第13章数字电视

第十三章数字电视标准简介1DVB1.1DVB的主要目标及标准DVB(DigitalVideoBroadcasting)意为数字视频广播。DVB是欧洲有170多个组织参加的一个项目。它包括了卫星、电缆电视和地面广播的普通电视和高清晰度电视的广播与传输。项目的主要目标是要找到一种对所有传输媒体都适用的数字电视技术和系统，对它的要求是：系统应能灵活传送MPEG－2视频，音频和其他数据信号。系统使用统一的MPEG－2传送比特流复用。系统使用统一的服务信息系统提供广播节目的细节等信息。系统使用统一的一级里德－索罗门前向纠错系统。使用统一的加扰系统，但可有不同的加密。选择适于不同传输媒体的调制方法和通道编码方法以及任何必须的附加纠错方法。鼓励欧洲以外地区使用DVB标准，推动建立世界范围的数字视频广播标准。这一目标得到了ITU卫星广播的支持。支持数字系统中的图文电视系统。主要的标准有三个：DVB－S、DVB－C和DVB－T，分别用于卫星、电缆电视和地面广播，已得到ETS(EuropeanTelecommunicationstandard)的批准。DVB－S已被ITU推荐。DVB－S的标准是ETS300421，DVB－C的标准是ETS300429，DVB－T的标准是ETS300。1.2DVB系统所使用的主要技术各种系统的核心技术是通用的MPEG－2视频和音频编码。目前主要应用于数字卫星和电缆电视广播的是MP@ML。因此第一代欧洲DVB接收机将提供直到“625行演播室质量”(ITU－RRec.BT601)的图像，可以是4∶3或16∶9宽高比。还可根据业务要求确定所用的码率。一般来说，所选码率越高，图像的质量越好，但占用频带越宽。码率的选用与图像内容有很大关系，对于运动较多的图像如体育节目等应采用较大的码率；而对于卡通片等节目可采用较小的码率。因此目前在把多个节目比特流复用合成一个比特流的情况下都采用统计复用的方法，能在不同码率需要的节目间灵活地分配总数码率。为了满足所有种类素材的要求，ITU－演播室质量所需数码率为9Mbps，PAL／SECAM播出质量所需数码率为5Mbps，由于MPEG－2传送比特流是一种数据包结构，所以可以很方便地加入适当信息，把各种不同的业务，如图像声音和数据业务合在一起，并对服务信息的格式作详细的规定，所形成的标准就是服务信息标准ETS300468。同样由于MPEG－2未确定实际的加扰系统和密钥管理系统，DVB制定了解码器应用的条件接收公共接口。1.3DVB－S系统－S系统可适用于多种卫星广播系统，卫星转发器带宽可以从26MHz到72MHz。转发器功率从49dBW到61dBW。发送端信号的处理分以下几个层次：首先MPEG－2的信源编码和复用，将输入的视频信号，音频信号和数据按MPEG－2格式编码，再经节目复用和传送复用形成有用的数据包格式，包长188拜特，包括1同步拜特。然后将此数据码流经多项处理。其目的是用来增加信号对误码的抵抗能力并使其适应通道传输特性。这些处理包括：用伪随机序列使数据随机化，使用里德－索罗门编码RS(204，188T=8)及卷积交织编码技术以提高对误码的抵抗能力。最后以QPSK调制方式发送至转发器。－S的帧结构见图13－1。为了达到最大的功率利用率而又不使频谱利用率有很大的降低，卫星系统最好采用QPSK调制并使用卷积码和RS级联纠错的方式，可取得较好的效果。该系统最好用于一个转发器一个载波的系统，好能用于多载波系统。1.4DVB－C系统电缆电视系统可由图13－2的方框图表示，其中分为两个部分：CATV前端和综合解码接收机(IRD，也称综合解码接收机)。为了使各种传输方式尽可能兼容，除通道调制外的大部分处理均与卫星中的处理相同，也即有相同的伪随机序列扰码，相同的RS纠错，相同的卷积交织。随后进行的处理是专门用于电缆电视的。首先进行拜特到符号的转换，如64QAM是将8比特数据转换成6比特为一组的符号，然后头两个比特进行差分编码再与剩余的4比特转换成星座图中相应的点。该方案可以适应16、32、64QAM三种调制方式。表13－1是使用DVB－C标准的CATV的应用码率实例。关于有线电视的标准包括：——电缆系统中的信道编码和调制；2——ITU－R中B制图文电视的传输；——SMATV系统中信道编码和调制；——DVB实时字幕系统；——有关MPEG－2的实现指导；——SI码的位置；——SI作用的实现指导；——共用加扰；——传输流与有线前端的接口。表13－1DVB－C在CATV网中的应用实例有用码率－2TS总码率Ru包括符号率所占带宽调制方法38.131.925.241.3434.6127.346.896.926.847.927.967.8664-QAM32.QAM16-QAM31.672PDH34.3676.877.9032-QAM18.916.012.820.5217.4013.923.423.483.483.934.004.0064-QAM32-QAM16-QAM9.68.06.410.448.706.961.741.741.742.002.002.0064-QAM32-QAM16-QAM2MCNS标准2.1MCNS标准体系是“MultimediaCableNetworkSystem”的缩写，即多媒体电缆网络系统的意思。MCNS标准已成为美国的数字有线电视系统的标准，并已成为国际标准的基本。MCNS适用于光纤－电缆网，即HFC网。MCNS给出了数据传输在电缆网中的参考模型，根据这个模型规定了各个接口介面，以及对各接口的技术要求。因此允许不同厂家生产的机顶盒和数据调制解调器在同一个电缆系统中工作，具有良好的统一性和互换性。标准体系包括以下内容－CMCI电缆Modem到用户室内设备的接口；－CMRFI电缆Modem至射频的接口；－CMTRI电缆Modem的电信回传接口；－CMTS－DRFSI电缆Modem传输系统中下行RF接口；－CMTS－NSI电缆Modem传输系统的网络边接口；－CMTS－SMI电缆Modem传输系统的安全管理接口；－CMTS－URFSI电缆Modem传输系统中上行RF边接口；－OSSI工作支持系统接口；－OSSI工作支持体制。其中SP代表Specification即规格参数，TR代表技术报告，以便理解SP内容。在此通常的电缆电视系统，改称为电缆Modem传输系统，因为其中除了电视信号外还传输各种数据，以区别以前的电缆电视系统。Modem即调制解调器。2.2数据在电缆网中的参考模型数据在电缆网中的参考模型见图13－3。2.3MCNS技术规范(1)前端称为电缆Modem终端系统(CMTS)。要求有适合的MCNS前端硬件设备，例如包含有通用宽带路由器，采用标准的Cisco7200路由器和IOS软件，可支持MCNS射频和电话回传模式。网络接口：10BaseT，100BaseT，ATM，HSSI。电缆要求有适合于MCNS的用户端硬件设备。与PC的接口：以太10BaseT。计划中的接口：USB和IEEE1394。数据协议：TCP／IP通过简单网络管理协议(SNMP)进行远程管理下行按附件B的要求。调制：64QAM或256QAM。最大数据速率：27Mbps或38Mbps。带宽：6MHz频道带宽，也支持7MHz和8MHz。频率范围：88－860MHz。传输协议：MPEG－2。(6)上行调制：16QAM或QPSK，可变的符号速率。数据速率：320kbps～10Mbps。带宽：200KHz～。频率范围：5－42MHz。系统根据调制方式在开始时设置为最高的符号速率，然后根据所检测到的噪声电平调整到合适的速率。·可用的速率范围及所用的带宽示于表13－2。表13－2上行符号速率(Ksps)QPSK数据速率(kbps)16QAM数据速率(kbps)所用带(KHz)160320640200320640128040064012802560800128025605120160025605120102432003.1DAVIC系统描述是DigitalAudio－VisualCouncil的缩写，即数字音视频理事会的简称，总部设在日内瓦，是一个非赢利机构。目的是推动广播和交互式数字音频、视频应用和业务的发展，制定能适应各种视音频应用和业务，能跨越世界各国不同环境有互操作性的端到端的开放接口、协议和规定，DAVIC包括了数字视音频的几乎所有的应用和业务，内容极其全面和广泛。DAVIC对所有的政府机构、国际组织、公司和个人开放，到1995年12月，DAVIC已有202个成员遍及20多个国家，几乎包括了世界上涉及数字视音频应用和业务所有公司和组织。DAVIC不是一种针对系统的专门规定，而是针对使用技术和工具的规定。因为针对系统的规定往往针对具体应用，而DAVIC规定必须是不针对具体系统的，要适用于不同的工业和系统。对一个工具进行规定的主要过程是：对目标系统先进行分析，将系统分成各个部分，识别出系统中的共同部分，对各个部分作出必要的规定，检查工具的规定是否适于组合整个系统。只要技术上可行，进行完善规定的工具可移动位置重新放置。DAVIC要求一种工具只有一种功能特性，并且是到处一致的，但可以有不同级别的性能，如规定可以先规定一般性能，但可保留今后改进使其反向兼容。可以用图13－4来简要描述DAVIC系统。任何一个DAVIC系统都可以分解为五大部分：内容提供系统(CPS:ContentProviderSystem)、服务提供系统(SPS：ServiceConsumerProviderSystem)和服务消费系统(SCS:ServiceSystem)以及他们之间的传递系统CPS－SPS传递系统和SPS－SCS传递系统。原则上说DAVIC可以用同样的方法定义任何子系统。在模拟世界中，所有类似的系统都相互独立地被各公司或公司集团所定义，由于模拟系统没有像数字系统那样的灵活性和相互联系。模拟系统的服务和应用往往与传递系统紧密联系在一起，也就是通常我们说的不管什么质量，电视总是用8MHz带宽频道传送，电话总是用4kHz专用系统来传送等等。造成各种业务的多种设备。而数字系统则将各种业务统一在一起，这要求对系统作严格的定义和分工。才能保证各种设备和各种系统的互操作性。DAVIC定义了众多的接口和层次，如图中的A11，A10，A9，A1接口和物理层接口、网络服务接口、会晤和传送服务接口、应用服务接口和基本服务接口等，并给予了各种接口和层次的详细定义。3.2DAVIC文件文件共有13个部分，分成两类，一类是正式文件，设备必须遵守，另一类是非正式的，目前是非正式的部分但在将来可能成为正式的。系统功能描述。系统参考模式和方案。服务供给系统结构与接口。传递系统结构与接口。服务消费系统结构和高级应用程序接口。暂没有内容预留作他用。高层和中层协议，附录A：机顶盒管理信息基础。低层协议和物理接口。信息表述，附录：个人数据的包装。保密性。使用信息协议。参考点。互操作性和符合性。第八部分7－7节电缆带通单向物理层接口(PassbandUnidirectionalPHYoncoax)来看一下与DVB－C的联系与区别。这一物理层口支持电缆中无线频段(一直到1GHz)的单向传输，也称为HFC上的QAM链路(QAM－linkonHFC)。这一物理层接口描述了完整的物理层结构，即包括用于S1和S2信息流包装的帧结构，通道编码和调制方法。物理层和成帧规定对这两种信息流都是一样的。为下行数据传输提供了两种帧结构，一种是携带MPEG－2传送码流包，另一种是携带ATM信元。对射频载波来说应都能使用这两种结构。电缆单向物理层接口的频率配置如图13－5，频率从54MHz到1000MHz，按6或8MHz间隔划分成各个QAM调制通道。机顶盒应能工作在规定的全部频率范围内并能支持至少一种帧结构。而发送设备只要工作在所规定的工作频段内即可。QAM有三种级别：16QAM，32QAM和256QAM。编解码框图与DVB－C一致，不同之处是DVB－C的QAM使用16，32，64三个等级，交织深度