数字电视的SDH网络传输技术及方案.doc

中国有线电视 2005 ( 23 ) CH INA D IG ITAL CABL E TV 数字电视 数字电视的SD H网络传输技术及方案刘瑞明 , 自兴发 , 孙坤(楚雄师范学院 ,云南 楚雄 675000)摘要 :主要介绍 SDH 网络传输技术在数字广播电视中的传输原理及其应用 ,同时提出几种利用网络技术来传输广播电视信号的应用方案 。关键词 : SDH 网络技术 ; M PEG 2; E1 N 传输SDH中图分类号 : TN 943. 6文献标识码 : B文章编号 : 1007 - 7022 ( 2005 ) 23 - 2285 - 03The SD H Ne twork Tran sm iss ion Techn o logy an d Schem e of D ig ita l Te lev is ionL IU R u i2m ing, Z I X ing2fa, SUN Kun( Chuxiong No rm a l Co llege, Yunnan Chuxiong 675000 , Ch ina)A b stra c t: In th is p ap e r, it is d iscu ssed tha t the tran sm ission p rinc ip le and app lica tion of SDH ne two rk techno l2 ogy in d igita l b roadca st and te levision . A t the sam e tim e, a few tran sm ission schem e of b roadca st and te levi2 sion signa l have fo rwa rded w ith SDH ne two rk techno logy.Key word s: SDH ne two rk techno logy; M PEG - 2; E1 N tran sm ission1 前言SDH 是 英 文 Synch ronou s D igita l H ie ra rchy 的 缩 写 ,中文译为同步数字体系 。 SDH 标准由国际电信联盟标准化部 ( ITU - T)制定 ,是继准同步数字体系 PDH 之后新一代公认的宽带传输体制 。其主要特点是采用 同步复用方式和灵活的复用映射结构 ,具有统一的标 准光接口和强大的网络管理能力 ,便于与各种传输网 络互联互通 ,非常适用于广播电视信号的传输 。2 SD H 技术的传输原理SDH 网由一些网络单元组成 ,而网络单元都由一 整套分等级的标准传输模块 STM ( Synch ronou s Tran s2 po rt Modu le)组成 。 SDH 信号中最基本最重要的模块 信号是 STM - 1 ,其传输速率为 155. 520 M b it / s。更高等级的 STM - N 信号则由 STM - 1 同步复用而成 。所有网络单元都有标准的光接口 ,包括同步光缆系统 、同 步复用系统 、分插复用器和同步数字交叉连接设备等 ,因此 ,可以在光路上实现互通 。由于 SDH 网提供的各 种速率的数字传输信道是透明的 ,经压缩后的数字电 视信 号 只 要 其 传 输 速 率 和 码 型 与 接 口 相 配 , 就 可 在 SDH 网上实现远距离传输 。3 利用 SD H 技术传输广播电视信号SDH 同步数字体系传输的是数字信号 ,而我国目 前的彩色电视为模拟信号 ,因此 ,利用 SDH 技术进行 传输前必须对模拟信号进行抽样 、量化和编码等数字 化处理 。3. 1 电视信号的抽样频率及数码率作者简介 :刘瑞明 ( 19642 ) ,男 ,讲师 ,主要研究方向为图像通信与传输 ;自兴发 ( 19712 ) ,男 ,讲师 ,主要从事电子技术教学工作 。刘瑞明等 :数字电视的 SDH 网络传输技术及方案中国有线电视 2005年第 23期在电视信号数字化过程中 ,抽样频率的选择首先应满足奈奎斯特抽样定理 ,即抽样频率至少要等于视 频带宽的 2 倍 。对于数字分量编码 , CC IR601 建议亮度抽样频率为 525 /60 ( 59. 94 ) 和 625 /50 三大制式行 频公倍数 2. 25 MH z的 6 倍 ,即 13. 5 MH z。对现行电 视制式而言 ,亮度信号的最大带宽是 6 MH z, 13. 5 MH z 2 6 MH z = 12 MH z, 所以 它符 合奈 奎 斯特 抽样 定 理 。而色差信号的带宽比亮度信号窄得多 ,所以在分量编码时两个色差信号的抽样频率可以低一些 。因同 时考虑减少抽样频率和两个色副载波频率差频对图像 的干扰 ,选择抽样频率为色副载波频率的整数倍 ;为满 足抽样样点形成正交结构要求 ,抽样频率必须是行频 的整数倍 ,所以两个色差信号的抽样频率均选为亮度信号抽 样 频 率 的 1 /2 或 1 /4 , 即 6. 75 MH z 或 3. 375MH z,这样亮度信号与两个色差信号的抽样频率之比 为 4 2 2 或 4 1 1 (称为 4 2 0 编码 ) 。这样 ,我国彩 色电视亮度信号 ( Y) 的最大带宽是 6 MH z,亮度信号( Y)的抽样频率至少要大于 6 MH z 2 = 12 MH z,取 13MH z最合适 。两个色差信号 ( R - Y, B - Y) 的带宽比 亮度信号 ( Y)的带宽窄得多 ,因而选取每个色差信号 的抽样频率为亮度信号抽样频率的 1 /2 ,即 6. 75 MH z。抽样后 ,模拟信号变成了离散序列 ,对抽样值进行 量化并用二进制数来表达其量值就是数字化过程 。量 化是用不连续值来代替连续值 ,其间的误差叫量化误差或量化噪声 。量化间隔越小 ,量化误差就越小 ,而数 字比特数则越多 ,这不利于数据的传输和存储 。我们 在选择量化级数时 ,就是在量化失真和数据率之间找 平衡 。对视频 信 号 (单 极 性 信 号 ) : 量 化 信 噪 比 S /N 10. 8 + 6 n ( dB )对音频信号 (双极性信号 ) : 量化信噪比 S /N 1.8 + 6 n ( dB )n 为比特数 。因为均匀量化会造成大信号时的信噪比 有余而小信号的信噪比不足 ,在编码时我们常寻求不 均匀量化来平衡信噪比需求和减少数据率的要求 。电视信号量化等 级的 确 定一 般由 主 观评 价来 决 定 。而主观评价表明 : 数字电视图像的量化等级选择8 b it均匀量化最合适 。这样 ,一方面图像不会出现噪 声干扰和失真 ;另一方面 ,设备不会过于复杂 ,成本不会太高 。 根据以上视频信号的抽样频率和量化比特数 ,就可计算出数码率 。亮度信号 ( Y) 和两个色差信号 ( R- Y, B - Y)的抽样频率之和为 27 MH z,采用 8 b it量化 ,视频信号的数码率为 27 8 = 216 M b it / s。3. 2 数字电视信号的码率压缩 电视信号经过数字化处理后的信号数码率太高 ,前面的分量编码总数码率为 216 M b it / s, 而复合编码 的数码率为 142 M b it / s,这样高的数码率占用了太宽 的频带 。而使用 M PEG - 2 数 字压 缩 技术 , 可 将信 号 码率压缩到 1. 5 15 M b it / s,所有压缩过程都是由相 应设备自动完成的 。实践 表 明 , 前 端 的 数 字 压 缩 设 备 由 于 采 用 了M PEG - 2数字压缩技术 ,视频信号的码率可压缩为 68 M b it / s,和原来的图像基本上没什么区别 。这样 ,如果每一路广播电视信号经 M PEG - 2 压缩的码率为6 M b it / s,在传输速率为 34. 368 M b it / s的信道内可容 纳 5个 M PEG - 2码流 ,每一个 STM - 1 模块包含 3 个34. 368 M b it / s,因此 ,在一个 STM - 1 内可容纳 15 个M PEG - 2 码流 ,则可传输 15 路广播电视节目 。实际 应用中 ,为了进一步提高频带利用率 ,通常再采用其他 交换复接技术 ,如 A TM 复接等 ,这样就可以传输更多套的广播电视节目 。3. 3 SDH 网传输广播电视信号的过程SDH 的 传 输 速 率 中 34. 368 M b it / s 和 139. 264M b it / s最适合 电视 图 像传 输 。广 播电 视 信 号 经 数 字 化 、码率压缩等处理后 ,形成的 M PEG - 2 码流就可以 在 SDH 网的物理平台上进行传输了 。广播电视信号的 M PEG - 2 码流可以通过 SDH 模块的 34. 368 M b it / s 或 139. 264 M b it / s的路线后 , 利用 SDH 技术 , 经复用 映射单 元 载 入 STM - 1 帧 结 构 的 净 负 荷 区 域 , 形 成 STM - 1信号 。当要传输的信号要求的容量大于 STM- 1 模块的最大容量时 ,可以采用若干个 STM - 1信号同步复用而成一个 STM - N 信号 ,即 STM - 4 , STM -16 , STM - 64 等 。以上 STM - N 信号的复接传输过程 由 SDH 网的终端复用器 ( TM ) 来完成 。转换成 SDH 形式的 STM - 1 广播电视信号通过光纤或者微波发射 进行传输 ,信号传到业务站点后经解码器将图像数据信号还原成模拟信号 ,通过调制器将其变换到相应的 频道 ,经有线电视 H FC网传到用户家中 。4 SD H 传输网传输广播电视信号的方案在 SDH 网络上进行数字电视传输有下传和回传 两种方式 。下传 ,是指中心台将统一制作好的多路电视节目传送给下属电视台 ,由下属电视台分配给家庭 用户 。回传 ,是下属电视台将本地的节目或新闻传送 给中心台 ,为中心台的节目制作提供素材 。传统的下传多采用模拟微波 、卫星广播等方案 ,但中国有线电视 2005年第 23期刘瑞明等 :数字电视的 SDH 网络传输技术及方案存在信道利用率不高 、传输质量差 、容易受到恶意干扰等问题 。而回传多采用模拟微波甚至录像带等手段 ,同样存在传输质量和节目的时效性差等问题 。 随着通信技术和广电事业的发展 ,目前许多电视台已经完成了光纤联网工程 ,使用 SDH 技术实现在光纤网络上的数字电视传输已成为大多数电视台的主流 方案 。根据实际组网的应用情况 ,我们提出如下几种在SDH 网上的数字电视传输方案 。4. 145 M b it / s下传方案广播电视中心台只要在各县 (市 、区 )和网络传输 中心配以带 D S3 接口的 M PEG - 2 压缩编解码器 , 适 配器 、复用器 ,就可以通过 SDH 的 45 M b it / s通道来下传或回传各地新闻及自办节目 ,这样既可以节约长途 光纤资源 ,又可以提高下传节目的信号质量及实时性 。 以下行传送 8套广播电视节目为例 ,其传输系统结构 框图如图 1所示 。播电视的节目数少得多 ,而 SDH 传输系统在两个方向上的传输速率则是对称相同的 ,而每套回传节目传送 到对端后 ,还要进行编辑和转发 ,因此 ,对回传节目的图像质量要求更高 。回传的每套电视节目一般采用 42 2格式的 M PEG - 2 编码方式 。以回传 3 套电视节 目为例 ,其传输系统结构框图如图 2 所示 。图 245 M b it / s回传传输系统结构框图需要说明的是 ,由于各个回传站所在的位置不同 , 各个回传站回传的每套节目需要占用 1 个 E3 或 D S3 通道 ,这样每套 M PEG - 2 压缩编码的速率可以调整 至 1015 M b it / s的范围 ,确保回传节目的图像质量比 下传节目质量更好 。4. 3E1 N 传输方案E1 N 传输方案使用多个 E1 接口传输 1 路数字 电视节目 (N = 2、3、4 ) 。因为 E1 接口是 SDH 的基本 接口 ,所以无须对 SDH 接口进行改造 。另外 ,由于编 解码器所占用的 E1 数目 N 是可变的 ,便于电视台对 不同质量要求的电视节目分配不同的带宽 ,同时便于图 145 M b it / s下传传输系统结构框图需要说明的是 :( 1 ) SDH 体制规定 STM - 1 帧结构中只能装载3开展基于 E1 信道的数据传输和信道出租等新业务 。个 VC - 3 容器 ,而每个 VC - 3 容器只能传输 1 个 D S3或 E3码流 ,因为 D S3 ( 45 M b it / s)容量比 E3 ( 34 M b it /s)大 ,所以我国广电部门明确优先选择 D S3 接口 。( 2 )现在采用的 M PEG - 2 编解码器具有 PDH 节 目标记符自动识别功能 ,只要发送端进入复用器时将 各路 M PEG - 2的端口号确定为它的节目地址号嵌入 各路 M PEG - 2 码流 ,在接收端 M PEG - 2 解码器采用级联方式工作 ,它们能依照不同的节目地址号识别各 自的 M PEG - 2 码流 , 因此可以省去接收端解复用器 的设备配置 。4. 2 45 M b it / s回传方案一般来说回传 (上行 ) 的电视节目数要比下传广该传输方案同时适合下传和回传 ,并且在回传时节省了复用器等设备 ,便于设备互联 。其传输系统结构框 图如图 3 所示 。图 3E1 N 传输系统结构框图这样 ,利用 SDH 技术形成的 STM - N 广播电视信号就可以通过由光纤 、微波 、卫星等组成的传输链路进 行传输 。在各种传输链路的接收端 ,通过解码器将数中国有线电视 2005 ( 23 ) CH INA D IG ITAL CABL E TV 数字电视 嵌入式硬盘用于数字机顶盒的关键技术胡艳平 , 樊滨温 (哈尔滨工业大学深圳研究生院 ,广东 深圳 518055 )摘要 :硬盘机顶盒以优秀通用的数字记录载体硬盘作为存储对象 ,提供了一种全新的电视节目观看方式 ,在一定程度上实现了电视节目的交互功能 。讨论了嵌入式硬盘文件管理系统 ,并提出私有文件管理 系统设计的基本思路和方案 ,对数字录制系统实现过程中的关键问题进行了详细的分析 ,并提出解决措施 。关键词 :数字机顶盒 ;嵌入式系统 ;文件管理系统中图分类号 : TN 949. 197文献标识码 : B文章编号 : 1007 - 7022 ( 2005 ) 23 - 2288 - 04The Key Techn o logy of Em bedded Ha rd D isk A pp l ica t ion in D ig ita l STBHU Yan2p ing, FAN B in2wen( H a rb in In stitu te of Techno logy Shenzhen Gradua te Schoo l, Guangdong Shenzhen 518055 , Ch ina)A b stra c t: H a rd d isk STB ( HD STB ) take s the m a rve lou s and common ly2u sed d igita l reco rd ing ca rrie r ( ha rd d isk) a s the sto rage ta rge t, p rovid ing a new way of wa tch ing TV p rogram s, to a ce rta in extend rea lizing the in2 te rac tive func tion of TV p rogram s. Th is p ap e r give s a de ta iled expo sition on the key techno logy of the m anage2 m en t system of file s in ha rd d isk. The de sign of the p riva te fil