数字电视原理和ADM1T调试培训

数字电视原理和ADM1T调试培训2024/3/27数字电视原理和ADM1T调试培训讲座目的1了解数字电视系统原理，主要数字电视的ATSC标准2熟悉ADM1TATSC数字电视模块工作原理3掌握ADM1TATSC数字电视模块的试产调试4掌握ADM1T调试过程中异常问题处理2数字电视原理和ADM1T调试培训主要内容

第一部分数字电视原理1发展数字电视的重要性2当今主要数字电视标准介绍3ATSC数字电视标准介绍3.1ATSC系统图像层3.2ATSC系统压缩层3.3ATSC系统传送层3.4ATSC传输层4数字电视学习和实践参考3数字电视原理和ADM1T调试培训第二部分ADM1T数字电视模块原理和调试1系统框图2系统特征3系统调试4调试5故障处理4数字电视原理和ADM1T调试培训第一部分数字电视原理5数字电视原理和ADM1T调试培训1数字电视的重要性数字电视是电视技术史上继黑白电视和彩色电视后的又一次技术革命，其重要性表现在：对国家数字电视技术的发展和数字电视带来巨大市场给国家带来了一次提升综合国力和发展民族经济重要的发展机遇。对用户数字电视利用先进的数字技术，对电视信号进行数字化处理，克服了现行模拟彩色电视难以克服的串扰、清晰度差、大面积闪烁、行间闪烁、爬行等缺点，大大提高了电视节目的质量，带给人们更高的视听享受，受到广大用户的青睐。6数字电视原理和ADM1T调试培训对电视运营商在提高传输信道利用率、抗击信道干扰方面，具有现行模拟彩色电视制式所不及的优点，原来传输一套模拟节目的频道，可以传输4-8套数字电视节目，增加了节目数量，降低了传输成本。同时数字电视智能化网络管理得到运营商的接受。对电视制造企业模拟电视的利润空间减缩和市场饱和使电视制造业面临严重的危机，数字电视带来的巨大市场和利润无疑给电视制造业带来了第二次春天。7数字电视原理和ADM1T调试培训2数字电视的主要标准欧洲的DVB标准DVB数字电视标准包括DVB-T、DVB-S、DVB-C三种标准。DVB-T是欧洲地面数字广播电视标准，其主要特征采用COFDM（编码正交频分调制）调制技术，采用该标准的国家有欧洲各国、澳大利亚、亚洲大部分国家。DVB-S是欧洲数字卫星电视标准，其主要特征采用了QPSK调制技术。DVB-C是有线网络数字电视标准，主要特征是采用了QAM调制技术。DVB-S和DVB-C成为全世界卫星和有线电视网络的数字电视标准。8数字电视原理和ADM1T调试培训美国的ATSC高清数字电视标准美国的ATSC标准最初是为高清电视标准，后来在“大联盟”方案的基础上兼容了标清格式，并命名为ATSC数字电视地面广播标准。在图像压缩编码和传送方面和DVB基本相同，音频编码采用了AC-3编码技术，在信道编码方面和DVB也有较大差别，调制方面采用了8VSB调制技术。采用ATSC标准的有北美各国、韩国、中国台湾地区。日本的ISDB标准（略）即将出台的中国数字电视地面广播标准清华DMB-T方案：采用正交频分复用多载波调制模式(TDS-OFDM)，是欧洲的COFDM调制改进方案。交大ADTB-T方案使用单载波方案据报道两方案均优于欧洲DVB－T方案。9数字电视原理和ADM1T调试培训3ATSC系统介绍ATSC标准的数字电视系统，分为四个层面：图像层：提供了多种图像格式和帧频压缩层：压缩层采用了MPEG2视频压缩，和AC-3音频压缩传送层：传送层是一种基于MPEG2传送数据包的格式传输层：8VSB残留边带调制，在6MHz的频道内发送19.39bit/秒的净数据率。10数字电视原理和ADM1T调试培训3.1ATSC系统图像层ATSC图像层定义了发送端编码器的接口参数和编码器内部为准备传输用的压缩数据进行编码时的传输格式参数。这些参数主要包括：1、每秒帧数；2、每帧的场数；3、每帧的有效行数；4、每帧的总行数；5、每行的有效视频取样数；6、每行的有效视频时钟周期总数；7、视频取样的取样频率；8、各参数的可允许组合。11数字电视原理和ADM1T调试培训（续）ATSC支持的图像格式⑴HDTV，1920像素（H）×1080像素（V），宽高比16：9，帧频60Hz/隔行扫描制，帧频30Hz/逐行扫描制，帧频24Hz/逐行扫描制；⑵HDTV，1280像素（H）×720像素（V），宽高比16：9，帧频60Hz/逐行扫描制，帧频30Hz/逐行扫描制，帧频24Hz/逐行扫描制；⑶SDTV，704像素（H）×480像素（V），宽高比16：9或4：3，帧频60Hz/隔行扫描制，帧频60Hz/逐行扫描制，帧频30Hz/逐行扫描制，帧频24Hz/逐行扫描制；⑷SDTV，640像素（H）×480像素（V），宽高比4：3，帧频60Hz/隔行扫描制，帧频60Hz/逐行扫描制，帧频30Hz/逐行扫描制，帧频24Hz/逐行扫描制。12数字电视原理和ADM1T调试培训3.2ATSC系统压缩层ATSC系统设计要求能在单个6MHZ地面频道的中传输高质量的视频和音频。由于原始数字化后的图像数据量很大，实际上ATSC在6MHz带宽的频道内发送的数据率能力才19.39266bit/s，就需要较高的压缩率。为了获得较高的数据压缩率，ATSC采用了MPEG2视频编码标准和AC-3音频编码标准，运用了信源的自适应处理、运动补偿、余弦变换和统计编码等技术有效的实现了视频数据压缩了。13数字电视原理和ADM1T调试培训3.2.1MPEG2标准介绍MPEG2压缩标准有9个部分：第一部分（ISO/IEC13818-1）是系统部分，描述了多个视频、音频和数据基本码流合成传输码流和节目码流的方式。ATSC的传送层采用了该部分标准，将在后面介绍。第二部分（ISO/IEC13818-2）是视频部分，描述了视频压缩编码方法。ATSC的视频压缩层采用的就是MPEG2编码方法，重点介绍。第三部分是音频编码，ATSC采用的是与之不同的AC-3音频编码方法。其他（略）14数字电视原理和ADM1T调试培训MPEG2中的图像分为3种类型，分别是I帧，P帧，B帧。I帧图像采用了帧内编码方式，只利用了单帧图像的空间相关性，I帧图像的压缩倍数较低，主要用于接收机的初始化和信道的获取，以及节目的切换和插入。P帧和B帧图像利用了帧间编码方式，即同时利用空间和时间上的相关性。可以得到较高的压缩率。P帧图像可以包括帧内编码部分，即P帧的每个宏块可以是前向预测编码，也可以是帧内编码。B帧图像采用了双向时间预测，可以大大提高压缩率。注意的是B帧采用了未来帧作参考，在MPEG2码流中传输的顺序和显示的顺序不同。3.2.1.1MPEG2视频图像类型15数字电视原理和ADM1T调试培训

MEPG-2帧图像类型示意图16数字电视原理和ADM1T调试培训3.2.1.2MPEG-2的编码码流层次MPEG-2的码流分为6个层次，如图示：1视频序列层（Sequence）某路节目有一系列的图像序列构成，序列的起始码后和序列头包含了图像尺寸，高宽比，图像速率等信息。序列扩展中包含了一些附加数据。为了保证能随时图像序列，序列头是重复发送的。2图像组层（GOP）一个图像序列又是由多个图像组构成，一个图像组是由相互间有一定预测和生成关系的一组I、P、B图像构成，但头一帧图像总是I帧。GOP头包含了时间信息。3图像层（PIC）图像层分为I，P，B3类。PIC包含了图像编码的类型和参考信息。17数字电视原理和ADM1T调试培训3.2.1.2MPEG-2编码码流层次(续)4像条层（Slice）图像的下层是像条，它包括一定数量的宏块，其顺序和图像扫描的顺序一致。5宏块层（MacroBlock）MPEG2定义了4:2:0,4:2:2,4:4:4宏块，分别表示了一个宏块的亮度(Y)和色差(Cb、Cr)象素的数量关系。6像块层（Block）像块是MPEG-2码流的底层，是DCT的基本单元。一般有8x8个抽样值构成。同一像块内的抽样值必需同是Y信号值，或Cb或Cr抽样值。18数字电视原理和ADM1T调试培训MPEG2视频编码码流层次图19数字电视原理和ADM1T调试培训3.2.1.3MPEG2视频压缩原理

MPEG2的图像压缩编码原理是利用了图像的时间的相关性和空间相关性。时间相关性：一个象素和相邻的象素之间在亮度和色度存在一定的关系,这种关系称之为时间相关性；空间相关性：一个图像序列中前后帧图像间也存在相关性，这种关系称为空间相关性。正是图像的时间和空间的相关性使得图像中存在大量的冗余信息。此外，用相同的码长来表示不同出现概率的码字造成比特数的浪费，这种浪费称之为符号冗余度。将这些冗余信息去掉，只保留少量有用信息进行传输，就可以大大的节省传输频带。在接收当利用这些有用信息，按照一定的算法恢复原来图像。20数字电视原理和ADM1T调试培训4.2.1.4MPEG2视频压缩方法I帧图像编码算法流程图21数字电视原理和ADM1T调试培训DCT离散余弦变换DCT变换是一种正交变换，它可以将8×8的图像块的空间表达式变换为频率域表达式，变换后的数据只集中在直流和低频附近，系数量化后高频成分大多数为0，这样只需少量的数据点就表示图像块，从而得到较好压缩。DCT公式：（当）（其他情况）22数字电视原理和ADM1T调试培训DCT变换前的图像块数据DCT变换再经量化DCT系数块的频谱几乎都集中在最左上角的系数块中，最左上角的直流（DC）系数幅度最大。注意：DCT变换本身没有压缩，只是在量化后的“取、舍”才使之得到压缩。

23数字电视原理和ADM1T调试培训量化、之字扫描和游程编码量化图像数据DCT转换为频率系数后，还得进行量化，才能编码。量化阶段需要两个8*8矩阵数据，一个是亮度量化表，另一个则是色度量化表，将频率系数除以量化矩阵的值，取得与商数最近的整数，即完成量化。量化后，频率系数由浮点数转变为整数。游程编码经DCT变换后的，低频分量集中在左上角，其中F(0.0)代表了直流系数，即8×8象素块的平均值，要对它单独编码。由于相邻两块的DC系数相差很小，所有对他进行差分编码（DPCM）。两个符号来表示，符号1表示信息的长度，符号2表示DC的幅度。其他的AC系数则进行游程编码。24数字电视原理和ADM1T调试培训在游程编码中，连续重复的字符用两字节代替。位76543210第一字节两个非0值间下一个非0值所占的连续0的个数的bit数位76543210第二字节下一个非0系数的实际值之字扫描为了使得低频分量先出现，高频分量后出现，增加游程编码连续0的个数，采用了如右图的“之”扫描。25数字电视原理和ADM1T调试培训熵编码在变长编码中，出现概率大的信息用短码字表示，而出现概率小的信息用长码字来表示，使得编码后的码字平均长度接近码源信息熵的编码方法。最优的熵编码是Huffman编码。在数字电视编码中具体应用，就是对DPCM编码和游程编码后的中间码，按出现概率大小重新赋予码字，使之达到减少符号冗余度的目的。

26数字电视原理和ADM1T调试培训3.2.1.4MPEG2视频压缩方法(续)P帧编码对于P帧图像编码，在I帧编码的基础上增加了运动图像补偿。在图像的宏块运动补偿之后，实际的图像宏块与运动补偿后的图像宏求差值，再对差值进行DCT变换、量化、游程编码、熵编码，DCT以后的过程与I帧的编码过程相同。用于P帧运动补偿的参考帧是前向的。27数字电视原理和ADM1T调试培训

P帧图像编码示意图28数字电视原理和ADM1T调试培训B帧图像编码B帧编码B帧编码中，运动补偿时不仅用到前向预测，还用到后向预测,编码过程如图。29数字电视原理和ADM1T调试培训3.3ATSC系统传送层传送层要完成的工作就是对编码后的视频数据和音频数据打包，实现多路路复用，如图。30数字电视原理和ADM1T调试培训基本比特流复用有两种方法：节目流复用和传送流复用。在复用前都要对音频基本流和视频基本流（ES）预先打包成基本流包（PES）。两种复用方法的区别：复用方式不同TS复用包采用固定字节长度188字节，而PS复用包长不定。应用环境不同PS应用于相对无误码环境，如（CD－ROM）。TS应用于误码和数据丢失很容易的环境而定义。数字电视广播采用的是TS复用。31数字电视原理和ADM1T调试培训TS包的结构32数字电视原理和ADM1T调试培训传输包的有效载荷用来封装组成节目的基本流包（PES），每个PES包只包含某一类的基本流（ES），且为不定长的。由于MPEG－2的传输包是定长的，如果一个PES包长大于184Byte，则必须对其分段，每段大小为184Byte，分段后不足184Byte的部分则加上适应字段构成184Byte。有否适应字段是由包头中的“适应字段控制”来指示的。每段加上MPEG-2传输包包头就形成一个MPEG-2传输包，每个传输包被赋予一个“包标识PID”。“PID”有两个含义：（1）指示内容的性质；（2）充当流标识。显然，“有效载荷区”内容来自同一个数据流的MPEG－2传输包的PID是相同的，且PID相同的传输包的计数可由包头中的“连续计数器”来实现。每个MPEG-2传输包头中的“有效传输开始指示”含义如下：如果有效载荷区传送的是来自PES包的数据，则“有效传输开始指示”置“1”，表示“有效载荷区”的第一个字节是被分段的PES包的起始字节，而如果“有效载荷区”传送的是来自节目特定信息PSI的数据，则“有效传输开始指示”置“1”，表示该传输包“有效载荷区”第一字节是PSI数据起首字节的位置指针。“传输优先指示”置“1”，表示该优先包的优先级高，“传输错误指示”置“1”则表示该传输包在传输过程中有误，而“同步字节”则用于定位MPEG－2传输包的起始字节。此外，为了使该套节目的解码时钟的编码时钟同步，必须通过MPEG－2传输包定时发送该套节目的时钟参考值PCR，供解码器时钟恢复用，不同节目的PCR是不同的。33数字电视原理和ADM1T调试培训MPEG－2传输包的“有效载荷区”不仅封装了节目的基本流包如：视频基本流包和音频基本流包，而且还封装了私有数据和一些特殊信息（PSI）。PSI按信息内容以表格的形式组织，它包括了节目关联表（PAT）、节目映射表（PMT）、网络信息表（NIT）、条件访问表（CAT）。图表示了4个PSI结构和传输流的基本关系。34数字电视原理和ADM1T调试培训3.4ATSC系统传输层

ATSC系统的传输层，对传送层打包和复用后的数据包，进行信道编码和调制。ATSC不同于其他数字电视标准的关键区别在于信道编码和调制方法的不同。下图是ATSC数字电视传输层的信号处理框图。35数字电视原理和ADM1T调试培训随机化随即化的作用：当信号中