数字电视基础

陕西省有线数字电视技术交流数字电视与DVB•DVB（DigitalVideoBroadcasting，数字视频广播）标准是由数字视频委员会（DAVIC）制定的数字电视标准，该组织是一个跨国界、跨行业的国际组织，其成员已有200多个，遍及世界30多个国家。目前，基于DVB标准的各种数字视频广播系统已开始在欧洲、美洲、亚洲和澳大利亚等地运营。DVB-C是为数字有线电视广播专门制定的标准，也是我国将要实行的数字有线电视行业标准。数字电视相关概念DVB业务：它是一种基于信源编码为MPEG-2的数字广播技术，这种技术有三种标准：•1、DVB-S/S2，它多用在卫星转发器上，带宽为26MHZ—72MHZ；•2、DVB-T，它是针对地面广播的；•3、DVB-C它主要用在有线电视上。•DVB-C数字视频广播系统的信号通常采用QAM（正交幅相调制）方式进行传送。•DVB-H，主要应用于手机和便携式移动多媒体接收终端视、音频信号抽样、量化MPEG-2编码RS编码、卷积交织QAM调制RF信号目前，国内的“有线数字电视”基本上采用的是DVB－C的技术体制。DVB－C信号产生的理论流程天馈系统电视台省公司总前端宝鸡、咸阳城域接入网西安城域接入网SMS系统CA系统HITACHI三层交换机加密TS流EPG系统以太网环境100BASE-T线路射频射频节目TS流节目Ts流宝鸡、咸阳分公司前端西安分公司前端SDH环路陕西省网络公司数字电视平台整体结构图用户终端用户终端用户终端用户终端数字电视前端部分数字电视传输网络部分用户终端部分射频以太网连接TS传输流数字电视技术平台的构成有线数字电视广播传输系统采用宽带HFC（光纤与同轴电缆混合）接入网。有线电视系统由三部分组成：•前端部分•HFC传输部分•用户终端设备前端部分•前端设备•EPG(电子节目指南)•SMS(用户管理系统)/BOSS(运营支撑系统)•CA(条件接收)•NVOD(准视频点播)•数据广播•中间件前端设备复用器加扰功能调制器独立加扰器复用器无加扰功能调制器节目源TS流混频器HFC网络前端设备主要工作流程CA系统•CA(条件接收系统):•就是电视节目在传输过程中，规定一些节目只有特殊的用户可以接收，或者说只有经过授权的用户才能观看该电视节目。NVOD系统•VOD:也就是视频点播，是一种按照需要的视频流播放。主要存在于双向网络中实现，可以满足用户的个性化服务要求。•NVOD(NearVideo-On-Demand)：是一种利用单向网络实现的近似的视频点播服务，由于无法即点即播，大约存在十分钟左右的时延，所以称之为准视频点播。•VOD就是实时视频点播业务，当用户想观看某个节目时，通过回传网络定购该节目，专门为用户开设一个传输通道，用户就可以马上收看该节目。•NVOD是准视频点播业务，因为HFC网络资源有限，而VOD的资源占用量相对较大，因此目前普遍使用的是NVOD准视频点播。•NVOD把节目的播出时间点固定，多个不同时间点开始的节目并行播放，让用户可以选择离自己最近的时间点观看，从而达到类似VOD的效果。数据广播系统•数字视频与数据无本质的区别，都是一种特殊的数据。数字技术的应用使计算机数据可以利用数字电视信道传播，这就是数据广播技术。HFC网络与用户终端•HFC接入网：即光纤同轴混合网，数字电视的传输主要通过HFC网络进行传输。•用户终端：主要指机顶盒，我们现在只能通过机顶盒来接收数字电视信号和享受相关的服务。机顶盒•传统的说法：“置于电视机顶上的盒子。”•它利用有线电视网络作为传输平台，利用电视机作为用户终端，提高电视机的某种性能或者增加某些功能。•我们这里特指数字电视所使用的机顶盒。有线数字电视机顶盒结构框图网络接口单元调谐器A/D转换解调芯片等系统模块CPU,存储器接口解扰模块同步异步总线控制器图文接口等同时实现解复用功能模拟视音频电视信号编码单元解码模块MPEG解码PAL/NTSC编码图文插入等计算机或者调制解调器系统存储器智能卡模块调制信号传输流数据TS视音频输出MPEG码流图文程序数据机顶盒的功能•基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有的广播和交互式多媒体应用功能•电子节目指南（EPG）•高速数据广播•软件在线升级•因特网的接入和电子邮件•有条件接收数字机顶盒的分类•数字电视机机顶盒•网络电视机顶盒•多媒体机顶盒数字电视机顶盒的分类•基本型：用于单向网络，主要业务有数字电视，节目指南，信息广播，用户控制。•增强型：用于准双向网络，主要业务有NVOD，远程教育，电视购物。•高级型：用于双向网络，主要要求有大容量的硬盘可供节目的存储，能够完成所有的交互式网络功能。数据广播服务器双机热备SDH传输网其他节目源（电视台）卫星天馈系统卫星接收机×6卫星接收机×6卫星接收机×6复用器加扰器ASI/DS3转换复用器加扰器ASI/DS3转换复用器加扰器ASI/DS3转换复用器加扰器ASI/DS3转换复用器加扰器ASI/DS3转换6路境外模拟节目6路境外数字节目6路央视加密数字节目复用器加扰器ASI/DS3转换6路本地专业数字节目编码器视频服务器双机热备视频存储阵列智能ASI切换矩阵CA数据库服务器双机热备CA加密服务器双机热备CA应用服务器双机热备EPG应用服务器双机热备EPG数据库服务器双机热备EPG广播服务器双机热备SMS客户端SMS应用服务器双机热备SMS数据库服务器冗余磁盘阵列二层交换机二层交换机二层交换机二层交换机数据广播网关双机热备混合器机顶盒电视机HFC加扰器复用器QAM节目信息上传工作站SMS客户端DS3×7QAM×7射频×7射频机顶盒电视机本地插入节目前端设备网管服务器双机热备网管信息RJ45二层交换机EPG、CA信息SMS、网管、节目信息EPG信息RJ45CA信息RJ45网管信息RJ45地市设备网管信息网管信息RJ45省公司总前端地市分前端用户系统详细连接图EPG、CA信息SMS、网管、节目信息EPG信息RJ45口三层交换机数据广播信源CA信息RJ45DS3/ASI转换ASI×7射频以太网连接TS传输流视/音频信号网桥复用器加扰器ASI/DS3转换网桥CA客户端45MSDH支路信号6路电影节目3路电影节目3路电影节目播控工作站播出监视工作站上传工作站二层交换机CA信息EPG信息网管信息图九系统详细连接图定义了分组传输的协议定义了编码器和解码器同步的方法定义了数据流复用和解复用的方法为条件接收提供了加扰的可能性MPEG-2的系统层MPEG-2的系统层•缩略语：–TS传输流TransportStream–PCR节目参考时钟ProgramRefrenceClock–PSI节目专用信息ProgramSpecialInfomation–SI业务信息ServiceInfomation–PID包标志PacketID–ES基本流ElementaryStream–PES打包基本流PacketElementaryStream–VPESVideoPacketElementaryStream–APESAudioPacketElementaryStream–PAT节目关联表说明码流中节目数及其PMTPID–PMT节目映像表说明节目基本流及其PID–SDT服务描述表存放节目名称和节目提供者–CAT条件访问表加密流的控制信息–NIT网络信息表MPEG-2的系统层定义了两种码流结构：•PS(ProgramStream)节目数据流–针对错误少的环境，例如交互式多媒体–分组长度可变一般比较长•TS(TransportStream)传输流–针对易发生错误的环境将多个独立时间基点的多道节目合成单独的数据流，属于同一套节目的各个PES分组具有相同的时间基点,长度188个字节。MPEG-2的系统层DVB组织及DVB标准核心内容：1、信源编码采用MPEG－2视音频压缩方式；2、数据复用采用MPEG－2传输（TS）复用方式；3、采用公共的系统服务信息（SI）描述广播节目；4、信道的第一级信道编码采用RS前向纠错码；5、调制及其它附属的信道编码方式由不同的传媒来确定；6、使用通用的加扰算法及CA接口DVB网络组织结构DVB网络的树状结构，层次从高到低分别为Network网络TransportStream传输流Service服务（节目）Component组件。SBNTransportStream1TransportStream2TransportStream3CCTV-1CCTV-2CCTV-n…SXTV-1SXTV-2数据广播…视频音频PCR私有数据ServiceComponentTSNetworkDVB网络组织结构Network网络:每个区域性的TS流集合都可以称作一个网络，如陕西省网，DVB系统中每个正式的网络都有一个全球唯一的标识。在NIT表中的Network_id字段描述。（陕西省网的Network_id为0x9999）SBNTransportStream1TransportStream2TransportStream3CCTV-1CCTV-2CCTV-n…SXTV-1SXTV-2数据广播…视频音频PCR私有数据ServiceComponentTSNetworkTransportStream传输流:就是数字比特流，承载服务的通道，传输到用户时一个流即对应一个频点。一个网络中可以有多个流，一个流中可以有多个数字电视服务。Service服务:业务的载体，是面向用户的最小单位，类似模拟电视中“频道”的概念，但范围要更广。比如中央一台就是一个数字电视服务。服务有很多类型：数字电视，数字广播，Loader服务，数据广播服务等。Component组件:最底层的基本流,如一路视频、音频、或一路数据广播问题：如何在一个传输流中传输多个Service？接收方如何正确识别同一流中不同Service的Component？TS流的基本概念传输流TransportStream(通常称为一路码流)，是最基本的传输实现，数据最终以码流的方式输出。码流部分其实就是DVB协议的最底层，类似于TCP/IP协议的数据链路层，这一层关心的是数据打包，数据帧结构和传输，而不关心负载是什么。码流在传输过程中还有能量分散，卷积交织，FEC等信道编码过程。码流中最基本的单位是188字节的包(Packet，又称为分组),前4BYTE是包头，后184为负载PS:有的包大小为204字节，那是因为在原来的188字节后加了16字节的前向纠错(R-S编码)，需要进行转换处理时可以直接裁剪掉。188BYTE188BYTE188BYTE188BYTE188BYTE188BYTEHeader4BYTEPayload184BYTE码流中包的传输包是信息的最小单位，包的类型由包中的负载决定。该包有可能是视频，辅助信息，或者是填充的空包。码流的速率称为码率，单位是bit/s,因此可以计算出一个100M的码流文件在码流发生器上以38M码率发送时，持续时间是：100M(BYTE)×8/38M=21.05秒码流传输采用时分复用方法，也就是说在一个时间点内只有一种类型的数据包正在传送。视频包音频包……空包SI包……视频包空包SI包T码流中数据包的传送时间轴码流中包的传输PAT分组APES分组原始流VPES分组原始流音频基本流视频基本流ESES音频帧视频帧PESTP分组PMT分组CAT分组视频预处理音频A/D音频编码视频编码系统复用接口模拟音频模拟音频数字音频模拟视频模拟视频数字视频VPESAPESMPEG-2TS时钟ASISPIPSI/SI码流中包的传输视频包音频包……空包SI包……视频包空包SI包节目1视节目2音节目3视节目1音PATPMT包头（PID）TS流的包结构•TS流–TS流是一串连续的数据流，包含不同节目的视频数据、音频数据、图文数据还有相关的PSI/SI数据等。–接收端如何从TS码流中分离出这些不同的基本流–采用分组传播方式（分组大小一般固定为188或204字节）TS流的包结构因为实际的传输过程中总会产生误码，因此在TS包的188字节后增加16字节的前向纠错码（RS编