数字电视标准PPT课件

1 数字电视 英文名称 DigitalTV数字电视的概念 数字电视就是指从演播室到发射 传输 接收的所有环节都是使用数字电视信号或对该系统所有的信号传播都是通过由0 1数字串所构成的数字流来传播的 数字信号的传播速率是每秒19 39兆字节 如此大的数据流的传递保证了数字电视的高清晰度 克服了模拟电视的先天不足 同时还由于数字电视可以允许几种制式信号的同时存在 每个数字频道下又可分为几个子频道 从而既可以用一个大数据流 每秒19 39兆字节 也可将其分为几个分流 例如4个 每个的速度就是每秒4 85兆字节 这样虽然图像的清晰度要大打折扣 却可大大增加信息的种类 满足不同的需求 例如在转播一场体育比赛时 观众需要高清晰度的图像 电视台就应采用每秒19 39兆字节的传播 而在进行新闻广播时 观众注意的是新闻内容而不是播音员的形象 所以没必要采用那么高的清晰度 这时只需每秒3兆字节的速度就可以了 剩下16 39兆字节可用来传输别的内容 如今 数字电视是人们谈论最多的热闹话题之一 由于数字电视是种新鲜事物 一些相关报道及文章介绍中出现似是而非的概念 诸如 数码电视 全数字电视 全媒体电视 多媒体电视 等 造成大众感到困惑 茫然不知所措 其实 数字电视 的含义并不是指我们一般人家中的电视机 而是指电视信号的处理 传输 发射和接收过程中使用数字信号的电视系统或电视设备 其具体传输过程是 由电视台送出的图像及声音信号 经数字压缩和数字调制后 形成数字电视信号 经过卫星 地面无线广播或有线电缆等方式传送 由数字电视接收后 通过数字解调和数字视音频解码处理还原出原来的图像及伴音 因为全过程均采用数字技术处理 因此 信号损失小 接收效果好 数字电视的原理 将电视的视音频信号数字化后 其数据量是很大的 非常不利于传输 因此数据压缩技术成为关键 实现数据压缩技术方法有两种 一是在信源编码过程中进行压缩 IEEE的MPEG专家组已发展制订了ISO IEC13818 MPEG 2 国际标准 MPEG 2采用不同的层和级组合即可满足从家庭质量到广播级质量以及将要播出的高清晰度电视质量不同的要求 其应用面很广 它支持标准分辨率16 9宽屏及高清晰度电视等多种格式 从进入家庭的DVD到卫星电视 广播电视微波传输都采用了这一标准 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 如 在欧洲DVB数字电视系统中 数字卫星电视系统 DVB S 采用正交相移键控调制 OPSK 数字有线电视系统 DVB C 采用正交调幅调制 QAM 数字地面开路电视系统就 DVB T 采用更为复杂的编码正交频分复用调制 COFDM 2 数字电视的分类数字电视可以按以下几种方式分类 1 按信号传输方式分类 可以分为地面无线传输 地面数字电视DVB T 卫星传输 卫星数字电视DVB S 有线传输 有线数字电视DVB C 三类 2 按产品类型分类 可以分为数字电视显示器 数字电视机顶盒 一体化数字电视接收机 3 按清晰度分类 可以分为低清晰度数字电视 图像水平清晰度大于250线 标准清晰度数字电视 图像水平清晰度大于500线 高清晰度数字电视 图像水平清晰度大于800线 即HDTV VCD的图像格式属于低清晰度数字电视 LDTV 水平 DVD的图像格式属于标准清晰度数字电视 SDTV 水平 4 按显示屏幕幅型分类 可以分为4 3幅型比和16 9幅型比两种类型 5 按扫描线数 显示格式 分类 可以分为HDTV扫描线数 大于1000线 和SDTV扫描线数 600 800线 等 3 数字电视的优点数字电视技术与原有的模拟电视技术相比 有如下优点 l 信号杂波比和连续处理的次数无关 电视信号经过数字化后是用若干位二进制的两个电平来表示 因而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某一额定电平 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 不会降低信杂比 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杂比 就必须对各种处理设备提出较高信杂比的要求 模拟信号要求S N 40dB 而数字信号只要求S N 20dB 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 也即信杂比基本不变 2 可避免系统的非线性失真的影响 而在模拟系统中 非线性失真会造成图像的明显损伤 3 数字设备输出信号稳定可靠 因数字信号只有 0 l 两个电平 l 电平的幅度大小只要满足处理电路中可能识别出是 l 电平就可 大一点 小一点无关紧要 4 易于实现信号的存储 而且存储时间与信号的特性无关 近年来 大规模集成电路 半导体存储器 的发展 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 5 由于采用数字技术 与计算机配合可以实现设备的自动控制和调整 6 数字技术可实现时分多路 充分利用信道容量 利用数字电视信号中行 场消隐时间 可实现文字多工广播 Teletext 7 压缩后的数字电视信号经数字调制后 可进行开路广播 在设计的服务区内 地面广播 观众将以极大的概率实现 无差错接收 发 0 收 0 发 l 收 l 收看到的电视图像及声音质量非常接近演播室质量 8 可以合理地利用各种类型的频谱资源 以地面广播而言 数字电视可以启用模拟电视 quot 禁用频道 taboochannel 而且在今后能够采用 单频率网络 singlefrequencynetwork 技术 例如l套电视节目仅占用同1个数字电视频道而覆盖全国 此外 现有的6MHz模拟电视频道 可用于传输l套数字高清晰度电视节目或者4 6套质量较高的数字常规电视节目 或者16 24套与家用VHS录像机质量相当的数字电视节目 9 在同步转移模式 STM 的通信网络中 可实现多种业务的 动态组合 dynamiccombination 例如 在数字高清晰度电视节目中 经常会出现图像细节较少的时刻 这时由于压缩后的图像数据量较少 便可插入其它业务 如电视节目指南 传真 电子游戏软件等 而不必插入大量没有意义的 填充比特 10 很容易实现加密 解密和加扰 解扰技术 便于专业应用 包括军用 以及广播应用 特别是开展各类收费业务 ll 具有可扩展性 可分级性和互操作性 便于在各类通信信道特别是异步转移模式 ATM 的网络中传输 也便于与计算机网络联通 12 可以与计算机 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 NII 的重要组成部分 4 数字电视的技术 1 数字电视广播流程及实现手段数字电视广播 其信号流程包括制作 编辑 信号处理 广播 传输 和接收 显示 几个过程 目前用于数字节目制作的手段主要有 数字摄像机和数字照相机 计算机 数字编辑机 数字字幕机 用于数字信号处理的手段有 数字信号处理技术 DSP 压缩 解压 缩放等技术 用于传输的手段有 地面广播传输 有线电视 或光缆 传输 卫星广播 DSS 及宽带综合业务网 ISDN DVD等 用于接受显示的手段有 阴极射线管显示器 CRT 液晶显示器 等离子体显示器 投影显示 包括前投 背投 等 视频编码技术主要功能是完成图像的压缩 使数字电视的信号传输量由995Mbit s减少为20 30Mbit s 视频编码计算时主要有以下客观依据 1 图像时间的相关性 视频信号由连续图像组成 相邻图像有很多相关性 找出这些相关性就可减少信息量 2 图像空间的相关性 例如图像中有一大块单一颜色 那么不必把所有像素存贮 3 人眼的视觉特性 人眼对原始图像各处失真敏感度不同 对不敏感的无关紧要的信息给予较大的失真处理 即使这些信息全部丢失了 人眼也可能觉察不到 相反 对人眼比较敏感的信息 则尽可能减少其失真 4 事件间的统计特性 事件发生的概率越小 则其熵值越大 表示信息量越大 需分配较长的码字 反之 发生的概率越大 则其熵值越小 只需分配较短的码字 与视频编解码相同 音频编解码主要功能是完成声音信息的压缩 声音信号数字化后 信息量比模拟传输状态大得多 因而数字电视的声音不能象模拟电视的声音那样直接传输 而是要多一道压缩编码工序 音频信号的压缩编码主要利用了人耳的听觉特性 1 听觉的掩蔽效应 在人的听觉上 一个声音的存在掩蔽了另一个声音的存在 掩蔽效应是一个较为复杂的心理和生理现象 包括人耳的频域掩蔽效应和时域掩蔽效应 2 人耳对声音的方向特性 对于2KHZ以上的高频声音信号 人耳很难判断其方向性 因而立体声广播的高频部分不必重复存贮 国际上对数字图像编码曾制订了三种标准 主要用于电视会议的H 261 主要用于静止图像的JPMG标准 主要用于连续图像的MPEG标准 在HDTV视频压缩编解码标准方面 美国 欧洲 日本设有分歧 都采用了MPEG 2标准 MPEG MovingPictureExpertGroup 意思是 运动图像专家组 压缩后的信息可以供计算机处理 也可以在现有和将来的电视广播频道中进行分配 在音频编码方面 欧洲 日本采用了MPEG 2标准 美国采纳了杜比公司 Dolby 的AC 3方案 MPEG 2为备用方案 对于我国来说 今后信源编解码标准也会与美国 欧洲 日本一样采用MPEG 2标准 5 数字电视的复用系统数字电视的复用系统是HDTV的关键部分之一 从发送端信息的流向来看 它将视频 音频 辅助数据等编码器送来的数据比特流 经处理复合成单路串行的比特流 送给信道编码及调制 接受端与此过程正好相反 模拟电视系统不存在复用器 在数字电视中 复用器把音频 视频 辅助数据的码流通过一个打包器打包 这是通俗的说法 其实是数据分组 然后再复合成单路 目前网络通信的数据都是按一定格式打包传输的 HDTV数据的打包将使其具备了可扩展性 分级性 交互性的基础 付费电视是现在和将来电视发展的一个方向 复用器可对打包的节目信息进行加扰 使其随机化 接收机具有密钥才能解扰 在HDTV复用传输标准方面 美国 欧洲 日本也没有分歧 都采用了MPEG 2标准 美国已有了MPEG 2解复用的专用芯片 我国恐怕也会采用MPEG 2作为复用传输的标准 HDTV数据包长度是188个字节 正好是ATM信元的整数倍 今后以光纤为传输介质 以ATM为信息传输模式的宽带综合业务数字网极有可能成为未来 信息高速公路 的主体设施 可用4个ATM信元来完整地传送一个HDTV传送包 因而可达到HDTV与ATM的方便接口 数字电视的信道编解码及调制解调数字电视信道编解码及调制解调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 数字传输的常用调制方式有 正交振幅调制 QAM 调制效率高 要求传送途径的信噪比高 适合有线电视电缆传输 键控移相调制 QPSK 调制效率高 要求传送途径的信噪比低 适合卫星广播 残留边带调制 VSB 抗多径传播效应好 即消除重影效果好 适合地面广播 编码正交频分调制 COFDM 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 美国地面电视广播迄今仍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电视为基础的标准 ATSC 美国HDTV地面广播频道的带宽为6MHZ 调制采用8VSB 预计美国的卫星广播电视会采用QPSK调制 电缆电视会采用QAM或VSB调制 从1995年起 欧洲陆续发布了数字电视地面广播 DVB T 数字电视卫星广播 DVB S 数字电视有线广播 DVB C 的标准 欧洲数字电视首先考虑的是卫星信道 采用QPSK调制 欧洲地面广播数字电视采用COFDM调制 8M带宽 欧洲电缆数字电视采用QAM调制 日本数字电视首先考虑的是卫星信道 采用QPSK调制 并在1999年发布了数字电视的标准 ISDB 6 数字电视的用途在数字电视中 采用了双向信息传输技术 增加了交互能力 赋予了电视许多全新的功能 使人们可以按照自己的需求获取各种网络服务 包括视频点播 网上购物 远程教学 远程医疗等新业务 使电视机成为名副其实的信息家电 数字电视提供的最重要的服务就是视频点播 VOD VOD是一种全新的电视收视方式 它不像传统电视那样 用户只能被动地收看电视台播放的节目 它提供了更大的自由度 更多的选择权 更强的交互能力 传用户之所需 看用户之所点 有效地提高了节目的参与性 互动性 针对性 因此 可以预见 未来电视的发展方向就是朝着点播模式的方向发展 数字电视还提供了其它服务 包括数据传送 图文广播 上网服务等 用户能够使用电视现实股票交易 信息查询 网上冲浪等 使电视被赋予了新的用途 扩展了电视的功能 把电视从封闭的窗户变成了交流的窗口 国内的数字电视的标准制式 1 DVB C标准的 已经统一标准了 但是加密方式不一样的 所以不能通用 数字和收费电视 数字电视不等于收费电视事实上 数字电视不等于收费电视 数字电视的概念是指节目从摄制 编辑 播出 发射到接收的整个过程都是采用数字化技术实现的 包括数字摄像 数字制作 数字编码 数字调制和数字接收等 达到高质量传送电视信号的目的 不仅如此 数字电视还具有丰富的信息业务广播功能 具有可交互性等 从数字电视发展年表来看 到2015年国内终止模拟数字信号的播放 其间显然不仅是发展收费电视用户 公共频道 传统电视 的数字化也是必然趋势 而目前多数商家认为数字电视等同于收费电视 这与现实发展有所背离 数字电视可与收费电视同行事实上 数字电视不仅可与收费电视同行 而且 数字电视和收费电视同轨运行是国内外数字电视未来发展的一个趋势 采用这种发展模式的电视台既可以占领收费电视市场 同时顺应技术潮流 逐步达到数字播放的需要 在这一过程中 整合各类资源形成新的网台关系极其重要 电视台希望通过收费频道的建设拥有数字电视平台 而公开频道则尽力延缓数字化 这有利于电视台利用数字电视达到收益的目的 而一旦到达政府规定的时限 公开频道可以平稳的转嫁至数字平台 7 收费电视 内容为王 实际上 收费电视时代更强调的是 内容为王 付费电视成败关键在于内容而非技术 在谈到付费电视这种商业模式的赢利前景时 中央电视台副台长李晓明如是断言 数字化是不可避免的潮流 而且随着技术的成熟和进步 互联网的图像和声音传送水平将与电视一争高下 如此一来 电视将失去视 音频同步传播的优势 因此真正能够吸引受众的注定是内容 而且将是与以往大不相同的内容 有业内人士认为 老百姓不会仅仅为了收看到更清晰的节目就去付费 也不会仅仅因为你所播出的电视节目有一些简单的交互形式就去付费 在一般的地区都能收到十几个频道的情况下 有多少人愿意一边看电视 一边往机顶盒上送钱呢 有专家提出这样的疑问 观众在乎的根源说到底还是他们能看到什么样的内容 否则他们不会付费 因此 可以预测 推广收费电视的最大瓶颈在于如何推广和赢利与否直接相关的收费模式 而收费模式又取决于播出的内容 数字电视的前景世界通信与信息技术的迅猛发展将引发整个电视广播产业链的变革 数字电视是这一变革中的关键环节 伴随着电视广播的全面数字化 传统的电视媒体将在技术 功能上逐步与信息 通信领域的其它手段相互融合 从而形成全新的 庞大的数字电视产业 这一新兴产业已经引起广泛的关注 各发达国家根据自己的国情 已分别制定出由模拟电视向数字电视过渡的方案和产业目标 数字电视被各国视为新世纪的战略技术 数字电视成了继电信引爆IT之后的又一大 热点 电视数字化是电视发展史上又一次重大的技术革命 数字电视不但是一个由标准 设备和节目源生产等多个部分相互支持和匹配的技术系统 而且将对相关行业产生影响并促进其发展 8 下一代数字电视的技术发展方向随着美国 欧洲 日本 韩国和中国陆续开播数字电视和强制规定模拟电视终结时间表 数字电视市场正在快速崛起 为了抓住这一千载难逢的发展机遇 中国主要的数字电视开发商和制造商都在全力设计个性化的高性能数字电视产品 他们的主要努力方向大概可归结为以下几类 支持多种数字电视标准 大屏幕 高清化 互联网DTV DTV PVR 支持更丰富的互联接口 本文将努力从上述几方面为大家描绘出数字电视的未来发展蓝图 一 多标准数字电视由于目前欧洲 北美 韩国和中国等大多数主要地区仍处于模拟电视与数字电视的转换过渡时期 因此市场上仍然有不少希望既能接收模拟电视节目又能接收数字电视节目的多功能电视机 当然啦 数字电视开发商和制造商也不一定非要把这两项功能都做在一部电视机中 也就是所谓的数字电视一体机 他们也可以采用机顶盒 模拟电视的解决方案来实现 具体的解决方案可参阅本数字电视设计专栏的其它部分 此外 美国市场要求从2007年3月1日起 所有新上市的模拟电视机和电视接收设备均必须安装数字调谐器 这意味着数字电视一体机将在美国市场占据统治性地位 而中国的数字电视的增量市场也对一体机有着巨大的需求 因此 未来数字电视一体机会占据越来越大的市场份额 二 大屏幕数字电视随着现代人起居室的不断变大 用户市场对大屏幕数字电视的需求也在不断增长 目前 总体上讲 LCD数字电视是业界的发展主流 但由于性价比的关系 一旦尺寸大到某一限度 LCD屏幕的成本就会急剧上升 传统上 业界认为40英寸是液晶和等离子电视的分界点 液晶电视更专注于40英寸以下领域 而等离子电视则适合40英寸以上的显示需求 但随着技术的进步 近期50英寸有望成为液晶和等离子电视新的分界点 三 高清化随着高清节目源的增多 图像水平清晰度大于800线的高清数字电视 HDTV 越来越成为数字电视的主流 相应的数字电视机顶盒以及编解码芯片也要适应这一发展的要求 9 四 互联网数字电视数字电视的下一个重要发展方向就是连接互联网 未来的消费者不必再为了检查邮箱 发送电子邮件 在线玩网络游戏 下载和播放网络视频 甚至收看流媒体视频 即IPTV 而必须跑到书房去独自呆在PC或笔记本电脑之前 他将可以直接在客厅舒适的沙发上用无线鼠标或无线键盘体验上述PC的所有功能 从技术上讲 设计师可以考虑采用Wi Fi WiMAX 百兆 千兆以太网 xDSL EPON GPON等无线或有线技术实现数字电视与互联网的连接 当然他必须在数字电视中再增加一块应用处理器或多媒体处理器 可参阅本专栏相应的TI NXP 视鼎科技 杰得微电子 Vivace等供应商的相应解决方案 五 DTV PVRPVR 个人视频录像机 也是未来数字电视的下一个重要发展方向 随着未来的数字电视集成DSP或多媒体处理器 PVR功能将逐步融合到未来基于硬盘或微硬盘的数字电视产品中 六 支持更丰富的互联接口未来的数字电视还将支持更多的互联接口 如USB2 0 USBOn the Go SD卡 MMC卡 1394和Wi Fi等 以无缝实现与数码相机 数码摄像机 移动硬盘 PC 笔记本电脑 PMP 智能手机 数码打印机等数字设备的连接 共享相互之间的音视频信息 七 总结以上是目前数字电视的几个主要技术发展方向 但实际上 真正的未来数字电视产品很可能是上述几个技术发展方向的组合或融合 10 数字电视标准 一 什么是数字电视数字电视 DigitalTV 是从电视信号的采集 编辑 传播 接收整个广播链路数字化的数字电视广播系统 数字电视利用MPEG标准中的各种图像格式 把现行模拟电视制式下的图像 伴音信号的平均码率压缩到大约4 69 21Mbps 其图像质量可以达到电视演播室的质量水平 胶片质量水平 图像水平清晰度达到500 1200线以上 并采用AC 3声音信号压缩技术 传输5 1声道的环绕声信号 二 数字电视的分类按清图像晰度分类 数字电视包括数字高清晰度电视 HDTV 数字标准清晰度电视 SDTV 和数字普通清晰度电视 LDTV 三种 HDTV的图像水平清晰度大于800线 图象质量可达到或接近35mm宽银幕电影的水平 SDTV的图像水平清晰度大于500线 主要是对应现有电视的分辨率量级 其图象质量为演播室水平 LDTV的图像水平清晰度为200 300线 主要是对应现有VCD的分辨率量级 按信号传输方式分类 数字电视可分为地面无线传输数字电视 地面数字电视 卫星传输数字电视 卫星数字电视 有线传输数字电视 有线数字电视 三类 按照产品类型分类 数字电视可分为数字电视显示器 数字电视机顶盒和一体化数字电视接收机 按显示屏幕幅型比分类 数字电视可分为4 3幅型比和16 9幅型比两种类型 11 数字电视系统的关键技术及标准 1 数字电视的信源编解码技术视频编解码技术数字电视尤其数字高清晰度电视与模拟电视相比 在实现过程中 最为困难的部分就是对视频信号的压缩 在1920 1080显示格式下 数字化后的码率在传输中高达995Mbit s 这比现行模拟电视的传输信息量大得多 因而数字电视的图像不能象模拟电视的图像那样直接传输 而是要多一道压缩编码工序 视频编码技术主要功能是完成图像的压缩 使数字电视的信号传输量由995Mbit s减少为20 30Mbit s 音频编解码技术与视频编解码相同 音频编解码主要功能是完成声音信息的压缩 声音信号数字化后 信息量比模拟传输状态大得多 因而数字电视的声音不能象模拟电视的声音那样直接传输 而是要多一道压缩编码工序 信源编解码的相关标准国际上对数字图像编码曾制订了三种标准 分别是主要用于电视会议的H 261 主要用于静止图像的JPMG标准和主要用于连续图像的MPEG标准 在HDTV视频压缩编解码标准方面 美国 欧洲和日本设有分歧 都采用MPEG 2标准 MPEG压缩后的信息可以供计算机处理 也可以在现有和将来的电视广播频道中进行分配 在音频编码方面 欧洲 日本采用了MPEG 2标准 美国采纳了杜比 Dolby 公司的AC 3方案 MPEG 2为备用方案 但随着技术的进步 1994年完成的MPEG 2随着技术的进步现在显得越来越落后 国际上正在考虑用MPEG 4AVC来代替目前的MPEG 2 中国方面 中国的数字音视频编解码标准工作组制定了面向数字电视和高清激光视盘播放机的AVS标准 该标准据称具有自主知识产权 与MPEG 2标准完全兼容 也可以兼容MPEG 4AVC H 264国际标准基本层 其压缩水平据称可达到MPEG 2标准的2 3倍 而与MPEG 4AVC相比 AVS更加简洁的设计降低了芯片实现的复杂度 12 2 数字电视的复用系统数字电视的复用系统是HDTV的关键部分之一 从发送端信息的流向来看 它将视频 音频 辅助数据等编码器送来的数据比特流 经处理复合成单路串行的比特流 送给信道编码及调制 接受端与此过程正好相反 在HDTV复用传输标准方面 美国 欧洲 日本没有分歧 都采用了MPEG 2标准 美国已有MPEG 2解复用的专用芯片 3 数字电视的信道编解码及调制解调数字电视信道编解码及调制解调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 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 数字传输的常用调制方式 正交振幅调制 QAM 调制效率高 要求传送途径的信噪比高 适合有线电视电缆传输 键控移相调制 QPSK 调制效率高 要求传送途径的信噪比低 适合卫星广播 残留边带调制 VSB 抗多径传播效应好 即消除重影效果好 适合地面广播 编码正交频分调制 COFDM 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 13 世界上现有的主要数字电视标准 1 美国数字电视标准ATSC美国地面电视广播迄今仍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电视为基础的标准 ATSC AdvancedTelevisionSystemCommittee先进电视制式委员会 美国HDTV地面广播频道的带宽为6MHZ 调制采用8VSB 预计美国的卫星广播电视会采用QPSK调制 有线电视会采用QAM或VSB调制 ATSC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 最高为图像层 确定图像的形式 包括象素阵列 幅型比和帧频 接着是图像压缩层 采用MPEG 2压缩标准 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MPEG 2压缩标准 最后是传输层 确定数据传输的调制和信道编码方案 对于地面广播系统 采用Zenith公司开发的8 VSB传输模式 在6MHz地面广播频道上可实现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16 VSB传输模式 可在6MHz有线电视信道中实现38 6Mb s的传输速率 下面两层共同承担普通数据的传输 上面两层确定在普通数据传输基础上运行的特定配置 如HDTV或SDTV 还确定ATSC标准支持的具体图像格式 共有18种 HDTV6种 SDTV12种 其中14种采用逐行扫描方式 在6种HDTV格式中 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 另外 ATSC还开发并通过了可为采用50Hz帧频的国家使用的另行标准 HDTV格式的象素阵列相同 但帧频为25Hz和50Hz SDTV格式的垂直分辨率为576行 水平分辨率则不同 也包含352 288格式 适应必要的窗口设置 14 2 欧洲数字电视标准DVB欧洲数字电视标准为DVB 即DigitalVideoBroadcasting 数字视频广播 从1995年起 欧洲陆续发布了数字电视地面广播 DVB T 数字电视卫星广播 DVB S 数字电视有线广播 DVB C 的标准 欧洲数字电视首先考虑的是卫星信道 采用QPSK调制 欧洲地面广播数字电视采用COFDM调制 8M带宽 欧洲有线数字电视采用QAM调制 DVB T ETS300744 为数字地面电视广播系统标准 这是最复杂的DVB传输系统 地面数字电视发射的传输容量 理论上与有线电视系统相当 本地区覆盖好 采用编码正交频分复用 COFDM 调制方式 在8MHz带宽内能传送4套电视节目 传输质量高 但其接收费用高 DVB S ETS300421 为数字卫星广播系统标准 卫星传输具有覆盖面广 节目容量大等特点 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 2MP ML格式时 用户端若达到CCIR601演播室质量 码率为9Mb s 达到PAL质量 码率为5Mb s 一个54MHz转发器传送速率可达68Mb s 可用于多套节目的复用 DVB S标准几乎为所有的卫星广播数字电视系统所采用 我国也选用了DVB S标准 DVB C ETS300429 为数字有线电视广播系统标准 它具有16 32 64QAM 正交调幅 三种调制方式 工作频率在10GHz以下 采用64QAM时 一个PAL通道的传送码率为41 34Mb s 可用于多套节目的复用 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 3 日本数字电视的标准ISDB日本数字电视首先考虑的是卫星信道 采用QPSK调制 并在1999年发布了数字电视的标准 ISDB ISDB是日本的DIBEG DigitalBroadcastingExpertsGroup数字广播专家组 制订的数字广播系统标准 它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 ISDB具有柔软性 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它数据业务 15 4 DVB与ATSC的比较欧洲DVB标准和美国ATSC标准的主要区别如下 方形像素 在ATSC标准中采纳了 方形像素 SquarePictureEelements 因为它们更加适合于计算机 而DVB标准最初没有采纳 最近也采纳了 此外 范围广泛的视频图像格式也被DVB采纳 而ATSC对此则不作强制性规定 系统层和视频编码 DVB和ATSC标准都采纳MPEG 2标准的系统层和视频编码 但是 由于MPEG 2标准并未对视频算法作详细规定 因而实施方案可以不同 与两个标准都无关 音频编码 DVB标准采纳了MPEG 2的音频压缩算法 而ATSC标准则采纳了AC 3的音频压缩算法 信道编码 两者的扰码器 Radomizers 采用不同的多项式 两者的里德 所罗门前向纠错 FEC 编码采用不同的冗余度 DVB标准用16B 而ATSC标准用功20B 两者的交织过程 Interleaving 不同 在DVB标准中网格编码 Trellixcoding 有可选的不同速率 而在ATSC标准中地面广播采用固定的2 3速率的网格编码 有线电视则不需采用网格编码 调制技术 卫星广播系统中DVB标准采用QPSK 而ATSC标准不涉及卫星广播 有线电视系统中DVB标准采用任选的16 32 64QAM 而ATSC标准采用16VSB 两者完全不同 地面广播系统中DVB标准采用具有QPSK 16QAM或64QAM的COFDM 2K个或8K个载波 而ATSC标准采用8VSB 5 三种数字地面广播系统的比较ISDB T和欧洲的DVB T非常类似 可以说是经修改的欧洲方案 传输方案仍是COFDM 使用的编码方式相同 调制方法也相同 也分为2K和8K两种模式 因为日本电视射频带宽为6MHz 所以载波数 载波间隔有所差别 ISDB T与DVB T ATSCATV的比较如下 6 DVB ATSC和ISDB成员近况据悉 DVB成员已经达到265个 来自35个国家和地区 主要集中在欧洲并遍及世界各地 我国的广播科学研究院和TCL电子集团也在其中 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 中国的广播科学研究院也参加了ATSC组织 ISDB筹划指导委员会委员17个 其他成员23个 其成员都是日本国内的电子公司和广播机构 16 中国的数字电视标准 1 中国的卫星数字电视标准中国卫星数字电视采用QPSK调制方式 与欧洲 美国和日本采用的标准相同 由于中国限制个人直接接收卫星数字电视节目 所以目前是由有线电视台集中接收数字电视信号 并将其转化为模拟信号通过有线网络传输给广大用户收看的 2 中国的有线数字电视标准中国有线数字电视的标准还在报批过程中 预计采用QAM调制方式 与欧洲 美国和日本相同 中国有线数字电视的发展基础较好 且播出所需的投入成本较小 已经在部分大中型城市试播 有线数字电视因不受国家政策限制 有可能会得到很快推广 3 中国的地面数字电视标准数字电视地面广播与数字卫星广播相较 有容易普及 接收价格低廉的特点 与数字有线电视广播相较 则较不易受城市施工建设 自然灾害 战争等因素造成的网络中断影响 因此 在传输状况 应用需求等方面 地面传输方式更加复杂 全球各地在地面数字电视传输系统方案的选择上争议也最大 自2001年4月起 中国国家广电总局便开放数字电视广播系统的规格建议书的提交 并已在2001年10月开始在北京 上海及深圳三地进行数字地面广播标准的测试工作 在2002年至2003年间测试完成之后 开始进行最后标准的制定 目前还在制定过程之中 目前中国各方面提交的地面数字电视标准提案共5套 分别是 国家HDTV总体组 TheHDTVTechnicalExecutiveExpertsGroup 一号提案 高级数字电视广播系统 ADTB T 国家HDTV总体组 TheHDTVTechnicalExecutiveExpertsGroup 二号提案 数字电视地面广播系统 BDB T OFDM 广电总局广播科学研究院 AcademyofBroadcastingScience StateAdministrationofRadio FilmandTV 的射频子带分割双载波混合调变系统 CDTB T 清华大学 TsinghuaUniversity 地面数字多媒体电视广播传输协议 TDS OFDMbasedDMB T 成都电子科技大学 ChengduElectronicTechnologyUniversity 的同步多载波扩频地面数字电视传输系统 SMCC COFDM 目前 这五种标准中 呈现出清华大学与上海交大的两种标准对垒之势 17 清华大学的DMB T标准该标准在OFDM 正交频分复用 的保护间隔 GuardInterval 中 去掉了导频部分 复用同步头 该同步头利用DSS 直接扩散方式 扩散符号使用的是PN系列 提高了灵敏度 有利于汽车等移动状态下接收信号 与欧洲方式相比 灵敏度提高了10 左右 信噪比的要求也可以降低到 20dB 同时信号的传输效率也提高了10 清华DMB T协议简介DMB T TerrestrialDigitalMultimedia TeelevisionBroadcasting 基于TDS OFDM TimeDomainSynchronous OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing 调制技术分级的帧结构强纠错编码技术灵活的信道调制技术OFDM3780个子载波 QPSK QAM 抗多径和多普勒效应 支持单频网高效可靠的时域同步技术帧同步 Walsh编码的PN序列 QPSK调制 可靠同步 基站识别 终端定位和绝对时间同步 只接收需要信息 达到省电便携和移动的条件和目的准确快速的信道估计技术便于实现的快速算法清华DMB T方案的技术特点具有自主知识产权 目前已有19个专利 信道容量大 最高每秒32兆位 适于高清晰度电视广播 接收灵敏度高 简单天线可以收视 适于便携式接收机 同步恢复快 小于5ms 信道估计准确 抗干扰能力强 24dB扩频增益 克服数字电视的悬崖效应 支持数据广播能够抗静态多径 简单天线接收 和动态多径干扰 适于运动环境下接收 能够抗各种家电脉冲干扰频率规划效率高 支持同频网 可用低发射功率覆盖大范围 采用分级编码技术 使标清和高清电视信号传输得到兼容采用了扩频技术 大大提高了时域信号同步性能在传输系统的信号调制和纠错编码两大部分都有创新整体性能优于现有数字电视传输系统具有可扩展性 交互式多媒体广播 蜂窝式广播网 等等 18 上海交大的ADTB T标准ADTB T是一种 单载波 方案 采用4位或16位QAM变调方式 并在其中融入了独特的平均化技术 使用8MHz带宽 拥有5Mbit s 10Mbit s 20Mbit s三种传输模式 目前正在开发第4代接收样机 同时正在进行高速移动接收试验 关于移动接收信号的性能 据称超过了DVB T 关于所需的灵敏度 据悉为 82dBm 最大20Mbit 秒 92dBm 最大5Mbit 秒 其主要的技术组成和特点包括 有效的数据结构 满足灵活的综合数字业务和抗干扰要求单载波调制技术 4 16 64O QAM双导频辅助同步技术 稳健的上下导频辅助同步系统优秀的信道编解码技术 级联的交织内外码FEC强大的对抗信道衰落的均衡技术 0dB多经和前 后向回波更多高效的接收处理技术 普通高频头 复杂的数字信号处理大容量移动接收 移动条件下最高速率可达12MbpsADTB T核心技术与创新点 首次实现大容量 12Mbps 的高速移动接收首次实现单载波的单频网技术提供了高 中 低码率业务混合传输的可能性稳定可靠的固定接收性能 兼容有线接收信号的峰均比低 载噪比门限低 有利于频谱规划 作到更好的信号覆盖对抗相位噪声的能力强跟踪快速变化信道的能力强采用双导频信号 载波恢复和时钟恢复更稳健 可靠取得近20项发明专利 19 4 中国已经颁布的数字电视技术相关标准目前中国已颁发的与数字电视相关的标准如下 数字 高清晰度 电视标准体系 概况 数字电视基础标准GB T7400 11数字电视术语GY T134数字电视图像质量主观评价方法GY T144广播电视SDH干线网管理接口协议GY T145广播电视SDH干线网网元管理信息模型规范GY Z174数字电视广播业务信息 SI 规范GY Z175数字电视广播条件接收系统 CA 规范演播室参数标准GB T14857演播室数字电视编码参数规范GB T179534 2 2数字分量图像信号的接口GY T155高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值GY T156演播室数字音频参数GY T157演播室高清晰度电视数字视频信号接口GY T158演播室数字音频信号接口GY T1594 4 4数字分量视频信号接口GY T160演播室数字电视辅助数据信号格式GY T161数字电视附属数据空间内数字音频和辅助数据的传输规范GY T162高清晰度电视串行接口中作为附属数据信号的24比特数字音频格式B11 GY T163数字电视附属数据空间内时间码和控制码的格式B12 GY T164演播室串行数字光纤传输系统B13 GB T14919数字声音信号源编码技术规范B14 GB T14920四声道数字声音副载波系统技术规范B15 GY T167数字分量演播室的同步基准信号B16 GY T165电视中心播控系统数字播出通路技术指标和测量方法 20 视频编码及复用标准GB T17975 2信息技术 运动图像及其伴音信号的通用编码MPEG 2视频标准在数字 高清晰度 电视广播中的实施准则 征求意见稿 MPEG 2系统标准在数字 高清晰度 电视广播中的实施准则 征求意见稿 信道编码及调制标准GB T17700 1999卫星数字电视广播信道编码及调制标准GY T170 2001有线数字电视广播系统信道编码及调制规范GY T143有线电视系统调幅激光器发送机和接收机入网技术条件和测量方法GY T146卫星数字电视上行站通用规范GY T147卫星数字电视接收站通用技术要求GY T148卫星数字电视接收机技术要求GY T149卫星数字电视接收站测量方法 系统测量GY T150卫星数字电视接收站测量方法 室内单元测量GY T151卫星数字电视接收站测量方法 室外单元测量GY T198 2003 有线数字电视广播QAM调制器技术要求和测量方法 21 DVB CDVB CDVB 数字视频广播DigitalVideoBroadcasting的缩写 是由DVB项目维护的一系列国际承认的数字电视公开标准 DVB项目是一个由300多个成员组成的工业组织 它是由欧洲电信标准化组织EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute ETSI 欧洲电子标准化组织EuropeanCommitteeforElectrotechnicalStandardization CENELEC 和欧洲广播联盟EuropeanBroadcastingUnion EBU 联合组成的联合专家组JointTechnicalCommittee JTC 发起的 这些标准在注册后可以从ETSI网站 http www etsi org services products freestandard home htm 自由下载 几项DVB子标准的关系在DVB指南 DVB Cook 中进行描述 DVB系统传输方式有如下几种 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 这些标准定义了传输系统的物理层与数据链路层 设备通过同步并行接口synchronousparallelinterface SPI 同步串行接口synchronousserialinterface SSI 或异步串行接口asynchronousserialinterface ASI 与物理层交互 数据以MPEG 2传输流的方式传输 并要求符合更严格的限制 DVB MPEG 对移动终端即时压缩传输数据的标准 DVB H 目前正处于测试之中 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 22 除音频与视频传输外 DVB也定义了带回传通道 DVB RC 的数据通信标准 DVB DATA 它支持几种媒介 包括 DECT GSM PSTN ISDN等 也支持一些协议 包括 DVB IPI InternetProtocol DVB NPI networkprotocolindependent 为使升级更方便 DVB标准也支持以往的技术 例如图文信息 DVB TXT DVB VBI 数据 但DVB提供了替代的技术 例如DVB SUB 加密与描述信息条件接收系统 DVB CA 定义了通用加扰算法 DVB CSA 和获取加扰内容的通用接口 DVB CI DVB系统提供商根据这些标准开发各自的条件接收系统 DVB系统传送被称为SI DVB SI 的描述信息 它们描述了不同的基础流elementarystreams如何组成节目 并对电子节目指南提供了描述 软件平台DVB多媒体家庭平台 DVB MHP 定义了一个基于Java语言的平台 用于支持视频系统应用 它提供了对众多DVB及MPEG 2概念的抽象 另外还支持其他一些特性 如网卡控制 应用下载 分层图像显示等 回传通道DVB在DVB S T C基础商标准化了一系列回传通道 用于建立双向通信 其中的卫星回传通道RCS ReturnChannelSatellite 定义了在C Ku 和Ka波段的回传通道 其带宽可以达到最多2Mbit s 应用DVB S和DVB C在1994年发布 DVB T在1997年发布 第一个商用的DVB T广播系统是由英国的DigitalTerrestrialGroup DTG 在1998年建立的 在2003年 德国柏林成为第一个彻底停播模拟电视信号的地区 许多欧洲国家准备在2010年停播PAL SECAM 实现全面数字电视化 在其发源地欧洲 在澳大利亚 南非和印度 DVB已经或正在普及 在多数的亚洲 非洲及南美国家 有线和卫星采用了DVB标准 但许多国家的地面广播标准 DTTV 尚未确定 阿根廷 韩国则采用了DVB的替代标准 ATSC标准 在日本 除SkyPerfect公司外 都采用了另外的数字电视标准 ISDB 它同DVB标准很类似 SkyPerfect是一家卫星供应商 利用卫星提供DVB业务 在北美 主要使用DVB S作为卫星传输的标准 有线也大规模采用DVB标准 不过地面数字电视广播采用8VSB调制的ATSC标准 在2004年 DVB T电视接收机仍然比模拟电视机价格昂贵 这延缓了用户使用数字电视业务 不过数字电视机的价格期望能在短时间内下降 目前内置DVB接收机的电视机也还没有被广泛采用 23 星电视卫星电视技术论坛 DVB H是为通过地面数字广播网络向手持终端提供多