第1章-数字电视技术基础1

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 2022-5-19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2022-5-19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，

2、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。2022-5-19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。2

3、022-5-19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。2022-5-19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

4、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。2022-5-19第一章 数字电视技术基础72022-5-19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、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

5、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。 2022-5-19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。 2022-5-19第一章 数字电视技术基础101.1.6我国数字电视应用概况 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

6、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%。2022-5-19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，取样点越多，量化层越细，越能逼真地表示模拟信号。2022-5-19第一章 数字电视技术基础122022-5-19第一章 数字电视技术基础131.

7、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

8、复。通过解码将图像信号恢复。2022-5-19第一章 数字电视技术基础142 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。2022-5-19第一章 数字电视技术基础153 数字电视音频信号压缩的可行性音频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

9、人耳特性的不断研究，音频编码技术得到很大的发展。2022-5-19第一章 数字电视技术基础161.2.3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)2022-5-19第一章 数字电视技术基础17 (3) 帧内编码：帧

10、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。2022-5-19第一章 数字电视技术基础182视频压缩的方法 视频压缩编码常采用以下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2022-5-19第一章 数字电视技术基础191.2.4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

11、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。2022-5-19第一章 数字电视技术基础201.2.5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数字视频编码标准简介3 新的视频压缩编码标准H.264 2022-5-19第一章 数字电视技术基础211.2.6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。202

12、2-5-19第一章 数字电视技术基础221.3 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。2022-5-19第一章 数字电视技术基础231.3.2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。2022-5-19第一章 数字电视技术基础241.3.3数字信号的差错控制方式 1前

13、向纠错 (FEC)2检错重发 (ARQ)3混合纠错 (HEC)2022-5-19第一章 数字电视技术基础251.3.4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。2022-5-19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。2022-5-19第一章 数字电视技术基础271.4

14、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。2022-5-19第一章 数字电视技术基础281.4.2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

15、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。2022-5-19第一章 数字电视技术基础291.4.3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。2022-5-19第一章 数字电视技术基础301.4.4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

16、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。2022-5-19第一章 数字电视技术基础311.4.5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

17、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。2022-5-19第一章 数字电视技术基础321.4.6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 (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。2022-5-19第一章 数字电视技术基础331.5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

18、方式：多频网 (MFN)、双频网 (DFN) 与单频网 (SFN)。2022-5-19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。2022-5-19第一章 数字电视技术基础351.5.3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

19、 (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。2022-5-19第一章 数字电视技术基础36 1.61.6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2022-5-19第一章 数字电视技

20、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。2022-5-19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抗干扰能力，保证接收信息的