數(shù)字電視系統(tǒng)綜合實驗實驗指導(dǎo)書

1、 Wx2009DTV數(shù) 字 電 視教 學(xué) 實 驗 手 冊上海吾信電子科技有限公司目 錄 縮略語表.3 第一章 數(shù)字電視.51.1 基本概念.51.2 分類.61.3 新業(yè)務(wù).61.4 認(rèn)識誤區(qū).8 第二章 數(shù)字電視系統(tǒng).92.1 系統(tǒng)總體框架.92.2 數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn).112.3 MPEG編碼標(biāo)準(zhǔn).122.3.1 MPEG- MPEG- MPEG-4.14 第三章 實驗系統(tǒng)簡介.173.1 系統(tǒng)原理框架.173.2 系統(tǒng)功能簡介.18 第四章 實驗操作指導(dǎo).224.1 硬件操作說明.224.2 實驗操作說明.234.2.1視頻實驗.234.2.2音頻實驗.31

2、4.2.3網(wǎng)絡(luò)配置實驗.344.2.4視頻分析實驗.34 附 錄1.44 思 考.47縮略語表英文縮寫英文全稱中文含義CATConditional Access Table條件接收表CBRConstant Bit Rate恒定編碼率CVCTCable Virtual Channel Table有線虛擬頻道列表DCT Discrete cosine transDTVrm離散余弦變換DFT Discrete DTVurier TransDTVrm離散傅里葉變換DVBDigital Video Broadcasting 數(shù)字視頻廣播EITEvent InDTVrmation Table事件信息表ET

3、T Extended Text Table擴(kuò)展文字列表GOP Group of pictures圖像組HVSHuman visual system人眼視覺系統(tǒng)ISDBIntegrated Services Digital Broadcasting綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播JPEGJoint photographic experts group靜態(tài)圖像專家組MGTMaster Guide Table原版指南表MPEGMoving Picture Expert Group運動圖像專家組MPEG-1基于數(shù)字存儲媒體運動圖像和聲音的壓縮標(biāo)準(zhǔn)MPEG-2通用的圖像和聲音壓縮標(biāo)準(zhǔn)MPEG-4基于視頻和音頻對象的壓縮

4、標(biāo)準(zhǔn)NITNetwork InDTVrmation Table網(wǎng)絡(luò)信息表PATProgram Association Table節(jié)目關(guān)聯(lián)表PCRProgram clock reference程序參考時鐘PIDProgram Identifier節(jié)目標(biāo)識PMTProgram Map Table節(jié)目映射表PSIProgram Specific InDTVrmation節(jié)目專用信息RRTRating Region Table等級區(qū)域表SDTService Description Table服務(wù)描述表SIService InDTVrmation服務(wù)信息TDTTime and Date Table時間日

5、期表TSTransport Stream傳輸流TVCTTerrestrial Virtual Channel Table地面?zhèn)鬏斕摂M頻道列表VBRVariable Bit Rate可變編碼率第一章 數(shù)字電視1.1 基本概念近年來，電視領(lǐng)域發(fā)生了一系列的變化，電視數(shù)字化的進(jìn)程明顯加快，模擬信號向數(shù)字信號的過渡全面展開，電視會議、數(shù)字電視及高清晰度電視等新技術(shù)正迅速走進(jìn)我們的生活。電視系統(tǒng)的全面數(shù)字化使節(jié)目制作、傳輸直到播出帶來了革命性的變化。數(shù)字廣播電視的雙向化和數(shù)字化，并與計算機(jī)網(wǎng)和電信網(wǎng)的融合，預(yù)示著一個信息化時代的到來。數(shù)字電視（Digital television, or DTV）含義并

6、不是指我們一般人家中的電視機(jī)，而是采用數(shù)字信號廣播圖像和聲音的新的電視系統(tǒng)，它將模擬電視信號通過抽樣、量化和編碼，用二進(jìn)制數(shù)來表達(dá)圖像和伴音信號，使電視信號數(shù)字化。其具體傳輸過程是：由電視臺送出的圖像及聲音信號，經(jīng)數(shù)字壓縮和數(shù)字調(diào)制后，形成數(shù)字電視信號，經(jīng)過衛(wèi)星、地面無線廣播或有線電纜等方式傳送，由數(shù)字電視接收后，通過數(shù)字解調(diào)和數(shù)字視音頻解碼處理還原出原來的圖像及伴音。因為全過程均采用數(shù)字技術(shù)處理，因此，信號損失小，接收效果好。與模擬電視相比，數(shù)字電視技術(shù)有以下特點和優(yōu)勢：l 節(jié)目和頻道更豐富。使用數(shù)字壓縮技術(shù)，可在不影響信號質(zhì)量的前提下更充分地利用頻道資源，頻道數(shù)可增至原有的6-8倍。l 電

7、視頻道更加專業(yè)化、個性化。數(shù)字電視平臺使付費電視成為可能，因此逐漸會涌現(xiàn)出獨立的、全天候的專業(yè)頻道，如電影、時裝、汽車、房產(chǎn)、MTV、體育、游戲等，可極大程度地滿足不同人群的個性化需要。l 采用數(shù)字技術(shù)對節(jié)目進(jìn)行處理、傳輸和儲存，可使圖像更清晰、音質(zhì)更好，觀眾可通過機(jī)頂盒在普通電視機(jī)上欣賞到DVD視頻效果、CD音頻效果的標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視節(jié)目。數(shù)字音頻節(jié)目可直接進(jìn)入家庭音響，聲音更逼真。l 功能極大豐富。數(shù)字電視能開展許多新的增值服務(wù)，電子節(jié)目菜單（EPG）就像手邊的電視報，用遙控器就能查詢節(jié)目、預(yù)定節(jié)目和選擇節(jié)目，甚至定制收藏夾和節(jié)目單，好節(jié)目不會錯過。l 伴隨電腦、網(wǎng)絡(luò)等新事物的誕生，數(shù)字電視

8、將呈現(xiàn)出與計算機(jī)、電腦網(wǎng)絡(luò)融合的趨勢，可提供更多樣化的服務(wù)，如數(shù)據(jù)廣播、音頻服務(wù)、互動服務(wù)等。數(shù)字電視不但可收看傳統(tǒng)形式的節(jié)目，還可以瀏覽網(wǎng)頁、炒股、發(fā)送郵件、享受遠(yuǎn)程教育和電視購物等。1.2 分類l 按信號傳輸方式分類：可分為地面無線傳輸(地面數(shù)字電視)、衛(wèi)星傳輸(衛(wèi)星數(shù)字電視)、有線傳輸(有線數(shù)字電視)三類。l 按產(chǎn)品類型分類：可分為數(shù)字電視顯示器、數(shù)字電視機(jī)頂盒、一體化數(shù)字電視接收機(jī)。l 按清晰度分類：可分為低清晰度數(shù)字電視(圖像水平清晰度大于250線)、標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視(圖像水平清晰度大于500線)、高清晰度數(shù)字電視(圖像水平清晰度大于800線，即HDTV)。l 按顯示屏幕幅型分類：

9、可分為4：3幅型比和16：9幅型比兩種類型。l 按掃描線數(shù)(顯示格式)分類：可分為HDTV掃描線數(shù)(大于1000線)和SDTV掃描線數(shù)(600800線)等。1.3 新業(yè)務(wù)經(jīng)過廣播工作者的多年努力，電視已成為廣大人民群眾了解國內(nèi)外大事和娛樂的重要工具。很多國內(nèi)、外的專業(yè)人士開始都認(rèn)為；數(shù)字電視僅僅為用戶帶來的圖像質(zhì)量提高，頻道數(shù)量增多，在現(xiàn)有的有線電視模擬系統(tǒng)中并不能顯現(xiàn)其優(yōu)勢，不能吸引更多的用戶。甚至早期美國做過一次民意調(diào)查，只有9的用戶表示愿意多花錢看數(shù)字電視。但我們?yōu)槭裁催€要發(fā)展數(shù)字電視？主要是數(shù)字電視廣播技術(shù)有模擬技術(shù)不可替代的優(yōu)勢：第一，利用數(shù)字音視頻壓縮技術(shù)，提高頻率資源的利用率，可

10、以在現(xiàn)有的一個模擬電視頻道中傳送410路標(biāo)準(zhǔn)清晰度的電視節(jié)目或一路高清晰度電視節(jié)目。第二，提高電視圖像和聲音的傳輸和接收質(zhì)量。利用誤碼校正技術(shù)，可以保證電視機(jī)在電視廣播信號的有效覆蓋范圍內(nèi)得到相同的接收質(zhì)量。第三，數(shù)字電視廣播改變了觀眾收看電視節(jié)目的形式，從被動地收看到主動地準(zhǔn)交互（本地交互）、交互地收看等。第四，數(shù)字技術(shù)的靈活性，使數(shù)字電視廣播能夠廣播電視和聲音節(jié)目外，還可以提供其它形式的數(shù)據(jù)廣播。有線電視網(wǎng)改造成雙向網(wǎng)絡(luò)后，可以提供交互和非交互業(yè)務(wù)。但目前絕大部分的廣播電視網(wǎng)只具備單向傳輸功能。所以，圖像和聲音的廣播仍是廣播電視網(wǎng)的主要傳輸業(yè)務(wù)，各種形式的數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)將會快速發(fā)展，未來必將

11、成為廣播電視網(wǎng)上業(yè)務(wù)的重要組成部分。數(shù)字壓縮技術(shù)和數(shù)字傳輸技術(shù)的發(fā)展，使觀眾可以從豐富的信息節(jié)目中選擇自己需要的內(nèi)容。數(shù)字電視系統(tǒng)可能提供以下類型的業(yè)務(wù)：1) 多節(jié)目電視廣播：數(shù)字電視系統(tǒng)允許在一個模擬電視頻道中傳輸多路電視節(jié)目。多節(jié)自電視廣播和下面的多路聲音廣播是單向的、非交互的，除節(jié)目套數(shù)增加外，與現(xiàn)有的電視節(jié)目和廣播沒有什么區(qū)別。2) 多路聲音廣播：在一個模擬電視頻道中可以傳送100路左右的立體聲廣播。3) NVOD（準(zhǔn)視頻點播）：NVOD是在一個模擬電視頻道里以一定的時間間隔循環(huán)播放同一電視節(jié)目，觀眾可以在一設(shè)定的時間內(nèi)從頭觀看這一電視節(jié)目。NVOD一般用于收視率較高的電影等吸引人的節(jié)

12、目。4) 節(jié)目相關(guān)的數(shù)據(jù)：將與節(jié)目有關(guān)的數(shù)據(jù)隨節(jié)目一起傳送。這種數(shù)據(jù)有兩類，一類是電子節(jié)目指南（EPG），描述節(jié)目的播出時間和簡要內(nèi)容，如一部電影的播出時間、電影內(nèi)容介紹、電影演員介紹等。電子節(jié)目指南幫助觀眾方便快速地尋找自己感興趣的節(jié)目。另一類是與節(jié)目內(nèi)容相關(guān)的數(shù)據(jù)，如與足球比賽節(jié)目有關(guān)的雙方球隊?wèi)?zhàn)績、球員的個人背景資料等。觀眾根據(jù)自己的需要選出某些與節(jié)目有關(guān)的數(shù)據(jù)。5) 數(shù)據(jù)廣播：將數(shù)據(jù)服務(wù)器中的大量數(shù)據(jù)循環(huán)地播出，可以對其中某些數(shù)據(jù)進(jìn)行實時更新。這些數(shù)據(jù)可與電視節(jié)目無關(guān)，可以是游戲、軟件、圖片、各種網(wǎng)站上下載的信息、股票信息、電子報紙等。用戶可主動地從數(shù)字電視廣播信號中找到需要的信息。數(shù)

13、據(jù)廣播上電視臺擴(kuò)大業(yè)務(wù)范圍，增加服務(wù)收入的重要方面之一。6) 交互式業(yè)務(wù)：利用電話線或有線電視回傳信道，實現(xiàn)用戶與電視中心和有線電視前端的交互操作，VOD是交互業(yè)務(wù)的典型例子。數(shù)字電視在技術(shù)上的優(yōu)勢自然在經(jīng)濟(jì)利益上給我們帶來好處。節(jié)目數(shù)量的增加和頻道的專業(yè)化可以滿足不同觀眾群體的需求。通過數(shù)字電視廣播，電視臺可以提供更多的節(jié)目和業(yè)務(wù)。1.4 認(rèn)識誤區(qū)作為一種新生事物，許多人對數(shù)字電視仍然存在一些認(rèn)識上的誤區(qū)。誤區(qū)一：付費數(shù)字電視仍會插播廣告。電視劇插播廣告太多讓很多觀眾感到頭疼，有時一個不到一小時的電視節(jié)目，中間插播廣告的次數(shù)竟多達(dá)五六次。數(shù)字電視開播后是不會出現(xiàn)這種情況的。廣電總局批準(zhǔn)開辦的

14、100多套付費數(shù)字電視節(jié)目是不會插播廣告的，它們是完全靠收視費來運營的，“只播節(jié)目，不插廣告”是付費數(shù)字電視的特點。 誤區(qū)二：收看數(shù)字電視得更換電視機(jī)。很多人認(rèn)為要收看數(shù)字電視必須購買現(xiàn)在市場上出售的“數(shù)字化彩電”，其實不然?，F(xiàn)在市場上出售的所謂“數(shù)字電視”或“數(shù)碼電視”，只是對電視機(jī)內(nèi)部的一些控制電路做了數(shù)字化的處理，但卻不能接收數(shù)字信號，只有在電視機(jī)上安裝數(shù)字電視機(jī)頂盒才能收看到數(shù)字電視。也就是說，普通的電視機(jī)安裝上機(jī)頂盒就可以接收數(shù)字電視?，F(xiàn)在市場上有一種“數(shù)字高清晰”電視機(jī)，能夠在模擬信號向數(shù)字信號過渡時期欣賞到最佳的畫質(zhì)效果，但也不是數(shù)字電視機(jī)，要接收數(shù)字電視，仍要加裝機(jī)頂盒。目前電

15、視機(jī)廠家還沒有批量生產(chǎn)出可以直接接收數(shù)字信號(不需要機(jī)頂盒數(shù)字解碼)的數(shù)字電視機(jī)。 誤區(qū)三：數(shù)字電視以“技術(shù)”來吸引觀眾。不可否認(rèn)，只有數(shù)字化才能提高節(jié)目容量，使節(jié)目做到個性化、專業(yè)化。數(shù)字電視技術(shù)使得電視畫面比傳統(tǒng)的模擬電視更清晰，具有更優(yōu)質(zhì)的音響效果，節(jié)目容量更大，還能與用戶進(jìn)行互動。但是消費者肯定不會只為收看更清晰的畫面或者是電視節(jié)目能互動就付費。他們更關(guān)心的是節(jié)目內(nèi)容，只有內(nèi)容吸引人，消費者才能心甘情愿地掏腰包。第二章 數(shù)字電視系統(tǒng)2.1 系統(tǒng)總體框架數(shù)字電視系統(tǒng)(DTV)是指DTV編碼傳輸和接收解碼系統(tǒng)，不包括DTV攝錄設(shè)備和顯示設(shè)備。一套完整的數(shù)字電視系統(tǒng)由3個部分組成：數(shù)字電視前

16、端系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)和用戶終端系統(tǒng)。數(shù)字電視前端系統(tǒng)通常劃分為信源處理、信息處理和傳輸處理三部分。從功能上又劃分為用戶管理子系統(tǒng)、CA（條件接收）子系統(tǒng)、信道編碼調(diào)制前端設(shè)備子系統(tǒng)、數(shù)字節(jié)目的存儲和編播子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)廣播和中間件子系統(tǒng)等。圖2-1 數(shù)字電視系統(tǒng)框圖圖2-1給出地面DTV系統(tǒng)的基本組成框圖，該系統(tǒng)在應(yīng)用中可以分為發(fā)射和接收2個子系統(tǒng)，發(fā)射部分在廣播者一方，接收端構(gòu)成未來數(shù)字電視機(jī)的接收電路主要部分，與發(fā)端相比，靈活性減少，但強調(diào)對標(biāo)準(zhǔn)的遵守和對顯示格式的兼容。該系統(tǒng)在技術(shù)上可以分為信源和信道兩部分。信源編碼部分包括信源（音頻視頻）編碼器和復(fù)用器。信源編碼對視頻音頻信號進(jìn)行壓縮編碼，能夠

17、在一定壓縮率的前提下得到最高的解碼圖像質(zhì)量；信源部分算法主要依照MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)（多聲道音頻編解碼還可依照杜比AC-3數(shù)字音頻壓縮編碼系統(tǒng)算法實現(xiàn)），視頻編碼器的性能對整個DTV系統(tǒng)的圖像性能有決定性影響，對圖像數(shù)據(jù)的壓縮比應(yīng)在301501之間。復(fù)用器提供系統(tǒng)業(yè)務(wù)靈活性和可擴(kuò)展性，他完成各種數(shù)字碼流的組合、調(diào)整以及提供與各種傳輸網(wǎng)絡(luò)（電信、衛(wèi)星、電纜、地面等）相適配的接口。信道傳輸部分包括信道編碼與調(diào)制、發(fā)射機(jī)、傳輸媒質(zhì)、接收機(jī)和信道解調(diào)與解碼，其中傳輸媒質(zhì)可以是有線、衛(wèi)星、地面、MMDS等。根據(jù)媒質(zhì)的不同在信道傳輸部分中將會采取不同的信道編碼和調(diào)制方式，因此信道傳輸部分對應(yīng)有3類標(biāo)準(zhǔn)：地面廣

18、播、衛(wèi)星直接廣播和有線電視（電纜和MMDS多點多信道分布式系統(tǒng)）。由于地面廣播信道的特性十分不理想，各種干擾和雜波使信號的差錯率增加、業(yè)務(wù)質(zhì)量下降，為了更有效地克服惡劣的環(huán)境和移動接收，地面廣播信道所采用的技術(shù)相對其他兩類要復(fù)雜。信道傳輸部分的任務(wù)是在給定傳輸帶寬和考慮傳輸信道所存在的各種干擾的前提下保證最大容量數(shù)據(jù)流的正確傳輸。他與所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容無關(guān)，即這是一個相對于信源透明的數(shù)據(jù)碼流傳輸公共平臺，既可傳輸一路HDTV多路SDTV節(jié)目的編碼數(shù)據(jù)，亦可傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)字信號的編碼與調(diào)制方式?jīng)Q定了信道傳輸部分的主要性能，采用不同編碼與調(diào)制方式構(gòu)成了各國DTV傳輸標(biāo)準(zhǔn)的不同。地面廣播DTV系統(tǒng)所用發(fā)

19、射機(jī)可以用現(xiàn)有電視發(fā)射機(jī)改裝，但當(dāng)對發(fā)射效率要求高時，應(yīng)采取非線性預(yù)校正等措施以保證其帶內(nèi)線性及對帶外的抑制。信源解碼部分包括信源（音頻視頻）解碼器和解復(fù)用器。高清晰度數(shù)字電視信宿部分要求符個條件（按照美國的標(biāo)準(zhǔn)）：l 能夠接收和顯示1920×1 080i×60 Hz的格式（簡稱隔行1 080），此種格式的行頻是3375 kHzl 能夠接收和顯示1280×720p×60 Hz的格式（簡稱逐行720），此種格式的行頻是45 kHzl 顯示畫面的長寬比169由以上所述可以看到，數(shù)字電視系統(tǒng)與模擬電視系統(tǒng)（包括現(xiàn)有許多含有數(shù)字處理電路的改進(jìn)型模擬電視）的根本區(qū)

20、別在于電視信號編碼和傳輸體制的革命性改變，即信源和信道部分?jǐn)?shù)字技術(shù)的采用。2.2 數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視廣播主要通過衛(wèi)星、有線電視、MMDS2及地面無線等傳輸方式實現(xiàn)。目前，全球數(shù)字電視廣播有3種數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)體系：數(shù)字電視廣播主要通過衛(wèi)星、有線電視、MMDS2及地面無線等傳輸方式實現(xiàn)。目前全球數(shù)字電視廣播領(lǐng)域已有三種相對成熟的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)。美國的標(biāo)準(zhǔn)是ATSC(Advanced Television System Committee先進(jìn)電視制式委員會)；歐洲的標(biāo)準(zhǔn)是DVB(Digital Video Broadcasting)；日本的標(biāo)準(zhǔn)是ISDB(Integrated Services D

21、igital Broadcasting綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播)。由于他們的信號傳播性能的不同及所處傳送環(huán)境的差異，其信道編碼和調(diào)制方式也不盡相同。由于衛(wèi)星和有線電視的傳輸環(huán)境相對沒那么復(fù)雜，所以其制式爭議不大，衛(wèi)星廣播系統(tǒng)信道編碼和調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)采用基于QPSK(運用于數(shù)字電視的衛(wèi)星抗干擾監(jiān)控報警系統(tǒng))調(diào)制的歐洲D(zhuǎn)VB-S(數(shù)字視頻衛(wèi)星廣播技術(shù))，有線廣播系統(tǒng)信道編碼和調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)采用基于多電平QAM(正交幅度)調(diào)制。地面數(shù)字電視的傳播條件復(fù)雜，容易受到地形、高樓遮擋及海面反向波的影響，同時還有模擬和數(shù)字同頻信號、鄰頻信號及地面脈沖等的干擾，傳送質(zhì)量、可靠性及覆蓋范圍受到限制，特別是車載移動接收的高質(zhì)量難度更

22、加增大。由于數(shù)字電視地面廣播的傳輸環(huán)境惡劣，頻譜資源有限，應(yīng)用需求分散，其制式目前在各國仍有議。目前，國際上地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)有單載波OFDM和多載波COFDM兩種傳輸方式，美國的ATSC方案采用的是8VSB單載波調(diào)制方式；歐洲的DVB方案采用的是COFDM多載波調(diào)制方式；而日本的ISDB方案采用的是修改后的OFDM調(diào)制方式。目前我國主要采用DVB標(biāo)準(zhǔn)，DVB標(biāo)準(zhǔn)的傳輸系統(tǒng)分為信源編解碼(Source Coding)和信道編解碼(Channel Coding)兩部分，信源編碼采用MPEG-2編碼標(biāo)準(zhǔn)，首先對音頻和視頻進(jìn)行復(fù)用，然后再將多個數(shù)字電視節(jié)目流進(jìn)行傳輸復(fù)用。在接受端進(jìn)行相應(yīng)的解復(fù)

23、用和解碼。信道編解碼包括：前向糾錯編碼、譯碼、調(diào)制、解調(diào)和上、下變頻3部分。2.3 MPEG編碼標(biāo)準(zhǔn)MPEG壓縮技術(shù)已是目前視頻壓縮的重要技術(shù)之一。它解決了以往硬盤容量有限及計算機(jī)總線瓶頸效應(yīng)，因而擴(kuò)大了多媒體應(yīng)用空間的自由度及靈活度。它開拓了很多不同的數(shù)字影像應(yīng)用，VCD節(jié)目制作就是運用了MPEG壓縮技術(shù)。MPEG的任務(wù)是開發(fā)運動圖像及其聲音的數(shù)字編碼標(biāo)準(zhǔn)，專家組最初的任務(wù)有三個：實現(xiàn)1.5Mb/s、10Mb/s、40Mb/s的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，即MPEG-1、MPEG-2、MPEG-3。但因為MPEG-2的功能已使MPEG-3為多余，所M以MPEG-3于1992年撤消。MPEG-4項目是199

24、1年5月建議并于1993年7月確認(rèn)。到現(xiàn)在為止，MPEG公布的標(biāo)準(zhǔn)有：l MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)：1993年8月公布。用于傳輸1.5Mb/s數(shù)據(jù)傳輸率的數(shù)字存儲媒體運動圖像及其伴音的編碼；l MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)：1994年11月公布。其全稱為：“運動圖像及其伴音的編碼”，主要針對高清晰度電視（HDTV）所需要的視頻及伴音信號，傳輸速率為10Mbps，與MPEG-1兼容，適用于1.5Mbps60Mbps甚至更高的編碼范圍；l MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)：2002年10月公布。該標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)為：支持多種多媒體應(yīng)用（主要偶重于多媒體信息內(nèi)容的訪問），可根據(jù)應(yīng)用的不同要求現(xiàn)場配置解碼器。2.3.1 MPEG-1MPEG-

25、1標(biāo)準(zhǔn)正式應(yīng)稱為ISO 11172，它由5部分組成：系統(tǒng)、視頻、音頻、一致性以及軟件。MPEG-1系統(tǒng)提供一個把編碼的音頻和視頻數(shù)據(jù)組合起來的包結(jié)構(gòu)。它使系統(tǒng)能夠把幾個音頻和視頻流復(fù)用成一個流，允許各個流同步在重放。這要求所有的流都要以公共的系統(tǒng)時鐘(STC)為基準(zhǔn)。從這個STC中，可導(dǎo)出演播時間標(biāo)志(PTS)；它規(guī)定了一個特定的音頻或視頻幀在終端出現(xiàn)的時間。由于帶有B幀的視頻編碼要求重排解碼圖像，用解碼時間標(biāo)志(DTS)指明什么時候一個特定的圖像必須被解碼。MPEG-1音頻是一個不對音頻信源性質(zhì)做任何假設(shè)的一般標(biāo)準(zhǔn)。然而，音頻編碼利用于人類聽覺系統(tǒng)的感覺局限以降低不相干性。MPEG-1音頻定

26、義了三層：I，II和III，其中第III層MPEG-1音頻編解碼器正是現(xiàn)在每位音樂迷都知道的MP3。較高的層具有較高的編碼效率并要求增加的解碼資源，尤其是層III由于計算復(fù)雜而引起過爭議。2.3.2 MPEG-2在MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)化過程即將結(jié)束時，已經(jīng)變得清楚的是，MPEG-1不能以廣播質(zhì)量有效地壓縮隔行數(shù)字視頻，性能最優(yōu)的算法是需將MPEG-1擴(kuò)展到處理隔行視頻格式。MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)全稱為“運動圖像及其伴音的編碼”，主要目的是使主要使用ITU-R BT.601(原來的CCIR601)4:2:0格式的隔行圖像具有類似MPEG-1的功能，目標(biāo)是產(chǎn)生48Mbps碼率的電視質(zhì)量圖像和1015Mbps

27、碼率的高質(zhì)量圖像。該標(biāo)準(zhǔn)分為八個部分，統(tǒng)稱為ISO/IEC1318國際標(biāo)準(zhǔn)。第一部分：系統(tǒng)，描述多個視頻，音頻和數(shù)據(jù)基本碼流合成傳輸碼流和節(jié)目碼流的方式；第二部分：視頻，描述視頻編碼方法；第三部分：音頻，描述與MPEG-1音頻標(biāo)準(zhǔn)反向兼容的音頻編碼方法；第四部分：符合測試，描述測試一個編碼碼流是否符合MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的第一、二、三部分的軟件實現(xiàn)方法；第五部分：數(shù)字存儲器體-命令與控制，描述交互式多媒體網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)器與用戶間的會話信令集；第六部分：非向后兼容的音頻，規(guī)定不與MPEG-1音頻反向兼容的多通道音頻編碼；第七部分：10比特視頻，現(xiàn)已停止；第八部分：實時接口，規(guī)定了傳送碼流的實時接口。MP

28、EG-2視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)是一個按等級劃分的系列，按編碼圖像的分辨率分成4個“級”：低級(LL：low level)，輸入信號的像素為ITU-R601格式的四分之一；主級(ML：main level)，輸入信號的像素為ITU-R601；高級-1440(H14L：high-1440 level)為4：3模式電視高清晰度格式；高級(HL：high level)為16：9模式電視的高清晰度格式。按所使用的編碼工具的集合分成5個“類”：簡單類(SP：simple profile)，只有基準(zhǔn)幀I和預(yù)測幀P；主類(MP：main profile)，比SP增加了雙向推測幀B；信雜比分層類(SNRP：SNR sca

29、lable profile)；空間可分層類(SSP：spatial scalable profile)；高類(HP：high profile)?！凹墶迸c“類”的若干組合構(gòu)成MPEG-2視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)在某種特定應(yīng)用下的子集。對某一輸入格式的圖像，采用特定集合的壓縮編碼工具，產(chǎn)生規(guī)定速率范圍內(nèi)的編碼碼流。MPEG-2的編碼碼流分為6個層次。從上至下依次為：視頻序列層(Sequence)；圖像組層(GOP：GroupofPicture)；圖像層(Picture)；像條層(Slice)；宏塊層(MacroBlock)和像塊層(Block)。其編碼流程為：在幀內(nèi)編碼的情況下，編碼圖像僅經(jīng)過DCT，量化器和

30、比特流編碼器即生成編碼比特流，而不經(jīng)過預(yù)測環(huán)處理。DCT直接應(yīng)用于原始的圖像數(shù)據(jù)。在幀間編碼的情況下，原始圖像首先與幀存儲器中的預(yù)測圖像進(jìn)行比較，計算出運動矢量，由此運動矢量和參考幀生成原始圖像的預(yù)測圖像。而后，將原始圖像與預(yù)測像素差值所生成的差分圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行DCT變換，再經(jīng)過量化器和比特流編碼器生成輸出的編碼比特流。2.3.3 MPEG-4設(shè)計MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)是為了在支持傳統(tǒng)應(yīng)用的同時，滿足新一代高度交互性多媒體應(yīng)用系統(tǒng)的需求。這些多媒體應(yīng)用系統(tǒng)除高效編碼外，還要求先進(jìn)的功能，例如各個對象的交互性、內(nèi)容的可分級性和高度的差錯復(fù)原性。MPEG-4提供自然的和合成的音頻、視頻以及圖形的基于對象的

31、編碼工具，旨在為視(音)頻數(shù)據(jù)的通信、存取與管理提供一個靈活的框架與一套開放的編碼工具。MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)由若干部分組成，主要部分是系統(tǒng)、視頻和音頻。MPEG-4的音頻和視頻部分分別包括自然和合成的視頻和音頻的編碼。與以往的編碼標(biāo)準(zhǔn)相比，MPEG-4新增了七個功能，各個功能的特點如下：(1) 基于內(nèi)容的操作與比特流編輯支持無需編碼就可進(jìn)行基于內(nèi)容的操作與比特流編輯；(2) 自然與合成數(shù)據(jù)混合編碼。提供將自然視頻圖像同合成數(shù)據(jù)(文本、圖形)有效結(jié)合的方式，同時支持交互性操作；(3) 增強的時間域隨機(jī)存取。MPEG-4將提供具有效的隨機(jī)存取方式：在有限的時間間隔內(nèi)，可按幀或任意形狀的對象，對一音、視

32、頻序列進(jìn)行隨機(jī)存?。?4) 提高編碼效率。在與現(xiàn)有的正在形成的標(biāo)準(zhǔn)的可比擬速率上，MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)將提供更好的主觀視覺質(zhì)量的圖像；(5) 對多個并發(fā)數(shù)據(jù)流的編碼。MPEG-4將提供對一景物的有效多視角編碼，加上多伴音聲道編碼及有效的視聽同步。在立體視頻應(yīng)用方面，MPEG-4將利用同一景物的多視點觀察所造成的信息冗余，在足夠的觀察視點條件下有效地描述三維自然景物；(6) 錯誤易發(fā)環(huán)境中的抗錯性“靈活多樣”是指允許采用各種有線網(wǎng)和各種存儲媒體，MPEG-4將提高抗錯誤能力，尤其是在易發(fā)生嚴(yán)重錯誤環(huán)境下的低比特應(yīng)用中(移動通信鏈路)。MPEG-4是第一個在其音、視頻表示規(guī)范中考慮信道特性的標(biāo)準(zhǔn)，目的

33、不是取代已由通信網(wǎng)提供的錯誤控制技術(shù)，而是提供一種對抗殘留錯誤是緊韌性。(7) 基于內(nèi)容的尺度可變性。內(nèi)容尺度可變性意味著給圖像中的各個對象分配優(yōu)先級。基于內(nèi)容的尺度可變性是MPEG-4的核心，因為一旦圖像中所含對象的目錄及相應(yīng)的優(yōu)先級確定后，其它的集內(nèi)容的功能就比較容易實現(xiàn)了。對甚低比特率應(yīng)用來說，尺度可變形成一個關(guān)鍵的因素，因為它提供了自適應(yīng)可用資源的能力。以上七個新的功能可以歸納為三類：基于內(nèi)容的交互性、高壓縮率和靈活多樣的存取模式。前三個功能為基于內(nèi)容的交互性，四、五為高壓縮率模式，最后兩個為靈活多樣的存取模式。MPEG-4視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)支持MPEG-1、MPEC-2中的大多數(shù)功能，提供

34、不同的視頻標(biāo)準(zhǔn)源格式、碼率、幀頻下矩形圖像的有效編碼，同時也支持基于內(nèi)容的圖像編碼。MPEG-4支持的碼率與相應(yīng)功能集之間關(guān)系如圖2-2所示。圖2-2 MPEG-4支持的碼率與相應(yīng)的功能在這一功能集的底層是VLBV(Very Low Bit Rate Video)核心。它為碼率在5-64kbps范圍內(nèi)的視頻操作與應(yīng)用提供算法與工具，支持較低的空間分辨率(低于352 X 288像素)和較低的幀頻(低于15Hz)。VLBV核心支持的專用功能包括：矩形圖像序列的有效編碼、多媒體數(shù)據(jù)庫的搜索和隨機(jī)存取。MPEG-4的HBV(High Bit Rate Video)同樣支持上述功能，其碼率范圍在64kb

35、ps-10Mbps之間，它與VLBV核心采用相同或相似的算法，但它支持更高的空間與時間分辨率，允許傳輸和存儲適用于演播室的高質(zhì)量視頻信號，其輸入可以是ITU-R Rec.601的標(biāo)準(zhǔn)信號，典型應(yīng)用為數(shù)字電視廣播與交互式檢索。MPEG-4提出了基于內(nèi)容(Contentbased)的存取概念，使用戶可與場景進(jìn)行交互。它對運動圖像中的內(nèi)容進(jìn)行編碼，其具體的編碼對象就是圖像中的音頻和視頻，稱為AV對象(AVO：Audio Video Object)。AV對象可以組成AV場景(AVOs：Audio Video Object in a scene)。因此，MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的基本內(nèi)容就是高效率地編碼、組織、

36、存儲、傳輸AV對象。第三章 DTV實驗系統(tǒng)簡介3.1 系統(tǒng)原理框架DTV數(shù)字電視課程演示系統(tǒng)是嚴(yán)格按照數(shù)字電視國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和生產(chǎn)的數(shù)字電視編解碼傳輸系統(tǒng)，其實驗箱面板如下圖3-1所示：圖3-1 DTV實驗箱面板 DTV系統(tǒng)硬件電路板主要由視頻A/D(Analoy to Digitalg，模擬到數(shù)字)轉(zhuǎn)換、D/A(Digitalg to Analoy，數(shù)字到模擬)轉(zhuǎn)換模塊；音頻A/D、D/A模塊；視頻信源編碼壓縮、解碼解壓縮模塊；音頻信源編碼壓縮、解碼解壓縮模塊等組成，完整的包括了數(shù)字信號從采集編碼到傳輸解碼播放的全過程。圖3-2 DTVDTV系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)原理框圖如圖3-2所示，各部分的組成

37、及功能簡述如下：(1) 視頻A/D、D/A模塊：采用專用的集成芯片，按照國際標(biāo)準(zhǔn)采樣時鐘和采樣格式將模擬輸入的視頻信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字視頻信號。(2) 音頻A/D、D/A模塊：采用專用的集成芯片，按照國際標(biāo)準(zhǔn)采樣時鐘和采樣格式將模擬輸入的音頻信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字視頻信號。(3) 視頻信源編碼、解碼模塊：按國際上MPEG-2、MPEG-4編碼壓縮標(biāo)準(zhǔn)完成對數(shù)字視頻信號的壓縮編碼。(4) 音頻信源編碼、解碼模塊：按國際上AC-3、MPEG-1、MPEG-2編碼壓縮標(biāo)準(zhǔn)完成對數(shù)字音頻信號的壓縮編碼。(5) 信號復(fù)用和傳輸流(Transport Stream，TS)形成、解復(fù)用模塊：按國際標(biāo)準(zhǔn)將視音頻碼流

38、和數(shù)據(jù)碼流打包成TS流(或PS、PES)，或?qū)S流解復(fù)用成相應(yīng)的視音頻碼流和數(shù)據(jù)碼流送入對應(yīng)的模塊。(6) SPI 發(fā)送和接收模塊：將MPEG-2的TS流按DVB SPI的國際接口標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)編解碼之間的碼流傳輸。(7) LCD顯示和計算機(jī)通訊接口：本系統(tǒng)提供兩種方法進(jìn)行實驗控制，既可通過PC客戶端軟件，也可通過WEB GUI方式進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，通過控制界面，用戶可以設(shè)置各種編解碼參數(shù)。3.2 系統(tǒng)功能簡介DTV系統(tǒng)中各個模塊既可以獨立進(jìn)行分塊實驗，又可以綜合組成完整的數(shù)字電視系統(tǒng)，完成總體實驗。整個實驗軟件由兩大部分組成：l 數(shù)字電視參數(shù)調(diào)整實驗，同時具備錄制功能；l 視頻文件靜態(tài)分析實驗，主要

39、針對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析；數(shù)字電視參數(shù)調(diào)整實驗主要包括五大部分內(nèi)容，如圖3-3所示，各部分實驗功能描述如下：l 視頻編解碼實驗：演示MPEG-2和MPEG-4兩種標(biāo)準(zhǔn)下的視頻編解碼實驗，除可觀測編解碼前后圖像情況外，還提供了數(shù)字視頻和碼流測試端口，進(jìn)行各種分析和比較；l 音頻編解碼實驗：演示在MPEG-2和MPEG-4兩種標(biāo)準(zhǔn)下的音頻編解碼實驗，除可觀測編解碼前后聲音質(zhì)量外，還提供了數(shù)字音頻和碼流測試端口，進(jìn)行各種分析和比較；l 視頻A/D，D/A實驗：演示通過改變視頻相關(guān)參數(shù)設(shè)置，分析和比較各個參數(shù)對視頻A/D，D/A性能變化的影響；l 音頻A/D，D/A實驗：演示通過改變音頻相關(guān)參數(shù)設(shè)置，分析

40、和比較各個參數(shù)對音頻A/D，D/A性能變化的影響；l 網(wǎng)絡(luò)配置實驗：演示網(wǎng)絡(luò)配置及管理員權(quán)限設(shè)定和修改的實現(xiàn)；l 視頻分析實驗：對實驗后的視頻文件進(jìn)行后期分析，主要集中在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分析處理上。(1) 視頻實驗DTV實驗箱提供了兩種類型的視頻編解碼實驗：數(shù)字電視實驗(MPEG-1)和流媒體實驗(MPEG-2)。主要實驗內(nèi)容包括以下幾點：1) 比較MPEG-2和MPEG-4編碼方式對圖像質(zhì)量和時延的區(qū)別，分析信號和碼流的差異；2) 比較編碼前和編碼后圖像質(zhì)量情況，分析信號的差異；3) 觀察圖像經(jīng)編碼后的時延情況；4) 比較GOP模式對圖像質(zhì)量和時延的影響，分析信號和碼流的差異：如IPPPPPPPP

41、、IIIIIIIII、IBIPBPBPB。IBBPBBPBB；5) 比較GOP長度對圖像質(zhì)量和時延的影響，分析信號和碼流的差異：如"10"、"20"、"30"、"40"；6) 比較不同的編碼速率對圖像質(zhì)量和時延的影響，分析信號和碼流的差異；7) 比較不同的圖像格式和分辨率對圖像質(zhì)量和時延的影響，分析信號和碼流的差異；8) 比較CBR(Constant Bi Rate)和VBR(Variable Bit Rate)情況圖像質(zhì)量和時延的不同，分析信號和碼流的差異；9) 比較改變節(jié)目ID對解碼視頻內(nèi)容變換的影響；10)

42、調(diào)整圖像的亮度、對比度、色飽和度、色調(diào)，觀察和記錄解碼圖像的變化；11) 改變量化比特數(shù)，觀察各種情況下的圖像質(zhì)量及信號波形。(2) 音頻實驗DTV提供了在MPEG-2和MPEG-4兩種標(biāo)準(zhǔn)下的音頻編解碼實驗，主要實驗內(nèi)容包括以下幾點：1) 比較編碼前和編碼后聲音質(zhì)量情況，分析信號的差異；2) 觀察聲音經(jīng)編碼后的時延情況；3) 在8kHz96kHz范圍內(nèi)，調(diào)整抽樣頻率，如44.1KHz、32KHz、48KHz，觀察和記錄不同采樣率對音質(zhì)的影響，分析信號的差異；4) 在32kbps384kbps范圍內(nèi)，比較不同碼率對音質(zhì)的影響，分析信號的差異，掌握量化比特數(shù)對聲音質(zhì)量的影響；5) 比較不同ES模

43、式對音質(zhì)的影響，分析信號的差異：如"STEREO"、"JIONT STEREO"、"DUAL CHANNEL"、"SINGAL CHANNEL"；(3) 網(wǎng)絡(luò)配置實驗DTVDTV 實驗系統(tǒng)可以采用PC客戶端軟件或WEB GUI方式進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。通過控制界面，用戶可以實現(xiàn)以下操作：1) 對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行配置，修改IP地址、子網(wǎng)地址以及網(wǎng)關(guān)地址，以實現(xiàn)數(shù)字電視實驗箱的網(wǎng)絡(luò)控制；2) 對管現(xiàn)員密碼進(jìn)行修改，以實現(xiàn)用戶管理權(quán)限的設(shè)置；(4) 視頻分析實驗DTV系統(tǒng)實驗箱還包括視頻分析實驗，該實驗中采用StreamScope軟

44、件對經(jīng)過MPEG編解碼的視頻文件進(jìn)行后期分析，主要集中在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分析處理上，包括以下兩類分析：1) TS分析：包括綜合分析、頭信息分析、表信息分析、PCR分析、錯誤報告、緩沖器分析；2) PES分析：包括PES頭信息分析；第四章 DTV實驗操作指導(dǎo)4.1 硬件操作說明DTV 實驗系統(tǒng)可以采用PC客戶端軟件或WEB GUI方式進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，以進(jìn)行數(shù)字電視相關(guān)實驗的操作。該系統(tǒng)實驗箱提供了理想的封裝，用戶可通過實驗箱面板所示的插槽，對實驗設(shè)備進(jìn)行連接。l 實驗基本設(shè)備：DTV實驗箱、計算機(jī)、網(wǎng)線、視(音)頻線；l 實驗系統(tǒng)輸入：DVD、VCD、DV等視頻播放器；l 實驗系統(tǒng)輸出：電視機(jī)、監(jiān)視器等

45、顯示器；l 設(shè)備連接步驟：(1) 將視頻播放器(如DVD)的視(音)頻線按對應(yīng)的紅、黃、白三色插入實驗箱的“輸入”端口；(2) 將顯示器(如彩色電視機(jī)) 的視(音)頻線按對應(yīng)的紅、黃、白三色插入實驗箱的“輸出”端口；(3) 將網(wǎng)線的兩端分別于計算機(jī)與實驗箱的“網(wǎng)口”端口相連；(4) 配置計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)屬性 ；l 實驗使用步驟：(1) 正確連接硬件設(shè)備連接線；(2) 正確設(shè)置計算機(jī)的TCP/IP參數(shù)(192.168.217;；9)(3) 打開計算機(jī)的Internet Explorer，登錄到控制網(wǎng)頁，輸入IP地址：3

46、7，進(jìn)入身份確認(rèn)窗口，如圖4-1所示；(6) 鍵入用戶名與密碼(設(shè)初始用戶名：admin；密碼：password)，打開DTVDTV數(shù)字電視實驗網(wǎng)頁，如圖4-2所示，實驗包含7個可選控鍵：數(shù)字電視實驗、流媒體實驗、音頻設(shè)置、視頻設(shè)置、高級設(shè)置、IP地址設(shè)置、密碼修改；(7) 用戶根據(jù)要求選擇相應(yīng)的實驗操作；圖4-1 身份確認(rèn)窗口7類可選實驗 圖4-2 DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)網(wǎng)頁4.2 實驗操作說明本系統(tǒng)適用于數(shù)字電視課程實驗實習(xí)及實際的數(shù)字電視傳輸培訓(xùn)等，通過提供的可視化界面，實現(xiàn)視(音)頻A/D ，D/A演示實驗數(shù)字電視編解碼實驗流媒體編解碼實驗以及音頻編解碼實驗?？傮w實驗的目的是在實驗中，

47、通過親手對系統(tǒng)有關(guān)程序的操作，建立并加深實驗者對數(shù)字電視系統(tǒng)的總體概念。4.2.1視頻實驗實驗1 信源編解碼實驗實驗?zāi)康模貉菔疽曨l信源按MPEG-2和MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)編解碼，對視頻編解碼有直觀的了解實驗內(nèi)容：連接硬件設(shè)備，進(jìn)行DTV數(shù)字電視實驗系統(tǒng)后，打開“數(shù)字電視實驗”或“流媒體實驗”網(wǎng)頁，選中“開始工作”選項，選擇匹配的視頻制式及其他相關(guān)參數(shù)，按“確定”鍵，系統(tǒng)開始編解碼操作。圖4-3與圖4-4分別對應(yīng)MPEG-2與MPEG-4格式下視頻編解碼實驗對話框。選擇視頻制式圖4-3 數(shù)字電視實驗參數(shù)設(shè)置示例選擇視頻分辨率圖4-4 流媒體實驗參數(shù)設(shè)置示例注意：Ø “開始工作”選項未選中時，系統(tǒng)只進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，編碼器未啟動；Ø 視頻制式包括NTSC 和PAL 兩種制