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数字电视技术讲座模拟电视与数字电视3MPEG-2数字视频编码及DVB有关技术 PSl与Sl表 条件接收系统（CAS） 新的数字电视前端系统架构模拟电视与数字电视模拟电视信号的产生模拟电视信号的产生，是通过扫描的方式将二维的面抽丝成线模拟视频信号的基本参数比较基本参数NTSCPAL扫描方法隔行扫描，每帧两场隔行扫描，每帧两场帧频/场频29.97Hz/59.94Hz25Hz/50Hz扫描行数525625行频15.734KHz15.625KHz可见行数483575传输带宽6MHz8MHz为什么使用数字视频 便于利用计算机与数字技术编辑、处理与传输图像 无损耗、无噪声累积，有利于反复编辑与复制 有利于不一致电视制式的相互转换。 有利于实现视音频及数据在多媒体平台上的汇合，并便于节目的存储、检索与管理 利用数字压缩技术，节约传输带宽资源 可适用于多种网络与平台，促进业务的开展 易于实现内容加密与版权保护模拟视频信号的数字化 电视信号的数字化有两步，抽样与量化：U对扫描信号幅度进行等间隔抽样，把连续信号变成离散信号。U把每个抽样的值用8比特（或者10比特）位数表示。比特数位越多，量化就越细，但是数据量也大。抽样与量化的国际标准 国际电信联盟（ITU）1982年制定了适合不一致电视制式的统一标准，即ITU-R601规定的演播室用（广播级）分量电视信号的数字化标准 对每行水平扫描输出进行抽样。每个抽样点有3个分量：亮度分量与两个色差分量，在每行,对亮度分量的抽样频率为13.5MHZ,对两个色差分量的抽样频率分别为6.75MHz'625行50场制式（PAL）每行有864个亮度抽样525行60场制式(NTSC)每行有858个亮度抽样4:2:2与4:2:0抽样方式XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX4:2:24:2:0×1个亮度采样点(Y)O2个色差采样点(Cb,Cr)数字视频信号的基本参数比较基本参数ITU-R601NTSC,八H.261CIFITU-R601PAL,卅（会议电视）每行亮度抽样858864429/432每行可见亮度抽样720720352每行可见色差抽样360360180每帧可见亮度抽样行480576288每帧可见色差抽样行480480144每帧抽样总数9009001080000450450/540000每帧可见抽样总数691200829440155520总抽样频率27MHz27MHz13.5MHz可见总抽样频率20.736MHz20.736MHz4.6656MHz最高比特率(IObit量化)270Mbps270Mbps135Mbps可见抽样比特率(Iobit量化)207.36Mbps207.36Mbps46.656Mbps数字视频信号为什么需要压缩Q假如每个抽样用IObit量化，则数字视频信号的最高比特率为270MbPS八(13.5+6.75+6.75)×10=270 根据ITU-R601标准，每行只有720个抽样可见，而且只有部分行可见(PAL可见576行，NTSC可见480行)。因此可见区域编码后的比特率是207.36MbPS 假如传输4:2:0格式信号，可见区域编码后比特率是155.52Mbps。 除非能够大幅度地压缩这个数字化的视频信号，通常传输方法根本无法传输这么大的数据率(每套电视节目大约需要150200Mbps带宽)，数字电视广播也无法成为现实数字视频压缩的目的 保证图像信息的完整 消除图像中的所有冗余信息用最少的比特传输必要的信息 最大限度地降低复杂性与成本数字视频压缩基本思路 消除电视图像中的冗余信息4时域冗余信息，相邻帧间图像变化不大空间域冗余信息，同一帧图象内，相邻像素变化不大利用人眼的视觉特征对亮度变化的敏感度并不高杈对色度变化的灵敏度更低泌在物体边缘与高亮度区域，对噪声的灵敏度降低时域信息冗余分析 时域信息冗余的产生PAL制式每秒传25帧图像，两帧相邻图像时间差距是0.04沁在这么短时间里，图像中大部分没有变化 时域信息冗余实例新闻节目中主持人坐在演播室的场景，其固定背景基本不可能变化。在很短时间内，比如半秒钟（12.5帧）之内，主持人的姿态变化也很少，因此图像其它部分基本没有变化明当电视图像背景变化不太大时，即使图像中有运动物体，仍存在大量冗余信息。比如通常的远景画面压缩时域冗余信息 没有变化的信息不需要重复编码 图像静止或者活动很缓慢时，能够隔帧处理 利用帧间压缩时域里的冗余信息，比单纯使用帧内压缩的效率要高10倍以上。林在图像中活动缓慢区域，帧间压缩方法效果好，在快速活动区域，帧间压缩方法失真大，而帧内压缩方法性能比较好。空间域信息冗余分析 空间信息冗余明在任何图像里有很多像素与其周围的其它像素相同 空间信息冗余实例小天空中如有一点是蓝色，它邻近一片也会是蓝色图像中亮度低于某一阈值即能够丢弃，由于人眼看不出黑色之间的区别。MPEG-2数字视频编码及DVB有关技术MPEG-2简介3MPEG运动图像专家组，ISO下属国际标准组织，专门制定影像与声音压缩编码标准的组织JMPEG-2的分类与分级简单类主类4:2:2类SNR可分级类空间可分级类高级类高级1920×115280Mpbs100Mpbs高级1440X115260Mpbs60Mpbs80Mpbs主级720X57615Mpbs15Mpbs50Mpbs15Mpbs20Mpbs低级352X2884Mbps4Mbps备注无B帧4:2:0不分级有B帧4:2:0不分级有B帧4:2:2不分级有B帧4:2:0SNR可分级有B帧4:2:0SNR可分级空间可分级有B帧4:2:0或者4:2:2SNR可分级空间可分级MPEG-2压缩技术要点不是对图像本身编码，而是对图像有关信息编码 图像中的变化 图像中物体的运动 用数学方式描述这些变化与变动 帧间编码一运动补偿预测编码Q帧内编码一DeT离散余弦变换量化与变长嫡编码运动补偿预测编码一压缩时域信息冗余,对图象活动部分的运动规律进行预测 只对运动规律进行编码MPEG-2多种预测图像格式 I-图像（帧内编码图像）小空间域DeT压缩编码，只利用本帧内的信息QP-图像（前向预测编码图像）小以I-图像为参考，通过运动补偿所预测出的图像 B-图像（双向预测编码图像）-以I-图象与基于I-图象预测得到的P-图象，通过运动补偿所预测出的位于两者之间的图像。图像组（GOP）与帧间编码 GoP组越长，编码效率越高 GOP组越短，技术上越容易实现 I帧要求的码率最高MPEG-2与DVB数字电视传输标准 系统（传输流内容要求、传输、接收） 视频（图像格式、视频码流内容要求、解码）Q音频（音频信号的编码、码流内容要求、解码） TS流中的其它信息 PSDSI表传输流（TS流）里有什么 视频节目（多个） 电视节目的伴音（有些节目有多个伴音） 数据广播，如图文电视数据、IP广播数据 电子菜单数据等 条件接收系统的授权管理与操纵信息 MPEG/DVB规定的表格传输流的生成流程图音频编码器音频编码器PESfMPEG单节目MPEG传输流数据编码器传输流的生成 数字化与量化模拟视音频源 压缩数字视频与音频信号，产生视频与音频基本码流 把视频与音频基本码流封装为基本流（PES）分包 把操纵管理信息、电子菜单、数据广播信息与其它数据信息也封装为PES分包 PES包含有关基本流的信息，共解码时使用把PES码流封装为传输流数据包，然后将所有包复用成一个传输流（TS） TS（固定长度为188bytes）包含有关传输与解复用所需信息，这些信息全部分布在各个小分包里，PID（分包识别号）是识别各类信息的最重要工具MPEG-2传输流 传送包的长度为188bytesQ每一传送包开销均具有一段包标识（PID）J每一信息净负荷均包含某个基流的信息188bytes视频、音频、数据及系统信息headPIDhead信息净负荷（PayIOad）开销（Header）X>MPEG-2传输流实例TS流的传输与调制方式的选择 调制方式的选择有两个考虑传输通道的干扰情况与信噪比杈传输效率。符号率决定传输带宽；每个符号里比特越多，固定带宽所传输得比特率就越高Q在有线网里，信噪比大(>30dB),能够使用高效率的正交幅度调制方式(QAM) 卫星广播，信噪比很低(可能<OdB),务必使用抗干扰能力强的调制方式，如正交相位调制方式(QPSK) 地面广播，多径传输干扰非常严重，宜使用宽带调制方式，如编码正交频分复用(COFDM)QAM调制及星座图 64QAM效率高，每个符号可传输6bk但星座矢量之间距离近，每个矢量受到干扰而移位后时容易与其它矢量混淆，造成较高的误码率。 QPSK效率比QAM低，每个符号只能传输2bit。但星座矢量之间距离远，每个矢量的同意漂移空间大；信噪比很低时仍可正确辨别各个矢量。OOOOOOOOO OO OOOOOOOOOOOOO° ° 0 °O OOOOOOOOOO一 KOOOOOOOOOOOOOOOO°°O OOOOOOOOOOOOOOOOOO OO O64QAM16QAM传输通道中MPEG-2传输流的带宽QBW×M×rc×Ru=有效TS流比特率（复用器输出，包含视频、音频、EPG、CAS>数据等）BW=传输通道带宽a=传输通道频率响应参数M=每符号代表几个比特（QPSK=2,16QAM=4,64QAM=6）rc=卷积码效率（1/2,5/8,3/4,7/8。如不用卷积码则为1）rRS=RS码效率=188/204MPEG-2传输流带宽计算实例 MPEG-2传输流各项参数杈有线电视网，不用卷积码小模拟频道带宽BW=8MHz小频道频响参数a=O.I5小使用64QAM调制器，M=6 计算结果f有效传输流比特率=38.4Mbps杈假如每套节目压缩编码用4Mbps,那么每8MHz的模拟频道里可传输8套节目MPEG-2数字视频传输通道容量估算Q8MHz模拟频道可提供码率带宽*使用64QAM每8MHz可提供38Mbps带宽小使用256QAM每8MHz可提供52Mbps带宽QMPEG-2编码效率*通常节目：2to4Mb/s-体育及有快速运动的节目：6to9Mb/s三*卡通：L5Io3Mb/sJMPEG-2数字视频传输通道容量估算使用64QAM每8MHz可传送6至9套MPEG-2节目杈使用256QAM每8MHz可传送8至13套MPEG-2节目-统计复用后，使用256QAM每8MHz可传送大约16套MPEG-2节目PSI与Sl表PSI/SI表的重要意义机顶盒接收到的传输流里复用了众多节目与各类信息。这些信息并不一定是按顺序依次送到机顶盒的当用户在机顶盒遥控器上选了一个节目，机顶盒需要明白调到哪个频率：哪个节目能看，哪个节目不能看；到哪找能看的节目的码流；假如节目被加密了，怎么找到解密钥匙 机顶盒如何从一个传输流里千千万万个分组包当中找到用户想看得节目呢？ 答案依靠PID与PSDSI表PSI/SI表的定义 为了协助机顶盒在传输流中浏览，MPEG与DVB在标准中规定了一些信息表 MPEG-2定义了三个要紧表（PAT、PMT、CAT）,统称PSl表（节目信息表）PAT表提供每个节目的PMT表PMT表提供节目的基本流（视频流、音频流、数据流等）PSI各表里的信息只与本传输流内的节目及服务有关 DVB补充定义了一些表（NITBAT、SDTEIT、RST>TOT、ST）,统称Sl表（服务信息表)4Sl表向机顶盒提供有关其它流或者其它网络的信息PSI表功能 使机顶盒能够从单TS流中选择出所需节目J机顶盒根据过滤出的PID号,迅速地将不一致节目的视频、音频、数据信号分类并组合到一起机顶盒根据PSl表所提供的必需的数据，从组合的节目中找到所需节目并提供给观众PSI表的生成与内容 PSl表通常由前端系统网管产生，并送入复用器 PSl表是独立生成的 三个PSl表PAT(ProgramAssociationTable)传输流根目录节目与特定传输流的关联fPMT(PrOgramM叩TabIe)所有PID与节目间的路由(映射)信息田CAT(ConditionalAccessTable)CAS信息PAT节目关联表 PlD值恒为OXOoOO 解码器解出节目时的第一步 告诉解码器在传输流什么位置找出每套节目的“地图” 告诉解码器PMT表所在包的PID值PMT节目映射表 PMT从PAT表找到其PID值 列出具体节目的视频，音频及数据内容的PID值 如是加密节目，也列出其ECM*所在包的PlD值CAT条件接收表 PID值恒为OXOOoI CASID号 列出EMM信息所在包的PlD值SI表功能J是服务提供商通过一个大的传输流网络(多节目流)为用户提供节目与服务的必要的工具 与PSl表一起，让机顶盒在整个网络所有的传输流中，分解出所有的节目 由CAS(SIG,EPG)系统生成杈注入复用器内所有的传输流SI表的内容>NIT(NetworkInformationTable)网络信息表明说明网络的物理结构与其特殊参数，SDT(ServiceDescriptionTable)服务描述表定义网络中有效的服务内容(视频、音频、数据)jEIT(EventInformationTable)事件信息表定义网络中所有的事件，提供针对它们的描述，起始时间，持续时间TDT(TimeandDateTable)时间信息表八与机顶盒有关的时间信息NIT网络信息表 PlD值恒为OXOOIO 包含每个传输流的频率信息 当观众想看的节目不在当前的传输流内时，STB通过调谐、转换节目频道，找到所需节目.SDT服务描述表 PID值恒为OXoOIl 定义网络中有效的服务内容并提供他们的有关信息服务的名称（如CNN、NBCHBo等）杈服务的种类（如数字视频、音乐、图文信息等）ElT事件信息表 PID值恒为OXOOl2 为电子节目导视（EPG）提供要紧的信息来源时间分割，开始&结束时间杈内容分级节目分类PPV、语言小事件信息，CBS新闻，HBO星球大战 Err的三种类型f当前Err描述传输流当前正在广播的事件后继Err描述当前传输流的后继信息小规划EIT列出未来几小时，几天，整个网络的所有事件信息TDT时间信息表 PID值恒为OXOOI4 给机顶盒提供时间信息 间隔12秒发一次其他可选的SI表 下列四种Sl表不太常用BATBouquetAssociationTable"RunningStatusTableTOTTimingOffsetTableSTStuffingTable机顶盒解码流程说明机顶盒首先找到所用PID=O的分组，用它们重建PAT表根据用户所选的节目号，机顶盒从PAT表找到所选节目的PMT表的位置（即PlD）机顶盒用这个PlD找到所有PMT的分组，重建PMT表根据从PMT找到的PID,机顶盒找到所有视频、音频与数据分组；重建视频ES流、音频ES流与数据流。J机顶盒对音频视频基本流进行解码，将数字电视信号转换到模拟电视信号，输出到电视或者监视器。假如节目来自多个TS流，需先用PAT表里的Nrr表找到节目所在频道或者TS流,收到那个TS流后找它的PAT表。机顶盒解码流程图解TSpacketsinTS机顶盒解码实例机顶盒当前的频道状态-56频道4lESPNv(Transport#3)新的选择4频道"HBO”(TranSPOrt#2)机顶盒分析4频道NITNlT链接4频道至UTRANSPoRT#2-机顶盒比较新的传输流号与当前的传输流号明机顶盒调谐到新的传输流号条件接收系统(CAS)加扰一一是将一种加密算法应用于节目内容的过程J加密一一在前端提供一个加密信息，使被授权的用户端解扰器能以此信息来对数据解扰，该信息受CA系统操纵，并以加密形式配置在传输流信息中CA系统构成部分CA系统操纵什么接收机能够取出什么解扰密钥储存用户授权信息前端设备加扰节目与播出节目广播密钥(ECM)与授权管理信息(EMM)数字电视接收机(含智能卡)接收被加扰的节目解扰被授权接收的节目CA系统工作原理图解（一）1 ECM产生器-产生授权操纵消息（ECM）1 EMMECM含有被加密的解扰密钥（操纵字control words）ECM操纵接收机取出解扰密钥产生器-产生授权管理消息（EMM）EMM含有被加密的用户授权信息（针对每个用户操纵字操纵字被加密后放在ECM里播出11 ECM （加密了的操纵完LCiPherinQ1 EMM （加密了的用户授权）CIPhering - A用户授权用户授权被加密后放在EMM里播出智能卡私人钥匙（PrivateKev）前端设备用操纵字对视频、音频与数据CA系统工作原理图解（二）进行加扰向接收机重复广播ECMs与EMMs加扰了的分操纵字用来对视频、音频与数据进行加扰分,II（连续的视频、音频AlSerarPblin操纵字CiDherinQECM （加密了的操纵专）用户授权CiDherinQ智能卡私人钥匙（PrivateKey）CA系统工作原理图解（三）前端设数字机顶盒SmartCard智能卡(SmartCard)有解密ECM与EMM的钥匙机顶盒根据EMM里的授权信息来决定解密哪个ECM并取出操纵字1新的数字电视前端系统架构如何搭建数字电视前端系统架构运营平台与体系支持运营平台与体系的网络架构实现网络架构的技术系统与解决方案现代数字电视系统的属性需求社会属性党与政府的宣传喉舌小社会主义精神文明建设的重要阵地经济属性系统的生存务必依靠良好的商业运营杈系统的进展务必以赢利为最终目的产业属性f数字电视能够衍生出众多的附属产业4数字电视最终将融入未来巨大的数字传媒产业链中网络属性2来源于以上三大属性需求现代数字电视系统的网络属性需求对应前三大属性需求，系统的网络属性需求有小社会属性需求安全性»向下兼容经济属性需求开放性与兼容性可靠与稳固性产业属性需求开放性平滑的升级与扩容基于IP的数字电视前端系统基础架构开放性强支持与其他网络与系统的互联互通兼容性好支持多种业务平台与子系统支持平滑升级与扩容安全可靠小电信级的运营保障现代数字电视运营模式探讨广播节目或者业务的推送服务3数字电视广播（标清/高清）、PVRf数字音频广播-股票信息、社会公共信息服务、数据广播等*特质化数字视频服务点播节目或者业务的交互服务小视频点播。时移电视互联网接入g电子商务、电子政务、电子银行、在线游戏等等合作运营与其他经济实体合作一与其他运营商合作数字电视业务体系广播业务小数字电视广播业务4数字音频广播业务-数据广播、股票信息与社会公共信息服务交互业务视频点播/时移电视杈互联网接入合作业务为其他运营商提供低码率小画面编码信源2广告业务数字电视前端系统基本构成（广播业务各类信源小卫星接收木地编码杈远端下行股票信息、社会公众信息与数据广播服务器码流处理i统计复用,码流整型 QAM调制数字电视前端系统基本构成（交互业务 视频点播/时移电视媒资获取、存储、分发系统小视频服务器 互联网接入CMTS三*互联网出口接入其他数字电视前端系统基本构成（后台支撑） EPG CAS SMSJBackOffice MidWare NMS数字电视前端系统基本构成高清数字电视 广播业务特质化数字 视频业务标清数字电视普通模拟电 视广播业务哈雷IP架构数字电视传输系统