浅谈数字电视PPT课件

1 浅谈数字电视 徐济奎 2 关于模拟电视 模拟信号 彩色传输标准 NTSC 用于美国 加拿大 中美洲 南美的大部分地区和日本 PAL 用于英国 受到英联邦影响的国家和地区 很多西欧国家和中国SECAM 用于法国 受到法国影响的国家和地区 俄罗斯 大部分前苏联国家 以及受到俄罗斯影响的国家 3 关于模拟电视 模拟信号的比较 模拟信号的相似点 所有制式都使用交叉的两场来形成一个完整的帧 所有信号都包括亮度 色度 同步和声音分量 所有信号都使用幅度调制 将图像信息搬到图像载波上 在大多数情况下 使用负极信调制 在同步间隔期间 发射机出现最大的功率输出 在峰值白电平期间 出现最小输出功率 音频在伴音载波上传输 伴音载波偏置在比图像载波更高的频率 大多数情况使用频率调制 所有制式使用残留下边带方法 所有制式都从红 绿 蓝分量中得到亮度信号和两面个色差信号 4 关于模拟电视 模拟信号的区别 在世界上的很多国家 频道分配使用不同的频谱 有的国家只有VHF 有的国家只有UHF 其它国家两种都有 各个国家之间 VHF和UHF的分配没有必要相同 频道带宽不同 NTSC使用6MHZ PAL版本存在6 7 8 MHZ带宽 SECAM使用8MHZ带宽 视频信号带宽不同 NTSC使用4 2MHZ带宽 PAL使用4 2 5和5 5MHZ带宽 SECAM使用6MHZ带宽 信号的行结构不同 NTSC使用每帧525行 每秒30帧 60场 PAL和SECAM使用每帧625行 每秒25帧 50场 因此 扫描频率也不同 5 关于模拟电视 模拟信号的区别 色度子载波信号不兼容 NTSC使用3 579545MHZ SECAM使用两个子载波4 40625和4 250MHZ 色度子载波值是从行频中得到的 是为了将色度信息交错到亮度信号之间 而不会造成过度干扰 所有三种标准的彩色编码系统不相同 国像和伴音载波之间的偏移量不同 在NTSC中 偏移量为4 5MHZ 在PAL中 间距为5 56 5 6 0MHZ SECAM使用6 5MHZ SECAM的一种形式采用正极性图像调制 峰值白电平产生发射机的最大功率输出 对音频使用幅度调制 6 数字电视的概念 数字电视 DTV DigitalTelevision 是指采用数字技术将活动图像和声音等信号进行编码 压缩等处理 经存储或实时广播后 供用户接收 播放的电视系统 系统的各个环节 包括从演播室节目制作 到传送 存储 传输 直至接收 显示等过程都采用数字技术 与传统的模拟电视相比 数字电视在图像和声音质量两面都有重大改进 根据清晰度可分为 标准清晰度数字电视 SDTV StandardDefinitionTelevision 和高清晰度数字电视 HDTV HighDefinitionTelevision 7 DTV的优点 1 清晰度高 音频效果好 由于数字电视全过程采用数字技术 不受节目编辑 传输 转播和接收的影响 SDTV数字电视节目可以达到DVD质量 在观看HDTV节目时清晰度是目前电视的4倍以上 如35mm电影般清晰 2 频带利用率高 原PAL频道可播放3到8套标清数字电视 3 抗干扰性能好 解决了模拟电视中的闪烁 重影 亮色互串等问题 可以实现城市楼群的高质量接收 移动载体中也可接收到清晰的数字电视节目 4 便于开展各种综合业务和交互业务 包括因特网业务 有利于构建 三网合一 的信息基础设施 5 节目的加密处理等应用 8 三种数字电视标准 目前全球数字电视广播领域已有三种相对成熟的数字电视标准 美国的标准是ATSC AdvancedTelevisionSystemCommitee先进电视制式委员会 欧洲的标准是DVB DigitalVideoBroadecasting数字视频广播 日本的标准是ISDB IntegratedServicesDigitalBroadcasting综合业务数字广播 9 ATSC标准 在1996年由美国高级电视系统委员会 ATSC 提出了以数字高清晰度电视为基础的标准 ATSC AdvancedTelevisionSystemCommittee先进电视制式委员会 ATSC数字电视标准由四个分离的层级组成 最高层是图像层 确定图像的形式 包括象素阵列和帧频 第二层是图像压缩层 采用MPEG 2图像压缩标准 第三层是系统复用层 特定的数据被纳入不同的压缩包中 最后一层是传输层 确定数据传输的调制和信道编码方案 10 ATSC标准 对于地面广播 其标准采用Zenith公司开发的8VSB 此系统可通过6MHz的地面广播频道实现19 3Mb s的传输速率 该标准也包含适合有线电视系统高数据率的16VSB模式 可在6MHz的有线信道中实现38 6Mb s的传输速率 下面两层共同承担普通数据的传输 上面两层确定地普通数据传输的基础上运行的特定配置 如HDTV或SDTV 标准清晰度电视 上面两层还确定ATSC标准支持的具体图像格式 共有18种格式 HDTV6种 SDTV12种 14种采用逐行扫描方式 HDTV 1920像素 H 1080像素 V 宽高比16 9 帧频60Hz 隔行扫描制 帧频30Hz 逐行扫描制 帧频24Hz 逐行扫描制 HDTV 1280像素 H 720像素 V 宽高比16 9 帧频60Hz 逐行扫描制 帧频30Hz 逐行扫描制 帧频24Hz 逐行扫描制 SDTV 704像素 H 480像素 V 宽高比16 9或4 3 帧频60Hz 隔行扫描制 帧频60Hz 逐行扫描制 帧频30Hz 逐行扫描制 帧频24Hz 逐行扫描制 SDTV 640像素 H 480像素 V 宽高比4 3 帧频60Hz 隔行扫描制 帧频60Hz 逐行扫描制 帧频30Hz 逐行扫描制 帧频24Hz 逐行扫描制 11 ATSC标准 HDTV除一种之外 图像格式都采用逐行扫描 因为1920 1080格式不适合在6MHz信道内以60帧 秒进行逐行扫描 故以隔行扫描取代之 SDTV的640 480图像格式与计算机的VGA格式相同 保证了与计算机的适用性 在所有12种SDTV格式中 有9种采用逐行扫描 保留3种为隔行扫描方式以适应现有的视频系统 尽管ATSCDTV标准包含了高数据率的16VSB传输模式以适应有线电视系统 而美国的有线电视业实际上采用的是相近但不相同的标准 这是因为美国有线电视业在ATSCDTV标准被FCC通过之前已对发展不同的数字化技术投入大量的资金 作为ATSC的重要成员 有线电视通信工程协会已采纳了数字化有线系统的标准 此标准协调了美国有线工业现行标准化和ATSCDTV的标准 另外 这些有线标准包括反映现行标准的一级图像格式 ATSCSDTV图像格式 同时设定了一套二级图像格式 有线业可用于后兼容的电视上 二级图像格式与ATSCDTV格式相同 包括HDTV和SDTV两种格式 12 ATSC标准 另外 ATSC还开发通过了在帧频为50Hz的国家使用的另行标准 HDTV的像素阵列相同 但帧频为25HZ和50HZ SDTV格式的垂直分辨率为576行而水平分辨率则不同 也包含352 288格式 适应必要的窗口设置 基于50Hz版本的ATSCDTV标准使采用帧频为50Hz的国家更易于使用 ATSC成员30个 其中有美国国内成员20个 来自阿根廷 法国 韩国等7个国家的成员10个 我国的广播科学研究院也参加了ATSC组织 13 DVB DigitalVideoBroadecasting数字视频广播 DVB标准包括 DVB广播传输系统 DVB基带附加信息系统 DVB交互业务系统1 DVB广播传输系统DVB数字广播传输系统利用了包括卫星 有线 地面 SMATV MNDSD在内的所有通用电视广播传输媒体 它们分别对应的DVB标准中 DVB S DVB C DVB T DVB SMATV DVB MS和DVB MC 14 卫星 DVB S及DVB S2 有线 DVB C 地面无线 DVB T 手持地面无线 DVB H 这些传输方式的主要区别在于使用的调制方式 因为不同它们应用的频率带宽的要求不同 利用高频载波的DVB S使用QPSK调制方式 利用低频载波的DVB C使用QAM 64调制方式 而利用VHF及UHF载波的DVB T使用COFDM调制方式 15 DMB TH作为中国地面数字电视标准 既突破了美国地面数字电视ATSC标准不支持移动接收的局限 又超越了欧洲地面数字电视DVB T标准抗噪声和多径干扰的能力 它的主要核心技术来自于清华大学地面数字电视方案DMB T 是从国标的众多调制模式和应用功能中优选出来的技术实现体系 是一套可以独立运行的可扩展技术方案 正有如移动通信技术中2 5G的GPRS或CDMA均可独立运行 16 DMB TH DMB TH采用了PN序列填充的时域同步正交频分复用 TDS OFDM 多载波调制技术 这种独特的先进技术有机地将信号在时域和频域的传输结合起来 在频域传送有效载荷 在时域通过扩频技术传送控制信号以便进行同步 信道估计 实现快速码字捕获和稳健的同步跟踪性能 17 DMB TH相比优点 DMB TH能够提供更高的数据传输带宽 由于DMB TH不需要象欧洲DVB T那样浪费很多导频信号来进行同步和均衡 因此在同样条件下其有效载荷传输能力比欧洲DVB T高出10 这使得在同样的无线频谱内能够提供更高的数据带宽 DMB TH能够实现更大的信号覆盖范围 DMB TH比欧洲DVB T的接收门限要有2dB的优势 接收灵敏度大大提高 使得DMB T在同样的发射条件下能够覆盖更大的区域 确保较少的投资就可以完成覆盖意图 同时可以降低电磁辐射污染 18 DMB TH相比优点 DMB TH能够满足在各种高速载体上开展业务 DMB TH能够在大于200公里时速的超常规速度的载体上正常接收高清晰度的数字电视信号 正是因为DMB TH采用的时域快速信道估计技术 使系统同步和信道估计时间比欧洲DVB T缩短约100倍左右 这为地面数字电视广播在各种载体上进行接收提供了有利条件 如高速汽车 高速火车 轮渡等 这是欧洲DVB T技术所不能达到的 DMB TH能够更好地支持城域 省域单频网 DMB TH严格的与绝对时间同步的帧结构 使其比欧洲DVB T的同类设备更容易实现同时同频发送同一信号的单一频率网络 节约我国宝贵的不可再生的无线频率资源 同时可确保在更大范围的城域 省域内支持移动接收的单频网 19 DMB TH相比优点 DMB TH为地面数字电视的可持续发展做好了技术准备 DMB TH独特的信号帧结构 可以融合多业务广播 DMB TH在解决了数字高清晰度电视传输问题的同时 将给高速信息用户接入和移动通信领域带来新的发展空间 这些新的业务主要包括 可以进一步扩展互联网应用 增加组播 点播 导呼业务 拓展视频 数据 语音等的综合的和交互的应用业务 开发更加便携的移动接收业务 包括手机接收数字电视等 进一步开发接收机定位业务 20 DVB广播传输系统 DVB S ETS300421 数字卫星直播系统标准该标准以卫星作为传输介质 通过卫星转发的压缩数字信号 经过卫星接收机后由卫星机顶盒处理 输出现有模拟电视机可以接收的信号 这种传输覆盖面广 节目量大 数据流的调制采用四相相移键控调制 QPSK 方式 工作频率为11 12GHz 在使用MPEG 2的MP ML 主类 主级 格式时 用户端达到CCIR601演播室质量的码率为9Mb s 达到PAL质量的码率为5Mb s 一个54MHz转达发器传送速率可达68Mb s 并可供多套节目复用 在DVB S标准公布之后 几乎所有的卫星直播数字电视均采用该标准 包括美国的Echostar等 我国也选用了DVB S标准 21 DVB广播传输系统 DVB C ETS300429 数字有线广播电系统标准该标准以有线电视网作为传输介质 应用范围广 它具有16 32 64QAM三种方式 工作频率在10GHz以下 采用64QAM正交调幅调制时 一个PAL通道的传送码率为41 34Mb s 还可供多套节目复用 系统前端可从卫星和地面发射获得信号 在终端需要电缆机顶盒 2001年国家广电总局已颁布行业标准 有线数字电视广播信道编码和调制规范 该标准等同于DVB C标准 行标的制订有利于我国有线数字电视的推进 DVB C传输系统的具有如下几点主要特点 1 可与多种节目源相适配 DVB C传输系统所传送的节目既可来源于从卫星系统接收下来的节目 又可来源于本地电视节目 以及其它外来节目信号 2 可用于标准数字电视又可用于HDTV 22 DVB广播传输系统 DVB T ETS300744 数字地面广播系统标准这是最复杂的DVB传输系统 地面数字发射的传输容量 在理论上大致与有线电视系统相当 本地区覆盖好 现在采用编码正交频分复用 COFDM 调制方式 8MHz带宽内能传送4套电视节目 而且传输质量高 但这种系统其接收费用高 频道也较少 23 DVB广播传输系统 DVB SMATV ETS300473 数字SMATV 卫星共用天线电视 广播系统标准该标准是在DVB S和DVB C基础上制定的 DVB MS ETS300748 高于10GHz的数字广播MMDS分配系统标准MMDS是采用调幅微波向多点传送 分配多频道电视节目的系统 该标准基于DVB S 使携带大量节目的微波信号直接入户 用DVB S接收机配上一个MMDS频率变换器就可接收DVB MS信号 DVB MC ETS300749 低于10GHz的数字广播MMDS分配系统标准该标准基于DVB C 使携带大量节目的微波信号直接入户 用DVB C接收机配上一个MMDS频率变换器就可接收DVB MC信号 24 DVB基带附加信息系统 DVB基带附加信息系统DVB数字广播系统除传送普通的视频 音频信号外 还需传送接收IRD调谐 节目指南 以及图文 字幕 图标等信息 适用于此类基带附加信息系统的DVB标准包括 DVB SI DVB TXT和DVB SUB 25 DVB基带附加信息系统 DVB SI ETS300468 数字广播业务信息系统标准该标准用于IRD自行设置 并为用户提供广播业务指南 DVB SI由一系列的表和描述符构成 它们给出了有关DVB业务或节目的所有参数 DVB TXT ETS300472 数字图文广播系统标准 该标准用于固定格式图文电视的传送 DVB SUB ETS300743 数字广播字幕系统标准 该标准用于字幕及图标 台标等 26 DVB交互业务系统 DVB交互业务系统DVB数字广播系统中的许多业务能根据需要 提供某中形式的交互服务 在通用DVB数字广播系统的基础上 进一步构成交互业务系统的要素包括与其他相关国际标准兼容的交互业务网络独立协议 传送交互服务过程命令与控制信号的回传信道等 与此对应的交互业务系统DVB标准有 DVB NIP DVB RCC和DVB RCT DVB NIP ETS300802 DVB交互业务网络独立协议标准 DVB RCC ETS300800 CATV系统DVB反传信道标准 DVB RCT ETS300801 PSTN ISDN的DVB反传信道标准 27 编码正交频分复用 COFDM 调制方式面方框图 28 COFDM 调制方式 从天线接收下来的信号经调谐器放大 变频后转换成中频信号 再经过放大和A D转换成数字信号 其中A D采样时钟受压控振荡器 CVXO 控制 采样时钟偏移由采样时钟同步估计得到 A D转换后的一路数据做AGC检测去控制调谐器的输出 另一路数据经R C变换成FFT所需要的复信号 同步部分利用时域保护间隔和频域发端插入的带内已知导频 估计并跟踪确定时域FFT窗口位置 同时估计由于收发上下变频引起的频偏 经过频偏控制单元跟踪频偏 送到数字频偏校正单元对数据流进行频偏校正 采样时钟同步估计得到收发采样晶振不能完全匹配带来的采样时钟误差 经数字锁相环 PLL 送给压控振荡器 使收