（通信与信息系统专业论文）dvbasi信号接收与发送系统的研究.pdf

摘要 摘要 随着数字技术日新月异的发展，广播电视领域正面摇着一场新的革命。和广 播电视技术相关的各个领域都在向数字化方向高速发展。数字广播电视的高质量 节目、频谱资源的充分利用、新一代高清晰度电视h d t v 和数字音频广播的应用， 以及多媒体交互数据广播业务的使用都将成为广播电视的必然发展趋势。广播电 视业由模拟向数字化的全面过渡已成为必由之路。 在目前的d v b 广播电视系统中，a s i 接口是使用非常广泛的一种接口形式。 该接口随同s p i 、s s i 一起被欧洲电信标准化协会( e t s i ) 制订。a s i 接口是一种传 输速率恒定，支持不同数据速率的串行编码传输系统，具有适应多路信号汇接、 连接方式简单等优点，所以得到了广泛应用。 本文研究一种d v b a s i 信号接收和发送系统的组成原理和实现方法。以 c y p r e s s 公司的c y t b 9 2 3 和c y 7 8 9 3 3 作为a s i 信号接口，通过f p g a 和s d r a m ，实 现了a s i 接口和p l x 公司的p c i9 0 5 6 的连接：再通过主机上的应用程序，实现了 基于p c 机的d v b - a s i 信号的收发。本文设计的系统不仅能实现d v b a s i 信号的收 发功能，也可以作为其它d v b a s i 应用的基础平台，有很好的应用前景。 关键词数字视频广播( d v b ) ；异步串行接口( a s i ) ；p c i 接口：f p g a a b s t t a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fd i g i t a lt e c h n o l o g y t h ef i e l do fr a d i 0 a n dt e l e v i s i 0 1 1isj u s tu n d e r g o i n gaf l e wr e v o l u t i o n e v e r yf i e l da s s o c i a t e d w i t hr a d i 0a n dt e l e v i s i o nisd e v e l o p i n gt od i g i t a ld i r e c t i o nr a p i d l y i t w i l lb et h ei n e v i t a b l ed i r e c t i o nt h a tt h eh i g hq u a l i t yp r o g r a m so fd i g i t a l r a d i 0a n dt v ，f u l l yu s e dt h ef r e q u e n c yr e s o l i i c e ，t h ep r o j e c ta p p l i c a t i 0 1 3 o fh i g hd e f i n i t i 0 1 1t va n dd i g i t a la u d i 0b r o a d c a s t i n g 。m u l t i m e d i am u t u a l d a t ab r o a d c a s t ir i g i nt h ef i e l do fr a d i 0a n dt e l e v i s i o nt h ea n a l o gs i g n a l s m u s tb ec o n v e r t e di n t ot h ed i g i t a ls i g n a l s t h ea s ii n t e r f a c ei su s e dw i d e l yi 3t h ec u r r e n td v b ( d i g i t a lv i d e o b r o a d c a s t i n g ) s y s t e l i l t h i sk i n do fi n t e r f a c e ，t o g e t h e rw i t hs p ia n ds s i ， a r ep r o p o s e db ye t s i ( e u r o p et e l e c o ms t a n d a r di n s t i t u t e ) t h ea s ii n t e r f a c e i sas e t 。i a le n c o d e dt r a n s mj _ s s i o ns y s t e mo fc o n s t a n tt r a n s m i _ t t e ds p e e db u l ； d i f f e r e n td a t as p e e d i tisu s e dw i d e l yb e c a u s ei th a st h eg o o dq u a l i t ie s o fa d a p t i n gt oj o i nm u l t is i g n a l sa n ds i m p l ec o f i r l e c t i o ns t y l e ad v l 3 一a s ir e c e i v e ra n dt r a n s m i t t e risd e s i g n e da n di m p l e m e n t e di nt h e p a p e r b a s e do nc y 7 8 9 2 3a n dc y 7 8 9 3 3o fc y p r e s s ，a n dc o m b i n e dw it hf p g aa n d s d i i a m ，t h ed e s i g nr e a l i z e st h ec o n n e c t i o no fa s ii n t e r f a c ea n dp c i9 0 5 6o f p l x ：i 1 3a d d i t i o n ，t h r o u g ht h ea p p l i c a t i o f io np c ，t h ed e s i g nc a nr e c e i v ea n d t r a n s m i td v b a s is i g n a l t h es y s t e md e s i g n e di 1 2t h ep a p e rn o t0 1 1 l yc a n r e c e i v ea n dt r a n s m i td v b a s is i g n a lf i h e l y ，b u ta l s oc a na c ta sap l a t f o r m u s e dt od e v e l o po t h e r sd v b a s ia p p l i c a t i n s s ot h es y s t e mw i l lh a v eag o o d f u t u r e k e y w o r d sd v b ；a s i ；p c ii n t e r f a c e ；f p g a i i 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导f 独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者繇， 掺扯嘲狮万年牛日 t 勿 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密囱。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：亏乙鳅蒋l 日期：脚年j 月午日 导师签名：歹麦嘭己修 日期：年 月 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 随着数字技术日新月异的发展，广播电视领域正面临着一场新的革命。从电 视节目编播、节目制作、节目存储、信号传送、信号接收都在向数字化方向高速 发展。数字广播电视的高质量节目、频谱资源的充分利用、新一代高清晰度电视 h d t v 和数字音频广播的逐步推广应用，以及多媒体交互数据广播业务的使用都将 成为广播电视的必然发展趋势。广播电视业由模拟向数字化的全面过渡已成为必 由之路。 1 2 数字电视广播的发展趋势 数字电视的广播方式根据信号传输媒体的不同而有卫星广播、有线广播和地 面广播之分。卫星广播在世界各地己普遍应用。卫星和有线两种传输媒体所关联 的数字电视信号的信道编码和高频调制方式在技术上，国际已有公认的、优化的 信号处理措施，它们的参数标准各国基本相同，所以普遍先行地推出这两种数字 电视广播系统。 地面开路广播通道的传输媒体的传输特性与卫星和有线的相比较有较大的不 同，随之影响到其信道编码和高频调制的信号处理要求。而且，由于对地面广播 数字电视的性能要求方面各国有不同的侧重点，这又影响到信道编码和高频调制 的信号处理方式。从国际上来看，美国、欧洲及日本先后研制开发了三种不同的 地面数字电视传送系统标准。 1 2 1 美国a t s c 标准 美国高级电视系统委员会( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t r e e ，a t s c ) 研发的格形编码的8 电平残留边带( t r e l l i s c o d e d8 - l e v e lv e s t i g i a l s i d e b a n d ，t c m8 - v s b ) 调制。它具有频谱效率高、功率峰均比低的特点。a t s c 标准在6 m h z 地面广播频道上可实现1 9 3 m b p s 的传输速率。a t s c 标准的性能高度 依赖于自适应均衡器，为了抵抗多径回波和各种干扰，需要非常复杂和昂贵的均 衡器。 1 9 9 6 年1 2 月f c c 正式公布了a t s c 标准。1 9 9 8 年1 1 月首先由2 8 家电视台正 式开始地面数字电视广播，到2 0 0 0 年1 月已经有1 0 0 多家电视台开展数字电视业 务。目前只有美国、加拿大、韩国宣布采用a t s c 标准。 华南理工大学硕士学位论文 1 2 2 欧洲d v b 标准 欧洲数字视频地面广播( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g t e r r e s t r i a l ，d v b t ) 标准采用的编码正交频分复用( c o d e do r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ，c o f d m ) 调制。它具有支持室内接收、移动接收等特点。 欧洲e t s i 在1 9 9 4 年和1 9 9 6 年先后公布了d v b s ( 卫星广播) 、d v b c ( 有线电 视广播) 和d v b t ( 地面广播) 的标准。d v b t 采用多载波o f d m 调制( a d s l 中相似的 技术称为d m t ) 。d v b t 使用1 7 0 5 ( 2 k ) 或6 8 1 7 ( 8 k ) 个载波，和美国的t c m8 - v s b 调制技术相比，c o f d m 技术属于正在不断发展和提高的新技术，目前正在被越来 越多的新业务所采纳。 欧洲各国自1 9 9 6 年以来先后在卫星直播、有线电视和地面广播等方面开展了 标准清晰度电视s d t v 业务，考虑到市场需求的原因，目前尚未开展高清晰度电视 h d t v 业务，但是目前在澳大利亚h d t v 的业务已经展开。目前已经有至少3 5 个国 家或地区宣布采用d v b t 标准。 1 2 ，3 日本i s d b t 日本1 9 9 8 年1 1 月公布了用于地面数字电视广播的i s d b t 标准：综合业务 数字广播( i n t e g r a t e ds e r v i c ed i g i t a lb r o a d c a s t i n g t e r r e s t r i a l ，i s d b t ) ， 系统采用的调制方法为频带分段传输正交频分复用( b a n dw i d t hs e g m e n t e d t r a n s m i s s i o no f d m ，b s t o f d m ) ，它由一组共同的称为b s t 段的基本频率块组成。 同本的i s d b t 是基于自己的国情在欧洲c o f d m 基础上的一种改进，特别是针对多 媒体广播和移动接收的需求。现在采用i s d b t 的只有日本一个国家。 目前现有的3 种数字电视地面传输标准的视频编码和码流复接基本均采用 m p e g - 2 标准，最大的差别是调制方式的不同，a t s c 采用单载波方式，而其它两种 采用多载波调制技术。由于3 个标准推出的时间有先后，随着科学技术的飞速发 展和应用需求的不断变化，三个标准所采用的技术水平和对地面广播需求的理解 程度也不尽相同1 2 】。 1 2 4 中国数字电视的发展 我国早于八十年代末就开始跟踪研究世界数字电视发展的趋势。在”八五”和” 九五”期间，我国在h d t v 技术的科研项目攻关上都取得了重大突破。数字电视 产业化已列入国家”十五”计划中十二大高新技术工程之一。 我国在数字电视标准选择上非常慎重，主要因为我国是发展中国家而且也是 彩电的主要生产国，我国在选择数字电视广播标准上必需考虑到自主知识产权问 题。为此，国家专门成立了数字( 高清晰度) 电视标准工作组，组织了系统内夕卜 2 第一章绪论 4 0 多位专家专门进行数字电视标准的研究制订。 数字电视是广播领域的一次重大革命，其对我国国民经济的影响是巨大的， 我国一定能够发挥后发优势。制订出性能优异、具有完整自主知识产权的我国数 字电视地面广播系统标准。 1 3 本研究课题的来源和论文的主要工作 本课题来源于我们实验室负责为广州波视多媒体有限公司开发的项目： d v b a s i 数字视频收发卡。本论文的研究重点是d v b a s i 信号接收与发送系统的 原理和实现方法，特别是整个系统的控制核心f p g a 上控制逻辑的设计方法。 本文各章内容安排如下： 第一章：绪论。概述了数字电视广播的发展趋势，以及我国数字电视的发展 状况。 第二章：d v b a s i 标准简介。介绍了收发m p e g 一2 信号的常用接口，并重点论 述了本文研究的系统所采用的a s i 标准。最后，介绍了相关的m p e g 一2 标准。 第三章：d v b a s i 信号接收与发送系统结构和各结构的实现方法。阐述了本 系统的工作原理，以及系统各个组成部分的具体实现方法。 第四章：f p g a 核心控制逻辑的设计。这是本文的重点。详细阐述了整个系 统的控制核心f p g a 的设计思路、各个模块的功能和实现方法等内容。 第五章：主机上应用程序的实现方法。阐述了本系统主机上的应用程序如何 利用s d k 来控制p c i9 0 5 6 的操作，进而实现数据的收发。 最后是结论、参考文献、攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论 文和致谢。 华南理工大学硕士学位论文 第二章d v b a s i 标准简介 2 1m p e g 2 信号传输接口简介 目前在接收和发送m p e g 2 数据的设备中主要使用了3 种接口：同步并行接 口( s p i ) 、同步串行接口( s s i ) 和异步串行接口( a s i ) 。每种接口都有其自身 的特点和应用场合。同步并行接口( s p i ) 主要用在中短距离的数据传输，比如收 发设备距离较近。同步串行接口( s s i ) 可是看作是同步并行接口的扩展。异步串 行接口( a s i ) 比同步并行接口和同步串行接口的传输距离远，并且连接方式简 单。 这3 种接口所传输的m p e g - 2 传输流的包结构如图2 - 1 所示。 m p e g 2 的包结构主要有两种格式： 这两种包结构都有一个字节的同步字节。 1 8 8 字节的包结构和2 0 4 字节的包结构。 它们的区别主要是2 0 4 字节的包结构对 数据字节进行了r s 编码。之所以进行r s 编码主要是出于纠错的考虑。关于 m p e g 2 的详细内容将会在后面详细讨论【3 1 。 广丫1 t 百r y r 1 人塑! ! ! 剑堕型! ! ! ! ! 些坐! 人 图2 1m p e g 一2 传输流 f i g u r e2 - 1m p e g - 2t r a n s p o r ts t r e a m 2 2a s i 接口简介 在目前的d v b 广播电视系统中，a s i 接口是使用非常广泛的一种接口形式。 该接口随同s p i 、s s i 一起被欧洲电信标准化协会( e t s i ) 制订。a s i 接口具有适应 多路信号汇接、连接方式简单等优点，所以得到了广泛应用。 d v b a s i 接口是一种传输速率恒定( 2 7 0 m b p s ) ，不同数据速率的串行编码传输 系统。该接口系统可以分为3 层，m p e g 传输包为顶层( 第2 层) ，一对基于光纤通道 f c 的底层( 第1 层和第0 层) 。第1 层和第0 层是光纤通道f c 的f c 一1 和f c 一0 的子集。在 该接口中，利用e n i s o i e c1 3 8 1 8 - 1 标准规定了第2 层【“。第1 层和第0 层是基于 i s o i e cc d1 4 1 6 5 一l 标准【。 来自不同数据源的传输流可能具有不同的数据速率。使用恒定的传输速率， 4 第二章d v b a s i 标准简介 在接收端就可以有一个恒定的接收时钟。通过使用一个锁相环电路( p l l ) ，在接 收端可以恢复原始时钟。光纤通道f c 支持单模光纤、多模光纤、同轴电缆和双绞 线作为传输介质。但是，a s i 标准只明确定义了两种接口形式：同轴电缆和使用l e d 发射器的多模光纤。 2 2 1a s i 传输系统 图2 2 和图2 3 分别为基于同轴电缆和光纤的a s i 传输系统的主要构成。 第2 层l第1 层i第。层l m 蜊p e c ，蝴2t s 叫霉十舅h 羽蕾群 一 一l 。j 裟锪+ 8 髻弩 时钟数i c 鬻，篱h 塾醚悟 l 转换 图2 2 基于同轴电缆的异步串行传输连接 f i g u r e2 - 2c o a x i a lc a b l e b a s e da s y n c h r o n o u ss e r i a lt r a n s m i s s i o nl i n k 第2 层i第l 层i第。层4 m 侧p e g - 2 旷t s 川 螺翮川歼聱龋母 多模光纤 嚣患一8 髻等 同步宇 ( f c 逗号) 删除鬻b 孓鬻悟j 熬悟 图2 3 基于多模光纤的异步串行传输连接 f i g u r e2 - 3f i b r e o p t i c b a s e da s y n c h r o n o u ss e r i a lt r a n s m i s s i o n1 i n k 待传输的数据先按字节同步的形式打包成m p e g 一2 传输包。随后对字节进行 8 b 1 0 b 编码，每个8 b i t 字节产生一个1 0 b i t 码字。1 0 b i t 的码字通过输出速率 为2 7 0 m b p s 的并串转换器输出。如果并串转换器请求一个新的输入码字，而此 时数据源没有数据，这时就需要插入同步字( k 2 8 5 ) ，这些同步字被接收设备忽 略掉。在基于同轴电缆的应用中，并串转换器输出的串行比特流被送到放大缓 冲电路，然后通过一个耦合网络到达同轴电缆连接器。在基于多模光纤的应用中， 并串转换器输出的串行比特流被送到一个驱动l e d 发射器的驱动电路，而l e d 发射器又通过机械连接器和光纤连结。 华南理工大学硕士学位论文 在通过同轴电缆传输的系统中，接收到的数据通过连接器和耦合网络到达一 个时钟和数据的恢复电路。在基于光纤的传输系统中，用光敏探测器转变光信号 到电信号，再将电信号传到时钟和数据的恢复电路。 被恢复的串行数据经解码器解码，将1 0 比特的传输码字转换为8 比特最初被 传输的字节。为了恢复字节队列，解码器首先要寻找同步字；同步字是区别于输 入数据的唯一的1 0 b i t 图样。一旦发现同步字，即可确定随后接收到的数据的边 界并建立正确的解码器输出字节的字节队列。 2 2 2a s i 协议结构 d v b - a s i 信号的发送和接收建立了一个传输系统，该系统从空间层次来划 分，包含三层：第0 层：物理层；第1 层：数据编码层；第2 层：传送规则层。 2 2 2 1 第0 层：物理层 物理层定义了传输介质、驱动器和接收器，以及传输速率。物理接口提供了 l e d 驱动的多模光纤和同轴电缆。基本速率被定义为2 7 0 m b p s ( 信道传输速率) 。 在同轴电缆的应用中，以随机及与数据有关的抖动和占空系数失真的传统方式， 规定了允许抖动的最大值。在l e d 驱动的多模光纤为基础的应用中，依据随机的 抖动( r j ) 和确定的抖动( d j ) ，规定了抖动容限。因为这两神抖动，会引起接 收的串行比特流出现伪码现象。 2 2 2 2 第1 层：数据编码层 d v b a s i 数据编码层的传输规则包括串行编码规则、专用字符和差错控制。 它采用d c 平衡的8 b 1 0 b 传输码。这种码把每一个8 b i t 数据字节变换成具有下 列特性的1 0 b i t 码字：游程长度等于或小于4 b i t ；d c 编制最小。这种码通过无效 传输码点和“运行”的不等性来提供差错校验。作为超出对数据字节进行编码需 要的额外码点，规定了专用字符。特别是，逗号这个字符( 在8 b 1 0 b 传输码规 则中定义为k 2 8 5 专用字符) ，用来在d v b a s i 传输链路中建立字节对齐。a s i 接收系统以字节同步的方式接收m p e g 2 传送包，接收的参考时钟是采用固定的 2 7 m h z 的时钟频率。 在发送端对字节进行8 b 1 0 b 编码，对出现的每一个8 b i t 字节产生个1 0 b i t 的码字，使这些1 0 b i t 码字通过以固定输出比特率2 7 0 m b p s 工作的并串转换。如 果并串转换器请求输入一个新码字，但是数据源还没有准备好新码字，就应该插 入同步字( 或者称为逗号字符k 2 8 。5 ) 。接收端利用接收的串行比特流来恢复时钟 信号，同时，把串行比特流转变为1 0 b i t 的码字，经过8 b 1 0 b 解码器把这些1 0 b i t 的码字解码成8 b i t 的字节。在解码的同时识别出有效的m p e g 一2 数据信号和插入 的逗号字符( k 2 8 5 ) 。在传输的过程中，因为传输的抖动和干扰会引起传输出现伪 6 第二章d v b - a s i 标准简介 码。这种现象使得串并转换器错误识别接收的1 0 b i t 码字。 l 、编码要求 a s i 传输的第1 层进行编解码操作，并且其编解码是独立于传输介质属性 的。在第l 层，8 b 1 0 b 传输编码具有自检查能力和字节同步的功能。l o b 传输编 码是以不均匀的方式定义的，例如被传输的串行数据流中“1 ”b i t 和0 b i t 数目的不同。通过编码的不均匀特性，d c 平衡被维持。每个8 b 编码点在l o b 编 码点映象中有两个对应点，这两个对应点是通过对8 b 编码点正和负不均匀表示来 实现的。发送装置通过为待发送8 b 字节选择适当的正或负不均匀码字，来维持被 发送的串行比特流的动态不均匀性。接收装置将检查收到的比特流中正确的动态 不均匀性1 0 b 编码点和无效的1 0 b 编码点，来保证字节级的数据完整性。 2 、字节同步 字节对齐同步图样是8 b l o b 编码中的k 2 8 5 特殊字符。接收装置如果在5 个字节的窗口中收到2 个相邻的k 2 8 5 特殊字符，就可以提供一个j 下确对齐的字 节流。在第2 个k 2 8 5 特殊字符后收到的第1 个字节就应该是字节对齐的。 2 2 2 3 第2 层：传送规则层 a s i 传输的第2 层标准使用m p e g 一2 传输流包作为基本的信息单元。传输包可 以通过3 种方式传输：一种是以块状的连续字节传输，也就是说，在一个单独数 据包的传输流中不用插入同步字节；第二种方式是以单独的字节方式传输，在这 种方式中要插入同步字节；第三种方式是连续字节和同步字节相结合。此外，a s i 的第二层协议规定，在每个传输包之前至少要有两个同步字( k 2 8 5 ) 。尽管数据 包同步过程不是a s i 传输协议定义的内容，m p e g 一2 传输包同步字节( 4 7 h ) 被包 括到第2 层的包定义中，这样接收设备就可以实现包同步。 1 、传输要求 a s i 接口的第2 层定义使用m p e g 一2 传输流的语法，只是增加了在每个传输包 前需要有至少两个k 2 8 5 同步字符这个额外要求。只要最初是同步的，8 b i o b 接 收装置一般能够维持同步，不需要增加同步字符。但是当线路干扰等外界因素使 同步丢失时，增加的同步字节可以使一个传输包重新同步。 2 、传输包格式 传输包结构应该遵循e n i s o i e c1 3 8 1 8 一l 和e t s3 0 04 2 9 对传输流包的规定。 包长度可以是1 8 8 个字节或者2 0 4 个字节。 3 、传输包的传输方式 传输包可以通过两种方式出现在第2 层：一种是以突发连续字节的方式，如 图2 4 所示；另一种是以单独字节展开的方式，如图2 5 所示。这两个图反映了 不同类型的包传递在第i 层被看到的结果。 7 华南理t 大学硕士学位论文 l 二二二y 、丫二二二二二二= 二二= 二、厂丫二二二7 三三人j 、二三三三三三三人l 三| 8 b l o b 编码 填充数据 m p e g 传输包特殊字符k 2 8 5 1 8 8 0 b i t r l 1 0 b i t 图2 4 数据突发传输格式( 以1 8 8 字节为例) f i g u r e2 - 4t r a n s m i s s i o nf o r m a t w i t hd a t ab u r s t s ( e x a m p l ef o r1 8 8b y t e s ) 图2 5 数据包传输格式( 以1 8 8 字节为例) f i g u r e2 - 5t r a n s m i s s i o nf o r m a tw i t hd a t ap a c k e t s ( e x a m p l ef o r18 8b y t e s 、 2 2 3d v b a s i 系统解码规则 在d v b a s i 标准中明确规定了其接收系统的解码规则。它包括时钟同步规 则、恢复字节对齐规则、串并转换规则、8 b 1 0 b 解码规则。d v b a s i 接收系统 接收串行输入的比特流，这个比特流包括m p e g 2 传送数据流和特殊控制字符 k 2 8 ，5 。并通过接收到的串行比特流来恢复串行数据时钟，这个时钟是控制后继串 并转换、8 b 1 0 b 解码器的参考时钟。把接收到的串行比特流进行串并转换，这 个串并转换是采用每1 0 b i t 串行比特流作为一组来转换为1 0 b i t 码字。为了保证串 并转换是在正确的字节对齐状态下进行，必须进行恢复字节对齐处理。而用于对 齐的特殊字符k 2 8 5 是恢复对齐处理的关键字符。恢复字节对齐处理模块首先搜 索串行比特数据流中的k 2 8 5 字符0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 或者1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 ，当在5 个码字 窗口( 也就是5 0 个比特) 中搜索到两个相邻的k 2 8 5 特殊字符以后，就应该呈现已 正确对齐了的字节流。在第2 个k 2 8 5 特殊字符以后接收到的第1 个字节，应该 具有有效的字节对齐。经过串并转换之后的数据是一个1 0 b i t 码字，经过8 b 1 0 b 解码器解码成8 b i t 的字节。 8 b 1 0 b 编码规则如表2 - 1 所示。 表2 18 b 1 0 b 编码 t a b l e2 - 18 b l o be n e o d i n g 数据字节 d 7d 6d 5d 4d 3d 2 d 1 d o 8 b 信息字符 hgfedcba 1 0 b 传输字符 abcdelf g h j 首先，发送比特a 。表中每一个l o b 传输字符与一个名称) x y 有关。此处 x 为比特e d c b a 的1 0 进制值： 8 第二章d v b a s i 标准简介 ( x ) d 。2 ( e d c b a ) k 。 y 为比特h g f 的1 0 进制值： ( y ) d e c2 ( h g f ) b 。 从上面的编码规则中可以看出，在发送端把8 b i t 字节编码成1 0 b i t 传输字， 可以算出存在2 ”一( 2 x28 + 2 ) = 5 1 0 个冗余传输字。这些冗余传输字可以用于差 错控制，一旦接收到的l o b i t 传输字不是有效数据对应的传输字，也不是k 2 8 5 特殊字符，就说明数据出现了错误。 2 3m p e g 2 标准简介 2 _ 3 1m p e g 协议族 m p e g ( m o v i n gp i c t u r ee x p e r tg r o u p 运动图像专家组) 是运动图像和声音的 数字编码标准。它是标准化组织( i s o ) 和国际电工委员会( i e c ) 制订的。实际 上m p e g 是一个标准系列，有m p e g 一1 、m p e g 2 、m p e g 4 和m p e g ，7 等。 2 3 1 1m p e g 1 标准 m p e g 1 标准可以处理各种类型的运动图像，m p e g 1 所支持的输入图像格 式有两种：3 5 2 x 2 4 0 x3 0 和3 5 2 2 8 8 2 5 。其基本算法对于压缩水平方向3 6 0 个 象素、竖直方向2 8 8 个象素的空间分辨力，每秒2 4 至3 0 幅画面的运动图像有很 好的效果。在m p e g 1 标准中的一帧图像是成逐行扫描的图像。 m p e g 1 标准采用了一系列的去冗余技术以获褥高压缩比： 对色差信号进行亚取样以减少数据量； 采用运动补偿技术减少时间冗余度； 采用二维d c t 变换去除空间相关性； 对d c t 分量进行量化，将量化后的d c t 分量按频率重新排序： 将d c t 分量进行变字长编码； 对每个数据块的直流分量进行预测。 m p e g 1 是一个开放统一的标准，它为工业标准而设计，可适用于不同带宽 的设备。尽管其图像质量仅相当于v h s ( 家用录像系统) 视频的质量，还不能满 足广播级的要求，但已广泛应用于v c d 等家庭视像产品中。它也被用于数字电 话网络上的视频传输，如非对称数字用户线路( a d s l ) 、视频点播以及教育网络 等。 2 3 1 2m p e g 2 标准 m p e g - 2 ( g e n e r i cc o d i n go fm o v i n gp i c t u r ea s s o c i a t e da u d i oi n f o r m a t i o n 运动 图像及伴音信息的通用编码) 是由m p e g 组织开发的第二个标准【5 “7 一】，于1 9 9 4 9 华南理1 大学硕士学位论文 年1 1 月正式确定为国际标准。 m p e g - 2 标准特别适用于广播级数字电视的编码和传送。它是针对数字电视 和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定，并不是m p e g z 的简单升级，m p e g 2 在系统和传送方面作了更加详细的规定和进一步的完善， 并兼顾了与a t m 信元的适配问题。 m p e g - 2 中的图像类型分为三种：i 帧或称为内码帧，采用帧内编码，不参照 其它帧，是完整的独立编码帧，必须存储或传输；p 帧或称为预测帧，参照前一 个i 帧或p 帧做运动补偿编码；b 帧或称为双向预测帧，参照前一个或后一个i 帧或p 帧做双向运动补偿编码。 m p e g 2 标准目前有9 个部分，统称为i s o i e c1 3 8 1 8 国际标准。各部分的 内容如下： 第一部分- - i s o i e c1 3 8 1 8 1s y s t e m ：系统，描述多个视频、音频和数 据基本码流合成传送码流和节目码流的方式； 第二部分- - i s o i e c1 3 8 1 8 2v i d e o ：视频，描述视频编码方式； 第三部分- - i s o i e c13 8 18 - 3a u d i o ：音频，描述与m p e g 1 音频标准反 向兼容的音频编码方式； 第四部分- - i s o i e c1 3 8 1 8 - 4c o m p l i a n c e ：描述测试一个编码的码流是 否符合m p e g 2 码流方式； 第五部分一i s o i e c1 3 8 1 8 5s o f t w a r e ：软件，描述了m p e g 2 标准的 第一、二、三部分的软件实现方法； 第六部分一i s o i e c1 3 8 1 8 - 6d s m c c ：数字存储媒体一命令控制，描述 交互式多媒体网络中服务器与用户间的会话指令集。 以上六部分均已成为正式的国际标准，并在数字电视领域得到了广泛的实际 应用。 2 r 3 。1 3m p e g 4 标准 m p e o 4 标准1 9 】是对音视频对象进行编码，以内容为中心的描述方法。 m p e g 4 标准主要应用于视像电话( v i d e o p h o n e ) ，视像电子邮件( v i d e oe m a i l ) 和电子新闻( e l e c t r o n i c n e w s ) 等。 m p e g 4 利用很窄的带宽，通过帧重建技术压缩和传输数据，以求从最少的 数据获得最佳的图像质量。m p e g 4 的目标是建立一个通用有效的编码方法，对 音视频对象应用音视频数据格式进行编码，这些音视频对象可以是自然的或合成 的。m p e o 一4 标准支持7 个新功能，可粗略的分为3 类：基于内容的交互性、高 压缩率和灵活多样的存取模式。 1 0 第二章d v b - a s i 标准简介 2 3 1 4m p e g - 7 标准 m p e g 7 标准是针对存储形式( 在线、离线) 或流形式的应用而制定的，并 且可以在实时和非实时环境中操作。它的功能将和其它m p e g 标准互为补充， m p e g 1 、m p e g 2 、m p e g 4 是内容本身的表示，而m p e g 7 是有关内容的信息， 它是满足特定需求的视听信息的标准表示，并建立在其它m p e g 标准的基础之上。 m p e g 7 只规定内容描述格式，而不规定如何从原始的多媒体资料中抽取内 容描述的方法。m p e g - 7 是规定一个用于描述各种不同类型多媒体信息的描述符 的标准集合，还将对定义其他描述符及其结构( 描述方案) 以及他们之间的关系 的方法进行标准化。这种描述( 也就是描述符和描述方案的组合) 将与内容本身 关联起来，以便对用户感兴趣的素材进行快速高效的搜索。 2 ，3 1 5m p e g 标准比较 表2 - 2 对m p e g 1 、m p e g 2 和m p e g 4 的参数进行了比较，从中可以看出 m p e g 2 标准规定的音视频质量更能达到广播的质量。 表2 - 2 m p e g 标准比较表 t a b l e2 2c o n t r a s to fm p e g 参数m p e g 1m p e g 一2m p e g 4 最大视频分辨率3 5 2 * 2 8 81 9 2 0 * 1 1 5 27 2 0 * 5 7 6 缺省视频分辨率( p a l ) 3 5 2 * 2 8 87 2 0 * 5 7 67 2 0 * 5 7 6 缺省视频分辨率( n t s c ) 3 5 2 * 2 8 86 4 0 * 4 8 06 4 0 * 4 8 0 最大音频范围 4 8k h z9 6k h z 9 6k h z 最大数据率 1 5m b i t s8 0m b i t s5 至1 0m b i t s 帧频( p a l ) 2 5 f p s2 5 f p s2 5 f p s 帧频( n t s c ) 3 0 f p s3 0 f p s3 0 f p s 视频质量满意很好好至很好 进行编码的硬件要求低高很高 进行解码的硬件要求很低 中等高 2 3 2m p e g 2 系统部分 m p e g 2 标准主要包括三个部分：系统部分、视频部分和音频部分。由于 d v b a s i 标准所涉及到的m p e g 2 内容主要是其系统部分的传送流，因此有必要 对系统部分所涉及到的主要内容加以介绍。m p e g 2 视频部分和音频部分规范可 参考文献【6 ，7 】。 华南理工大学硕士学位论文 2 3 2 1m p e g 2 传送流语法结构 m p e g 2 系统部分 5 8j 有两种编码格式：传送流( t r a n s p o r ts t r e a m ，t s ) 和 节目流( p r o g r a ms t r e a m ，p s ) ，两种类型的冯流部可以实现基本流( e l e m e n t a r y s t r e a m ，e s ) 的复用( 基本流是对编码的视频、音频或其它数据的比特流的通称) ， 只是适用于不同的应用当中。节目流是针对错误相对较少的环境设计的，适用于 像交互式多媒体这样一些涉及软件处理系统信息的应用。与节目流相比较，传送 流是针对那些容易发生错误的环境而设计的，例如卫星信道等容易引入噪音干扰 以及容易丢失数据的存储传输环境。 传送流采用分组方式进行传输，分组长度固定为1 8 8b y t e s ，分为分组头部、 调整字段和有效负载三个部分，结构如图2 6 所示。其中调整字段是可选的，并 不是所有的传送流分组( 以下简称t s 分组) 中都出现调整字段。 图2 - 6t s 分组结构图 f i g u r e2 - 6s t r u c t u r eo ft sp a c k e t t s 分组采用固定分组长度有以下几点优点： 具有动态分配的灵活性 在固定分组方式中，采用分组标识符作为码流识别的方法，有利于对视频、 音频以及辅助数据业务的信道容量进行动态分配。整个信道容量在突发的数据传 输方式下可以重新分配。 具有可分级性 容易将传输格式分级，当信道加宽时可接入更多基本流，或者将基本流进行 系统复用。 具有可扩展性 对于新的基本码流来说，在传送层将其加入进行处理，无需做硬件上的改动， 只需要在发送端赋予其新的分组标识符。 具有较强的抗干扰性 由于分组长度固定，可以以分组为单位进行误码检测，具有较强的抗干扰性 能。 1 、t s 分组头部 t s 分组头部共四个字节，结构如图2 7 所示。 1 2 第二章d v b a s i 标准简介 图2 7t s 分组头部语法结构 f i g u r e2 - 7s t r u c t u r eo ft sp a c k e th e a d e rs y n t a x 下面对一些主要字段的语义加以介绍： s y n eb y t e ：分组同步字，是t s 分组的第一个字节，其值固定为0 x 4 7 ， 作为建立分组同步的信息。s y n cb y t e 可以用来对分组同步功能进行验证， 在解码器中可用作建立分组同步的基本信息源。 t r a n s p o r t _ e r r o r _ i n d i c a t e r ：传输错误指示，l b i t 。置l 表明在相关的 t s 分组中至少有一个不可纠正的错误位。当置l 后，在错误被纠正之 前不能重置为0 ，此时t s 分组中的有效负载不能使用。 p a y l o a d u n i t s t a r ti n d i c a t o r ：有效负载起始标志，l b i t 。用来指示t s 分 组包含有效负载数据的情况。空分组的此位置0 。对于只带有私用数据 的t s 分组，此位的含义没有定义。 t r a n s p o r tp r i o r i t y ：传输优先级，1 b i t 。置1 时表明相关的分组比其它 具有相同的分组标识符但此位没被置l 的分组具有更高的优先级，传 送机制可跟据此位确定一个基本流中数据的优先级。 p i d ( p a c k e ti d e n t i f i e r ) ：分组标识符，1 3 b i t s 。指示存储于分组有效负载 中数据的类型，由它可以识别出分组属于哪个基本码流或控制码流。由于 p i d 字段在t s 分组中的位置总是固定的，因此对分组中的p i d 进行