第4.2讲数字电视标准与接收

本次课内容简介数字电视标准数字电视接收机数字机顶盒视频点播,教学重点与难点：、数字电视标准；、数字电视接收；、数字交互式电视及视频点播。,4.4数字电视标准,现象：小扬在日本工作，回国时带回一台数字电视机，可不能使用？到相应维修店方知制式不同!结论：数字电视与模拟电视一样，不同国家使用的数字电视制式与标准可能不一样，制式不同的不能相互通用！原因：原来，日本与我国的数字电视制式不同？世界上有哪些数字电视制式呢？它们有什么区别呢？本节课将对数字电视制式、标准作简单介绍！,案例：,欧洲的DVB：即DigitalVideoBroadcasting，数字视频广播；美国的ATSC：即AdvancedTelevisionSystemCommittee，先进电视制式委员会；日本的ISDB：即IntegratedServicesDigitalBroadcasting，综合业务数字广播。,4.4.1世界三大数字电视标准,1.欧洲DVB标准（如左下图示）,（1）DVB广播传输系统（如右下图）,DVB传输系统还包括：DVB-SMATV：卫星共用天线电视广播系统；DVB-MS：高于10GHz的数字广播MMDS分配系统标准。,2.美国ATSC标准ATSC标准具备噪声门限低、传输容量大（6MHz带宽传输19.3Mbps）、传输远、覆盖范围广和接收方案易实现等。ATSC数字电视标准的层级分布图：,3.日本ISDB-T标准2001年，该标准正式被ITU接受为世界第3个数字电视传输国际标准。,日本ISDB-T标准的两个主要特点：频谱分段传输强化移动接收,4.三种数字电视地面传输标准比较（见下表示）,4.4.2中国的数字电视标准,我国数字电视标准，主要达到以下目的：第一：形成完整的中国数字电视标准体系；第二：为数字电视内容制作运用业提供技术保障；第三：是为数字电视产业化提供技术支撑和保障，促进产业链发展；第四：为终端产业规模化提供科学的技术体制以及对终端型产品的技术检测提供一致性的标准和方法。,2006年3月31日信产部颁布。,1.数字电视显示设备标准,25项数字电视电子行业标准，可分为四大方面：第一方面：名词术语标准；第三方面：测试方法标准；第二方面：功能性能标准；第四方面：接口标准。,2.信源编码标准,有多个标准：MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4AVC（简称AVC，也称JVT、H.264）、MPEG-7、AVS。前几个标准是由MPEG专家组完成的，AVS是我国自主制定的，其编码效率比MPEG-2高2-3倍，与AVC相当，而且技术方案简洁，芯片实现复杂度低，达到了第二代标准的最高水平。,3.我国有线电视数字化过渡时间表,（1）过渡计划：第一阶段：2005年，直辖市、东部地区地（市）以上城市、中部地区省会市和部分地（市）级城市、西部地区部分省会市的有线电视完成向数字化过渡。第二阶段：到2008年，东部地区县以上城市、中部地区地（市）级城市和大部分县级城市、西部地区部分地（市）级以上城市和少数县级城市的有线电视基本完成向数字化过渡。第三阶段：到2010年，中部地区县级城市、西部地区大部分县以上城市的有线电视基本完成向数字化过渡。,（2）过渡办法：采取分区分片整体平移的过渡办法。在一个HFC有线电视网中，以最后一级光节点为单位整体向数字平移，即在最后一级光节点所带用户每户至少配置一个机顶盒后，可以在该光节点关闭模拟信号。以此类推，当所有光节点都关闭模拟信号后，整个有线电视网就可以停止传送模拟信号。,4.AVS-视频的核心技术,（1）变换量化：AVS的8x8变换与量化可以在16位处理器上无失配地实现，从而克服了MPEG-4AVC/H.264之前所有视频压缩编码国际标准中采用的8x8DCT变换存在失配的固有问题。而MPEG-4AVC/H.264所采用的4x4整数变换在高分辨率的视频,（2）帧内预测：AVS的帧内预测技术沿袭了MPEG-4AVC/H.264帧内预测的思路，用相邻块的像素预测当前块，采用代表空间域纹理方向的多种预测模式。但AVS亮度和色度帧内预测都是以8x8块为单位的。亮度块采用5种预测模式，色度块采用4种预测模式，而这4种模式中又有3种和亮度块的预测模式相同。在编码质量,图像上的去相关性能不及8x8的变换有效。AVS采用了64级量化，可以完全适应不同的应用和业务对码率和质量的要求。在解决了16位实现的问题后，目前AVS所采用的8x8变换与量化方案，即适合于16位DSP或其他软件方式的快速实现，也适合于ASIC的优化实现。,（3）帧间预测：AVS标准采用了1616，168，816和88的块模式进行运动补偿，而去除了MPEG-4AVC/H.264标准中的84，48，44的块模式，能更好地刻画物体运动，提高运动搜索的准确性。AVS和MPEG-4AVC/H.264都采用了1/4像素精度的运动补偿技术。AVS中P帧可以利用至多2帧的前向参考帧，而B帧采用前后各一个参考帧，P帧与B帧的参考帧数相同，其参考帧存储空间小，充分利用了必须预留的资源。AVS的B帧的双向预测使用了直接模式(directmode)、对称模式(symmetricmode)和跳过模式(skipmode)。,相当的前提下，AVS采用较少的预测模式，使方案更加简洁、实现的复杂度大为降低。,（4）熵编码：AVS熵编码采用自适应变长编码技术。在AVS熵编码过程中，数据都是以指数哥伦布码的形式映射成二进制比特流。使硬件复杂度比较低，编码效率可以逼近信息熵。AVS标准支持多种视频业务,4.5数字电视接收,案例：,现象：小张买了一台数字电视机，回家插入闭路信号,开机却不能收到数字电视节目,只能收到原有模拟信号。结论：数字电视设备分数字电视接收设备，数字电视显示设备，数字电视一体机。小张买回的数字电视机实际上是一个数字电视显示器加模接收机的组合体,要使它收到数字电视信号还要一个数字电视机顶合。原因：机顶合是数字电视推广期间的一个过渡产品，模拟电视与数字电视显示设备只能通过机顶合才能收看数字电视节目，本节将分类介绍数字电视设备原理。,我国于2008年起正式在全国推广数字电视，在数字化过渡时期，市场上的数字电视机还须具有接收（PAL）的功能，实质上是数字电视显示器加模拟接收器的功能。此时的电视产品一般有：,模拟电视机：只有接收模拟电视功能，可与机顶盒配合使用来接收数字电视。,数字电视机顶盒：只有数字电视信号的接收功能，无图像、伴音重现功能，与数字电视显示设备或模拟电视配合使用可收接数字电视信号。,数字化电视机：本质是模拟电视，它是在不改变原有电视制式（NTSC、PAL和SECAM）的前提下把经过图像检波的视频基带信号和经过伴音鉴频的音频基带信号进行数字化处理，其它部分也尽量使用数字技术的电视接收机。,数字电视一体机：既可以接收模拟电视信号，也可以接收数字电视信号。它实质上是将机顶盒与数字显示器及模拟电视接收系统集装在一个电视机里。,数字化电视机框图：,4.5.1数字电视信号接收的其本原理,数字电视信号接收框图,数模一体电视机整机系统框图,4.5.2数字电视机顶盒,1、卫星电视机顶盒,2、闭路数字电视机顶盒,3、地面数字电视机顶盒,4、机顶盒的新功能,数字机顶盒的基本功能是接收和解码数字电视广播。此外，围绕数字机顶盒的数字视频、数字信息与交互式应用三大核心功能开发了多种增值业务，包括：,（1）电子节目指南EPG(ElectronicProgramGuide)：它为用户提供一种容易使用、界面友好、快速访问所需节目的方式，用户可以通过EPG看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节目。,（2）高速数据广播：它能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种信息。,（3）软件在线升级：是数据广播的应用之一，数据广播服务器按DVB（DigitalVideoBroadcasting）数据广播标准将升级软件广播下来，数字机顶盒能识别该软件的版本号，在版本不同时接收该软件以对保存在存储器中的软件进行更新。,（4）因特网接入和电子邮件：数字机顶盒可通过内置的电缆调制解调器方便地实现因特网接入功能，并通过机顶盒内置的浏览器上网，发送电子邮件，也可提供各种接口与PC相连。,（5）有条件接收：其核心是加扰和加密。数字机顶盒应具有解扰解密功能，这是交互式电视收费运营机制的保证，通过建立一种有偿服务体系，为交互式电视产业的发展奠定良性循环的经济基础。,5、数字机顶盒的关健技术,数字机顶盒集中反映了多媒体、计算机、数据压缩编码、加解扰算法、加解密算法、通信技术和网络技术发展水平，因此技术含量非常高，其关键技术主要有：,（1）复用和解压缩技术；（2）下行数据解调与信道解码技术；（3）上行数据的调制编码；（4）网络浏览技术；（5）实时操作系统；（6）中间件技术。,6、我国数字电视的发展之路,我国电视数字化在全国全面推行，但推广中存在如下问题。一是由于前期设备采用的标准不统一，各地运营商的信号码流存在不规范之处，技术因素导致区域板块各自为阵；二是我国数字电视标准出台相对滞后、软硬件不配套、不完善；三是数字电视机顶盒千面一孔，数字电视一体机品种少，内容不丰富，市场不成熟；四是网络整合困难，收视习惯难以改变；五是核心模式比较缺乏，商业盈利模式不清楚，推广难度比较大等问题。六是从用户接收电视节目不能用多台电视同时接收数字电视节目的问题，对用户而言这是很致命的弱点。,“机卡分离”是把条件接收模块从数字电视接收终端系统中独立出来，而数字电视接收终端则成为通用的接收设备。机卡分离技术使得在单个的解码器上接收使用不同CA系统节目成为可能，进而在同一个广播系统中可使用基于不同方案的CA模块，以便在提高网络组建的灵活性时对CA系统的保密性没有任何影响。,鉴于此，我国很多专家提出“机道机卡双分离”的数字电视接收机设想，正被很多商家采用，具体内容如下：,“机道分离”的总体思路是把数字电视接收机顶盒的信道解码部分独立出来，做成“道”,数字电视接收机的其他部分，包括信源解码部分做成“机”，通过标准的接口（如PCMCIA或者USB接口）形成新一代数字电视接收机的结构“机道分离”。“信道”代表运营商各自拥有的资源，如卫星电视、有线电视、地面无线和网络电视等都可各自运营。机道分离可将数字电视接收一体机的量产梦想变为现实。,4.5.3数字交互式电视,视频点播VOD：即VideoOnDemand，是一种交互式多媒体信息点播系统。特点是可实现用户按需点播音视频节目，具有高度的双向交互性，是VOD区别于传统电视的最显著特征。,1.视频点播系统简介,准视频点播NVOD（Near-VOD）TVOD的替代物，它是每隔一定时间从头播放同一套节目，用户发出点播信息时，交换机将用户终端与最近要从头开播的频道连通，至多等待一个规定时间（几分钟）后可观看，采用广播机制。,两种视频点播系统真视频点播TVOD（Vrue-VOD）,它真正支持即点即放，但价格昂贵。TVOD为每个用户提供一个单独的通信路径，每个用户各自占有一套节目。,2、数字交互式系统的组成结构,数字交互式系统的信号流程,3.视频点播机顶盒（VOD）,(1)在显示屏上显示服务项目(菜单)；(2)为用户提供基本的控制和选择功能；(3)把用户的选择传送到视频服务器；(4)实时视频(MPEG-2传输流)的解码并显示；(5)指示设备工作、网络传输和节目资源的状态。,用户终端是网络与用户间的接口，主要由机顶盒与电视机组成，其基本功能包括：,4.视频点播（VOD）特点,(1)节目制作通过采编工作站进行。(2)采用国际上最先进的64QAM高效和调制技术，充分利用了宝贵的频率资源。一个频道可以传送5-6套DVD质量的节目或25套VCD质量的节目。(3)视频服务器上存储的数字化节目经过调制后送至CATV网上，在客户端通过数字集成接收解码器(IRD)进行解调和解码，最后在电视机上播放出高质量的视、音频节目。(4)全套系统与数字视频广播标准兼容，采用数字集成接收解码器(IRD)作为播放设备，不仅可以播放点播的视频节目，也可以用于接收视频广播，另一方面机顶盒还可以完成图文电视的信息存储和处理。,(5)在现有的有线电视网络(CATV)和电话网上均可实现视频点播。(6)CATV网络频带资源丰富。(7)CATV网不存如目前的局