數(shù)字電視技術(shù)

5.1數(shù)字電視概述

5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼

5.3數(shù)字電視信號(hào)的信道編碼5.4數(shù)字基帶信號(hào)與數(shù)字調(diào)制方式5.5數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)

5.1數(shù)字電視概述5.1.1數(shù)字電視優(yōu)點(diǎn)及發(fā)展概況1.數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)模擬電視存在的主要問(wèn)題如下：1）模擬電視圖像清晰度差，存在亮色干擾、大面積閃爍現(xiàn)象，節(jié)目源不能多次復(fù)制。2）模擬電視帶寬應(yīng)用受限很大，模擬PAL制電視在8MHz帶寬內(nèi)只能傳送1路模擬視頻信號(hào)和模擬音頻信號(hào)，由于同頻及鄰頻干擾，增加電視新頻道難度很大。3）模擬電視抗多徑干擾能力差，接力傳輸產(chǎn)生噪聲使信噪比不斷惡化，圖像損傷越來(lái)樂(lè)嚴(yán)重，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳播。4）模擬電視穩(wěn)定度及可靠性差，存在時(shí)域混疊、調(diào)整復(fù)雜、不便于集成及不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等缺點(diǎn)。5.1數(shù)字電視概述數(shù)字電視克服了模擬電視許多無(wú)法避免的不足與缺陷，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）采用數(shù)字傳輸技術(shù)，可提高信號(hào)的傳輸質(zhì)量，不會(huì)產(chǎn)生噪聲累積，信號(hào)抗干擾能力大大增強(qiáng)，收視質(zhì)量高。（2）彩色逼真，無(wú)串色，不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的非線性和相位失真的累積。（3）可實(shí)現(xiàn)不同分辨率等級(jí)(SDTV、HDTV)的接收，適合大屏幕及各種顯示器。（4）可移動(dòng)接收，無(wú)重影。（5）可實(shí)現(xiàn)5.1路數(shù)字環(huán)繞立體聲，同時(shí)還有多語(yǔ)種功能。5.1數(shù)字電視概述（6）易于實(shí)現(xiàn)加密/解密和加擾/解擾處理，便于開(kāi)展各類有條件接收的收費(fèi)業(yè)務(wù)，使電視的個(gè)性化服務(wù)和特殊服務(wù)在實(shí)際中得以方便實(shí)現(xiàn)，這是數(shù)字電視的重要增值點(diǎn)，也是數(shù)字電視快速滾動(dòng)式發(fā)展的基礎(chǔ)。（7）利用數(shù)字技術(shù)產(chǎn)生各種特技形式，增強(qiáng)了節(jié)目的藝術(shù)效果和視覺(jué)沖擊力。（8）具有可擴(kuò)展性、可分級(jí)性和互操作性，便于在各類通信信道的網(wǎng)絡(luò)中傳輸，便于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通。

5.1數(shù)字電視概述5.1.2數(shù)字電視的核心技術(shù)1.信源編解碼技術(shù)所謂信源是指字、符號(hào)、圖形、圖像、音頻、視頻、動(dòng)畫(huà)等各種數(shù)據(jù)。信源編解碼技術(shù)包括視頻壓縮編解碼和音頻壓縮編解碼技術(shù)。為了能在有限的頻帶內(nèi)傳送電視節(jié)目，必須對(duì)電視信號(hào)進(jìn)行壓縮。信源編碼的主要任務(wù)是解決圖像信號(hào)的壓縮和保存問(wèn)題。在數(shù)字電視的視頻壓縮編解碼標(biāo)準(zhǔn)方面，國(guó)際上統(tǒng)一采用了MPEG2標(biāo)準(zhǔn)。在音頻壓縮編解碼方面，歐洲、日本采用了MPEG2標(biāo)準(zhǔn)；美國(guó)采用杜比AC-3標(biāo)準(zhǔn)。5.1數(shù)字電視概述2．信道編碼技術(shù)經(jīng)過(guò)信源編碼產(chǎn)生的節(jié)目傳送碼流，通常需要通過(guò)某種傳輸媒介才能到達(dá)用戶接收機(jī)。傳輸媒介可以是廣播電視系統(tǒng)，也可以是電信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這些媒介統(tǒng)稱為傳輸信道。通常情況下，編碼碼流是不能或不適合直接通過(guò)傳輸信道進(jìn)行傳輸?shù)?，必須?jīng)過(guò)某種處理，使之變成適合在規(guī)定信道中傳輸?shù)男问?。在通信原理上，這種處理稱為信道編碼與調(diào)制。任何信號(hào)經(jīng)過(guò)任何媒質(zhì)傳輸都會(huì)產(chǎn)生失真，這些失真導(dǎo)致數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中的誤碼。為了克服傳輸過(guò)程中的誤碼，針對(duì)不同的傳輸媒質(zhì)，必須設(shè)計(jì)不同的信道編碼方案和調(diào)制方案。數(shù)字電視信道編碼及調(diào)制解調(diào)的目的是通過(guò)糾錯(cuò)編碼、網(wǎng)格編碼、均衡技術(shù)等提高信號(hào)的抗干擾能力。5.1數(shù)字電視概述5.1.3數(shù)字電視系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.數(shù)字電視系統(tǒng)的組成數(shù)字電視系統(tǒng)的組成如圖5-1所示。發(fā)端由攝像機(jī)產(chǎn)生彩色電視圖像，經(jīng)A/D變換后，變?yōu)閿?shù)字視頻信號(hào)送入信源編碼中。同時(shí)，音頻數(shù)字化后也送入信源編碼中,信源編碼承擔(dān)著圖像和音頻數(shù)據(jù)壓縮功能，它去掉信號(hào)中的冗余部分，使傳輸碼率降低。然后，經(jīng)MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)壓縮后的數(shù)字視、音頻信號(hào)和數(shù)據(jù)通過(guò)節(jié)目復(fù)用，送入傳輸流復(fù)用。傳輸流復(fù)用完成多套節(jié)目復(fù)用功能。然后,送入信道編碼和調(diào)制器中，信道編碼和調(diào)制包括糾錯(cuò)編碼和各種信號(hào)傳輸處理以及數(shù)字調(diào)制的功能，提高信號(hào)在傳輸中的抗干擾能力。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)碼流經(jīng)長(zhǎng)距離傳輸后不可避免地會(huì)引入噪聲而發(fā)生誤碼。因此，加入糾錯(cuò)碼和各種信號(hào)傳輸處理以提高其抗干擾能力。經(jīng)糾下一頁(yè)上一頁(yè)5.1數(shù)字電視概述錯(cuò)編碼和各種信號(hào)傳輸處理和調(diào)制后的信號(hào)再通過(guò)輸出接口電路送入傳輸線路。遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，可以采用數(shù)字光纖線路,數(shù)字衛(wèi)星線路，也可以采用數(shù)字微波線路，以接力傳輸方式，站與站的距離可達(dá)50公里。收端的過(guò)程與發(fā)端相反，接收端收下信號(hào)后，通過(guò)輸入接口電路把信號(hào)送入信道解碼和數(shù)字解調(diào)器中，經(jīng)數(shù)字解調(diào)和信道解碼可糾正由傳輸所造成的誤碼，然后將信號(hào)送入解多路復(fù)用，最后再分別送入視頻、音頻解壓縮處理電路中，還原成模擬的視頻、音頻信號(hào)。5.1數(shù)字電視概述5.1.4電視信號(hào)的數(shù)字化彩色電視信號(hào)的數(shù)字化一定要經(jīng)過(guò)采樣、量化和編碼3個(gè)過(guò)程。這個(gè)數(shù)字化的過(guò)程又稱為脈沖編碼調(diào)制（PCM），它是數(shù)字電視信號(hào)產(chǎn)生的主要方法。模擬信號(hào)數(shù)字化框圖如圖5-2所示，其中fc為濾波器的截止頻率，fs為取樣頻率。取樣是將時(shí)間和幅度上連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)間離散的信號(hào)，即時(shí)間離散化。量化是將幅度連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為幅度離散的信號(hào)，即幅度離散化。編碼是按照一定的規(guī)律，將時(shí)間和幅度上離散的信號(hào)用對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制或多進(jìn)制代碼表示。下一頁(yè)上一頁(yè)5.1數(shù)字電視概述1.圖像信號(hào)取樣結(jié)構(gòu)和取樣格式電視信號(hào)的數(shù)字化處理有數(shù)字分量編碼和數(shù)字復(fù)合編碼兩種方式。數(shù)字分量編碼方式是對(duì)三基色信號(hào)ER，EG和EB或?qū)α炼刃盘?hào)和色差信號(hào)EY，ER-Y與EB-Y分別進(jìn)行數(shù)字化處理。（1）取樣結(jié)構(gòu)取樣結(jié)構(gòu)是指取樣點(diǎn)在空間與時(shí)間上的相對(duì)位置，有正交結(jié)構(gòu)和行交叉結(jié)構(gòu)等。在數(shù)字電視中一般采用正交結(jié)構(gòu)，如圖5-3（a）所示。這種結(jié)構(gòu)在圖像平面上沿水平方向取樣點(diǎn)等間隔排列，沿垂直方向取樣點(diǎn)上下對(duì)齊排列，這樣有利于幀內(nèi)和幀間的信號(hào)處理。圖5-3(b)所示為行交叉結(jié)構(gòu)，每行內(nèi)的取樣點(diǎn)數(shù)為整數(shù)加半個(gè)。5.1數(shù)字電視概述（2）圖像信號(hào)取樣頻率在數(shù)字電視中，Y信號(hào)的取樣頻率要滿足奈奎斯特取樣定理：即取樣頻率應(yīng)該大于視頻帶寬（6MHz）的兩倍。取樣頻率選為13.5MHz。每行取樣點(diǎn)數(shù):2.色度信號(hào)取樣格式（1）4:2:2格式:Y的取樣頻率為13.5MHz，色差信號(hào)Cr和Cb的取樣頻率均為6.755MHz。2）4:4:4格式:Y、Cr、Cb的取樣頻率均為13.5MHz。

5.1數(shù)字電視概述（2）圖像信號(hào)取樣頻率在數(shù)字電視中，Y信號(hào)的取樣頻率要滿足奈奎斯特取樣定理：即取樣頻率應(yīng)該大于視頻帶寬（6MHz）的兩倍。取樣頻率選為13.5MHz。每行取樣點(diǎn)數(shù):2.色度信號(hào)取樣格式（1）4:2:2格式:Y的取樣頻率為13.5MHz，色差信號(hào)Cr和Cb的取樣頻率均為6.755MHz。2）4:4:4格式:Y、Cr、Cb的取樣頻率均為13.5MHz。

5.1數(shù)字電視概述（3）4:2:0格式：Cr和Cb取樣頻率均為Y取樣頻率的1/4。（4）4:1:1格式：Cr和Cb取樣頻率均為Y取樣頻率的1/4。3.數(shù)字電視信號(hào)的量化量化就是把幅度連續(xù)變化的信號(hào)變換為幅度離散的信號(hào)。從降低信號(hào)的傳輸碼率考慮，自然量化級(jí)數(shù)越小越好，但是，從減少量化噪聲，改善圖像質(zhì)量考慮量化級(jí)數(shù)不能太小。所以綜合考慮，廣播電視的量化級(jí)數(shù)一般大于八級(jí)，才能滿足電視信號(hào)的傳輸和處理要求。5.1數(shù)字電視概述5.1.5數(shù)字電視分類、傳播方式與標(biāo)準(zhǔn)1.數(shù)字電視的分類（1）按圖像清晰度分類數(shù)字電視可以分為數(shù)字高清晰度電視（HDTV）、數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視（SDTV）、數(shù)字普通清晰度電視（LDTV）三鐘。標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視（SDTV）是指質(zhì)量相當(dāng)于目前模擬彩色電視系統(tǒng)（PAL、NTSC、SECAM）的數(shù)字電視系統(tǒng)，也稱為常規(guī)電視系統(tǒng)。其來(lái)源是ITU-R601標(biāo)準(zhǔn)的4:2:2的視頻，經(jīng)過(guò)某種數(shù)據(jù)壓縮處理后所能達(dá)到的圖像質(zhì)量，水平清晰度約500線。，返回上一頁(yè)5.1數(shù)字電視概述高清晰度電視（HDTV）是指水平清晰度和垂直清晰度大約為目前模擬彩色電視系統(tǒng)的2倍，寬高比為16:9的數(shù)字電視系統(tǒng)。HDTV的圖像水平清晰度大于800線，圖像質(zhì)量科達(dá)到或接近35mm寬銀幕電影的水平。數(shù)字普通清晰度電視（LDTV）的圖像水平清晰度為200≈300線，主要是對(duì)應(yīng)現(xiàn)有VCD的分配率量級(jí)。（2）按傳輸方式分類按信號(hào)傳輸方式分類：數(shù)字電視可分為地面無(wú)線電傳輸數(shù)字電視（地面數(shù)字電視）、衛(wèi)星傳輸數(shù)字電視（衛(wèi)星數(shù)字電視）和有線傳輸數(shù)字電視（有線數(shù)字電視）三類。（3）按顯示屏幕幅型比分類按顯示屏幕幅型比分類：數(shù)字電視可分為4:3幅型比和16:9幅型比兩種。5.1數(shù)字電視概述2.三種數(shù)字電視傳播方式目前主要有三種傳輸途徑：地面開(kāi)路傳輸、有線電視網(wǎng)傳輸和衛(wèi)星傳輸。3.數(shù)字電視系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)1）數(shù)字電視的信源編解碼技術(shù)（1）視頻編解碼技術(shù)：（2)音頻編解碼技術(shù):（3）信源編解碼的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：2）數(shù)字電視的復(fù)用系統(tǒng)3）數(shù)字電視的信道編解碼及調(diào)制解調(diào)5.1數(shù)字電視概述數(shù)字傳輸?shù)某Ｓ谜{(diào)制方式有：（1）正交振幅調(diào)制（QAM）：調(diào)制效率高，要求傳送途徑的信噪比高，適合有線電視電纜傳輸。（2）鍵控移相調(diào)制（QPSK）：調(diào)制效率高，要求傳送途徑的信噪比低，適合衛(wèi)星廣播。;（3）殘留邊帶調(diào)制（VSB）：抗多徑傳輸效應(yīng)好（即消除重影效果好），適合地面廣播。（4）編碼正交頻分調(diào)制（COFDM）：抗多徑傳輸效應(yīng)和同頻干擾好，適合地面廣播和同頻網(wǎng)廣播。4.數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)包括兩大部分，一是信源編碼。二是信道編碼，5.1數(shù)字電視概述根據(jù)傳輸?shù)牟煌瑪?shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)包括：地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)、有線傳輸標(biāo)準(zhǔn)、衛(wèi)星傳輸標(biāo)準(zhǔn)。目前數(shù)字電視廣播有三個(gè)相對(duì)成熟的標(biāo)準(zhǔn)制式：歐洲D(zhuǎn)VB、美國(guó)ATSC、日本ISDB。對(duì)于數(shù)字電視有線傳輸標(biāo)準(zhǔn)和衛(wèi)星傳輸標(biāo)準(zhǔn)，目前世界上大多數(shù)國(guó)家（包括中國(guó)），接受了歐洲的DVB-C和DVB-S標(biāo)準(zhǔn)，但衛(wèi)星傳輸標(biāo)準(zhǔn)還是很不統(tǒng)一的。5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼5.2.1圖像壓縮編碼技術(shù)1.圖像數(shù)據(jù)壓縮的必要性2.圖像數(shù)據(jù)壓縮的可能性圖像數(shù)據(jù)中存在以下幾個(gè)方面的冗余：空間冗余、時(shí)間冗余、結(jié)構(gòu)冗余、知覺(jué)冗余。3.圖像壓縮編碼過(guò)程4.圖像壓縮編碼的分類圖像壓縮編碼的的算法根據(jù)不同的方法有不同的分類。1）根據(jù)圖像質(zhì)量有無(wú)損失分類根據(jù)圖像質(zhì)量有無(wú)損失，圖像壓縮方法可以分成兩類。一類是無(wú)損壓縮編碼，又稱為可逆編碼。另一類是有損壓縮編碼，又稱為不可逆編碼。

下一頁(yè)5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼無(wú)損壓縮在回放壓縮文件時(shí)，能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。這種方法常用于數(shù)據(jù)文件的壓縮，例如ZIP文件。無(wú)損壓縮常用的算法是霍夫曼方法和可變游程編碼。有損壓縮靠丟掉大量冗余信息來(lái)降低數(shù)字圖像所占的空間，回放時(shí)不能完整地恢復(fù)原始圖像，而將有選擇地?fù)p失一些細(xì)節(jié)，損失多少信息由需要多高的壓縮率決定。對(duì)同一種壓縮算法來(lái)講，所需壓縮率越高，損失的圖像信息越多。一般采用的算法為變換編碼+運(yùn)動(dòng)檢測(cè)?，F(xiàn)在通用的變換編碼有DCT（離散余弦變換）和小波變換編碼，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)采用塊檢索算法。2）根據(jù)壓縮機(jī)理分類（1）基于圖像信源統(tǒng)計(jì)特性的壓縮方法有：預(yù)測(cè)編碼、變換編碼、量化編碼、子帶-小波編碼和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編碼法等。5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼（2）基于人眼視覺(jué)特性的壓縮方法有：基于方向?yàn)V波的圖像編碼法和基于圖像輪廓-紋理的編碼法。（3）基于圖像景物特征的壓縮方法有：分形編碼法和基于模型的編碼方法等。3）根據(jù)壓縮處理的像素分布范圍分類根據(jù)壓縮處理的像素分布范圍分類有：幀內(nèi)編碼、幀間編碼。幀內(nèi)編碼壓縮方式是在一幀（或一場(chǎng)）內(nèi)進(jìn)行，其目的是消除一幀（或一場(chǎng)）內(nèi)圖像的空間冗余，幀間編碼是在相鄰兩幀或幾幀之間進(jìn)行，其目的是消除靜止圖像或慢速運(yùn)動(dòng)圖像的時(shí)間冗余。4）根據(jù)是否自適應(yīng)分類根據(jù)是否自適應(yīng)編碼，可以分為自適應(yīng)編碼和非自適應(yīng)編碼。數(shù)字電視在信源編碼中，由于要求壓縮比高，普遍采用的是有損壓縮編碼方法。5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼5.2.2預(yù)測(cè)編碼預(yù)測(cè)編碼的主要作用是減少數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上的相關(guān)性，預(yù)測(cè)編碼屬于有損壓縮編碼。預(yù)測(cè)編碼既可以在一幀圖像內(nèi)進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼，也可以在多頻圖像內(nèi)進(jìn)行預(yù)測(cè)編碼。預(yù)測(cè)編碼的基本技術(shù)是對(duì)信號(hào)的最佳預(yù)測(cè)和最佳量化。在預(yù)測(cè)編碼時(shí)，不直接傳送圖像樣值的本身，而是根據(jù)某一模型，利用過(guò)去的樣值對(duì)當(dāng)前樣值進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后將當(dāng)前樣值的實(shí)際值與預(yù)測(cè)值相減得到一個(gè)誤差值，只對(duì)這一預(yù)測(cè)誤差值進(jìn)行編碼、傳送，這種預(yù)測(cè)方式，稱為DPCM，即差分脈沖編碼調(diào)制。下一頁(yè)上一頁(yè)5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼1.DPCM基本原理在PCM（PulseCodeModulatiom脈沖編碼調(diào)制）系統(tǒng)中原始的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣后得到的每一個(gè)樣值都被量化成為數(shù)字信號(hào)。為了壓縮數(shù)據(jù)，可以不對(duì)每一樣值都進(jìn)行量化，而是預(yù)測(cè)下一樣值。并將實(shí)際值與預(yù)測(cè)值之間的差值進(jìn)行量化，這就是DPCM（DifferentialPulseCodeModulatiom差分脈沖編碼調(diào)制）。DPCM系統(tǒng)又稱為預(yù)測(cè)量化系統(tǒng)，DPCM所傳輸?shù)氖墙?jīng)過(guò)再次量化的時(shí)間樣值與其預(yù)測(cè)值之間的差值，即預(yù)測(cè)誤差。DPCM系統(tǒng)框圖如圖5-4所示。其中編碼器和解碼器分別誤差對(duì)預(yù)測(cè)誤差量化值的編碼和解碼。5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼2.幀內(nèi)預(yù)測(cè)及幀間預(yù)測(cè)幀內(nèi)預(yù)測(cè)利用：利用圖像信號(hào)的空間相關(guān)性來(lái)壓縮圖像的空間冗余，根據(jù)前面已經(jīng)傳送的同一幀內(nèi)的像素來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前像素。如果所選的參考樣值在同一掃描行內(nèi)，則叫做一維預(yù)測(cè)。如果參考樣值除了本行的，還與前一行或前幾行有關(guān)，則叫做二維預(yù)測(cè)。由于采用隔行掃描，一幀分成奇偶兩場(chǎng)，使所以二維預(yù)測(cè)又分為幀內(nèi)預(yù)測(cè)和場(chǎng)內(nèi)預(yù)測(cè)。幀間預(yù)測(cè)：電視圖像在相鄰之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性。選擇前一幀圖像上的樣值作為參考樣值，叫做三維預(yù)測(cè)。對(duì)壓縮比要求不高的協(xié)調(diào)采用場(chǎng)內(nèi)DPCM，而對(duì)于要求高壓縮比的視頻傳輸系統(tǒng)，則必須采用含有運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膸g壓縮。5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼3.自適應(yīng)預(yù)測(cè)自適應(yīng)預(yù)測(cè)由稱為非線性預(yù)測(cè)。根據(jù)圖像每一局部的特點(diǎn)，自適應(yīng)地變更預(yù)測(cè)公式中的預(yù)測(cè)系數(shù)，盡可能地使預(yù)測(cè)公式隨時(shí)與被預(yù)測(cè)樣值附近圖像局部的統(tǒng)計(jì)特性相匹配，從而避免出現(xiàn)過(guò)多的大的預(yù)測(cè)誤差。4.運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)當(dāng)圖像存在運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)不能收到好的效果，例如：圖中當(dāng)前幀與前一幀的背景完全一樣，只是小球平移了一個(gè)位置，如果簡(jiǎn)單地以第k-1幀像素值作為k幀的預(yù)測(cè)值，則預(yù)測(cè)誤差都不為零。如果已經(jīng)知道了小球運(yùn)動(dòng)的方向和速度，可以從小球在k-1幀的位置推算出它在k幀中的位置來(lái)，而背景圖像（不考慮5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼棄一些小幅度的變換系數(shù)。被遮擋的部分）仍以前一幀的背景代替，將這種考慮了小球位移的k-1幀圖像作為k幀的預(yù)測(cè)值，就比簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確得多，從而可以達(dá)到更高的數(shù)據(jù)壓縮比。這種預(yù)測(cè)方法稱為具有運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膸g預(yù)測(cè)。具有運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膸g預(yù)測(cè)編碼是視頻壓縮的關(guān)鍵技術(shù)之一，它包括以下幾個(gè)步驟：首先，將圖像分解成相對(duì)靜止的背景和若干運(yùn)動(dòng)的物體，各個(gè)物體可能有不同的位移，但構(gòu)成每個(gè)物體的所有像素的位移相同，通過(guò)運(yùn)動(dòng)估值得到每個(gè)物體的位移矢量；然后，利用位移矢量計(jì)算經(jīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的預(yù)測(cè)值；最后對(duì)預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行量化、編碼、傳輸，同時(shí)將位移矢量和圖像分解方式等信息送到接收端。5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼5.2.3變換編碼與統(tǒng)計(jì)編碼1.變換編碼變換編碼（TransformCoding）的基本思想是將通常在空間域中描寫(xiě)的圖像信號(hào)變換到另外的向量空間（變換域）進(jìn)行描寫(xiě)，然后再根據(jù)圖像在變換域中系數(shù)的特點(diǎn)和人眼的視覺(jué)特性進(jìn)行編碼。根據(jù)選用的變換函數(shù)不同，可分為k-1變換、哈爾（Haar）變換、離散余弦變換（DCT）和沃爾什（Walsh）變換等。一般來(lái)說(shuō)圖像變換不是對(duì)整幅圖像一次進(jìn)行，而是在存儲(chǔ)器量化器用有限個(gè)值來(lái)表示變換后的系數(shù)矩陣，通過(guò)量化器舍下一頁(yè)上一頁(yè)5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼中把一幅圖像分成許多N×N的圖像塊，然后依次將每個(gè)方塊內(nèi)的N×N個(gè)樣點(diǎn)同時(shí)送入變換器進(jìn)行變換運(yùn)算。變換器把輸入的N×N點(diǎn)的像塊由原空間域變換到變換域中，映射成同樣大小的N×N點(diǎn)的變換系數(shù)矩陣，經(jīng)過(guò)變換后系數(shù)矩陣更有利于壓縮。2.統(tǒng)計(jì)(熵)編碼統(tǒng)計(jì)編碼是一種基于量化系數(shù)統(tǒng)計(jì)特性所進(jìn)行的無(wú)失真編碼，是根據(jù)信息論的原理，認(rèn)為在壓縮圖像數(shù)據(jù)時(shí)，只要不丟失信息熵，解碼后就可以無(wú)失真地恢復(fù)原圖像，這種編碼方式又稱熵編碼。5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼信息“熵”的含義是信源發(fā)出任意一個(gè)隨機(jī)變量的平均信息量。常用的統(tǒng)計(jì)編碼有霍夫曼編碼和算術(shù)編碼等。1）霍夫曼編碼霍夫曼編碼是一種可變長(zhǎng)編碼,是圖像壓縮中最重要的編碼方法之一?；舴蚵幋a步驟如下：（1）把信源符號(hào)按出現(xiàn)概率由大到小順序排列（相同概率的符號(hào)可以任意顛倒排列位置）；（2）將最小的兩個(gè)概率相加，形成一個(gè)新的概率集合，再按照第一步的方法重新排列后，扔將最小的兩個(gè)概率相加，如此重復(fù)下去，直到只有兩個(gè)概率系列為止。（3）定義碼字，如對(duì)符號(hào)按概率大小定義為“0”和“1”，但要注意，若大概率定義為“1”，則所有的大概率都要定義為“1”，在同一霍夫曼編碼中不得改變。5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼5.2.4圖像壓縮的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1.JPEG標(biāo)準(zhǔn)JPEG（JointPhotographicExpertsGroup）是聯(lián)合（靜止）圖像專家組的英文縮寫(xiě)。（1）JPEG標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)JPEG是一個(gè)達(dá)到數(shù)字演播室標(biāo)準(zhǔn)的圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，其亮度信號(hào)與色調(diào)信號(hào)均按照ITU-R601的規(guī)定取樣后劃分為8×8子塊進(jìn)行編碼處理。JPEG不含幀間壓縮，這使得各幀在壓縮編碼后是各自獨(dú)立的，這一點(diǎn)對(duì)于編碼來(lái)說(shuō)是有利的，可以做的精確到逐幀的編輯。（2）JPEG標(biāo)準(zhǔn)的基本壓縮方法JPEG標(biāo)準(zhǔn)所根據(jù)的算法下一頁(yè)上一頁(yè)5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼是基于DCT（離散余弦變換）和可變長(zhǎng)編碼。JPEG的關(guān)鍵技術(shù)有變換編碼、量化、差分編碼、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、霍夫曼編碼和游程編碼等。JPEG標(biāo)準(zhǔn)包括兩種基本壓縮方法：①有損壓縮方法，這是以DCT變換為基礎(chǔ)的壓縮方法，其壓縮比較高，是JPEG標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)；②無(wú)損壓縮方法，又稱預(yù)測(cè)壓縮方法，是以二維DPCM為基礎(chǔ)的壓縮方式，解碼后能完全精確地恢復(fù)原圖像才有值，其壓縮比低于有損壓縮。（3）JPEG編碼過(guò)程基于DCT的JPEG編碼原理框圖如圖5-5所示。JPEG編碼過(guò)程主要有以下幾個(gè)重要步驟：將一幅靜止圖像分成8×8像素塊之后送入DCT變換器，目的是去除圖像數(shù)據(jù)的空間冗余。5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼輸入信號(hào)經(jīng)DCT變換后，按固定的亮度與色度量化矩陣進(jìn)行非線性量化。JPEG推薦了亮度信號(hào)和色度信號(hào)兩種量化表，色度信號(hào)的量化系數(shù)大于亮度信號(hào)的量化系數(shù)，高頻區(qū)的量化系數(shù)大于低頻區(qū)的量化系數(shù)，這是通過(guò)實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)后確定的視覺(jué)閾值，充分利用了人眼的視覺(jué)特性。在進(jìn)入編碼器前，還要進(jìn)行之字形掃描，其目的是把二維的變換矩陣轉(zhuǎn)換為一維系列，最后將數(shù)組送入熵編碼器完成編碼。對(duì)量化后的DCT直流系數(shù)進(jìn)行差分編碼，交流系數(shù)進(jìn)行游程編碼，再按霍夫曼碼表進(jìn)行變長(zhǎng)編碼后，送緩存器輸出。5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼2.MPEG標(biāo)準(zhǔn)1992年和1994年分別通過(guò)了MPEG-1和MPEG-2壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)不同的應(yīng)用，MPEG現(xiàn)在已經(jīng)有了MPEG-1、MPEG-2、MPEG-3、MPEG-4、MPEG-7一系列標(biāo)準(zhǔn)。1）MPEG的基本特點(diǎn)MPEG-1主要是針對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像和聲音在數(shù)組存儲(chǔ)時(shí)壓縮編碼，經(jīng)典應(yīng)用如VCD等家用數(shù)字音像產(chǎn)品，其編碼最高碼率為1.5Mbit/t。MPEG-1主要包括三個(gè)部分：第一部分系統(tǒng)(ISO/IEC11172-1)，是關(guān)于數(shù)字視頻、數(shù)字音頻和輔助數(shù)據(jù)等多路壓縮數(shù)據(jù)流復(fù)用和同步的規(guī)定。第二部分視頻(ISO/IEC11172-2)，是關(guān)于位速率約為1.5Mbit/s的視頻信號(hào)的壓縮編碼的規(guī)定。5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼第三部分音頻(ISO/IEC11172-3)，是關(guān)于每通道位速率為64kbit/s，128kbit/s和192kbit/s的數(shù)字音頻信號(hào)的壓縮編碼的規(guī)定。MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)主要包括以下幾方面：（1)在圖像和聲音的質(zhì)量上必須高于可視電話和會(huì)議電視的聲像質(zhì)量，至少應(yīng)達(dá)到VHS家用錄像機(jī)的聲像質(zhì)量。（2)壓縮后的數(shù)碼率應(yīng)能存儲(chǔ)在光盤、數(shù)字錄音帶DAT或可寫(xiě)磁光盤等媒體中。（3)壓縮后的碼率應(yīng)與目前的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸碼率相適配，為1.2～1.5Mbit/s。（4)在通信網(wǎng)絡(luò)上能適應(yīng)多種通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸。5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼2）MPEG-2的基本特點(diǎn)MPEG-2是針對(duì)數(shù)字電視的視、音頻壓縮編碼，對(duì)數(shù)字電視各種等級(jí)的壓縮編碼方案及圖像編碼中劃分的層次作了詳細(xì)的規(guī)定，其編碼碼率可從3Mbit/s到100Mbit/s。MPEG-2主要有三個(gè)部分：第一部分為系統(tǒng)(ISO/IEC13818-1)，是關(guān)于多路音頻、視頻和數(shù)據(jù)的復(fù)用和同步的規(guī)定。第二部分為視頻(ISO/IEC13818-2)，主要涉及各種比特率的數(shù)字視頻壓縮編解碼的規(guī)定。第三部分為音頻(ISO/IEC13818-3)，擴(kuò)充了MPEG-1的音頻標(biāo)準(zhǔn)，使之成為多通道音頻編碼系統(tǒng)，可達(dá)到的環(huán)繞聲5.1聲道。5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼2）MPEG-2的基本特點(diǎn)MPEG-2是針對(duì)數(shù)字電視的視、音頻壓縮編碼，對(duì)數(shù)字電視各種等級(jí)的壓縮編碼方案及圖像編碼中劃分的層次作了詳細(xì)的規(guī)定，其編碼碼率可從3Mbit/s到100Mbit/s。MPEG-2主要有三個(gè)部分：第一部分為系統(tǒng)(ISO/IEC13818-1)，是關(guān)于多路音頻、視頻和數(shù)據(jù)的復(fù)用和同步的規(guī)定。第二部分為視頻(ISO/IEC13818-2)，主要涉及各種比特率的數(shù)字視頻壓縮編解碼的規(guī)定。第三部分為音頻(ISO/IEC13818-3)，擴(kuò)充了MPEG-1的音頻標(biāo)準(zhǔn)，使之成為多通道音頻編碼系統(tǒng)，可達(dá)到的環(huán)繞聲5.1聲道。5.2數(shù)字電視信號(hào)的信源編碼MPEG-2已廣泛應(yīng)用于DVD，SDTV和HDTV中。3）MPEG標(biāo)準(zhǔn)中一種圖像幀的概念對(duì)數(shù)字電視圖像的傳送，在MPEG-1和和MPEG-2的編碼方式中，不是依次傳送每幀圖像，而是將要傳送的圖像重新定義為三種圖像幀。第1種為幀內(nèi)編碼幀，簡(jiǎn)稱I幀。I幀的圖像只進(jìn)行幀內(nèi)壓縮，作為預(yù)測(cè)基準(zhǔn)的獨(dú)立幀，不考慮其他幀，編碼采用JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)，具有較小的壓縮比。第2種為前向預(yù)測(cè)編碼幀，簡(jiǎn)稱P幀。P幀只傳送在它前面的I幀的差值信息，即預(yù)測(cè)誤差信息，該差值信息可以看成是運(yùn)動(dòng)圖像的變化部分。由I幀前向預(yù)測(cè)產(chǎn)生的P幀具有中等壓縮比，并與I幀一起成為B幀的預(yù)測(cè)基準(zhǔn)。5.3數(shù)字電視信號(hào)的信道編碼5.3.1信道編碼的原因與要求1.信道編碼的原因數(shù)字信息在傳輸中往往由于各種原因，使得在傳送的數(shù)據(jù)流中產(chǎn)生誤碼，從而造成接收端圖像出現(xiàn)跳躍、不連續(xù)和馬賽克等現(xiàn)象。數(shù)據(jù)在信道中傳輸，往往會(huì)受到系統(tǒng)本身和外界環(huán)境的干擾而形成誤碼。誤碼包括隨機(jī)誤碼和突發(fā)誤碼。2.降低誤碼率的主要方法1）選取抗干擾強(qiáng)的碼型，如雙極性非歸零碼、多元碼等。下一頁(yè)上一頁(yè)

5.3數(shù)字電視信號(hào)的信道編碼2）選取先進(jìn)的調(diào)制方法。3）加入檢錯(cuò)、糾錯(cuò)碼。因此，數(shù)字音、視頻信號(hào)在經(jīng)壓縮編碼和復(fù)用，形成了符合MPEG-2系統(tǒng)層規(guī)范的傳送流（TS），通過(guò)衛(wèi)星、有線電視網(wǎng)或地面廣播信道發(fā)送之前，需要通過(guò)信道編碼這一環(huán)節(jié)，對(duì)數(shù)碼流進(jìn)行相應(yīng)的處理，即在其中加入檢糾錯(cuò)碼，并進(jìn)行交織等處理，這個(gè)處理過(guò)程就是信道編碼。3.信道編碼的要求5.3數(shù)字電視信號(hào)的信道編碼5.3.2信道編碼的基本原理1.信道編碼的一般結(jié)構(gòu)信道編碼的過(guò)程是在源數(shù)據(jù)流中加插一些碼元，從而達(dá)到在接收端進(jìn)行判錯(cuò)和糾錯(cuò)的目的，這就是我們常常說(shuō)的開(kāi)銷。信道編碼的一般結(jié)構(gòu)如圖5-6所示。在數(shù)字電視傳輸過(guò)程中，信道編碼主要有RS編碼、交織、卷積編碼及QPSK、QAM、VSB、COFDM調(diào)制方式組成。2.檢錯(cuò)糾錯(cuò)編碼方式提高數(shù)據(jù)傳輸效率，降低誤碼率是信道編碼的任務(wù)。數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼，通常采用兩次附加糾錯(cuò)碼的前向糾錯(cuò)方式。前向糾錯(cuò)碼的碼字是具有一定糾錯(cuò)能力的碼型，發(fā)端下一頁(yè)上一頁(yè)5.3數(shù)字電視信號(hào)的信道編碼發(fā)送能夠糾正錯(cuò)誤的碼，收端收到信碼后自動(dòng)糾正傳輸中的錯(cuò)誤。所以采用前向糾錯(cuò)方式，在接收端解碼后，不僅可以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，而且能夠判斷錯(cuò)誤碼元所在的位置，并自動(dòng)糾錯(cuò)，其特點(diǎn)是單向傳輸，實(shí)時(shí)性好。廣播系統(tǒng)（單向傳輸系統(tǒng)）都采用這種信道編碼方式，但譯碼設(shè)備較復(fù)雜。糾錯(cuò)碼按照檢錯(cuò)糾錯(cuò)功能的不同，可分為檢錯(cuò)碼、糾錯(cuò)碼和糾刪碼三種。糾錯(cuò)碼按照誤碼產(chǎn)生原因的不同，可分為糾隨機(jī)誤碼和糾突發(fā)誤碼兩種。前者應(yīng)用于主要產(chǎn)生獨(dú)立性隨機(jī)誤碼的信道，后者應(yīng)用于易產(chǎn)生突發(fā)性局部誤碼的信道。對(duì)具體的糾錯(cuò)碼，可以從不同角度將其分類，圖5-7所示即為糾錯(cuò)碼的分類情況。5.3數(shù)字電視信號(hào)的信道編碼

5.3.3信道編碼方案概述根據(jù)傳輸信道不同，信道編碼方案也有所不同。在DVB-T數(shù)字電視中，由于是無(wú)線信道且存在多徑干擾和其他的干擾，為此它的信道編碼是：RS+外交織+卷積碼+內(nèi)交織。采用了兩次交織處理的級(jí)聯(lián)編碼，增強(qiáng)其糾錯(cuò)的能力。RS作為外編碼，其編碼效率是188/204（又稱外編碼率），卷積碼作為內(nèi)編碼，其編碼效率有1/2、2/3、3/4、5/6、7/8五種，（又稱內(nèi)編碼率）選擇，信道的總編碼效率是兩種編碼效率的級(jí)聯(lián)疊加。如圖5-8所示。DVB-C數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，由于對(duì)應(yīng)的傳輸信道是有線信道，信道干擾少，所以它的信道編碼是：RS+交織。如圖5-9所示。下一頁(yè)上一頁(yè)5.4數(shù)字基帶信號(hào)與數(shù)字調(diào)制方式5.4.1數(shù)字基帶傳輸通常將發(fā)送調(diào)制前的信息稱為基帶信號(hào)，圖5-10所示為基帶傳輸系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖，它由信道信號(hào)形成器、傳輸信道、接收濾波器和取樣判決器幾部分組成。對(duì)基帶信號(hào)的要求主要有兩點(diǎn)：一是對(duì)各種代碼的要求，期望將原始信息符號(hào)編制成適合于傳輸用的碼型；二是對(duì)所選的碼型的電波形的要求，期望電波形適宜于在信道中傳輸。下一頁(yè)上一頁(yè)5.4數(shù)字基帶信號(hào)與數(shù)字調(diào)制方式數(shù)字基帶信號(hào)的常用碼型如圖5-11所示。1）基帶信號(hào)的信息碼元。2）位定時(shí)信號(hào)：脈寬T代表1bit的寬度，升降沿代表每比特定時(shí)的開(kāi)始。3）單極性不歸零（NRZ）碼；二進(jìn)制符號(hào)“1“和”0”分別對(duì)應(yīng)正電平和零電平，在整個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間電平保持不變。4）雙極性NRZ：二進(jìn)制符號(hào)“1“和”0”分別對(duì)應(yīng)正、負(fù)電平。5）單極性歸零（RZ）碼；它與單極性NRZ碼相似，區(qū)別在于碼元“1“的高電平持續(xù)時(shí)間τ<T/2，其余時(shí)間返回零電平（低電平）；而碼元”0”一直處于零電平，它實(shí)際上是以時(shí)間T內(nèi)無(wú)脈沖調(diào)變信號(hào)來(lái)表示“1“、”0”。下一頁(yè)上一頁(yè)

5.4數(shù)字基帶信號(hào)與數(shù)字調(diào)制方式6）單極性傳號(hào)差分（NRZ-M）碼；其特點(diǎn)是以位定時(shí)信號(hào)邊沿時(shí)刻有電子跳變表示“1“，無(wú)電子跳變表示”0”。7）單極性空號(hào)差分（NRZ-S）碼；其特點(diǎn)是以位定時(shí)信號(hào)邊沿時(shí)刻有電子跳變表示“0“，無(wú)電子跳變表示”1”。8）雙相碼(也稱曼徹斯特碼或調(diào)頻碼):其特點(diǎn)是無(wú)論碼元“1”或“0”，每一碼元比特的邊緣都有電平跳變.9）密勒碼(Miller,M)，它是雙相碼的一種變型:“1”用碼元周期中央出現(xiàn)跳變(而其前后沿不出現(xiàn)跳變)來(lái)表示；對(duì)碼元“0”則有兩種處理情況，單個(gè)“0”時(shí)碼元周期內(nèi)不出現(xiàn)跳變，連“0”時(shí)在相鄰的“0”交界處出現(xiàn)跳變。10）密勒平方碼:它是密勒碼的變型，其區(qū)別在于無(wú)論“1”還是“0”，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)的相同碼元超過(guò)2時(shí)省去最后一個(gè)比特上的電平跳變，即對(duì)于“1”省去其中央電平跳變，對(duì)于“0”省去其最后一個(gè)碼元“0”的前沿跳變。

5.4數(shù)字基帶信號(hào)與數(shù)字調(diào)制方式5.4.2數(shù)字調(diào)制技術(shù)為避免數(shù)字信號(hào)在傳輸時(shí)受信道特性的影響，使信號(hào)產(chǎn)生畸變，通常需要在發(fā)射端對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。從原理上看，數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制沒(méi)有根本上的差別。模擬調(diào)制中是由模擬信號(hào)的瞬時(shí)值改變載波信號(hào)的某個(gè)參量(幅度、頻率或相位)實(shí)現(xiàn)載波調(diào)制的，模擬信號(hào)在時(shí)間上和幅度上都是連續(xù)的，所以載波信號(hào)的調(diào)制參量也是連續(xù)變化的。而數(shù)字調(diào)制則是用載波信號(hào)的某些離散狀態(tài)來(lái)表征所傳輸?shù)男畔?，在接收端解調(diào)時(shí)對(duì)信號(hào)的離散調(diào)制量進(jìn)行檢測(cè)。數(shù)字調(diào)制也有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相三種方式，在二進(jìn)制時(shí)：數(shù)字信號(hào)的三種調(diào)制分別稱為幅度鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相位鍵控（PSK），并由此派生出多種形式。數(shù)字調(diào)制的三種鍵控方式如圖5-12所示。5.5數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)5.5.1數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)概述1.ATSC數(shù)字電視系統(tǒng)美國(guó)的ATSC數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)是FCC（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)）提出的全數(shù)字化HDTV數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)。ATSC標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了可以采用的18種數(shù)字圖像源格式，包括一幀圖像的像素?cái)?shù)和掃描方式。（1）傳送端的形成ATSC信道輸入的是傳送流（TS流）數(shù)據(jù)，TS流形成過(guò)程如圖5-13所示，包含了應(yīng)用層、壓縮層、傳送層和傳輸層4層，傳送層的輸出即為傳送流。應(yīng)用層（ApplicationLayer）是演播室內(nèi)根據(jù)規(guī)定的視音頻標(biāo)準(zhǔn)原始產(chǎn)生的，未壓縮的視音頻數(shù)據(jù)流，例如視頻是SDI或HD-SDI數(shù)據(jù)流，音頻是立體聲或環(huán)繞聲的數(shù)據(jù)流。下一頁(yè)上一頁(yè)

5.5數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)壓縮層（CompressionLayer）根據(jù)規(guī)定的信源編碼標(biāo)準(zhǔn)將輸入的數(shù)據(jù)流予以碼率壓縮、產(chǎn)生出視頻基本流（VES）和音頻基本流（AES）。視頻基本流由像塊、宏塊、像條、圖像（幀）、COP（圖像組）和序列等6個(gè)層次構(gòu)成。傳送層（TransportLayer）中將ES打包，形成打包基本流（PES），并實(shí)現(xiàn)視音頻PES的復(fù)用，組成復(fù)用的節(jié)目流（PSMUX）和傳送流（TSMUX）。傳輸層（TransmissionLayer）內(nèi)包含信道編碼和載波調(diào)制，其輸出是調(diào)制在中頻上的數(shù)字已調(diào)波，饋送至上變頻器，經(jīng)高功放級(jí)后由天線發(fā)射。（2）ATSC信道編碼與調(diào)制流程ATSC信道編碼與調(diào)制流程框圖如圖5-14所示。5.5數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)2.DVB數(shù)字電視系統(tǒng)1）DVB系統(tǒng)的主要標(biāo)準(zhǔn)（1）DVB-S：滿足衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬及衛(wèi)星信號(hào)的傳輸特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的數(shù)字衛(wèi)星電視標(biāo)準(zhǔn)，適用于11/12G頻段的衛(wèi)星系統(tǒng)。（2）DVB-C，數(shù)字有線電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。由于傳輸媒介采用的是同軸線，與衛(wèi)星傳輸相比外界干擾小，信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)高些，所以前向糾錯(cuò)編碼保護(hù)中取消了內(nèi)碼。DVB-C標(biāo)準(zhǔn)具有16、32、64QAM（正交調(diào)幅）幾種調(diào)制方式，工作頻率在19GHz以下。采用64QAM時(shí)，一個(gè)PAL通道的傳送碼率為41.34Mbit/s，可用于多套節(jié)目的復(fù)用。（3）DVB-T：數(shù)字地面電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，采用COFDM5.5數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)調(diào)制方式，COFDM調(diào)制方式將信息發(fā)布到許多個(gè)載波上面，用來(lái)避免傳輸環(huán)境造成的多徑發(fā)射效應(yīng)，其代價(jià)是引入了傳輸“保護(hù)間隔”。這些“保護(hù)間隔”會(huì)占用一部分帶寬，通常COFDM的載波數(shù)量越多，對(duì)于給定的最大發(fā)射延時(shí)時(shí)間，傳輸容量損失越小。由于COFDM調(diào)制方式的抗多徑反射功能，它可以潛在地允許在單頻網(wǎng)中的相鄰網(wǎng)絡(luò)的電磁覆蓋重疊，在重疊的區(qū)域內(nèi)可以將來(lái)自兩個(gè)發(fā)射塔的電磁波看成一個(gè)發(fā)射塔的電磁波與自身反射波的疊加。從前向糾錯(cuò)碼來(lái)看，DVB-T系統(tǒng)不僅包含了內(nèi)外碼，而且加入了內(nèi)外交織。大量導(dǎo)頻信號(hào)插入和保護(hù)間隔技術(shù)是DVB-T系統(tǒng)的技術(shù)核心，正是這兩項(xiàng)技術(shù)使歐洲系統(tǒng)能夠在抗強(qiáng)多徑和動(dòng)態(tài)多徑及移動(dòng)接收的實(shí)測(cè)性能方面優(yōu)于ATSC系統(tǒng)。5.5數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)另外，DVB-SMATV是數(shù)字衛(wèi)星共用天線電視（SMATV）廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，DVB-MS是高于10GHz的數(shù)字廣播MMDS分配系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，DVB-MC是低于10GHz的數(shù)字廣播MMDS分配系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。2）DVB系統(tǒng)的核心技術(shù)（1）DVB標(biāo)準(zhǔn)的核心：系統(tǒng)采用MPEG壓縮的音頻、視頻及數(shù)據(jù)格式作為數(shù)據(jù)源；系統(tǒng)采用公共MPEG-2傳輸流（TS）復(fù)用方式；采用公共的用于描述廣播節(jié)目的系統(tǒng)服務(wù)信息（SI）；系統(tǒng)的第一級(jí)信道編碼采用R-S前向糾錯(cuò)編碼保護(hù)；調(diào)制與其他附屬的信道編碼方式，由不同的傳輸媒介來(lái)確定；使用通用的加擾方式以及條件接收界面。5.5數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)（2）DVB有視頻特點(diǎn)：DVB系統(tǒng)的音頻編碼采用MPEG-2的第二層編碼，也稱做MUSICAM。MPEG-2的第二層音頻編碼可用于單音、立體聲、環(huán)繞聲和多路多語(yǔ)言聲音的編碼；DVB系統(tǒng)視頻編碼，采用標(biāo)準(zhǔn)的MPEG-2壓縮編碼、（3）MPEG-2碼流復(fù)用及服務(wù)信息。數(shù)字電視音、視頻信號(hào)首先經(jīng)過(guò)MPEG-2編碼器進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，接著通過(guò)節(jié)目復(fù)用器形成基本碼流（ES），基本碼流經(jīng)過(guò)打包后形成有包頭的基本碼流（PES）流送入傳輸復(fù)用器進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)用，復(fù)用器的碼流叫做傳送流（TS）。傳送流中包括多個(gè)節(jié)目源的不同信號(hào)，為了區(qū)分這些信號(hào)，在系統(tǒng)復(fù)用器上需要加入服務(wù)信息（SI），使接收端可以識(shí)別出不同的節(jié)目。5.5數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)

5.5.2數(shù)字電視信號(hào)接收機(jī)以美國(guó)的ATSC8-VSB數(shù)字電視地面廣播為例，見(jiàn)圖5-15，簡(jiǎn)要介紹數(shù)字電視接收機(jī)的工作原理。數(shù)字電視接收數(shù)字電視信號(hào)的過(guò)程大致為：高頻接收均衡信道解碼解復(fù)用信源解碼（圖像、聲音、數(shù)據(jù)解碼）數(shù)/模轉(zhuǎn)換，經(jīng)放大電路后分別送顯示器和揚(yáng)聲器中還原。下一頁(yè)上一頁(yè)5.5數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)5.5.3數(shù)字電視機(jī)頂盒機(jī)頂盒是一種將數(shù)字電視信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的變換設(shè)備，是模擬電視轉(zhuǎn)向數(shù)字電視的橋梁，是實(shí)現(xiàn)交互功能的關(guān)鍵設(shè)備，機(jī)頂盒也是電視接入因特網(wǎng)的重要工具。機(jī)頂盒的的主要作用是接收數(shù)字電視信號(hào)，并對(duì)數(shù)字圖像和聲音信號(hào)進(jìn)行解碼還原產(chǎn)生模擬信號(hào)，供模擬電視機(jī)使用。1.機(jī)頂盒的分類機(jī)頂盒按照用途可以分為數(shù)字電視機(jī)頂盒；使模擬彩電能夠接收數(shù)字電視信號(hào)；網(wǎng)絡(luò)電視（webTV）機(jī)頂盒，使模擬彩電能夠?yàn)g覽互聯(lián)網(wǎng)；VOD數(shù)字機(jī)頂盒，這是一種基于寬帶網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)和雙向視頻點(diǎn)播功能的產(chǎn)品。下一頁(yè)上一頁(yè)5.5數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)數(shù)字電視機(jī)頂盒又分為：有線數(shù)字電視機(jī)頂盒、衛(wèi)星數(shù)字電視機(jī)頂盒、地面數(shù)字電視機(jī)頂盒，三種機(jī)頂盒的硬件結(jié)構(gòu)主要區(qū)別在解調(diào)部分。目前家庭使用比較多的是有線數(shù)字電視機(jī)頂盒，主要提供基本音視頻業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)應(yīng)用，在一段時(shí)期后，將充分利用CATV網(wǎng)絡(luò)帶寬較寬的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)交互功能，最終發(fā)展成為集解壓縮、Web瀏覽、解密收費(fèi)和交互控制為一體的數(shù)字化終端設(shè)備。有線數(shù)字電視機(jī)頂盒根據(jù)其功能也有基本型、增強(qiáng)型和高級(jí)型之分。5.5數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)2.機(jī)頂盒的基本結(jié)構(gòu)及工作原理機(jī)頂盒的功能取決于其結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)。機(jī)頂盒設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則是開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，做到既能與網(wǎng)絡(luò)有效連接，又具有靈活的可擴(kuò)充性。圖5-16為三種數(shù)字電視機(jī)頂盒又分為：有線數(shù)字電視機(jī)頂盒、衛(wèi)星數(shù)字電視機(jī)頂盒、地面數(shù)字電視機(jī)頂盒，三種機(jī)頂盒的硬件結(jié)構(gòu)主要區(qū)別在解調(diào)部分。數(shù)字電視機(jī)頂盒的工作過(guò)程大致如下：高頻調(diào)諧器接收來(lái)自傳輸網(wǎng)絡(luò)的高頻數(shù)字電視信號(hào)，通過(guò)信道解碼其，從載波中分離出包含音、視頻和其它數(shù)據(jù)信息在內(nèi)的傳送流，完成信道解碼。下一頁(yè)上一頁(yè)5.5數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)傳送流中一般包含多個(gè)音、視頻流及一些數(shù)據(jù)信息，解復(fù)用器則用來(lái)區(qū)分不同的節(jié)目，提取相應(yīng)的音、視頻流和數(shù)據(jù)流，送入MPEG-2解碼器和相應(yīng)的解析軟件，完成數(shù)字信息的還原。條件接收器對(duì)音、視頻流實(shí)施解擾，并采用含有識(shí)別用戶和進(jìn)行記賬功能的智能卡，保證付費(fèi)電視合法用戶正常收看。MPEG-2解碼器完成音、視頻信號(hào)的解壓縮，在送到PAL/NTSC/SECAM制以得到相應(yīng)格式的視頻信號(hào)。在這過(guò)程中，可以疊加圖形發(fā)生器產(chǎn)生的圖形信號(hào)，然后送終端顯示設(shè)備，顯示高質(zhì)量圖像，并提供多聲道立體聲節(jié)目。

下一頁(yè)5.5數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)機(jī)頂盒的關(guān)鍵技術(shù)涉及硬件和軟件技術(shù)，主要有：1）信道解調(diào)技術(shù)由于各國(guó)的衛(wèi)星廣播數(shù)字電視系統(tǒng)幾乎均采用DVB-S標(biāo)準(zhǔn)，而DVB-S的信道編碼是采用RS（ReedSoiomon）前向糾錯(cuò)編碼，卷積交織方式，調(diào)制則采用QPSK方式，因此相應(yīng)的衛(wèi)星廣播數(shù)字電視機(jī)頂盒必須具有OPSK解調(diào)、RS解碼和解交織（糾錯(cuò)處理）的功能。歐洲的數(shù)字有線電視廣播系統(tǒng)采用DVB-C標(biāo)準(zhǔn)，具有16、32、64QAM(正交調(diào)幅)三種調(diào)制方式，工作頻率在10GHz以下。采用64QAM時(shí)，一個(gè)PAL通道的傳送碼率為41.3Mbit/s，可用于多套節(jié)目的復(fù)用。我國(guó)在有線網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)字電視及其增值業(yè)務(wù)也采用QAM調(diào)制方式，所以有線電視機(jī)頂盒必需的信道解碼應(yīng)包括QAM解碼功能。下一頁(yè)上一頁(yè)5.5數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)2）信道解調(diào)技術(shù)模擬信號(hào)數(shù)字化后，由于數(shù)據(jù)量巨大，必須采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)。在高清晰度數(shù)字電視（HDTV）的視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)方向，美國(guó)、歐洲和日本沒(méi)有分歧，都采用MPEG-2視頻標(biāo)準(zhǔn)。在音頻壓縮編碼方向，歐洲、日本采用了MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)則采納了杜比（Dolby）公司的AC-3方案，MPEG-2為備用方案。另外在將視頻、音頻、輔助數(shù)據(jù)等由編碼器送來(lái)的數(shù)據(jù)比特流，經(jīng)處理復(fù)合成單路串行的比特流，送給信道編碼及投資的復(fù)用傳輸方面，美國(guó)、歐洲和日本也全部采用了MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。信源解碼器必須適應(yīng)不同的編碼策略，正確還原原始音、視頻數(shù)據(jù)。下一頁(yè)上一頁(yè)5.5數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)3）信道解調(diào)技術(shù)為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的解復(fù)用和數(shù)據(jù)信息處理，目前系統(tǒng)大多采用專用芯片，將CPU內(nèi)核與MPEG-2傳輸流解復(fù)用器，DVB通用解擾器，MPEG有視頻解碼器，NTSC/PAL編碼器集成，形成STB的核心芯片。4）上行數(shù)據(jù)的調(diào)制編碼開(kāi)展交互式應(yīng)用，需要考慮上行數(shù)據(jù)的調(diào)制編碼問(wèn)題。目前普遍采用的有：采用電話線、以太網(wǎng)卡及通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)傳送上行數(shù)據(jù)等3種方式。5）機(jī)頂盒軟件技術(shù)軟件技術(shù)在數(shù)字電視技術(shù)中占十分重要的位置，如電視內(nèi)容的重現(xiàn)、操作界面的實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)，直至機(jī)頂盒和個(gè)人計(jì)算機(jī)的互聯(lián)以及和下一頁(yè)上一頁(yè)5.5數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)Internet的互聯(lián)都需要由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要有：（1）硬件驅(qū)動(dòng)層軟件：驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)硬件功能，如射頻解調(diào)器、傳輸解復(fù)用器、A/V解碼器、OSD、視頻編碼器等。（2）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：與PC操作系統(tǒng)不同，機(jī)頂盒中的操作系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），可以在實(shí)時(shí)的環(huán)境中工作，并能在較小的內(nèi)存空間中運(yùn)行。目前流行的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有VxWorks、Psos、OS20、WindowsCE等。這些操作系統(tǒng)各有所長(zhǎng)，在機(jī)頂盒中都要應(yīng)用。（3）中間件：在開(kāi)發(fā)機(jī)頂盒上層應(yīng)用中常常會(huì)面對(duì)如下問(wèn)題：實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，硬件平臺(tái)原理細(xì)節(jié)，復(fù)雜的行業(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)5.5數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，繁雜的用戶界面以及使用功能等各項(xiàng)跨行業(yè)的難題。為了解決上述問(wèn)題，中間件應(yīng)運(yùn)而生，并成為數(shù)字電視核心技術(shù)，也就是我們前面提到的開(kāi)放式業(yè)務(wù)平臺(tái)。中間件是在數(shù)字電視接收機(jī)的應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)、硬件平臺(tái)之間嵌入的一個(gè)中間層，定義一組較為完整的、標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序接口，使應(yīng)用程序獨(dú)立于操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)，從而將應(yīng)用的開(kāi)發(fā)變得更加簡(jiǎn)捷，使產(chǎn)品的開(kāi)放性和可移植性更強(qiáng)。它通常由Java虛擬機(jī)、網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、圖像與多媒體模塊等組成。開(kāi)放的業(yè)務(wù)平臺(tái)上的特點(diǎn)在于產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)以一個(gè)業(yè)務(wù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，開(kāi)放的業(yè)務(wù)平臺(tái)為每個(gè)環(huán)節(jié)提供獨(dú)立的運(yùn)行模式，5.5數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)每個(gè)環(huán)節(jié)擁有自身的利潤(rùn)，能產(chǎn)生多個(gè)供應(yīng)商。只有采用開(kāi)放式業(yè)務(wù)平臺(tái)才能保證機(jī)頂盒的擴(kuò)展性，保證投資的有效回收。（4）上層應(yīng)用軟件：執(zhí)行服務(wù)商提供的各種服務(wù)功能，如：電