数字电视培训教程

数字电视培训课程，2013年3月，内容安排，1。数字电视的基本概念2。数字电视系统的组成和关键技术3。数字电视标准4。基础有线数字电视技术。源编码技术(压缩编码)6。信道编码和调制7。有线数字电视传输技术。有线数字电视前端系统9。数字机顶盒10。数字电视参数的测量。1.数字电视的基本概念。1.什么是数字电视？指从节目制作、制作、编辑、存储、传输、信号接收、处理、显示等全过程完全数字化的电视系统。数字电视的实现意义重大，极大地提高了整个广播电视节目的制作和传输质量，极大地提高了频道资源的利用率。提供其他增值服务：数据广播、视频点播、电子商务、软件下载、电视购物为“三网融合”提供技术可能性。3、数字电视分类高清电视：图像分辨率192080 (16: 9) SDTV:图像分辨率720756(PAL)720480(NTSC)LDTV:VCD级图像分辨率，4、数字电视数字传输的优势、高信号质量、彩色保真和不同分辨率级别的移动接收(高清电视、SDTV)，为了增加节目频道而不出现重影，应实施加密、解密、加扰和解扰，以方便CA服务与其他增值服务的准交互和互动。二、数字电视系统的组成及关键技术。首先，系统组成应从水平方向来看：(硬件系统)程序制作、数字信号处理、传输、接收和显示。在垂直视图中，(软件系统)物理层传输协议中间件标准信息应表明信息受内容保护。节目制作设备：数码相机、数字录像机、数字特技机、数字编辑机、数字字幕机、数字处理设备和非线性编辑系统技术：压缩编码/解码设备和技术、数据编码/解扰设备和技术、加密/解密设备和技术信号传输：地面、电缆、卫星接收设备：数字电视接收机(卫星、电缆)显示器：阴极射线管、液晶显示器、等离子显示器、投影显示器等。2.关键技术1)信源编码技术视频压缩编码MPEG-2音频压缩编码MPEG-2(欧洲，日本)AC-3(美国)中国标准：GB/T 17975.2-2000“信息技术运动图像及其伴音信号通用编码标准第2部分：视频”GB/T 17975.3-2000“信息技术运动图像及其伴音信号通用编码标准第3部分：音频”；2)传输复用技术数据封装：N路视频、音频和辅助数据的数据分组。传输流多路复用：n个打包数据组合成一个串行传输流。标准：国际MPEG-2中国GB/T 17975.1-2000“信息技术运动图像及其伴音信号的通用编码第1部分：系统”传输复用使电视信号具有类似于数据通信的数据包(分组)传输，从而使数字电视系统具有可扩展、分级和交互式通信的基础。(3)信道编码和调制由信源编码的传输码流通常不适合在传输信道(无线、有线、卫星)中传输。它必须经过一些处理才能适合在特定的信道上传输。在通信原理中，这种处理被称为信道编码和调制。信道编码包括纠错编码、网格编码、均衡等。信道编码的目的是提高信道中传输信号的抗干扰能力。标准：GY/T170-2001有线数字电视广播系统信道编码和调制编码，4)条件接收(CA)CA仅允许付费授权用户使用某项服务，未经授权的用户不能使用该服务。CA涉及的技术有：前端的加密和加扰技术，接收端的寻址控制和授权解扰技术。标准：GY/Z175-2001数字电视广播条件接收系统规范，5)软件平台中间件机顶盒的硬件功能：接收射频信号、信道解码、解调。MPEG-2流解码，模拟视频/音频输出。机顶盒软件功能：电视节目内容显示、EPG节目信息、操作实现中间件：它是一个软件环境，将应用程序与底层实时操作系统和硬件实现的技术细节分开。它支持跨硬件平台和操作系统运行的软件，使应用程序独立于特定的硬件平台和操作系统。中间件组成：Java虚拟机、JavaScript虚拟机、HTML虚拟机等。三、数字电视标准、三大国际标准DVB-S欧洲：DVB(数字视频广播)DVB-TDVB-C美国：ATSC(高级电视系统)日本：ISDB(综合业务数字广播)、四、有线数字电视技术基础、1、有线数字电视信号传输等级和传输系统模式1)传输等级：LDTV、SDTV、高清电视2)传输系统模式有线传输PCM模式光纤传输SDH模式光纤同轴混合传输HFC数字调制模式2。主流标准和模式1)标准：DVB-CATSC-16VSB，ATSC-64QAMISDB-C，2)四种模式：DVB-CATSC-64QAMATSC-16VSBISDB-C传输模式16-64QAM64QAM16VSB64QAM带宽8MHz6MHz6MHz6MHz传输速率31.64 MB/s 11.34 MB/s 33.05 MB/s 30.31 MB/s接收滚降15.5%纠错率RS(1000 MB/s)；电影胶片电视电影胶片机模数转换信号数字化；1)信号数字化过程采样：采样频率，奈奎斯特定理连续信号被转换成离散信号进行量化：离散信号样本经过离散处理和离散量化级量化噪声编码：量化信号仍然是离散信号，不是数字信号。N位二进制代码用于表示量化的样本值，这称为编码。每个二进制数对应一个量化级别，然后按照时间顺序排列，得到基带数字信息流。传输速率：传输速率=采样频率fs量化位数，2)音频信号的数字采样频率：40KHz。通常使用11.025千赫、22.05千赫、44.1千赫、48千赫。量化位数：8位、12位、16位。通道：单声道、双通道(立体声)采样频率量化位数通道计数字音存储：(字节)8位示例：光盘标准采样频率44.1千赫，量化位数16位，立体声，一分钟数字音乐的存储容量10，584，000字节或84，672，000位。视频信号的数字编码方法：复合编码直接将全彩色电视信息编码成PCM码分量编码分别编码亮度信号Y、色差信号R-Y和B-Y或PCM码。“复合编码”与电视系统有关“分量编码”与电视系统在节目后期制作中无关：“复合”需要解码“分量”而不解码传输。由于频分复用，“复合”产生亮度。色彩串扰的“分量”采用时分复用，无亮度，色彩串扰，4。数字电视信号的码率1)标准清晰度数字电视(SDTV):在ITU-R601标准中，采用10位量化时，亮度信号的码率为采样频率量化位数=13.5兆比特=135兆比特26.75兆比特的码率=135兆比特。2)高清晰度电视(HDTV):在SMPTE274M数字电视标准中，当使用10位量化时，亮度信号的码率为采样频率量化位数=74.25兆赫兹10位=742.5兆比特237.125兆赫兹10位=742.5兆比特/秒高清晰度电视总码率为亮度信号码率2色差信号码率=742.5兆比特/秒742.5兆比特/秒=1485兆比特/秒，有效码率5由于在电视信号的水平和垂直消隐期间没有视频信号，所以有效码率通常仅为码率的60%-80%。在ITU-R601标准中，当量化8比特时，亮度信号的NTSC(480/60i)有效码率为：每行采样点数x有效扫描行数x量化比特数x帧率=7204808x 30=82.944 Mbps PS2色差信号的有效码率为：2X360X480X8X30=82.944Mbps总有效码率为：亮度信号有效码率2色差信号有效码率=82.944 Mbps PAL(576/50i)亮度信号的有效码率为：每行采样点数x有效扫描行数x量化位数x帧率=720 x 576 x 8x25=82.944 Mbps色差信号的有效码率为：2X360X576X8X25=82.944Mbps总有效码率为：亮度信号有效码率2色差信号有效码率=82.944 Mbps 82.944 Mbps=16.5 1080/60i信号格式测量信号的有效码率为：每行采样点数有效扫描行数量化位数帧速率=192010808x 30=497.664 Mbps。PS2色差信号的有效码率为2X960X1080X8X30=497.664Mbps兆位/秒，总有效码率为2497.664=995.328兆位/秒(1080/60I)1080/50I信号格式的有效码率为192010808x 252=829.44兆位/秒(1080/50I)。6.数字电视技术中电视系统的表示方法1080/60i1080表示每帧的有效扫描线，60表示帧频率或场频率，I表示隔行扫描。720/50P720代表每帧有效扫描行数，50代表帧频率或场频率，p代表逐行扫描。NTSC系统可以表示为：480/60iPAL系统可以表示为：576/50i1080/60i也可以表示为：1080/60/2: 1720/50p也可以表示为：720/50/1: 11080/60i也可以表示为：108060i720/50P也可以表示为：72050P，5。信源编码技术(压缩编码)，1。数字视频压缩的必要性显示格式数字化后，传输速率为995Mb/SSDTV复合编码135Mb/S分量编码4: 2: 2216 MB/s存储：2小时高清电视，存储7164千兆位/S2时SDTV，存储972千兆位/秒复合编码1555千兆位/秒分量编码传输：高清电视需要1千兆位/秒频道SDTV需要1 2个155兆位/秒频道。速率压缩对于存储和传输都是绝对必要的。2.压缩编码方法，1)使用图像时间相关性和时间冗余度的压缩电视图像中连续帧的对应像素点的值通常是相似或相同的，并且具有时间相关性。找出这些相关性可以减少信息量，从而实现时间相关的压缩。2)使用空间相关性和空间冗余的压缩图像的相邻点的值通常是相似或相同的，并且具有空间相关性。找出这些相关性可以减少信息量，从而实现空间相关的压缩。3)利用事件的统计特性和统计冗余的压缩，短代码组用于频繁出现的数据，长代码组用于不频繁出现的数据，从而减少了用于最终表示这一系列数据的总代码位。从而实现与统计冗余相关的压缩。4)利用人眼的视觉特性和视觉冗余来压缩人眼的视觉特性：对亮度信号比色度信号敏感，对低频信号比高频信号敏感，对静止图像比运动图像敏感，对图像中的水平线和垂直线比斜线敏感。色度信号、图像高频信号和运动图像中包含的一些数据不能有助于提高图像相对于人眼的清晰度，但被认为是冗余数据，即视觉冗余。压缩视觉冗余是为了去除人眼不可见或不必要的图像数据。3。基本图像压缩和编码技术，1)分类冗余压缩技术，无损压缩技术，无失真，数学可逆。也就是说，它是可约的。信息压缩技术包括损伤压缩技术、失真和数学不可逆性。也就是说，它是不可约的。(2)评价图像压缩技术的优缺点信息压缩比：压缩前后所需的信息存储比率图像精度：再现图像的失真如何比较电视广播：压缩比15: 1 20: 1采用帧间预测编码，MPEG-2标准有线数字电视压缩比可提高到30: 1，MPEG-2标准，3)基本压缩编码方法预测编码(DPCM)差分脉冲编码调制DPCM不直接传输图像样本本身，但重新量化和编码实际样本与其预测值之一之间的差异。该方法可以消除图像信号的空间相关冗余(帧内预测)和时间相关冗余(帧间预测)。利用像素的相关性可以进一步减小差异。离散余弦变换是一种常用的数字速率压缩变换编码方法。离散余弦变换是将整幅图像分成神经网络像素块，然后对神经网络像素块进行离散余弦变换。因为大多数图像具有很少的高频分量，所以相应的高频分量的系数通常为零，并且人眼对高频分量的失真不太敏感，所以可以使用更粗糙的量化。因此，透射变换系数的数字率比透射像素的数字率小得多。到达接收端后，通过反离散余弦变换返回采样值。虽然有失真，但人眼可以接受。游程长度编码是指一个可以同时表示代码值和前面几个零的代码。在之字形读取模式的情况下，甚至有更多的机会是零，特别是在最后，如果所有的零都是零，在读取最后一个数字后，只要给出“块结束”(EOB)码，输出就可以结束，从而节省了大量的码率。通常，离散余弦变换系数在量化后以之字形读出。霍夫曼编码霍夫曼编码(属于统计编码)是可变字长编码(VLC:Variable-LengthCoding)的一种，相当于给高概率符号以短码，给低概率符号以长码。视频压缩编码和解码标准，1)h . 261标准CCITT于1980年采用，作为可视电话的国际标准，P64Kb/S，p=1 30变量，(64 1920) kb/s用于会议电视，p 36h 261(也称为P64)是最早的速率压缩标准。2)JPEG标准于1986年提出，并于1992年作为国际标准发布。本发明属于帧内压缩编码方法，主要用于数字电视编目设备(如非线性编辑系统)。压缩比：4 324 5.3接近原始图像质量。5.3 11幅图像较好，满足大多数应用11 16幅图像和大多数应用15 32幅图像的要求。3)MPEG-1标准于1988年提出，并于1992年发布，作为VCD和其