《数字电视原理与应用》教学大纲

1、数字电视原理与应用教学大纲课程英文名称 Principles and applications of digital TV先修课程 电子线路；数字信号处理或数字电路；通信原理相关专业 电子信息；通信技术；电子科学与技术；广播电视技术；计算机应用总学时 92学时；其中理论课72学时，实验课20学时。总学分 3课程性质：综合必修 专业必修 专业选修 全校公选目 录第1章 数字电视及数字电视信号的形成（4学时）学习目的与要求：了解数字电视及其与模拟电视相比较的优越性，了解数字摄像机的基本工作原理，掌握数字摄像机或数码摄像机重要性能参数的物理意义。了解数字视频非线性编辑的基本概念。难点：三基色原理与摄

2、像，数字化过程与取样结构重点：数字电视，数字摄像机的重要参数，量化误差解决方法：先导入视觉与三基色原理的概念，而后讲解光电成像、数字电视的概念，包括数字电视与模拟电视之区别。数字信号的形成过程，重点讲解数字电视信号的取样结构，在理论上分析指出量化误差是数字电视系统误差的主要来源，给出数字电视摄像机关键参数的实际意义，最后提出数字视音频信号非线性编辑的必要性。通过实验来强化对数字电视摄像机关键参数设置和数字视音频非线性编辑意义的理解。主要内容：1.1 数字电视的基本特点及其分类（基本了解，0.8学时）1.1.1 数字电视的优越性1.1.2 数字电视的分类1.2 数字摄像机（了解，1.2学时）1.

3、2.1 数字摄像机基本结构与原理1.2.2 数字摄像机的重要参数指标1.2.3 数字处理摄像机的特点1.2.4几种广播级数字摄录一体机的性能1.3 电视信号的数字化过程（掌握，1.5学时）1.3.1 模拟信号的取样及其形式1.3.2 量化原理与量化误差1.3.3 数字化信号的编码与非线性编辑1.4 视频模数转换器与数模转换器（认识，0.5学时)1.4.1 视频模数转换器1.4.2 视频数模转换器第2章 视音频信号的压缩编码（10学时）学习目的与要求：了解压缩编码的必要性，掌握预测编码的基本原理，掌握常用的快速块匹配算法，如三步搜索法及其改进法、菱形搜索法；掌握二维离散余弦变换与压缩编码的基本过

4、程，了解音频信号的压缩编解码的要领。认识Huffman编解码与算术编解码的基本原理。本章内容为全书的重点章节之一。难点：视频信息中的冗余，运动补偿预测编码，块匹配快速搜索算法，二维离散余弦变换及其真正提供的压缩机制。重点：视音频信号中的冗余，三步搜索法及其改进法、菱形搜索法，二维离散余弦变换、量化与编码（压缩）过程。解决方法：通过举例分析，强化对三步搜索法及其改进法、菱形搜索法，二维离散余弦变换、量化、编码（压缩）与解码（解压）过程的理解。通过实验帮助学生对二维离散余弦变换及其反变换的理解。主要内容：2.1 压缩编码的必要性（了解，1学时）2.2 图像信号的压缩依据（了解，1学时）2.2.1

5、图像结构中的冗余信息2.2.2 人眼的视觉特性2.3 预测编码的基本原理（掌握，1学时）2.3.1 运动补偿预测编码的基本思想2.3.2 直方图与块匹配的判决机制2.4 常用的块匹配快速搜索法（了解，1学时）2.4.1 二维对数法2.4.2 三步搜索法及其改进）的步骤是：2.4.3 菱形搜索法2.4.4 分级搜索法2.4.5 运动补偿的应用举例2.5 Huffman编码与算术编码（基本了解，1学时）2.5.1 Huffman编码与解码2.5.2 算术编解码的基本原理2.6 离散余弦变换编解码的基本原理（掌握，4学时）2.6.1 一维离散余弦变换及特点2.6.2 二维离散余弦变换与压缩编码2.6

6、.3 基于DCT的量化2.6.4 DCT系数的熵编码2.6.5 DCT压缩比计算2.6.6 DCT的反量化与反变换2.6.7 图像的DCT及其发展2.7 音频信号的压缩编解码（了解，1学时）2.7.1 心理声学模型与感知音频编码2.7.2 MPEG-2 AAC音频编解码特点第3章 视音频压缩编码标准及其特点（8学时）学习目的与要求：认识数字电视软硬件产品离不开国际化，即离不开编码标准的国际化。了解H.261标准与JPEG2000标准的基本内涵，熟悉、掌握MPEG-2标准的编码与解码过程，了解帧内编码与帧间编码及其I帧、P帧和B帧编码特点，了解具有自主知识产权的先进音视频编码标准（即AVS标准）

7、与MPEG-2标准在编码性能上的主要差异，了解MPEG-4编码特点，了解并熟悉AVS标准在国内的发展状况，认识在国内市场上支持MPEG-2标准和AVS标准的最广泛应用的解码芯片。难点：MPEG编解码特点与原理，MPEG标准视频编码的数据流结构，帧内编码与帧间编码，AVS标准的编码特点重点：视频编码与静态图像编码的异同，MPEG-2标准的编码与解码过程（原理图的分析），AVS标准相较于MPEG-2标准的创新点解决方法：可以通过计算机和网络技术，对同一视频进行不同标准的压缩或更多的视频格式间转换，再播放进行视频质量比较。主要内容：3.1 H.261标准（认识，0.5学时）3.1.1 H.261标准

8、的特点与用途3.1.2 H.261标准的图像编码特点3.2 JPEG标准与JPEG2000（基本了解，0.5学时）3.3 MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4标准的主要内容（了解，1学时）3.3.1 MPEG-1标准的主要内容3.3.2 MPEG-2标准的主要内容3.3.3 MPEG-4标准的主要内容3.4 MPEG标准的视频数据流结构（了解，1学时）3.5 MPEG标准编码特点（了解，1学时）3.6 MPEG标准的编解码原理（掌握，2学时）3.6.1 MPEG标准的编码原理3.6.2 MPEG标准的解码原理3.6.3 支持MPEG-2标准的解码芯片3.7 H.264标准简介（基本了解，0

9、.5学时）3.8 先进音视频编码标准（AVS）（了解，1.5学时）3.8.1 AVS视频编解码的主要内容3.8.2 AVS与相关编码标准的比较3.8.3 AVS的音频编解码3.8.4 AVS的应用前景第4章 数字电视信号的复用与信道编码（9学时）学习目的与要求：认识信道编码的必要性，了解纠错编码的基本形式，掌握循环冗余校验CRC-32检纠错码原理，掌握数字电视的复用技术与特点，了解传输流的特点，了解低密度奇偶校验码（LDPC）特点和信道编码中的交织技术。难点：循环冗余多项式的解析，复用技术，传输包TS的构成分析，卷积码分析重点：误码控制，复用码流的PID号，TS流结构及包头信息，交织技术解决方

10、法：讲清楚模拟电视的频分复用和数字电视的时分复用，数字电视码流传输包的结构特点，特别是包头的作用。通过实验对实际传输的不同识别号的传输流进行测试、分析和比较，加深对理论的理解。主要内容：4.1 信道编码的必要性及其结构（了解，0.5学时）4.2 差错控制编码（了解，1学时）4.2.1 差错控制编码的基本方式4.2.2 纠错码的分类4.2.3 误码控制的基本概念4.2.4 检错与纠错基本原理4.3 循环冗余校验原理与应用（了解，1学时）4.3.1 CRC检错原理4.3.2 循环码生成及CRC-32应用4.4 数字电视的复用系统（了解，2学时）4.4.1 复用码流的PID号及其特点4.4.2 数字

11、电视系统的分层结构4.4.3 节目复用、多路复用与解复用4.4.4 复用比特流的组成特点4.4.5 TS包头信息的作用4.4.6 MPEG-2的视音频同步问题4.4.7 数字电视复用系统的主要功能4.5 基带处理与能量扩散（了解，1学时）4.5.1 数字电视信号的基带处理4.5.2 能量扩散4.6 外码编码（RS码）（基本了解，0.5学时）4.6.1 RS码的基本特性4.6.2 多项式的根4.6.3 RS码的生成原理与纠错4.6.4 RS码的截断选择与性能分析4.7 卷积码及其解码（了解，1.5学时）4.7.1 卷积码的产生4.7.2 卷积编码器的图解分析法4.7.3 卷积码的Viterbi解

12、码方法4.8 低密度奇偶校验码（LDPC）特点（了解，0.5学时）4.9 信道编码中的交织技术（了解，1学时）4.9.1 交织技术的由来及形式4.9.2 交织、解交织原理及其应用第5章 数字电视信号的调制与传输技术（9学时）学习目的与要求：认识基带成形与滚降滤波意义，认识调制在信号传输中的作用，了解数字信号传输的几种常见形式与区别，掌握有线数字电视传输中的64QAM调制、卫星数字电视QPSK调制和我国地面数字电视传输中TDS-OFDM调制的特点及其相关的基本原理，了解地面国标系统的总体结构；了解DVB-S2与ABS-S性能上的异同，认识国际上三种地面传输标准的要点与差异。难点：QAM调制、QP

13、SK调制和OFDM调制的基本原理，DMB-T技术特点。重点：多进制相位调制，64 QAM调制特点，TDS-OFDM调制技术的特点。解决方法：讲清楚调制是信号实现远距离传输的手段，数字信号的传输也一样。实际数字信号调制时，是将若干位二进制数分成一组，调制到载波的特定相位或幅度上，或同时调制到幅度和相位上，也可以在实验室测试验证。主要内容：5.1 基带成形与滚降滤波（了解，0.5学时）5.1.1 理想低通滤波器的脉冲成形5.1.2 升余弦滚降滤波5.2 数字电视信号的调相与解调（了解，1.5学时）5.2.1 二相移相键控的形成与解调5.2.2 2DPSK调制与解调5.2.3 多进制相位调制与应用5

14、.2.4 QPSK相位调制的应用5.3 DVB-S2与ABS-S传输标准（了解，0.5学时）5.3.1 DVB-S2与DVB-S的性能比较5.3.2 中国的先进卫星电视广播系统ABS-S5.4 振幅键控的基本形式（了解，0.5学时）5.5 多电平正交幅度调制与解调制（了解，1.5学时）5.5.1 多电平振幅键控原理5.5.2 多电平振幅键控的带宽5.5.3 多电平振幅键控的应用5.5.4 /2旋转不变的QAM星座图5.6 正交编码频分复用（COFDM）（了解，1学时）5.6.1 OFDM的原理及实现方法5.6.2 克服多径干扰和常规电视干扰的措施5.7 地面数字电视单频网广播（了解，0.5学时

15、）5.8 DMB-T系统与TDS-OFDM技术（了解，1.5学时）5.8.1 DMB-T技术特点5.8.2 信号帧结构与特点5.8.3 DMB-T的调制步骤与单频网方案5.9 中国地面国标DTMB的基本内容（掌握，1学时）5.9.1 ADTB-T强调国标的实用性5.9.2 DMB-T突出国标的创新性5.10 国外数字电视地面传输标准简析（认识，0.5学时）第6章 数字电视机顶盒与条件接收（13学时）学习目的与要求：了解机顶盒在数字电视信号接收中的作用与形式，了解有线数字电视机顶盒的硬件结构与软件（中间件）结构要求，认识双向机顶盒与高清机顶盒的特点，掌握电子节目指南的形成与操作形式，了解加密机制

16、。了解机卡分离、软硬件分离的必要性和特点，了解用户管理系统和无卡接收特点。本章是重点章节之一。难点：硬件结构，中间件结构，电子节目指南的形成，业务信息，加密机制重点：有线数字电视机顶盒的硬件结构与原理分析，业务信息的描述符，用户管理系统，同密加密原理解决方法：DVD或VCD播放机是同学们熟知的，它们就是模拟电视接收机播放数字视音频的家用电器。如果换成无线接收、或卫星接收或有线数字电视接收的形式，所对应的设备就是机顶盒。课堂讲解与在实验室实际操作相结合对了解本章的重难点内容是必须的。主要内容：6.1 机顶盒的功能与形式（了解，1学时）6.2 机顶盒的基本结构（了解，1.5学时）6.2.1 机顶盒

17、的硬件结构及其技术6.2.2 机顶盒的双向功能与Cable Modem6.2.3 机顶盒的软件结构及其中间件6.2.4 多媒体家庭平台（MHP）6.3 国内机顶盒的主要部件及发展趋势（了解，1学时）6.3.1 国内机顶盒的主要部件及其制造商6.3.2 机顶盒的发展趋势6.4 电视接收中的电子节目指南（掌握，3学时）6.4.1 电子节目指南与节目搜索6.4.2 电子节目指南的实现6.4.3 业务信息中的描述符6.4.4 EPG及其在机顶盒中的实现6.4.5 EPG的一般表现形式6.5 数字电视的条件接收技术（了解，1.5学时）6.5.1 CA系统的构成与原理6.5.2 条件接收系统的密钥保护机制

18、6.5.3 用户管理系统（SMS）6.6 加密基本原理（了解，2学时）6.6.1 对称密码系统6.6.2 非对称密码系统6.6.3 同密与多密技术6.7 智能卡与条件接收（掌握，2学时）6.7.1 智能卡及其条件接收6.7.2 机卡分离与中国的UTI大卡方案6.7.3 无卡CA解决方案6.8 条件接收系统的破解与反破解（了解，1学时）第7章 数字电视信号的接收、监测与显示（13学时）学习目的与要求：了解数字电视信号在有线电视网上兼容传输的特点，了解数字电视接收的峭壁效应，掌握数字电视节目搜索的原理与形式，了解视频点播与准视频点播，了解数字电视的增值业务，掌握卫星数字电视接收天线的仰角、方位角和

19、极化角概念与实际操作方法，认识新媒体电视，如手机电视形式与特点、移动电视、网络电视与P2P技术，认识数字电视的微波多路传输与接收。熟悉用码流分析仪、频谱分析仪等设备测试数字电视信号、测试机顶盒的关键点。本章是重点章节之一。难点：兼容传输，峭壁效应，新媒体电视及其视音频格式重点：视频点播，增值业务，卫星接收天线的调整与接收机参数的设置，地面数字电视一体机特点，新媒体电视解决方法：本章许多内容通过理论课讲解和实验室操作、测试，理解峭壁效应、视频点播和增值业务等概念效果更好，理论课可以借助于网络下载一些图文资料包括视频资料，辅助教学。机顶盒输出接口有多种形式，可以借助频谱分析器或示波器测试不同接口的

20、输出波形。主要内容：7.1 数字电视信号在有线电视网上的兼容传输（了解，1学时）7.2 数字和模拟电视信号兼容传输的特点（了解，0.5学时）7.3 有线数字电视信号的测试与错误监测（了解，0.5学时）7.4 有线数字电视接收机的工作原理（了解，1学时）7.4.1 FUJITSU有线数字接收机的组成与原理7.4.2有线数字电视机顶盒相关参数7.5数字电视节目搜索形式与特点（掌握，0.5学时）7.6 视频点播与准视频点播（掌握，1学时）7.6.1 视频点播VOD（Video on Demand）7.6.2 准视频点播与机顶盒接收7.6.3 视频服务器的作用7.7 机顶盒的远程在线升级与数据广播（掌

21、握，0.5学时）7.7.1 远程在线升级7.7.2 数据广播7.8 数字电视增值业务与互动数字电视系统（了解，1学时）7.8.1 数字电视增值业务7.8.2 基于HFC的互动电视解决方案7.9 按次付费收看与即时按次付费收看（了解，0.5学时）7.10 数字电视接收的峭壁效应（掌握，0.5学时）7.11 卫星数字电视接收技术（掌握，2学时）7.11.1 卫星数字电视传输与接收概述7.11.2 卫星数字电视接收原理7.11.3 接收天线的仰角、方位角和极化角7.11.4 接收机的参数设置与卫星搜索7.12 接收机开关电源故障检测与维护（掌握，1学时）7.13 地面数字电视及其移动电视（了解，1学时）7.13.1 手机电视形式与特点7.13.2 我国移动电视标准与应用7.14 P2P技术与网络电视（IPTV）（了解，1学时）7.14.1 P2P技术及其机顶盒7.14.2 网络电视特点及相关技术7.14.3 一种基于AVS标准的IPTV业务解决方案7.15 数字电视的微波多路传输与接收（了解，1学时）第8章 数字电视的新型显示器件（6学