（信号与信息处理专业论文）基于atsc标准的数字电视机搜换台功能的研究及实现.pdf

中文摘要 随着数字电视技术的迅速发展和成熟化，世界各国纷纷制定从模拟电视向数 字电视过渡的发展规划和推进政策，以大力发展本国的数字电视产业，并抢占全 球市场先机。虽然在模拟电视到数字电视的过渡中，数字电视机顶盒发挥了重要 的作用，但是作为过渡产品它必将被数字电视一体机取代。研究并开发数字电视 一体机系统对我国数字电视产业的发展具有重要的现实意义。 本论文课题所在项目背景，基于b r o a d c o m 公司新一代集数字电视和模拟电 视接收和处理于一体的s o c 芯片( 即单芯片数字电视解决方案b c m 3 5 6 0 ) ，开发 一套能够同时支持a t s c 、d v b - c 和模拟电视接收的数字电视一体机系统。 本论文工作是完成b c m 3 5 6 0 数字电视一体机系统中基于a t s c 数字电视标准 的搜、换台功能模块。搜换台模块主要任务如下：建立节目信息数据库，包括数 据结构的定义和数据库操作接口的定义。实现节目信息的解析和存储，从t s 流 中解析出节目信息，主要解析v c t 、p a t 和p m t 三个表，并调用己定义的数据库 操作接口进行存储。设计搜台和换台流程，并最终实现数字电视自动搜台、手动 搜台以及换台的功能。 本模块同时支持a t s c 地面数字电视的搜换台和有线数字电视的搜换台，因 此在模块内部建立两套数据库，分别对应地面数字节目信息和有线数字节目信 息。本模块对这两种不同传输方式的数字电视系统在搜换台流程的实现上是一致 的。 本模块数据库的定义和节目信息的解析遵循i s o i e c1 3 8 1 8 - 1 和a t s c 标准， 主要涉及i s o i e c1 3 8 1 8 1p s i 信息的p a t 表、p m t 表，以及a t s cp s i p 信息的 v c t 表。自动搜台过程，简单地讲就是按照美国频道划分表逐个频点地对传输流 内上述三表进行信息提取和存储：而手动搜台即单频点搜台，只在某一指定频点 上进行上述操作。搜台过程完成后，就可根据其建立的数据库信息进行换台操作。 该模块已通过功能测试，在整机平台上能够稳定运行。 关键词： 数字电视b c m 3 5 6 0m p e ga t s c 表解析节目数据库搜台换台 a bs t r a c t w i t ht h er a p i d l y d e v e l o p m e n t a n dm a t u r a t i o no ft h e d i g i t a l t e l e v i s i o n t e c h n o l o g i e s ，c o u n t r i e sa l lo v e rt h ew o r l dh a v eb e e nc o m i n gt os e td o w nas e r i e so f d e v e l o p i n gp l a n sa n dp o l i c i e st op u s ht h et r a n s f o r m a t i o nf i o ma n a l o gt e l e v i s i o nt o d i g i t a lt e l e v i s i o ni no r d e rt og e te n e r g e t i c a lp r o g r e s si nt h ed i g i t a lt e l e v i s i o ni n d u s t r y a n dt a k et h ew o r l dm a r k e tq u i c k l y t h ed i g i t a ls e t - t o pb o xh a sp l a y e da l li m p o r t a n t r o l ei nt h ed i g i t a l i z a t i o no ft h et e l e v i s i o n h o w e v e r , i tw i l lb er e p l a c e db yd i g i t a l t e l e v i s i o ni n t e g r a t e ds e ta f t e ra 1 1 i ti sq u i t en e c e s s a r yf o rt h et e l e v i s i o ni n d u s t r yo fo u r c o u n t r yt od e v e l o ps u c hak i n do fd i g i t a lt e l e v i s i o ni n t e g r a t e dr e c e i v i n gs y s t e mw h i c h a l s oc a nr e c e i v ea n a l o gt v p r o g r a m s t h ep r o j e c tb a c k g r o u n do ft h i sp a p e r ：t od e v e l o pat e l e v i s i o nr e c e i v i n gs y s t e m s u p p o r t i n ga t s c 、d v b c a n da n a l o gt e l e v i s i o nb a s e do nab r o a d c o ms o c c h i p ( b c m 3 5 6 0 ) w h i c hi n t e g r a t e sb o t hd i g i t a la n da n a l o gt e l e v i s i o n sr e c e i v i n g & p r o c e s s i n gf u n c t i o n si ni t t h i sp a p e ri sm a i n l yo nt h ed e s i g na n da c c o m p l i s h m e n to ft h ed i g i t a lp r o g r a m s e a r c h & s w i t c hm o d u l ei nat vr e c e i v i n gs y s t e m t h ed e t a i lw o r ki n c l u d e s ：t o e s t a b l i s ht h ed a t a b a s eo fp r o g r a mi n f o r m a t i o n ，i n c l u d i n gt h ed e f i n i t i o no fd a t a s t r u c t u r e sa n dd a t ao p e r a t i o ni n t e r f a c e s ；t oe x t r a c tp r o g r a mi n f o r m a t i o no u to f t r a n s p o r ts l r e a m ，a n dt os t o r et h e s ei n f o r m a t i o ni n t od a t a b a s e ；t od e s i g np r o g r a m s e a r c hf l o wa n ds w i t c hf l o w , a n df i n a l l yt oc o m p l e t et h em o d u l ef u n c t i o n ，i e ， r e a l i z i n gp r o g r a ms e a r c ha n ds w i t c h t h i sm o d u l es u p p o r t sb o t ha t s ct e r r i s t r i a la n dc a b l ed i g i t a lt e l e v i s i o n ，f o re a c h t h e r ei sad a t a b a s eo fp r o g r a mi n f o r m a t i o n b u tb o t ha p p l yt ot h es a m ef l o wo f p r o g r a ms e a r c ho fs w i t c hi nt h i sm o d u l e t h i sp a p e r sw o r ki sc o m p l i a n tw i t hi s o i e c13 818 1a n da t s cs t a n d a r d s t h e d e f i n i t i o no fd a t as t r u c t u r e sa n dt h ea b s t r a c t i o no fp r o g r a mi n f o r m a t i o na r eb a s e do n i s o i e c1 3 818 - 1p s ii n f o r m a t i o na n da t s cp s i pi n f o r m a t i o n ，m a i n l yr e f e r r i n gt o p a t , p m ta n dv c t t h em o d u l eh a sp a s s e df u n c t i o n a lt e s t s ，a n di sa b l et or u ns t a b l yi nt h es y s t e m p l a t f o r m k e y w o r d s ：d i g i t a lt e l e v i s i o n , b c m 3 5 6 0 ，m p e g , a t s c ，t a b l ep a r s e ， d a t a b a s eo fp r o g r a mi n f o r m a t i o n ，p r o g r a ms e a r c h ，p r o g r a ms w i t c h 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫鲞叁堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：乍= 日亏参 签字日期： 。d 。7 年& 月3 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丕鲞态鲎可以将学位论文的令部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复帛0 手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：佣眵芬 导师签名： 签字日期：3 0 0 7 年月 日 签字日期：& 哆年& 眵 日 第一章绪论 1 1 数字电视及其特点 第一章绪论 电视是对人类生活产生巨大影响的技术发明之一。自从发明电视广播系统以 来，电视技术经历了从黑白电视到彩色电视的提高。随着数字技术、计算机技术、 通讯技术的飞速发展，电视广播系统又迎来了一次飞跃性的技术革命数字电 视技术。数字电视技术被称为继黑白电视和彩色电视之后的第三代电视技术，它 代表着当前电视广播技术的发展方向。 1 1 1 数字电视的概念小2 1 数字电视对于不同的人群和不同的场合有着不同的理解，这和电视的概念是 一样的。对普通老百姓来说，电视就是电视机，而电视台的人讲电视是指电视节 目制作和广播系统。而“数字电视 这一名词，在模拟电视系统向数字电视系统 转化时常被用于模拟系统中的数字设备，使得数字电视系统和模拟系统中的数字 设备的命名出现混淆。 那么什么是数字电视? 数字电视是一个系统工程，是指从电视节目的采集、录制、处理，到发射、 传输和接收、显示全部采用数字编码与数字传输技术的新一代电视系统。具体说， 就是将传统的模拟电视信号经过抽样、量化和编码转换成用二进制数代表的数字 式信号，然后进行数字化的处理、存储以及传输、接收和显示。 自然界和生活中的图像都是连续变化无间断的模拟信号，而数字信号在时 间、空间上都是离散的，要想进行数字化传输和处理，必须先转化成为数字信号。 简单地讲，数字化过程就是在符合抽样定理的前提下，对连续的模拟图像信号进 行像素点的亮度、色度的采样，然后将在时间和空间上离散化了的信号按一定的 量化间隔进行量化，达到幅度离散化，最后以特定规则编码，形成数字信号。 采用数字技术不仅使各种电视设备获得比原有模拟式设备更高的技术性能， 而且还具有模拟技术不能实现的许多新功能。数字电视使电视技术进入了一个崭 新的时代。 第一章绪论 1 1 2 数字电视的特剧3 】 与传统的模拟电视系统相比，数字电视系统具有以下优点： ( 1 ) 数字电视图像清晰度高，音频效果好，信号抗干扰能力强。数字电视 信号不像模拟信号在传输过程中受噪声积累的影响，其信噪比和连续处理的次数 无关。数字电视信号在连续处理过程中或在传输过程中引入杂波后，其杂波幅度 只要不超过额定电平，通过数字信号再生，都可能把它清除掉，即使某一杂波电 平超过额定值，造成误码，也可以利用纠错编、解码技术把它们纠正过来。所以， 在数字信号传输过程中，不会降低信噪比。而模拟信号在处理和传输中，每次都 可能引入新的杂波，为了保证最终输出有足够的信噪比，就必须对各种处理设备 提出较高信噪比的要求。模拟信号要求s n 4 0 d b ，而数字信号只要求s n 2 0 d b 。模拟信号在传输过程中噪声逐步积累，而数字信号在传输过程中，基本上 不产生新的噪声，也即信噪比基本不变。 ( 2 ) 易于实现信号的存储、控制和处理，存储时间与信号特性无关，并可 实现数字特技效果。近年来，大规模集成电路( 半导体存储器) 的发展，使得可以 存储多帧的电视信号，从而完成用模拟技术不可能达到的处理功能。例如，帧存 储器可用来实现帧同步和制式转换等处理，获得各种新的电视图像特技效果。 ( 3 ) 频谱资源利用率高，频道数量将成数倍增加。数字电视传送的是经过 压缩编码的信号，只需占用比较窄的频带。例如，地面广播时，一个原p a l 信道 可播放一套高清晰度数字电视或者4 套标准清晰度数字电视；有线电视网络中一 个p a l 信道可播8 - - 1 0 套标准清晰度数字电视。一个卫星转发器，只能转发一套 模拟电视节目，但可转发4 5 套同样清晰度等级的数字电视节目。 ( 4 ) 很容易实现加密、解密和加扰、解扰技术，便于电视广播的条件接收 应用( 如收费电视，或开展其它收费业务) 。 ( 5 ) 兼容现有模拟电视机，便于过渡。数字电视保存了现有模拟电视画面 格式，电视台电视节目制做设备也有类似特点。通过在现有模拟电视机前加装数 字机顶盒，即可收看数字电视节目。 ( 6 ) 可以和计算机“融合而构成一类多媒体计算机系统，成为未来“国 家信息基础设施”的重要组成部分。 可见，数字电视在各方面都具有压倒性的优势，无论国内国外，电视数字化 已成为不可逆转的趋势。 第一章绪论 1 2 数字电视发展概况 数字音视频压缩编解码技术的迅速发展和实用化，引发了一场消费电子产品 从模拟技术转化为数字技术的革命。随着网络与信息通信技术的不断发展与融 合，电视广播系统逐步全面数字化，并形成了全新的、市场潜力极其巨大的数字 电视产业。这一新兴产业引起了广泛关注，它被认为是2 1 世纪前景最广阔的产 业之一，也是国际范围内数字消费电子产品发展的重点。 1 2 1 世界各国数字电视的发展4 】 各国政府都把数字电视产业视为新的经济增长点，纷纷制定从模拟电视向数 字电视过渡的发展规划和推进政策。在数字电视的技术和市场成熟度上，美国、 日本、西欧等国家和地区的发展一直走在世界各国的前列。 一、美国 美国是世界上较早发展数字电视的国家。2 0 世纪8 0 年代末至9 0 年代中期， 美国在电视信号数字压缩方面取得了革命性的突破，实现了电视信号的全数字传 播。这一技术突破迅速确定了高清晰度电视的数字化发展方向。在技术领域，美 国不仅完成了数字电视标准的制订工作，而且已经率先实现了商用播出。 1 9 9 6 年美国联邦通信委员会f c c 正式批准了由美国高级电视制式委员会制 定的主要用于地面广播的数字电视标准。1 9 9 7 年f c c 又颁布实施了数字电视地 面广播的电视频道分配方案和时间表，为全美1 6 5 0 个电视台分配了用于数字电 视广播的频道，并公布到2 0 0 6 年所有电视台全部实现数字播出，彻底停止现行 模拟广播的日程表。f c c 规定：到2 0 0 7 年美国新生产的电视机将完成数字化转 型，即各种类型电视机将分阶段全部装备数字信号接收器。根据美国广播机构协 会的统计：2 0 0 2 年，在美国8 4 个地面电视广播城市和地区，已有2 4 4 个数字电 视台正式播出，数字电视覆盖率已经达到7 5 ；2 0 0 3 年，地面数字电视覆盖率已 经达到9 4 。 在普及地面数字电视方面，美国政府在有关法令和制度方面采取了积极措 施：规定接收数字电视信号天线的统一规格，并规定其必须加载接收地面数字电 视信号的功能；制定了著作权保护规则，规定数字电视接收机等设备必须适应特 殊防复制信号。在推广卫星数字电视广播方面，美国政府采取鼓励自由竞争的政 策。 二、欧洲 欧洲数字电视兴起比较早，目前无论从技术上还是用户规模上都处在稳定的 第一章绪论 成熟时期。以英、法、德为代表的西欧国家合作开发数字视频广播项目，并成立 了d v b ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t ，数字视频广播) 联盟。d v b 联盟制定了欧洲 地区统一的数字电视标准郴标准，其中最引人瞩目的是d v b 数字卫星和有 线电视传输系统的标准。这些标准已被大多数国家接受，并且为世界其他国家制 定相关标准提供了依据和参考。 欧洲数字电视卫星广播和有线广播分别于1 9 9 6 年和1 9 9 7 年开始播放。到 1 9 9 9 年，1 3 个欧盟国家都有了卫星数字电视广播，1 0 个欧盟国家都有了有线数 字电视广播以及近5 0 0 0 万有线终端升级为数字传输。目前，西欧卫星电视广播 的数字化已接近1 0 0 ，用户己超过5 0 0 万。欧洲数字电视的发展尤其以英国最 受关注。1 9 9 8 年英国就开始数字电视的地面广播，同年开始数字电视卫星广播， 并在2 0 0 1 年就关闭了其卫星模拟电视。现在，英国已经成为全球数字电视普及 率最高的国家，有超过一半的英国家庭看上了数字电视。 欧洲各国政府采取了多项政策措施来推动本国数字电视产业的发展。德国政 府媒体管理部门推出地面数字电视发展计划，并且通过由大城市试点向乡村试点 过渡来推动这一计划的实施。法国政府大力支持本国数字电视的发展，广播电视 管理机构选定了3 0 个频道作为国家地面数字电视开播的基础，并拟定出开播的 时间表。英国提出全面普及数字电视的时间表，计划在2 0 1 0 年停止模拟地面电 视广播。由于欧洲数字电视提供商采取了有效的措施吸引观众接收数字电视，替 用户承担数字电视机项盒的购置费，并且提供大量的付费节目供用户选择，其互 动电视用户规模已经超过美国。 三、日本 日本是高清晰度电视研究与开发起步最早的国家。早在1 9 8 8 年就率先用高 清晰度电视成功对汉城奥运会进行实况转播。1 9 9 6 年日本用c s 卫星开始卫星数 字电视广播，2 0 0 0 年开始用b s 卫星进行广播。1 9 9 8 年卫星数字电视用户为1 0 0 万，到1 9 9 9 年达到了1 6 0 万，到2 0 0 1 年，已达到将近4 0 0 万用户。日本有线数 字电视始于1 9 9 8 年，到2 0 0 1 年已超过1 0 4 8 万用户。预计到2 0 1 0 年将完成所有 有线网的数字化改造。 日本政府计划，2 0 0 6 年实现地面数字电视全国覆盖，主要是高清晰度数字 电视节目；2 0 1 1 年全国范围内的所有电视台都将采用数字信号发送，彻底结束 模拟信号发送的历史。为此，日本政府将在未来十年内投资巨额资金用于数字电 视的发展，以促进数字电视机消费、广播行业设备投资与相关新型服务业的繁荣。 同时日本政府还将投资帮助启动日本数字电视系统，其目标是为了在2 0 0 6 年前 全国都能接收到数字电视信号。 四、其他国家和地区 4 第一章绪论 韩国在汉城进行地面数字电视试验之后，决定采用美国的a t s c 标准。韩国 政府计划在2 0 1 0 年结束模拟信号传输，届时其国内的数字电视普及率将达到 9 5 。到目前为止，韩国的数字电视产品的销售额已经超过了模拟电视，成为主 导产品，已经充分显示了数字电视的发展潜力。 新加坡正向数字化迈进中，经过复杂的试验后，选择欧洲d v b 作为标准，并 开始了交互电视的试播。 巴西通过对欧洲、美国和日本数字电视标准的测试，决定采取日本的地面数 字电视标准。 除此之外，中国的台湾、香港地区以及澳大利亚等国在数字电视方面分别制 定了模拟向数字转化的时间表，对数字电视技术进行了积极的探索。 1 2 2 我国数字电视的发展【5 】 在我国，数字电视也开始逐步走向产业化、规模化之路。党中央、国务院高 度重视数字电视和数字电视产业化的发展。国家广电总局提出要建立传输平台、 业务平台、节目平台和监管平台的数字电视技术新体系，打造数字电视运营新局 面。 全国各主要城市的有线数字电视产业现己纷纷启动，并逐步进入推广和商业 化播出阶段。各地纷纷涌现出上海模式( 以内容集成、产业联盟为主的付费电视 推广) 、青岛模式( 整体平移推广和多媒体资讯服务为主) 、佛山模式( 以一卡一费 和梯级收视消费为主) 、杭州模式( 有线和以太网结合，提供交互型增值服务) 等 等。数字电视产业链正在逐渐形成，数字电视对节目内容、信息服务等的需求使 增值业务有了很大的发展，在经过初期的资金推动和政府支持后，内容提供商、 服务提供商和网络运营商正在数字电视产业中发挥越来越重要的作用。业内预 测：2 0 0 6 年以后，数字电视市场将呈现出昂扬之势，市场销售将急速扩张；各 主要城市将逐步普及数字高清电视的商业播出；人们对电视的要求将进一步提 高，城市中高清电视将成为数字电视的主流。 国家广电总局在广播影视科技“十五”计划和2 0 1 0 年远景规划中明确 提出：2 0 0 8 年主要城市普及数字高清电视，北京奥运会以数字高清电视的方式 向全世界转播；2 0 1 0 年全面实现数字电视广播，2 0 1 5 年停止模拟电视的播出。 根据广播影视科技“十五”计划和2 0 1 0 年远景规划，广电总局又发布了我 国有线电视向数字化过渡时间表，按照东部、中部、西部三个区域，分2 0 0 5 年、 2 0 0 8 年、2 0 1 0 年、2 0 1 5 年四个阶段全面实现有线电视数字化。 第一章绪论 1 3 数字电视机顶盒与一体机【6 】【7 】 数字电视机顶盒是可以将数字电视信号转换成模拟电视信号的变换设备。它 对经过数字化压缩的图像和声音信号进行解码还原，产生模拟的视频和声音信 号，通过电视显示器和音响设备给观众提供高质量的电视节目。 典型的数字机顶盒包括：用于控制的微处理器，存储器，用于接收射频信号 的调谐器和解调器，传输流解复用器，音频和视频解码器。当然，机顶盒也包含 用户接口，如对输入信号的遥控、对输出信号的图形显示的调整等等。 在模拟电视向数字电视转化的过程中，数字机顶盒的出现具有积极意义。广 大电视用户可以不必抛弃原有的模拟电视接收机，只要在模拟电视接收机前加置 一个数字机顶盒，就可以收看数字电视节目了。 所谓“一体机 ，就是将数字接收、解码与显示融为一体，当数字化完成并 且模拟频道关闭后，“一体机就该叫数字电视机或干脆叫电视机。数字电视“一 体机”是建立在机卡分离的基础之上的。所谓机卡分离就是将条件接收模块从“一 体机接收系统中分离出来，成为一个独立的模块，通过通用接口与“一体机” 相连。条件接收模块( c a m ，c o n d i t i o na c c e s sm o d u l e ) 实现c a 系统的解扰、解 密、认证等功能。机卡分离所指的卡，就是c a m 卡，其实就是条件接收模块。 由于“一体机 实现了机顶盒功能的内置，避免了杂乱的接线，具有节省空 间、使用方便等优点。数字电视一体机的成本也有明显优势。与普通电视相比， 数字电视一体机明显增加的成本只有c a m 卡的价格( 每张在1 5 0 - 2 0 0 元) ，而单个 机项盒的价格在4 0 0 6 0 0 元之间。对于一户多机的用户而言，一体机的成本显然 更低。而且，正如长虹营销公司数字电视事业部经理杨安泽所说：“用机顶盒来 收看数字电视，是将数字信号转换成模拟信号看，图象质量是要打折扣的。一因 此，对于潜在的电视用户来说，数字电视一体机将是更好的选择，可以省去既要 购买电视机还要加装机顶盒的麻烦，而且性价比也更高。 从长远来看，一体机才是真正的数字电视。在刚刚结束的2 0 0 6 年柏林电子 展上，飞利浦、三星、索尼推出的数字电视产品，基本上都是机卡分离的一体机。 目前已经推出数字电视一体机的厂家还有：上广电、厦新、西湖数源、创维、 厦华、t c l 等。实际上这些电视机厂大部分都在生产( d v b - t 或a t s c ) 机卡分离数 字电视一体机出口。 随着国内数字电视整体平移进度进一步加快，在数字电视设备领域，以机项 盒转换存量市场，以数字电视一体机发展增量市场，数字一体机和机顶盒长期共 存，逐渐成为业界共识。 6 第二章数字电视标准 第二章数字电视标准 2 1 数字电视三大标准体系【3 】【8 】【9 】 数字电视标准是一个庞大的标准体系，包含了多个技术标准，牵扯到数字电 视节目制作( 编辑) 、处理、广播( 传输) 、接收( 显示) 等多个技术环节。 目前，国际上存在三大数字电视标准体系，分别是美国a t s c 标准( a d v a n c e d t e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e ，先进电视制式委员会) 、欧洲d v b 标准( d i g i t a l v i d e ob r o a d c a s t i n g ，数字视频广播) 和日本i s d b 标准( i n t e g r a t e ds e r v i c e s d i g i t a lb r o a d c a s t i n g ，综合业务数字广播) ，如表2 - 1 所示。 其中，前两种标准用得比较广泛，特别是d v b 标准，已逐渐成为世界数字电 视的主流标准。 表2 - 1 数字电视的三种标准 标准体系 a t s c ( 美国)d v b ( 欧洲)i s d b ( 日本) 传输途径地面卫星有线 地面 卫星 有线地面卫星有线 q a m 或2 k s k分段 调制方式8 v s bq p s kq p s kq a 1 q p s kq a i l v s bc o f d m c o f d m 视频编码 姗e g 一2 m p e g - 2m p e g - 2 音频编码 a c - 3l 咿e g - 2m p e g - 2 复用方式m p e g - 2m p e g - 2m p e g - 2 在数字电视系统的各个技术环节中，数字节目制作的主要手段有：数字摄像 机、数字编辑器、数字字幕机、计算机等：信号处理的主要技术有：数字信号处 理技术( d s p 技术，d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g ) 、压缩、解压缩、缩放技术等； 广播传输手段即传输信道主要有：卫星广播、地面开路广播、有线电视电缆光缆 传输：接收显示的主要手段有：阴极射线管显示器即c r t 显示器、液晶显示器、 等离子体显示器、投影显示( 包括前投、背投) 等。 以上所述的各种技术手段中包括了数字电视系统的各种主要技术。其中信源 编码压缩、多路复用、信道编码与调制等是数字电视系统的技术核心。 7 第二章数字电视标准 数字电视信道编码与调制的目的是通过纠错编码、网格编码、均衡等技术提 高信号的抗干扰能力，通过调制把传输信号放在载波或脉冲串上，为发射做好准 备。我们目前所说的各国数字电视的制式，标准不能统一，主要是指各国在该方 面的不同，具体包括纠错、均衡等技术的不同，带宽的不同，尤其是调制方式的 不同。 目前，数字电视传输常用的调制方式有以下几种： 正交调幅调制即q a m 调制：调制效率高，传输途径的信噪比要求高，适合有 线电视电缆传输： 键控移相调制即q p s k 调制：调制效率高，传输途径的信噪比要求低，适合 卫星广播。 残留边带调制即v s b 调制：抗多径传播效应好( 即消除重影效果好) ，适合 地面广播。 编码正交频分复用调制c o f d m 调制：抗多径传播效应和同频干扰好，适合地 面广播和同频网广播。 数字电视系统根据不同的传输信道，采用不同的调制解调技术。 从表2 - 1 中可以看到：数字电视的三种标准a t s c 、d v b 和i s d b ，对于卫星 传输都采用了q p s k 调制：对地面开路传输，a t s c 采用v s b 调制，而d v b 和i s d b 都采用c o f d m 调制。对于有线传输，d v b 和i s d b 都采用q a m 调制，a t s c 采用q a m 或者v s b 调制。 数字电视信源编码压缩及多路复用完成的主要功能是：为解决信号数字化带 来的大信息量、高数据率的问题，提高传输效率和频谱资源利用率，对节目源的 数字化图声信号进行压缩编码，形成压缩数字信号源，并根据多个节目源传输的 要求，编码复用成单路串行的比特数据流。 信源编码压缩包括视频压缩和音频压缩。 国际上对数字视频压缩编码技术制定的标准有：主要用于电视会议的h 2 6 1 标准，主要用于静止图像的j p e g 标准( j o i n tp h o t o g r a p h i ce x p e r t sg r o u p ， 联合图像专家组) 以及主要用于连续图像的m p e g 标准( m o v i n gp i c t u r ee x p e r t s g r o u p ，活动图像专家组) 。 m p e g 标准成为目前视频压缩领域中最热也是应用最多的压缩技术。其中的 m p e g - 2 标准( 也称i s o i e c1 3 8 1 8 ) ，主要由视频( i s o i e c1 3 8 1 8 1 ) 、音频 ( i s o i e c1 3 8 1 8 2 ) 和系统( i s o i e c1 3 8 1 8 - 3 ) 三大部分组成。它是针对标准 清晰度电视和高清晰度电视在各种应用下视音频压缩和系统层的详细规定，特别 适用于广播级的数字电视的编码和传送。 从表2 - i 可以看出，a t s c 、o r b 和i s d b 三种标准对于视频编码和复用方式 第二章数字电视标准 都采用m p e g - 2 标准；对于音频编码，d v b 和i s d b 采用m p e g 一2 标准，而a t s c 采 用了d o l b ya c 一3 ( d o l b ys u r r o u n da u d i oc o d i n g - 3 ，杜比a c 一3 环绕声) 方案。 一、美国a t s c 标准 在美国，地面电视广播占其电视业务的一半以上。因此，美国在发展高清晰 度电视时首先考虑的是如何通过地面广播网进行传播，并提出了以数字高清晰度 为基础的标准a t s c 。 1 9 9 6 年底，美国联邦通信委员会批准将a t s c 标准作为美国国家数字电视标 准。美国数字高清电视地面广播频道的带宽为6 m h z ，调制方式采用8 v s b 。卫星 广播电视采用q p s k 调制，有线电视采用q a m 调制。 a t s c 数字电视标准由四个分离的层级组成，层级之间有清晰的界面。最高 层为图像层，确定图像的形式，包括像素阵列、幅型比和帧频等。接着是图像压 缩层和音频压缩层，分别采用m p e g 一2 标准和a c 一3 方案。再下来是系统复用层， 特定的数据被纳入不同的压缩包中，采用m p e g - 2 标准。最后是传输层，确定数 据传输调制和信道编码方案。 二、欧洲d v b 标准 d v b 标准规定数字电视系统使用统一的m p e g - - 2 压缩方法( 包括视频压缩和 音频压缩) 和m p e g 一2 传输流及复用方法。 从1 9 9 5 年起，欧洲陆续发布了：( 1 ) 数字电视地面广播标准d v b t ，采用 c o f d m 调制，8 m 带宽；( 2 ) 卫星广播标准d v b s ，采用q p s k 调制；( 3 ) d v b c 有 线广播标准，采用q a m 调制。其中最突出的是d v b - s ，它几乎为所有的卫星广播 数字电视系统所采用。 d v b 标准涉及广播传输系统、基带附加信息系统、交互业务系统、条件接收 及接口标准。d v b 数字广播系统利用了包括卫星、有线等所有通用电视广播传输 媒体，除了传送普通的视频、音频信号外，还需传送节目指南，以及图文、字幕、 图标等信息。d v b 数字广播系统中的许多业务都能根据需要，提供某种形式的交 互服务，其中，有些业务传送的是加扰的条件接收信息。d v b 数字广播系统能与 其他电信网络( 如p d h 、s d h 、a t m 等) 连接，这扩展了d v b 技术的应用范围，它 与这些电信网络的接口实现了d v b 向电信网络的过渡。 三、日本i s d b 标准 日本在1 9 9 9 年发布了数字电视标准i s d b ，它是日本数字广播专家组制订的 数字广播系统标准。i s d b 利用一种已经标准化的复用方案在一个普通的传输信 道上发送各种不同种类的信号，同时已经复用的信号也可以通过各种不同的传输 信道发送出去。i s d b 具有扩展性、共通性等特点，可以灵活地集成和发送多节 目的电视和其他数据业务。 9 第二章数字电视标准 四、中国数字电视标准n 钉 由于数字电视标准所包含的许多核心技术都涉及到相关知识产权，而且数字 电视的发射设备、传输设备和终端接收设备等下游产品的结构设计与制造工艺必 须依照传输标准而定，所以如果中国的数字电视产业采用外国的技术标准，势必 造成非常被动的局面，例如像d v d ( d i g i t a lv i d e od i s k ，数字视频光盘) 产业 那样交纳巨额的专利费用。因而制定具有自主知识产权的数字电视标准对于中国 的数字电视产业发展十分重要。 我国数字电视卫星标准采用欧洲d v b - s ，有线标准采用d v b - c 。 对于地面广播标准，日前，中国国家标准委在“2 0 0 6 年第8 号( 总第9 5 号) 中国国家标准批准发布公告 中发布了数字地面广播传输系统帧结构、信道编 码和调制。这项国家强制标准( 标准号为g b2 0 6 0 0 - 2 0 0 6 ) ，就是多方博弈了5 年之久的数字电视地面传输标准，将于2 0 0 7 年8 月1 日正式实施。此标准是清 华大学的d m b - t 标准和上海交大的a d t b - t 标准的融合。 数字电视地面广播有三种接收方式：地面固定接收、移动接收和手持设备接 收，我国数字电视地面标准主要适用于前两种接收方式，而针对手持接收将专门 制定手机多媒体广播标准。目前，国家标准并没有手持接收的标准。 2 2m p e g 一2 标准1 司 m p e g 标准是由国际标准化组织i s o 和国际电工委员会i e c 共同制定的视频 编解码标准，其目标是建立运动图像编码及其相关音频编码的国际标准。制定的 视频压缩标准有肝e g 一1 、m p e g - 2 、m p e g - 4 、m p e g - 7 等，其中m p e g 一2 视音频压缩 标准是专为数字电视传输和分配等高质量视音频应用而制订的。 m p e g 一2 标准目前分为9 个部分，各个部分的内容描述如下： ( 1 ) 第一部分i s 0 i e c l 3 8 1 8 一l ，系统：描述多个视频，音频和数据基本流 合成传输流和节目流的方式。 ( 2 ) 第二部分i s 0 i e c l 3 8 1 8 2 ，视频：描述视频压缩编码方法。 ( 3 ) 第三部分i s o i e c l 3 8 1 8 3 ，音频：描述与m p e g l 音频标准反向兼容 的音频压缩编码方法。 ( 4 ) 第四部分i s o i e c l 3 8 1 8 4 ，一致性测试：描述一个编码码流是否符合 m p e g 一2 码流的测试方法。 ( 5 ) 第五部分i s o i e c l 3 8 1 8 5 ，软件模拟：描述了m p e g - 2 标准的第一、 二、三部分的软件实现方法。 1 0 第二章数字电视标准 ( 6 ) 第六部分i s o i e c l 3 8 1 8 6 ，数字存储媒体的命令与控制扩展协议：描 述交互式多媒体网络中服务器与用户间的会话指令集。 以上六个部分均已获得通过，成为正式的国际标准，并在数字电视等领域中 得到了广泛的实际应用。此外，m p e g 一2 标准还有三个部分：第七部分先进声音 编码，是多声道声音编码算法标准，除了后向兼容m p e g l 音频标准之外，还有 非后向兼容的声音标准。第八部分原计划用于采样精度为1 0 位的电视图像编码， 但由于工业界对此兴趣不大，该部分现已停止开发。第九部分是m p e g - 2 一致性 扩展测试。第十部分是m p e g - 2 先进声音编码标准修正版。 2 2 1 系统层 m p e g 一2 标准的系统部分i s 0 i e c l 3 8 1 8 1 描述了将视频基本流、音频基本流 和其它数据流组合成适于存储或传输的编码数据流的规范。 n p e g - 2 系统层规范 i 图2 - ii s o i e c1 3 8 1 8 1 简化框图 从上图左侧可以看到，视频数据和音频数据分别经过视频编码器和音频编码 器进行压缩编码，生成了视频基本流和音频基本流。视频基本流和音频基本流也 称为视频e s 流和音频e s 流( e s ，e l e m e n t a r ys t r e a m ，基本流之意) 。 而图中右侧部分，就是m p e g - 2 标准系统层的简化框图。 视频e s 流和音频e s 流各自通过分组打包器的处理，生成视频打包基本流和 音频打包基本流，也称为视频p e s 流和音频p e s 流( p e s ，p a c k e t i z e de l e m e n t a r y 第二章数字电视标准 s t r e a m ，打包基本流之意) 。分组打包器，顾名思义，就是对连续的e s 流数据进 行分组，每一个数据组称它为数据包。该数据包具有一定的格式，其内容除了包 含e s 流的一组数据，还添加一些标志位和控制信息数据段，我们把这样的一个 数据包成为p e s 包。分组打包器输出的p e s 流就是由许多这样的p e s 包组成的。 最后，通过节目流复用器将视频p e s 流和音频p e s 流组合复用成一路节目流， 或者通过传输流复用器将视频p e s 流和音频p e s 流组合复用成传输流。节目流和 传输流也称为p s 流和t s 流( p s ，p r o g r a ms t r e a m ，节目流之意：t s ，t r a n s p o r t s t r e a m ，传输流之意) 。实际上，节目流复用器和传输流复用器的输入除了视、 音频p e s 流之外，还有相关的辅助和控制数据流，也可能会有其他私有数据流输 入，这在图2 1 中没有画出。无论是节目流复用器还是传输流复用器，首先都是 对每一个输入流( 包括p e s 流和数据流) 进行数据分组，并且对每一个数据组添 加相应的标志位和控制信息数据段，以构成具有一定格式的数据包；之后再对所 有输入流的分组数据包进行组合复用，最后生成了单个的多路复用流。但是，不 同的复用器，对数据分组的长度不同，构成的数据包具有的格式也不同。如，传 输流复用器对应t s 包，最后输出t s 流，t s 流实际上就是由许多个t s 包构成。 t s 包长度为固定的1 8 8 个字节。而节目流复用器对应p s 包，最后输出p s 流， p s 流实际上是由许多个p s 包构成。p s 包长度可变而且相对较长。 可见，m p e g 一2 系统层编码分为两个层次：打包基本流和系统流，系统流可 以是传输流或节目流。 传输流和节目流都是面向分组数据包的多路复用流，但适合于不同的应用。 节目流是由具有共同时间基准的一个或多个p e s 流组合而成的单个数据流，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到系统信息 软件处理的应用。传输流是由具有独立时间基准或者共同时间基准的一路或多路 节目组合而成的单个数据流，是针对那些容易发生错误的环境设计的，比如高噪 音媒体的存储或传输。节目流和传输流之间是可以转换的。比如，可以从传输流 中提取一路节目，并以此产生有效的节目流，这是通过传输流和节目流的共同转 换格式p e s 包即p e s 流数据包实现的。 2 2 2 传输流 t s 流由多个t s 包构成，t s 包结构如图2 - 2 所示。每一个t s 包由包头、适 应域和包数据3 部分组成。t s 包的长度固定为1 8 8 字节，其中包头长度占4 字 节，适应域( 可选) 和包数据共1 8 4 字节。 包头山同步字节、传输误码指示符、有效载荷单元起始指示符、传输优先、 第二章数字电视标准 p i d ( p a c k e ti d e n t i f i c a t i o n ，包识别标志) 、传输加密控制、适应域控制和连 续计数器8 个部分组成。 一同步字节，用于检测数据流中t s 包的开始，建立包同步；取固定值0 x 4 7 。 一传