纠错技术纠正过来，所以数字电视接收的图像质量较高。,21,第五章数字电视与高清晰度电视,数字电视采用压缩编码技术，在只能传送一套模拟电视节目的频带内传送多套数字电视节目，电视频道数会相应地迅速增多。数字电视便于开展多种数字信息服务，如数据广播、文字广播等。数字电视容易实现加密、加扰，便于开展各类收费业务。,22,第五章数字电视与高清晰度电视,一、数字电视系统的组成,数字电视系统的组成如图所示。发端由摄像机产生彩色电视图像、音频信号，经A/D变换后，变为数字音、视频信号送入信源编码中。信源编码的目的是对图像和音频数据进行压缩，去掉信号中的冗余部分，降低传输码率。然后，压缩后的数字视、音频数据信号送入传输流复用，（传输流复用完成多套节目复用功能）。然后，送入信道编码和调制器中，包括纠错编码和各种信号处理以及数字调制的功能，提高信号的抗干扰能力。因为数据码流经长距离传输后不可避免会混入噪声而发生误码。,23,经编码和调制后的信号再经输出接口电路送入传输线路。远距离传输线路，可以采用数字光纤、数字卫星，也可以采用数字微波线路，以接力传输方式，站与站的距离可达50公里。收端的过程与发端相反，接收端通过输入接口电路把信号送入信道解码和数字解调器，经数字解调和信道解码可纠正由传输所造成的误码，然后将信号送入解多路复用，最后再分别送入视频、音频解压缩处理电路中，还原成模拟的视频、音频信号。,24,数字电视系统组成,25,数字电视系统结构,彩色模拟电视信号的数字化一般采用脉冲编码调制（PCM）方式，又称为编码器，包括采样、量化和编码3个过程，是产生数字电视信号的主要方法。模拟信号数字化框图如下图所示，其中fc为滤波器的截止频率，fs为取样频率。取样是将时间上连续的模拟信号转变为时间离散的信号。量化是将幅度连续信号转换为幅度离散的信号。编码是按照一定的规律，将时间和幅度上离散的信号编成二进制或多进制代码。,27,28,1MPEG-1标准活动图像专家组（CodingofMovingPicturesandAssociatedAudioforDigitalStorageMediaatuptoabout1.5Mb/s）是国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会(IEC)、联合技术委员会(JTC1)的第29分委员会(SC29)的第11工作组(WG11)MPEG成立于1988年，它的任务是开发运动图像及其声音的数字编码标准。,二、图像/视频压缩编码标准,29,MPEG-1标准可以处理各种类型的活动图像，其基本算法对于压缩水平方向352个像素、竖直方向288个像素的空间分辨力及每秒24-30幅画面的运动图像有很好的效果，其中有三个部分：第一部分系统部分，是关于数字视频、数字音频和辅助数据等多路压缩数据流复用和同步的规定。第二部分视频部分，关于位速率约为1.5Mb/s的视频信号压缩编码的规定。第三部分音频部分，是关于每通道位速率为64kb/s、128kb/s、192kb/s的数字音频信号的压缩规定。,30,MPEG-2标准MPEG-2的全称：运动图像及有关声音信息的通用编码(CodingofMovingPicturesandAssociatedAudio),主要是针对数字视频广播、高清晰度电视和数字视盘等制定的49Mbit/s运动图像及其伴音的编码标准，MPEG-2是数字电视机顶盒与DVD等产品的基础。标准的文件编号为ISO/IEC13818.MPEG-2由多个部分组成主要有三部分：系统：是关于多路音频、视频和数据的复用和同步的规定。视频：主要涉及各种比特率的数字视频压缩编解码的规定。音频：扩充了MPEG-1的音频标准使之成为多通道音频编码系统。,31,MPEG-3标准最初为HDTV开发的编码和压缩标准。MPEG-3要求传输速率在20Mbits/sec-40Mbits/sec间，但这将使画面有轻度扭曲。但由于MPEG-2的高速发展，MPEG-3的功能已被淘汰，其原来的工作由MPEG-2小组承担,5.3现有的数字电视标准,目前数字电视广播有三个相对成熟的标准制式：欧洲的DVB(DigitalVideoBroadcasting)、美国的ATSC（AdvancedTelevisionSystemsCommittee）日本的ISDB(IntegratedServicesDigitalBroadcasting)。,33,第五章数字电视与高清晰度电视,我国DTTB标准,34,第五章数字电视与高清晰度电视,ATSC标准视频压缩采用MPEG-2标准，音频压缩采用ATSC标准A52(即杜比公司的AC-3)，节目复用遵循MPEG-2标准，能完成各种码流的组合和调整。地面电视广播系统中，采用网格编码（TrellisCode）8电平残留边带（8-VSB）调制方式，在6MHz的频带内可传送一路HDTV节目，传输比特率为19.39Mb/s；有线电视网中采用16-VSB调制方式，在6MHz的频带内可传送两路HDTV节目，传输比特率为38.78Mb/s。,5.3.1ATSC标准,ATSC标准采用了ITU-RTechGroup11/3(数字电视地面广播模式)的模式，由信源编码和压缩、业务复用和传送、RF发送三个子系统组成，信源编码与压缩用来得到视频、音频和辅助数据流。辅助数据(Ancillarydata)是指控制数据、条件接收控制数据和与视频、音频节目有关的数据。,35,第五章数字电视与高清晰度电视,业务复用和传送把视频、音频和辅助数据流打成统一格式的数据包并合成一个数据流。RF发送也称为信道编码和调制。信道编码的目的是从受到传输损失的信号中恢复出原信号，在地面传输中采用8VSB调制，在有线电视中采用16VSB调制。,36,第五章数字电视与高清晰度电视,DVB是以欧洲为主，世界上有200多个组织参加开发的项目。DVB是一套完整的数字电视解决方案，得到了广泛的应用。DVB系统的主要标准有：DVB-S用于1112GHz频段的数字卫星系统，适用于多种转发器带宽与功率，传输层的数据码速率最大为38.1Mb/s。,5.3.2DVB标准,欧洲的DVB制式应用最广泛、最灵活。DVB制式主要包括数字卫星电视(DVB-S)、数字有线电视(DVB-C)和数字地面广播电视(DVB-T)三个标准，这三个标准的信源编码方式都是MPEG-2的复用数据包，规定视频采用MPEG-2编码，音频采用MPEG-2第二层(MUSICAM)编码标准。DVB标准对于不同的传输媒体，采用了不同的调制方式：DVB-S采用QPSK四相相移键控调制方式，DVB-C采用QAM正交幅度调制方式，DVB-T采用COFDM多载波频分复用技术。,38,第五章数字电视与高清晰度电视,COFDM在抑制多径传输干扰方面有着显著的优越性。在传输比特率方面，DVB允许比特率可变，对DVB-T而言，在6MHz的频带内传输速率为3.723.8Mb/s，在8MHz的频带内，传输速率为4.931.7Mb/s。DVB-C和DVB-S已被世界各国采纳。,39,第五章数字电视与高清晰度电视,DVB-C用于8MHz数字有线电视系统，与DVB-S兼容，传输层的数据码速率最大为38.1Mb/s。DVB-T用于6、7、8MHz地面数字电视系统，传输层的数据码速率最大为24Mb/s。DVB-CS用于数字卫星共用天线电视系统（SMATV），由DVB-C和DVB-S改变得出，服务于共用天线电视系统安装。,40,第五章数字电视与高清晰度电视,DVB-SI业务服务信息系统，可对DVB解码器进行设置。DVB-TXT固定格式文本传送规范。DVB-CI用于条件接收及其他应用的DVB通用接口。DVB-DATA用于多媒体数据广播的技术规范。此外还有多种DVB回传信道和网络接口标准。,41,第五章数字电视与高清晰度电视,5.3.3ISDB-T标准日本ISDB-T标准采用频宽分段传输正交频分复用调制方式(BandwidthSegmentedTransmissionOFDM)。该调制方式可以在6MHz带宽中传递HDTV服务或多节目服务。与DVB不同，ISDB-T标准将整个带宽分割成一系列的频率段称为OFDM段。ISDB-T提供了几种调制方式的组合(DQPSK、QPSK、16QAM、64QAM)和内编码的编码率(coderate)(12、23、34、56、78)。这些参数对每个OFDM段可以