第1章 数字电视技术基础1

1、2021-7-9第一章 数字电视技术基础1 数字电视技术实训教程数字电视技术实训教程 (第3版) 主编 刘修文 副主编 刘文涛 陆燕飞 参编 刘以通 席彦彬 蔡晓栋等 机械工业出版社机械工业出版社 2021-7-9第一章 数字电视技术基础2 数字电视技术实训教程数字电视技术实训教程 (第3版) 第1章 数字电视技术基础 2021-7-9第一章 数字电视技术基础3 本章要点本章要点 了解数字电视的有关概念及数字电视在我了解数字电视的有关概念及数字电视在我 国的应用情况。国的应用情况。 熟悉视、音频信号压缩编码方法。熟悉视、音频信号压缩编码方法。 熟悉数字电视的信道编码技术和赳错方法。熟悉数字电视

2、的信道编码技术和赳错方法。 熟悉节目码流与传输码流的组成，掌握传熟悉节目码流与传输码流的组成，掌握传 输码流的复用。输码流的复用。 熟悉数字电视传输方式。熟悉数字电视传输方式。 。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础4 1.11.1数字电视的概念数字电视的概念 1.1.11.1.1数字电视数字电视 数字电视是指包括节目摄制、编辑、数字电视是指包括节目摄制、编辑、 发送、传输、存储、接收和显示等环节发送、传输、存储、接收和显示等环节 全部采用数字处理的全新电视系统，也全部采用数字处理的全新电视系统，也 可以说数字电视是在信源、信道、信宿可以说数字电视是在信源、信道、信宿 三个方面全面实现数

3、字化和数字处理的三个方面全面实现数字化和数字处理的 电视系统。电视系统。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础5 1.1.21.1.2数字电视接收机数字电视接收机 数字电视接收机是指能接收、处理和数字电视接收机是指能接收、处理和 重现数字电视广播射频信号的一种终端重现数字电视广播射频信号的一种终端 设备。数字电视接收机也称数字电视一设备。数字电视接收机也称数字电视一 体机，或简称数字电视机。按国际惯例，体机，或简称数字电视机。按国际惯例， 数字电视接收机须具备接收、处理地面数字电视接收机须具备接收、处理地面 数字电视广播射频信号并予以重放的能数字电视广播射频信号并予以重放的能 力。力。 2

4、021-7-9第一章 数字电视技术基础6 1.1.31.1.3数字电视机顶盒数字电视机顶盒 数字电视机顶盒英文缩写“STB” (Set-Top Box)。 它是一种将数字电视信号转换成模拟信号的变换设 备，它把经过数字化压缩的图像和声音信号解码还 原成模拟视音频信号送入普通的电视机。从模拟电 视向数字电视过渡，是一个跨越式的过渡，可以说 无法直接兼容，也就是说目前的所有的模拟电视机 是不能接收数字电视信号。共有6种不同的数字电 视机顶盒，如图1-1所示。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础7 2021-7-9第一章 数字电视技术基础8 1.1.41.1.4三网融合 三网融合，是指电信网、

5、广播电视网、 互联网在向宽带通信网、数字电视网、 下一代互联网演进过程中，其技术功能 趋于一致，业务范围趋于相同，网络互 联互通、资源共享，能为用户提供话音、 数据和广播电视等多种服务。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础9 1.1.51.1.5OTT TV OTT TV 是“Over The Top TV”的缩写， 是指基于开放互联网的视频服务，终端可以 是电视机、计算机、机顶盒、PAD、智能手 机等等。从消费者的角度出发，OTT TV 就 是互联网电视，它允许在任何时间、任何地 点在任何设备上收看视频节目。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础10 1.1.6我国数字电视应用概况

6、 我国数字电视的应用是从数字卫星电视开始， 1995年11月30日，中央电视台采用数字压缩技术， 使用中星5号频段转发器播出体育、文艺、电影 等4套数字压缩加扰收费的电视节目。 截至2014年10月8日，全国直播卫星户户通用户 达到1614万户；到2014年4月我国有线数字电视用 户为1.68828亿户，有线电视数字化程度约为 74.48%。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础11 1.21.2数字电视信源编码数字电视信源编码 1.2.1数字信号的产生 数字电视中的视频与音频信号均是 经过取样、量化、编码三个过程，形成 的二进制数字信号，一个模拟信号数字 化过程如图1-3所示。显然，取样

7、点越多， 量化层越细，越能逼真地表示模拟信号。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础12 2021-7-9第一章 数字电视技术基础13 1.2.21.2.2压缩编码的必要性与可行性压缩编码的必要性与可行性 1 1 数字电视视频信号压缩的必要性数字电视视频信号压缩的必要性 为了提高传输效率，一般将数字化的视频为了提高传输效率，一般将数字化的视频 信号先进行压缩编码，从数字视频信号中移信号先进行压缩编码，从数字视频信号中移 去自然存在的冗余度，尽量减少图像各符号去自然存在的冗余度，尽量减少图像各符号 的相关性，提高图像的传输效率。这个过程的相关性，提高图像的传输效率。这个过程 就好像将牛奶中水

8、分去掉制成奶粉，在需要就好像将牛奶中水分去掉制成奶粉，在需要 时将水倒进去又做成牛奶一样，在接收端则时将水倒进去又做成牛奶一样，在接收端则 通过解码将图像信号恢复。通过解码将图像信号恢复。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础14 2 数字电视视频信号压缩的可行性 视频信号可以压缩的根据主要有两点：一 是视频信号中存在大量的冗余度可供压缩， 包括图像结构和编码统计方面的冗余度，这 种冗余度在解码后可无失真地恢复。另一点 是利用人的视觉特性，通过减少表示视频信 号的精度，以一定的客观失真换取视频数据 压缩。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础15 3 数字电视音频信号压缩的可行性 音频

9、压缩是降低音频信号中的冗余和丢掉 音频信号中不相关部分 (凡不能被人耳感觉到 的信号），使数字音频的信息量减少到最小 程度，但同时又能精确地再现原始的声音信 号。随着人们对音频信号特性和人耳特性的 不断研究，音频编码技术得到很大的发展。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础16 1.2.3视频压缩编码 视频压缩编码的目标是在尽可能保证视觉效果的前提下减 少视频数据率。由于视频是连续的静态图像，因此其压缩编 码算法与静态图像的压缩编码算法有某些共同之处，但是运 动的视频还有其自身的特性，因此在压缩时还应考虑其运动 特性才能达到高压缩的目标。 1 基本概念基本概念 在视频压缩编码中常需用到以下

10、的一些基本概念： (1).可逆压缩编码(又称为信息保持编码或无损压缩编码) (2).不可逆压缩编码(又称为信息非保持编码或有损压缩编 码) 2021-7-9第一章 数字电视技术基础17 (3) 帧内编码：帧内编码是指压缩编码是 在一帧(或一场)内进行的，其目的在于消除一 帧(或一场)内图像的空间冗余 (4)帧间编码：帧间编码是指压缩编码是在 相邻两帧或几帧之间进行的，利用图像信号 的时间相关性来消去冗余。这种方式对静止 图像或慢速运动图像有很强的压缩能力，但 对于快速运动的图像，由于时间相关度降低， 故压缩能力相应减弱。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础18 2视频压缩的方法 视频压缩

11、编码常采用以下4种方法： (1)预测编码(又称差值码、编码) (2)变换编码 (3)熵编码(统计编码) (4)量化编码 2021-7-9第一章 数字电视技术基础19 1.2.4音频压缩编码 音频压缩编码与视频压缩编码一样，采用 数字压缩方法，降低音频信号中的冗余和丢 掉音频信号中不相关部分（凡不能被人耳感 觉到的信号），使数字音频的信息量减少到 最小程度，但同时又能精确地再现原始的声 音信号。随着人们对音频信号特性和人耳特 性的不断研究，音频编码技术得到很大的发 展。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础20 1.2.5视频压缩编码标准简介 1.MPEG-2视频压缩编码标准简介 2 AVS

12、数字视频编码标准简介 3 新的视频压缩编码标准H.264 2021-7-9第一章 数字电视技术基础21 1.2.6数字电视信源编码结构框图 信源编码器，先将模拟信号数字化，再将数字化后的信号及 其他数据进行压缩编码处理，其结构框图如图1-11所示。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础22 1.3 数字电视信道编码 1.3.1误码产生的原因 数字电视信号在信道中传输时，由于传输 系统特性的不理想和信道中的噪声干扰，引 起 了数字电视信号波形的失真，在接收端判 决时可能误判而造成误码。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础23 1.3.2数字信号传输过程的检错与纠错 数字电视信号在传输中

13、会因各种原因出现 差错，产生误码。如将“1”变为“0”，或将 “0”变为“1”，这就需要在接收端能发现错 误并加以纠正。完成这项工作就是在传送的 数字信息码元中附加一些监督码元来进行检 错和纠错。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础24 1.3.3数字信号的差错控制方式 1前向纠错 (FEC) 2检错重发 (ARQ) 3混合纠错 (HEC) 2021-7-9第一章 数字电视技术基础25 1.3.4常用信道编码简介 根据信道的情况不同，信道编码方案也有 所不同，在地面数字电视传输过程中，由于 是无线信道且存在多径干扰和其它的干扰， 所以信道很“脏”，为此它的信道编码是：RS 外交织卷积码内

14、交织。 在有线数字电视传输过程中，由于是有线 信道，信道比较“干净”，所以它的信道编码是： RS交织。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础26 在卫星数字电视传输过程中，由于它也是 无线信道，所以它的信道编码是：RS交织 卷积码，也是级联编码。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础27 1.4 传输码流及其复用 1.4.1基本码流与打包基本码流 基本码流 (ES) 也称原始数据流，它是包 含视频、音频或数据的连续码流。ES的结构 和内容是根据各种数据的编码格式而定的。 打包的基本码流 (PES) 是按照一定的要求 和格式打包的ES流。因为音频或视频数据经 过编码后得到基本码流，是还无

15、法直接送入 传输系统或节目系统中，而是需要经过数据 分组后才能送出。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础28 1.4.2节目码流 节目码流 (PS) 是用来传输和保存一个节 目的编码数据或其他数据，它是将一个或几 个具有公共时间基准的PES组合成单一的码 流。如同单一节目码流一样，所有的基本码 流都能在同步情况下解码。PS码流比较适用 于相对误码率小的传输环境中，如交互式多 媒体环境和媒体存储管理系统。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础29 1.4.3传输码流 传输码流适合于有误差发生的环境，例如 在噪声或有损耗介质中的存储或传输，比如 有线网络、地面广播与卫星传输。它也是将 一

16、个或几个PES组合成单一的码流，但这些 PES可以是有一个公共的时间基准，也可以 是几个独立的时间基准。如果几个基本码流 有公共的时间基准，那么这几个基本码流先 组合成一组，这叫节目复用。然后由若干个 节目复用后再进行传输复用。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础30 1.4.4传输码流中的节目专用信息 在数字电视节目中，通常一个频道对应一 个传输码流 (TS) ，一个频道的TS流由多个 节目及业务组成。在TS流中如果没有引导信 息，数字电视的终端设备将无法找到需要的 码流，所以在MPEG-2中，专门定义了节目 专用信息 (PSI) ，其作用是自动设置和引导 接收机进行解码。PSI信息在

17、复用时通过复用 器插入到TS流中，并用特定的PID（包标识 符）进行标识。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础31 1.4.5传输码流中的业务信息 除了PSI信息，还需要为用户提供有关业 务和事件的识别信息。广电行业标准化指导 性文件，GY/Z 174-2001数字电视广播业 务信息规范定义了这些数据的编码。PSI中 的PAT、CAT、PMT只提供了它所在的复用 流 (现行复用流) 的信息，在文件中，业务信 息还提供了其他复用流中的业务和事件信息。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础32 1.4.6传输码流的复用 数字电视中的复用器是将多个单节目码流 (SPTS) 或多节目码流 (

18、MPTS) 转换成一个 MPTS，复用后的MPTS就可以在光纤网上传 输或者直接通过QAM调制器调制输出，能有 效提高传输信道的利用率。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础33 1.5数字电视传输方式 1.5.1数字电视地面广播 数字电视地面广播是利用架设在电视铁塔 上的发射天线，将传输码流调制在VHF或 UHF广播信道上，用无线电波传输数字电视 节目。在地面电视广播无线覆盖技术中，目 前有三种组网方式：多频网 (MFN)、双频网 (DFN) 与单频网 (SFN)。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础34 1.5.2数字电视卫星广播 数字电视卫星广播是在地球赤道上空 35800km

19、处的静止卫星上，装载转发器和天 线系统，向地面转发广播电视信号，直接进 行大面积广播电视覆盖的一项新技术。它能 使覆盖区内的广大用户直接收看千百里之外 乃至地球另一面的广播电视节目。因此，数 字电视卫星广播是解决广播电视大面积覆盖 最先进、最有效的技术手段。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础35 1.5.3数字电视有线广播 有线电视广播具有传输质量高、节目频 道多等特点，因而便于开展按节目收费 (PPV)、视频点播 (VOD) 以及其他双向业务。 数字电视有线广播是利用有线电视(CATV)系 统来传送多路数字电视节目，其调制方式大 多都采用QAM (正交幅度调制) 方式，数字电 视有线

20、广播具有质量优异、资源丰富等特点， 但其成本在数字电视三种传播方式中最高， 目前借助有线电视技术来实现数字交互式电 视业务是最佳方案。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础36 1.1.6 6实训实训1 1 数字电视与高清晰度数字电数字电视与高清晰度数字电 视接收机视接收机 1.1.实训目的实训目的 2.2.实训器材实训器材 3.3.实训原理实训原理 4.4.实训步骤实训步骤 5.5.实训报告实训报告 2021-7-9第一章 数字电视技术基础37 1.51.5本章小结本章小结 本章在介绍数字电视的有关概念及数字电视在我 国的应用情况后，重点介绍数字电视信源编码、信 道编码、传输码流的处理和

21、传输方式。 数字电视是指包括节目摄制、编辑、发送、传输、 存储、接收和显示等环节全部采用数字处理的全新 电视系统，数字电视接收机是指能接收、处理和重 现数字电视广播射频信号的一种终端设备，这是两 种不同的概念。 数字电视机顶盒是一种将数字电视信号转换成模 拟信号的变换设备，它把经过数字化压缩的图像和 声音信号解码还原成模拟视音频信号送入普通的电 视机。 2021-7-9第一章 数字电视技术基础38 数字电视的信源编码承担着图像、音频数据压 缩码率的功能，它去掉信号中自然存在的冗余度， 以达到用尽可能少的数码来有效地表示图像或声音 信号。从而降低码率，压缩频带，以提高信息的传 输效率。 数字电视信道编码的目的是提高信号在传输过 程中的