數(shù)字電視標準及系統(tǒng)簡介

1、1數(shù)字電視數(shù)字電視標準及系統(tǒng)標準及系統(tǒng)簡介簡介Cheertek Inc march, 20042現(xiàn)行的三種數(shù)字電視標準 歐洲歐洲DVBDVB標準標準( (Digital Video Broadcasting)Digital Video Broadcasting)數(shù)字視頻廣播數(shù)字視頻廣播 美國ATSC標準(Advanced Television Systems Committee) 先進電視系統(tǒng)委員會 日本ISDB標準（Integrated Services Digital Broadcasting ) 綜合業(yè)務數(shù)字廣播3現(xiàn)行的三種數(shù)字電視標準比較4項目的主要目標 項目的主要目標是找到一種對所有

2、傳輸媒體都適用的數(shù)字電視技術和系統(tǒng)。對它的要求是：、能靈活傳送視頻、音頻和其他數(shù)據(jù)信號。、使用統(tǒng)一的傳送比特流復用。、使用統(tǒng)一的服務信息系統(tǒng)提供廣播節(jié)目的細節(jié)等信息。、使用統(tǒng)一的一級里德所羅門前向糾錯系統(tǒng)。、使用統(tǒng)一的加擾系統(tǒng)，但可有不同的加密方式。、選擇適用于不同傳輸媒體的調制方式和信道編碼方法以及任何必須的附加糾錯方法。、鼓勵歐洲以外的地區(qū)使用標準，推動建立世界范圍的數(shù)字視頻廣播標準。、支持數(shù)字系統(tǒng)中的圖文電視系統(tǒng)。5DVB主要標準簡介1DVB廣播傳輸系統(tǒng) DVBS(ETS 300 421):數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)標準 DVBC(ETS 300 429):數(shù)字有線廣播系統(tǒng)標準 DVBT(ETS

3、300 744):數(shù)字地面廣播系統(tǒng)標準 DVB-SMATV(ETS 300 473):數(shù)字SMATV（衛(wèi)星共用天線電視）廣播系統(tǒng)標準 DVB-MS/C(ETS 300 748/9):高/低于10GHz的數(shù)字廣播MMDS分配系統(tǒng)標準 MMDS是采用調幅微波向多點傳送，分配多頻道電視節(jié)目的系統(tǒng)。用DVB-S/C接收機配上一個MMDS頻率變換器就可接收DVB-MS/C信號。 ETSI(European Telecommunication standard Institute )歐洲電信標準協(xié)會6DVB主要標準簡介2DVB 基帶附加信息系統(tǒng) DVB-SI(ETS 300 468):數(shù)字廣播業(yè)務信息系統(tǒng)

4、標準 該標準用于IRD自行設置，并為用戶提供廣播業(yè)務指南。DVBSI由一系列的表和描述符構成，它們給出了有關DVB業(yè)務或節(jié)目的所有參數(shù)。 DVB-TXT(ETS 300 472):數(shù)字圖文廣播系統(tǒng)標準 該標準用于固定格式圖文電視的傳送。 DVB-SUB(ETS 300 743):數(shù)字廣播字幕系統(tǒng)標準 該標準用于字幕及圖標(臺標等)的傳送。7DVB主要標準簡介3 DVB交互業(yè)務系統(tǒng) DVB-NIP(ETS 300 802):DVB交互業(yè)務網(wǎng)絡獨立協(xié)議標準 DVB-RCC(ETS 300 800):CATV系統(tǒng)DVB反傳信道標準 DVB-RCT(ETS 300 801):PSTN/ISDN的DVB

5、反傳信道標準 8DVB主要標準簡介4DVB 條件接收及接口標準 DVB-CI(EN 50221):條件接收及其它應用的通用接口標準 條件接收可確定哪些數(shù)字接收機能夠接收特定的廣播電視節(jié)目。 DVB-PDH(ETS 300 813): PDH（準同步數(shù)字系列）網(wǎng)絡DVB接口標準 DVB-SDH(ETS 300 814): SDH（同步數(shù)字系列）網(wǎng)絡DVB接口標準 DVB-ATM(ETS 300 815): ATM網(wǎng)絡DVB接口標準 DVB-PI(EN 500839): CATV/SMATV前端及類似的專業(yè)設備接口標準 DVB-IPDI(EN 50201): DVB-IRD接口標準 IRD :In

6、tegrated Receiver Decoder,Integrated Receiver Decoder,綜合解碼接收機綜合解碼接收機9數(shù)字電視系統(tǒng)Head-EndHost/STBMUXDeMUXMPEG-IIA/V EncodeMPEG-IIA/V DecodeInteractiveMiddlewareConditionalAccessVideoAudioEPGIPPV/NVODE-CommerceGameInteractiveMiddlewareConditionalAccessVideoAudioEPG IPPV/NVOD E-CommerceGameSecurityPaymentSe

7、curityPaymentSatelliteCableTerrestrial數(shù)字電視系統(tǒng)由三個部分組成：數(shù)字電視前端系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡和用戶終端系統(tǒng)。 10數(shù)字電視系統(tǒng)框圖111數(shù)字電視系統(tǒng)框圖212數(shù)字電視系統(tǒng)框圖313數(shù)字電視系統(tǒng)信源編碼信源編碼(Source Coding): 信源編碼采用 MPEG-2碼流。首先對音頻和視頻進行節(jié)目復用，然后再將多個數(shù)字電視節(jié)目流進行傳輸復用。視頻或音頻編碼器輸出的基本碼流ES(Elementary streams),被 打包(數(shù)據(jù)分組)成打包基本碼流PES(PacketElementarystreams)，然后在PS復用器中被組合成節(jié)目碼流PS(Progr

8、am Stream) 或在TS復用器中被組成傳輸碼流TS(Transport Stream) ，前者用于相對無誤差的環(huán)境，后者用于有噪聲媒質。多路復用:為了提高信道利用率，使多個信號沿同一信道傳輸而互相不干擾稱多路復用。目前采用較多的是頻分多路復用和時分多路復用。頻分多路復用用于模擬通信，例如載波通信。時分多路復用用于數(shù)字通信，例如PCM通信。14數(shù)字電視系統(tǒng)信源處理 信源處理單元 將本地節(jié)目編碼壓縮成DVBMPEG2數(shù)字信號； 適配接收來自其它網(wǎng)絡、衛(wèi)星和地面的DVB-MPEG2信號，送至復用器復用或送至節(jié)目庫存儲、編輯； 將IP數(shù)據(jù)和其它用于數(shù)據(jù)廣播和交互服務的服務數(shù)據(jù)轉換成DVB方式，與

9、其它信號一起傳送到用戶端； NVOD和VOD系統(tǒng)可直接連接至復用器，將用戶點播的節(jié)目或信息送到用戶端； 對存儲的數(shù)字節(jié)目可進行編輯、管理。15傳輸碼流(TS)的數(shù)據(jù)結構 每個傳輸流的前4個字節(jié)為字頭(Header)，字頭后面就是需要傳送的有用信息，包括音頻，視頻或數(shù)據(jù)信息，通常是 184個字節(jié)長度，有時在有用信息(Useful Data)中插入一段適配區(qū)域(Adaptation Field)，用于補充長度不完整的傳輸流，放置解碼時鐘(PCR)。傳輸流的字頭是識別傳輸流的關鍵，其結構見下圖3.4，由 32個比特組成。 傳輸流(TS)中包括多個節(jié)目源的不同信號，為了區(qū)分這些信號，在系統(tǒng)復用器上需要

10、加入服務信息(SI)，使接收端可以識別不同的節(jié)目。為了便于理解 DVB傳輸系統(tǒng)的服務信息，我們對傳輸碼流的結構進行粗略的介紹，傳輸碼流的長度定義為 188個字節(jié)長。16傳輸碼流(TS)包頭的數(shù)據(jù)結構17包標識符(PID)對應的服務信息(SI)在字頭32比特中，13位的 PID碼特別重要，它是辨別碼流信息性質的關鍵，是節(jié)目信息的身份證，不同的電視節(jié)目和服務信息(SI)對應有不同的 PID碼。對于一臺解碼接收機而言，為了找到它所要接收的電視節(jié)目，它首先通過 PID碼找到服務信息(SI)所對應的不同表格(Table),DVB標準定義了如下服務信息表格：PAT: Program Allocation

11、Table 節(jié)目分配表CAT: Conditional Access Table 有條件接收表PMT: Program Map Table 節(jié)目分布表NIT: Network Information Table 網(wǎng)絡信息表SDT: Service Description Table 服務描述表EIT: Event Information Table 事件信息表TDT：Timeand Date Table 時間日期表通過這些服務信息表格，可以查到所要接收節(jié)目的PID碼和對應的時鐘PCR，節(jié)目就可以還原。18數(shù)字電視系統(tǒng)信道編碼信道編碼(channel Coding): 信道編碼包括：前向糾錯編碼

12、/解碼、調制/解調和上/下變額三部分。 前向糾錯處理包括：用偽隨機序列使數(shù)據(jù)隨機化，使用里德索羅門編碼RS(外碼) 、進行數(shù)據(jù)交織、以及卷積交織(內碼)編碼技術以提高對誤碼的抵抗能力。19數(shù)字電視系統(tǒng)信道處理信道處理單元信息處理單元由節(jié)目調度系統(tǒng)、用戶管理系統(tǒng)、多路復用器、條件接收系統(tǒng)等組成。節(jié)目調度系統(tǒng)是一套完整的系統(tǒng)管理和應用系統(tǒng)平臺；多路復用器是系統(tǒng)的核心，相當于交通樞紐中心和貨物處理中心，在節(jié)目調度系統(tǒng)的控制下，負責將來自各個地方的內容重新進行分配、復用，發(fā)送到不同的頻道，完成內容分配調度；條件接收系統(tǒng)（CA）根據(jù)服務方式和用戶需求，通過網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的控制，將加密信號通過加擾器和復用器

13、注入到不同的節(jié)目內容中，使節(jié)目內容在不同的時間段和針對不同的用戶層進行加密；采用或改變條件接收，提供特殊服務；適應當?shù)仡l率規(guī)劃的網(wǎng)絡信息表；EPG產生和插入。20數(shù)字電視系統(tǒng)傳輸處理 傳輸處理單元 根據(jù)不同的傳輸媒體采用不同的編碼與調制方式。 衛(wèi)星傳輸采用 QPSKQPSK 調制 Quadrature Phase Shift Keying(積分相移鍵控) 有線傳輸采用 QAMQAM 調制 Quadrature Amplitude Modulation(積分幅度) 開路傳輸采用 COFDMCOFDM 調制 Coded Orthogonal Frequency Division Modulatio

14、n(編碼正交頻分多路復用) 傳輸網(wǎng)絡 數(shù)字電視網(wǎng)絡的傳輸手段包括衛(wèi)星、CABLE網(wǎng)、地面發(fā)射、MMDS和XDSL等，回傳通道可選用HFC回傳通道、PSTN和ISDN網(wǎng)絡。21數(shù)字衛(wèi)星電視發(fā)射端框圖22數(shù)字衛(wèi)星電視接收機電路框圖23用戶終端系統(tǒng) 用戶終端系統(tǒng)就是通常所說的機頂盒（STB），一個完整的數(shù)字機頂盒是由硬件平臺和軟件系統(tǒng)組成的，分為四層，從底向上依次為 硬件、 底層軟件、 中間件、 應用軟件， CA部分，如圖所示。24硬件和底層軟件 硬件:硬件層提供機頂盒硬件平臺，主要由數(shù)字電視廣播接收前端、MPEG解碼、視音頻和圖形處理、CPU、存儲器和各種接口電路組成。 數(shù)字電視廣播接收前端包括調

15、諧器和解調器，該部分可從射頻信號中解調出MPEG傳輸流；MPEG解碼部分包括解復用、解擾引擎和MPEG解壓縮，其輸出為MPEG視音頻基本流和數(shù)據(jù)凈荷；視音頻和圖形處理部分完成視音頻模擬編碼和圖形處理功能；CPU與存儲器模塊用于存儲和運行軟件系統(tǒng)，并對各模塊進行控制；接口電路提供豐富的外部接口，包括通用串行接口USB、高速串行接口1394、以太網(wǎng)接口、RS232和視音頻接口等。 底層軟件: 底層軟件提供操作系統(tǒng)內核和各種硬件驅動程序，機頂盒操作系統(tǒng)不是非常龐大，但卻要求可以在實時環(huán)境中工作，并可在較小的內存空間中運行，這種操作系統(tǒng)稱為實時操作系統(tǒng)。目前流行的實時操作系統(tǒng)有Wind River S

16、ystem公司的VxWorks、Integrated Systems Incorporated公司的pSOS、Windows CE以及專為機頂盒開發(fā)的PowerTV等。這些操作系統(tǒng)各有所長，在機頂盒領域都有應用。其中，VxWorks、pSOS等都是通用實時操作系統(tǒng)，在其它嵌入式系統(tǒng)中也有廣泛應用。25中間件、應用軟件、CA部分 中間件: 中間件將應用軟件和依賴于硬件的底層軟件分開，使應用不依賴于具體的硬件平臺，通常由各種虛擬機構成。 目前應用于機頂盒的商用中間件產品有Opentv的EN2、Liberate的TV Navigator for DTV、Microsoft的MSTV、Canel+ 的

17、Mediahighway等，彼此不兼容。 應用軟件: 包括本機存儲的應用和可下載的應用。 CA部分: 機頂盒為了再生出解擾隨機序列，必須獲取相關的條件接收控制信息。 首先，機頂盒根據(jù)PMT和CAT表中的CA-descriptor，獲得EMM和ECM的PID值，然后從TS流中過濾出ECMs和EMMs，并通過SmartCard接口送給SmartCard。SmartCard讀取用戶個人分配密鑰（PDK），通過PDK對EMM解密，取出SK，然后利用SK對ECM進行解密，取出CW，并將CW通過SmartCard接口送給解擾引擎，解擾引擎利用CW對加擾傳輸?shù)牧鬟M行解擾。26Outline Digital

18、Video Broadcasting System Set Top Box System Conditional Access (CA) Middleware (Interactive Service)27Whats Difference DVB-S Weak signal with no reflection Large bandwidth QPSK with Strong coding DVB-C Low noise with controlled no reflections Small bandwidth 16-256 QAM with Weak coding DVB-T Noisy

19、signal with reflections Strong coding Small bandwidth COFDM with Strong coding28Channel Encoding & ModulationRandomizationOuterCoderOuterInterleaverInnerCoderInnerInterleaverModulatorRS(204,188)RS(204,188)RS(204,188)RandomizationOuterCoderOuterInterleaverInnerCoderInnerInterleaverDemodulator TS

20、TSRFRFQPSKQAMOFDM-ConvolutionConvolution& Puncture-Convolution& PunctureConvolutionConvolutionConvolutionSatelliteCableTerrestrial29DST STB System BlockDigital TunerQPSKDemod/FECHDD IFHDDCPUGraphics ControllersAudioDACDecryptCPCANTSC/PALEncoderVideo DACR/G/BY/U/V (HDTV)AudioSmart card reader

21、Smart CardmodemDRAMFlashADCMPEG-IIDemux Decode,A/V DecoderCVBSYCLNB30DCT STB System BlockDigital TunerOOB QPSK TunerRF BasebandPreprocessingMain processingPost processingOutput / Input64/256QAMDemod/FECNTSC DecodeQPSKDemodVBI Data DecodeMPEG-2Demux Decode,A/V decoderVideoAudioDecryptCPCAMultimediaPr

22、ocessor-Graphic processor-NTSC EncodeCPU-User Interface-set-top functions -applicationsCondition Access (POD)Composite videoComponentS-videoStereo AudioAC-3 5.1RCAL/RRCAADCDRAMFlash1394CableHAViQPSKMod31DTT STB System BlockDigital TunerOFDM/VSBDemod/FECHDD IFHDDCPUGraphics ControllersAudioDACDecrypt

23、CPCANTSC/PALEncoderVideo DACR/G/BY/U/V (HDTV)AudioSmart card readerSmart CardmodemDRAMFlashADCMPEG-IIDemux Decode,A/V DecoderCVBSYCRF32Difference with DVD Player Conditional Access (CA) Encryption, Subscription, Pay Per View, Electronic Program Guide (EPG) Sorting by time, by channel, by category Se

24、arch Middleware Interactive Service Internet Access33Conditional Access34DVB - CI (Common Interface)35CAM Implementation DVB-CI CAM Viaccess (France Telecom) Conax-CAS3 (Telenor) CryptoWorks (Philips Digital Networks) Nagra (NagraVision) Irdeto (Irdeto Access) AstonCrypt (Aston France) POD Modules N

25、DS Philips NagraVision Irdeto Access36EPG (Electronic Program Guide)37EPG (Electronic Program Guide)38Interactive Service Enhanced Broadcasting Service No return channel is needed Weather, Traffic, Stock Information/Sticker Interactive Broadcasting Service Return channel is established Call-in, Poll PPV, VOD Internet Service Dynamic request from user and real-time response from service provider Internet Game, Instant Messaging, e-mail, Custom Portals39Interactive Service Convergence 1998199920002001TVPCWWW(limitedgraphics