数字电视的码流技术PPT课件

.,1,数字电视原理,数字电视码流基础,.,2,数字电视码流基础,数字电视信号是以码流形式传输与模拟电视显著不同。码流内容包含：信号的表示、码流语法、码流中的逻辑关系、码流内部所描述内容、码流的层次关系等。,.,3,模拟电视与数字电视的区别（信号及信号传输）；数字电视码流及分类；码流的主要内容；同步与时间标识；条件接收，加密，加扰；附加信息，电子节目表，服务信息；,.,4,模拟电视与数字电视,.,5,数字电视码流的类型,ES（基本码流）视频ES音频ES数据流PES（节目基本码流）打包的基本码流PS（节目码流）用于节目存储，演播室，信道干扰小TS（传输码流）用于远距离信号传输，信道干扰较大,ES,.,6,视频ES1,音频ES1,数据1,视频ES2,音频ES2,数据2,传输复用,节目复用,视频PES1,音频PES1,视频PES2,音频PES2,PS流1,TS流,数字电视码流之间的层次关系,.,7,1.基本码流（ElementaryStream）,包含视频、音频、数据的连续码流。MPEG视频码流：根据MPEG图像序列的结构，MPEG视频ES的结构由6层组成。图像序列、图像组、图像帧、宏块条、宏块、块。,.,8,头部信息,数字电视码流的形式是一串二进制数据，要明白二进制数据所代表的含义，还要借助于另一些二进制数据来标明哪些数据是属于哪一层的，以及有关的参数，这些数据被置于有效数据的前面，而且有固定的码字，我们称之为头部信息，一般头部信息的起点由起始码（StartCode）标识。,.,9,序列头,序列头,序列扩展,扩展与用户,图像组,扩展与用户,图像头,图像编码扩展,扩展与用户,图像数据,序列结束,ISO/IEC11172-2(MPEG-1),图414MPEG一2视频基本码流（ES）的高层结构,.,10,（1）序列的头部（sequenceheader）,标志整个编码序列的开始，实际码流中可以有多个序列头，以实现编辑切换。该序列头定义了有关图像大小(水平和垂直尺寸)、帧率、码率、用户自定义帧内帧间量化矩阵等重要信息。考虑到MPEG一2和MPEG一1的兼容性，头部信息分成两部分：一部分称为序列头这是两个标准的共用部分，另一部分称为序列扩展或序列延伸(sequenceextension)这是MPEG一2的标志。,.,11,（2）序列扩展(sequenceextension),它规定了序列的其余信息，包括3个参数：profile-and-level(型和级别)；参数2规定了图像格式：4：2：0、4：2：2、4：4：4；progresssequence，说明是只有帧图像，还是既有帧图像又有场图像。Sequenceextension起始码是000001B5(16进制)，后面是识别码0001说明是哪一个型Extension(Profile、Level)，如图中ISOIEC111722指MPEG1。还有序列显示扩展、量化矩阵扩展、序列分级(时间、空间、SNR)扩展等。,.,12,（3）扩展与用户(extensione通过低通滤波和增益控制后，输出控制信号f；压控振荡器（VCO）在f的控制下输出修正后的系统时钟。,.,58,音视频同步（时间同步）,在数字电视系统中，必须解决一个重要的音视频同步即唇音同步问题。这是由于数字图像压缩编码处理时间与声音压缩编码所需要的信号处理时间不一致，因此如果在发送端不对接收端的视频和音频同时显示与回放进行标志，那么在接收端将视频和音频信号解码出来后，就不知道如何协调视频和音频信号的显示及回放，以使之同步。为了避免出现音视频显示与回放的不同步而影响收看的问题，在发送端要将每帧图像及其相应声音的显示及回放时刻，以系统时钟为参考表现出来，称之为显示时间标志(presentationtimestamp)。,.,59,数字电视系统是如何实现同步的,1.建立系统时钟STC，使发送端（编码），接收端（解码），TS码流或PS码流有一个统一的时间标志。在大包的头部插系统时钟参考SCR的时间标志，用以指明是SCR的最后一个字节离开编码器的时间，在STD(系统目标解码器)的输入端则提取这个时间。2.编码时，在ES、PES和TS三个码流中设置相关的时钟信息，并通过联合作用达到编解码同步和视音频同步。,.,60,3.确定时间标志，在打包码流PES的包头插入系统时钟参考（SCR）节目时钟参考(PCR)信息。(PCR)是用来产生：显示时间标签(PTS)指示音频和视频的正确显示的时间标签；解码时序的时间标签或时间戳(DTS)指示解码时间的解码时间标签。4.STD(系统目标解码器)的输入端，接收到PCR后采用锁相坏（PLL）技术，当第一个PCR到达时，PCR值被直接装入系统时钟计数器；将此后的本地系统时钟值与当前到达的PCR（每相隔100ms发送一次）做差分运算，输出控制信号f；压控振荡器（VCO）在f的控制下输出修正后的系统时钟STC。,.,61,5.通常是PTS的到达与PCR时钟恢复是两个独立的过程，式一般不满足，要进行同步调整以解决唇音同步问题；解码时序的时间标签或时间戳(DTS)指示解码时间的解码时间标签，解决图像的空间同步和图像序列显示重排的问题,.,62,条件接收，加密，加扰,1.条件接入（CA）的直接含义是：对某部分特权信息的访问需要满足一定的条件，也就是信息加解密技术。2.数字电视条件接入系统构成：用户管理系统、节目管理系统、密钥生成系统、加扰系统、服务信息生成系统、智能卡和解扰系统。,.,63,3.加密与加扰：实现条件接收，对信号要加扰（对编码后的图像码流加扰），加扰是通过控制字实现的，而加密是对控制字进行加密，而加扰的算法一般是公开的，而必须对控制字加密。,.,64,加扰：控制字是用于对数字电视相关节目的码流数据进行加扰的密钥，由于加扰系统工作于实时状态，必须保证较高的速度，再加上在许多标准系统中，加扰的算法基本上是公开化的，因此加扰系统一般采用某些比较常用的而且比较简单的算法。为了防止系统被破解，要求控制字必须比较长而且经常改变，同时要求生成方式应该是随机的，不能有固定的规律。一般实际系统中控制字每几秒钟就要改变一次。控制字的产生往往采用类白噪声源的硬件产生。,.,65,加密（控制字）：加扰的控制字必须由节目提供方送到接收端，接收端才能将加扰后的数字电视码流正确解码。由实时性和不断变化的要求，这种传送只能通过传送电视码流的信道传送，必须对它进行加密传送。授权控制信息发生器将加密后的密钥信息与一些相关的节目授权信息结合在一起生成授权控制信息（EntitlementControlMessageECM）,ECM被嵌入数字电视码流的相关表中，作为码流的一部分传送到接收端。,.,66,加密用户的授权信息：接收端收到ECM信息时，也不能立即从中解得密码（控制字），系统还必须检查用户是不是有相关某节目收看的授权（验明身份身份验证，通过接收端机顶盒中智能卡硬件实现），客户所需要的这些授权信息可以从用户管理系统中得到。在密钥生成系统中，这些信息也被加密编码，生成授权管理信息（EntitlementManagementMessageEMM）通过数字电视信道每隔几秒重复传送（控制字每隔几秒要改变一次）。,.,67,解扰系统：依据从系统中获取的控制字，采用规定的解扰算法，同步地对相应码流进行解扰获取数字电视节目的明码，（还不能收看，为什么？）用于后面的视音频解码。,.,68,智能卡及公共接口模块：有关条件接收的核心部件，接收端收到ECM、EMM后，智能卡根据其保存的客户信息，首先对EMM进行解码，获取该用户对相关节目的接收权限控制信息，对客户ECM的访问权限作出判断，对ECM解密，获取控制字，将控制字送给解扰模块，对码流进行解扰。,.,69,条件接入系统的工作原理,1.发送端：用户提出申请管理系统，管理系统登录用户信息，帐单生成EMM信息PS码流加扰器复用器控制字产生器加扰器控制字ECM（密钥）用户管理系统授权信息EMM发生器EMM复用生成加扰，加密后的数字电视码流调制传输（或采用基带传输，不调制）。,加密,.,70,加扰模块,ECM生成器,EMM生成器,用户管理系统,控制字发生器,节目管理系统,服务信息生成器,复用器,解扰模块,密钥生成,控制字,节目码流,用户申请、确认、帐单等,加扰节目码流,EMM,ECM,SI,节目码流,传输信道,TS,PS,控制字,ECMEMM,加扰节目码流,数字电视条件接入系统组成框图,.,71,2.接收端：接收端解密由智能卡和机顶盒配合完成，机顶盒首先在传送流中寻找节目特殊信息PSI，在PSI中找到条件接入表CAT，根据CAT表中给出的ECM和EMM包识别码（PID），找到相应的加密的ECM