現(xiàn)代通信網(wǎng)絡課件2

1、現(xiàn)代通信網(wǎng)絡現(xiàn)代通信網(wǎng)絡 Modern Telecommunication NetworkLecture 2IPTV 原理與技術原理與技術北郵軟件學院：陳候武北郵軟件學院：陳候武C電話：電話ommunication Networks 【通信網(wǎng)絡的分類通信網(wǎng)絡的分類】Communication NetworkSwitchedCommunication NetworkVirtual Circuit Network: MPLSBroadcastCommunication Network 廣播，電視，衛(wèi)星廣播，電視，衛(wèi)星Packet Switch(PS) - 分組交換分組交換

2、Datagram Network: Internet: IP因特網(wǎng)因特網(wǎng)Circuit-Switched(CS) - 電話電話三網(wǎng)融合之三網(wǎng)融合之 NGBNext Generation Broadcasting Network NGB -下一代廣播電視網(wǎng)下一代廣播電視網(wǎng) lNGB以有線電視網(wǎng)數(shù)字化整體轉換和移動多媒體以有線電視網(wǎng)數(shù)字化整體轉換和移動多媒體廣播（廣播（China Mobile Multimedia Broadcasting，簡稱簡稱CMMB）的成果為基礎；）的成果為基礎；l以以“高性能寬帶信息網(wǎng)高性能寬帶信息網(wǎng)”（3TNet）自主創(chuàng)新的）自主創(chuàng)新的核心技術為支撐；核心技術為支撐；

3、l將電信網(wǎng)、計算機網(wǎng)和有線電視網(wǎng)三網(wǎng)融合，有將電信網(wǎng)、計算機網(wǎng)和有線電視網(wǎng)三網(wǎng)融合，有線線/無線相結合，全程全網(wǎng)的下一代廣播電視網(wǎng)無線相結合，全程全網(wǎng)的下一代廣播電視網(wǎng) 高性能寬帶信息網(wǎng)高性能寬帶信息網(wǎng) - 3TNetl 3TNet：Terabit【兆位兆位】p T比特的路由、比特的路由、p T比特的交換比特的交換p T比特的傳輸比特的傳輸 l NGB具備“T級骨干、千兆進樓、百兆到戶”的網(wǎng)絡承載能力；l 能輕松實現(xiàn)高速寬帶、高清互動電視、多媒體通訊、家庭金融、遠程互動教育、電視游戲、智能家庭等三網(wǎng)融合全業(yè)務運營;l 滿足未來每個家庭“出門就上高速路”的信息服務需求 Televisions D

4、evelopment Historyl1930 Black and White TVl1950 Cable TV (CATV -有線電視 ) l1954 Color TV broadcastingl1973 Giant-screen projection color TV (背投）l1982 Surround sound is introducedl1986 Satellite TV broadcastingl1994 Digital Satellite TV l1996 Web TVl1998 Digital TV/HDTV廣播電視節(jié)目分類：廣播電視節(jié)目分類：l 有線電視廣播（有線電視廣播（

5、CATV-Cable TV）：）：p 模擬信號（模擬信號（PAL, NTSC）p 數(shù)字信號數(shù)字信號 （DVB-C）p 信道有限：信道有限：“定點發(fā)送、群點接收定點發(fā)送、群點接收”的通信方式的通信方式 - 只有分配，不只有分配，不存在交換存在交換，因而，限制了網(wǎng)絡容量的擴展。，因而，限制了網(wǎng)絡容量的擴展。l IPTV：p在數(shù)據(jù)信道傳輸信號（在數(shù)據(jù)信道傳輸信號（MPEG，AVS）p 信道無限信道無限 組成組成 IP網(wǎng)絡的節(jié)點采用網(wǎng)絡的節(jié)點采用IP選路和交換，使得選路和交換，使得IP網(wǎng)絡的網(wǎng)絡的容量理論上可以無限擴容。其上的容量理論上可以無限擴容。其上的IP業(yè)務也是不受限制。業(yè)務也是不受限制。電視電

6、視TV基本構成基本構成 - TVl 數(shù)字電視分為三個部分數(shù)字電視分為三個部分:l 視頻源的采集，例如用攝像機錄下圖像；視頻源的采集，例如用攝像機錄下圖像；l 視頻信號壓縮編碼視頻信號壓縮編碼/通過線路通過線路(有線有線/無線的無線的)傳到用戶家中傳到用戶家中1. 信號在用戶家中的數(shù)字電視上解碼并重現(xiàn)信號在用戶家中的數(shù)字電視上解碼并重現(xiàn)到用戶眼前到用戶眼前 DVB數(shù)字電視：編數(shù)字電視：編/解碼器在網(wǎng)絡中的位置解碼器在網(wǎng)絡中的位置 廣播電視：模擬信號（廣播電視：模擬信號（PAL：NTSC）Composite Video Standards(復合視頻標準)lNTSC National Televis

7、ion Standards CommitteelPAL Phase Alternating LinelSECAM Sequential Color And MemoryBroadcast TV: Source Modell Source model:pEach scene is scanned periodically, clocked by a sync pulse. pThe result is a composite signal, with a digital sync and an analog signal for the video framepBetween one scan

8、and the next (may be a full frame， or interlacing 間行), the display CRT is turned off (binary blanking interval）p 30 frames per sec, 60 fields per secsync pulse present for each line, plus for each screen (2 fields) - i.e. horizontal and vertical.l p Bandwidth 6Mhzp video carrier 1.25Mhz +/- 1000 Hzp

9、 audio carrier 4.5 Mhzp Aspect (外表外表) ratio 4:3 ( horizon:vertical)USA: 北美標準北美標準廣播電視信道：廣播電視信道：NTSC頻譜分配頻譜分配 l6MHz (U.S.A) NTSC 標準l6MHz channel can support about 20-30Mbps data rate using sophisticated modulation techniques (e.g.,QAM or VBS)lTo broadcast digital HDTV over 6MHz channel, we need about 6

10、63.5:20 = 34:1 compressionlA single 6MHz TV channel can support：p4 or 5 standard resolution digital TV programs p 每個節(jié)目：(at 4 - 5 Mbps each)中國中國廣播電視信號頻譜結構廣播電視信號頻譜結構：8MHzl 中國廣播電視信號：每一路電視節(jié)目所占的頻帶為8MHl 電視信號在通過無線廣播發(fā)射或有線傳輸時，調(diào)制原理：p圖像信號采用殘留邊帶調(diào)幅；p對伴音信號采用調(diào)頻的發(fā)送方式。中國電視信道：中國電視信道：PAL 頻譜分配頻譜分配 l中國：采用歐洲PAL標準標準：每一路 電

11、視節(jié)目- 頻帶8MHzl無線電視頻譜：4 958 MHz 范圍內(nèi) 劃分5個頻段：pI 頻段：電視廣播 【1 5】 頻道pII頻段：調(diào)頻廣播和通信專用 【中國移動 800MHz GSM】pIII頻段：電視廣播 6 12 頻道pIV頻段：電視廣播 13 24 頻道pV頻段：電視廣播 25 68 頻道l1 -12 頻道為VHF 甚高頻段l13 68 頻道：UHF 特高頻道l開路廣播電視： Wireless TVl有線廣播電視：CATV - Cable TV ：閉路廣播電視Electromagnetic Spectrum 電磁頻譜圖電磁頻譜圖 歐洲：歐洲：8 MHz (Europe) PAL標準標準l

12、DVB-C(Cable)規(guī)定了在有線電視網(wǎng)中傳播數(shù)字電視的調(diào)制標準，工作頻率在10GHz以下l它具有16、32、64QAM三種調(diào)制方式，其傳輸數(shù)據(jù)率高，誤碼率低，l在HFC（光纖同軸混合電纜）中采用64QAM調(diào)制方式，一個標準的【8M電視頻道】傳數(shù)據(jù)率可達40Mbps，l使原來傳送一套【PAL制制】節(jié)目的頻道可以傳播四至六套數(shù)字電視節(jié)目，廣播電視：掃描成像原理廣播電視：掃描成像原理Progressive Scan (P - 逐行掃描逐行掃描: 720p)lEach frame is made up of lines (vertical sampling)lHorizontal retrace:

13、 Vertical retraceInterlaced Scan (I - 隔行掃描: 1080i)l A frame is split into two fields;l a tradeoff between temporal 時間 and vertical resolutionVideo Interlaced ScanningInterlaced Scan (i - 隔行掃描: 1080i) lWish to go from 625 line to twice resolution (approx 35mm film)laspect ratio change too to 16:9 ins

14、tead of 4:3llots of proposalsldeployment costs (esp. digital) very highlmay include data muxing on channel (at quite high rate, even compared to CATV.lCATV Cable TVlHDTV的高清晰主要表現(xiàn)在它支持的高清晰主要表現(xiàn)在它支持1280720，19201080和和19201080三種顯示模式三種顯示模式lHDTV的視頻信號采用的視頻信號采用MPEG-2進行壓縮。進行壓縮。 高清晰度電視高清晰度電視 HDTV：分類：分類l（美國電影電視工程

15、協(xié)會）將（美國電影電視工程協(xié)會）將數(shù)字高清信號，數(shù)字電視掃描線的不同分數(shù)字高清信號，數(shù)字電視掃描線的不同分為：為：l：【 19201080 p】l：【 19201080 i】l：【 1280720 】l是，隔行掃描是，隔行掃描l是，逐行掃描是，逐行掃描高清晰度電視高清晰度電視 HDTV （2）l1080i和和720p同是國際認可的數(shù)字高清晰同是國際認可的數(shù)字高清晰度電視標準度電視標準 l原原NTSC國家采用的是國家采用的是 1080i/60 Hz格式，格式，同同NTSC模擬電視場頻相同。模擬電視場頻相同。l而歐洲以及中國等一些原而歐洲以及中國等一些原PAL制國家則采制國家則采用了用了1080i

16、/50 Hz模式，場頻同模式，場頻同PAL模擬電模擬電視相同。視相同。l中國的彩電已從：中國的彩電已從：1080i到到720p再到再到1080p 1080i 和和 720P：lI - 隔行就像百葉窗，是不完整的圖像，隔行就像百葉窗，是不完整的圖像，lP - 逐行才是一次顯示一幅完整的畫面。逐行才是一次顯示一幅完整的畫面。l而而1080、720則代表垂直方向所能達到的則代表垂直方向所能達到的分辨率分辨率l盡管盡管1080i 可以提供更高的象素（可以提供更高的象素（207萬），萬），比比720p的的92萬高出不少，但是畫面穩(wěn)定度萬高出不少，但是畫面穩(wěn)定度則則720P更具有優(yōu)勢。更具有優(yōu)勢。前沿技術

17、：前沿技術：1080Pl是美國電影電視工程師協(xié)會是美國電影電視工程師協(xié)會（）制定的最高等級高清數(shù)字（）制定的最高等級高清數(shù)字電視的格式標準，有效顯示格式為：電視的格式標準，有效顯示格式為：l，l像素數(shù)達到萬。像素數(shù)達到萬。l是一種在逐行掃描下達到是一種在逐行掃描下達到的分辨率的顯示格式。是的分辨率的顯示格式。是數(shù)字電影成像技術和計算機技術的完美融數(shù)字電影成像技術和計算機技術的完美融合。合。 廣播電視：數(shù)字信號（廣播電視：數(shù)字信號（DVB - C）Digital Video Broadcasting - CableDVB Overview 【1】l DVB（Digital Video Broad

18、casting）數(shù)字視頻廣播，是一種新型的電視廣播系統(tǒng)，l DVB的所有標準和藍皮書都是由歐洲的一個法定標準化組織：歐洲電信標準協(xié)會（ETSI）頒布的。l DVB組織認為要以市場的商業(yè)需求指導標準制訂，設計一個通用的數(shù)字電視系統(tǒng)，此系統(tǒng)與各種傳輸方式之間的轉接有最簡單的方式，盡可能的增加通用性；l DVB組織選定MPEG-2作為音頻及視頻的編碼壓縮方式，對信號源進行統(tǒng)一編碼;l 經(jīng)壓縮后的 MPEG-2 碼流再打包形成傳輸流(TS)，進行多個傳輸流復用；DVB Overview 【2】l DVB信道傳輸部分則根據(jù)信道不同而分為信道傳輸部分則根據(jù)信道不同而分為:p衛(wèi)星衛(wèi)星 (DVB-S) - S

19、atellitep 有線電視有線電視 (DVB-C) - Cablep 開路電視開路電視 (DVB-T)p 手持移動終端（手持移動終端（DVB-H）、）、p 衛(wèi)星共用天線（衛(wèi)星共用天線（DVB-SMATV）、）、p 多點分配系統(tǒng)（多點分配系統(tǒng)（DVB-MS）和）和p DVB-MCDVB-C：數(shù)字電視系統(tǒng)的工作原理：數(shù)字電視系統(tǒng)的工作原理DVB-C【發(fā)射機發(fā)射機】端：信號流程端：信號流程1. 信源編碼信源編碼：l對輸入的模擬音對輸入的模擬音/視頻信號及數(shù)據(jù)信號進行采樣、視頻信號及數(shù)據(jù)信號進行采樣、量化、編碼的量化、編碼的A/D轉換處理；轉換處理；l再按照再按照MPEG-2標準進行壓縮編碼及數(shù)字化

20、處標準進行壓縮編碼及數(shù)字化處理過程；理過程；l信源編碼通過各種編碼方式盡可能地去除信號信源編碼通過各種編碼方式盡可能地去除信號中的冗余信息，提高數(shù)字通信的傳輸效率中的冗余信息，提高數(shù)字通信的傳輸效率 2. 基本流：基本流：ES - Elementary Stream lMPEG-2 標準可分為三部分：視頻、音頻和系統(tǒng)；標準可分為三部分：視頻、音頻和系統(tǒng)；lMPEG-2 視頻、音頻編碼是針對每一路電視信號的圖像視頻、音頻編碼是針對每一路電視信號的圖像和伴音進行的和伴音進行的l其中：某一路節(jié)目的視頻、音頻或其他數(shù)據(jù)經(jīng)過其中：某一路節(jié)目的視頻、音頻或其他數(shù)據(jù)經(jīng)過MPEG-2信源編碼后即形成音、視頻和

21、數(shù)據(jù)基本碼流信源編碼后即形成音、視頻和數(shù)據(jù)基本碼流ES；l系統(tǒng)層再將不同的系統(tǒng)層再將不同的ES流加包頭（含有包標識符流加包頭（含有包標識符PID）打）打包（即分組）成為分組基本碼流包（即分組）成為分組基本碼流PESlES - Elementary StreamlPES - Packetized Elementary Stream2.1 MPEG-2 系統(tǒng)傳輸層結構系統(tǒng)傳輸層結構 2.2 MPEG-2 碼流碼流l PES流的包長度可變的，包括：流的包長度可變的，包括：p視頻通常是一幀（即一幅圖像）一個包；視頻通常是一幀（即一幅圖像）一個包；p音頻包長度通常為一個音頻幀，不超過音頻包長度通常為一個

22、音頻幀，不超過64KB l 打包的視頻、音頻基本碼流再經(jīng)過復用打包，可打包的視頻、音頻基本碼流再經(jīng)過復用打包，可形成兩種不同的碼流，即：形成兩種不同的碼流，即：p節(jié)目流節(jié)目流PS（Program Stream）p傳送流傳送流TS（Transport Stream）。）。3. 節(jié)目復用節(jié)目復用：l將屬于某一路節(jié)目的所有視頻將屬于某一路節(jié)目的所有視頻PES包、音頻包、音頻PES包和其他輔助數(shù)據(jù)的包和其他輔助數(shù)據(jù)的PES包按照包按照MPEG-2編編碼規(guī)范，按一定的比特率復合成為碼規(guī)范，按一定的比特率復合成為【單路單路】的的節(jié)目傳輸流（節(jié)目傳輸流（SPTS）即稱為節(jié)目復用；）即稱為節(jié)目復用；lSPTS

23、中包含了某一路節(jié)目的所有音、視頻信息中包含了某一路節(jié)目的所有音、視頻信息和輔助信息。和輔助信息。lSPTS - Single Program Transport Stream 4. 系統(tǒng)復用原理：系統(tǒng)復用原理：- 【1】l在在DVB-C數(shù)字電視廣播中，一路模擬電視信號信道中可數(shù)字電視廣播中，一路模擬電視信號信道中可傳輸多路數(shù)字電視節(jié)目；傳輸多路數(shù)字電視節(jié)目；l在數(shù)字電視信號調(diào)制前要將多路數(shù)字電視節(jié)目的傳輸流在數(shù)字電視信號調(diào)制前要將多路數(shù)字電視節(jié)目的傳輸流TS 進行再復用；進行再復用；l將多路節(jié)目傳輸流（將多路節(jié)目傳輸流（MPTS）復合為一路單一的）復合為一路單一的【傳輸傳輸碼流：碼流：TS】的

24、過程稱為的過程稱為【系統(tǒng)復用系統(tǒng)復用】l通常一個通常一個【TS TS 流流】由多個節(jié)目及業(yè)務組成；由多個節(jié)目及業(yè)務組成；l在在TSTS流中如果沒有引導信息，數(shù)字電視的終端設備將無流中如果沒有引導信息，數(shù)字電視的終端設備將無法找到需要的碼流法找到需要的碼流 - -（用戶看那個臺的節(jié)目）（用戶看那個臺的節(jié)目）lMPTS - Multi Programs Transport Stream 4.1 單路傳輸碼流（單路傳輸碼流（SP-TS）幀結構）幀結構 4.2 傳輸碼流（傳輸碼流（TS）的幀結構）的幀結構 -【1】l 傳輸碼流TS的幀長度定義為 188個字節(jié)（204字節(jié)的格式僅僅是在188字節(jié)的Pac

25、ket后部加上16字節(jié)的CRC數(shù)據(jù),其他格式是一樣的)l 每個傳輸流的前4個字節(jié)為字頭（Header）：p 其中：13位的 PID是用來辨別碼流信息性質(zhì)的關鍵p PID （Packet Identifier）標識特定的電視節(jié)目和服務信息（SI）l 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4.3 PSI: Program Specific Information節(jié)目節(jié)目l 在MPEG-2中，專門定義了4個PSI（Program Specific Information）【節(jié)目專用信息節(jié)目專用信息】，包括：p 節(jié)目關聯(lián)表節(jié)目關聯(lián)表 PAT (Program

26、 Association Table)，p 條件訪問表條件訪問表 CAT (Conditional Access Table)，p 節(jié)目映射表節(jié)目映射表 PMT (Program Map Table)，p 網(wǎng)絡信息表網(wǎng)絡信息表 NIT (Network Information Table)，l 這些PSI包含了進行多路解調(diào)和顯示節(jié)目的必要的和足夠的信息，其作用是自動設置和引導【接收機接收機】進行解碼；l PSI信息在復用時通過復用器插入到TS流中，并用特定的包標識符PID（Packet Identifier）進行標識l PSI的數(shù)據(jù)包必須周期性的出現(xiàn)在傳輸流中，PSI數(shù)據(jù)的完整性十分重要，因此

27、在每個PSI段中均需要加校驗碼。4.4 PSI信息的內(nèi)在邏輯關系信息的內(nèi)在邏輯關系 l 包標識符PID（Packet Identifier）的【PID 0】是： 節(jié)目節(jié)目關聯(lián)表關聯(lián)表 PAT (Program Association Table)p節(jié)目節(jié)目 【0 | 16 】: 指向指向 NIT 網(wǎng)絡信息表網(wǎng)絡信息表p節(jié)目節(jié)目 【1 | 22 】: 指向指向 PMT 節(jié)目映射表節(jié)目映射表 p節(jié)目節(jié)目 【3 | 33 】: 指向指向 PMT 節(jié)目映射表節(jié)目映射表 l 包標識符PID（Packet Identifier）的【PID 1】是：條件條件訪問表訪問表 CAT (Conditional A

28、ccess Table)p l END包標識符包標識符PID4.5 MP-TS多路節(jié)目傳輸流多路節(jié)目傳輸流: 系統(tǒng)復用原理：系統(tǒng)復用原理：5. 加擾：加擾：l基于數(shù)字比特流中的基于數(shù)字比特流中的“0”和和“1”的概率相等的假的概率相等的假設，傳輸系統(tǒng)首先采用隨機化電路對輸入的設，傳輸系統(tǒng)首先采用隨機化電路對輸入的TS流流進行隨機化擾亂；進行隨機化擾亂；l使傳輸流中傳輸?shù)氖箓鬏斄髦袀鬏數(shù)摹?”和和“1”不再按照原始不再按照原始TS流流中信息（可能出現(xiàn)一長串的中信息（可能出現(xiàn)一長串的“0”或或“1”）中的順）中的順序傳輸，以實現(xiàn)對傳輸功率頻譜的分散；序傳輸，以實現(xiàn)對傳輸功率頻譜的分散；l 實現(xiàn)了信

29、號的能量擴散，即加擾，也叫隨機化。實現(xiàn)了信號的能量擴散，即加擾，也叫隨機化。6. 信道編碼信道編碼 - （1）l 信道編碼：信道編碼：也叫糾錯編碼糾錯編碼，是為了增強數(shù)字信號對在長距離傳輸過程中產(chǎn)生的碼元失真（誤碼）和傳輸信道受各種噪聲干擾的抵抗能力，提高數(shù)字通信傳輸?shù)目煽啃远扇〉拇胧?；p 信道編碼是通過犧牲信息傳輸效率傳輸效率來換取傳輸可靠性的提高；p 基本思想是：在所要傳輸?shù)男畔⑿蛄猩细郊右恍┐a元，附加碼元與信號的信息碼元之間以某種確定的規(guī)則（各種糾錯碼的編碼方式）相關聯(lián)。p 接收端按照這種關聯(lián)規(guī)則對接收的碼元進行校驗，一旦確定碼元之間的確定關系受到破壞，便按照既定規(guī)則來恢復原有的碼元間

30、關系，從而達到糾正誤碼的目的。6. 信道編碼信道編碼 - （2）l 數(shù)字電視通常采用前向糾錯編碼數(shù)字電視通常采用前向糾錯編碼FEC方式，包括四個部分：方式，包括四個部分：p能量擴散、能量擴散、p RS編碼、編碼、p 交織和交織和p 卷積編碼卷積編碼l 這種糾錯方式中，接收端能夠根據(jù)接收到的碼元自動檢出這種糾錯方式中，接收端能夠根據(jù)接收到的碼元自動檢出錯誤并糾正錯誤；錯誤并糾正錯誤；l 由于糾錯編碼時在原有的由于糾錯編碼時在原有的TS包中加入了糾錯碼，因此經(jīng)包中加入了糾錯碼，因此經(jīng)信道編碼后信道編碼后TS包的固定長度由包的固定長度由188字節(jié)增加為字節(jié)增加為204字節(jié)字節(jié)。7. 數(shù)字調(diào)制：數(shù)字調(diào)

31、制：l 數(shù)字調(diào)制是指為了提高頻譜利用率，把數(shù)字調(diào)制是指為了提高頻譜利用率，把【寬帶寬帶】的基帶數(shù)的基帶數(shù)字信號變換成字信號變換成【窄帶窄帶】的高頻載波信號的過程；的高頻載波信號的過程；l 由于數(shù)字調(diào)制是由時間上離散和幅度上離散的數(shù)字信號去由于數(shù)字調(diào)制是由時間上離散和幅度上離散的數(shù)字信號去改變高頻載波信號的某個參量（頻率、相位或幅度），使改變高頻載波信號的某個參量（頻率、相位或幅度），使載波信號作相應的離散變化，被認為是載波信號是受到了載波信號作相應的離散變化，被認為是載波信號是受到了鍵控，所以數(shù)字調(diào)制信號也稱為鍵控信號。鍵控，所以數(shù)字調(diào)制信號也稱為鍵控信號。l 數(shù)字調(diào)制可以對載波的幅度、頻率和

32、相位三個特征分量進數(shù)字調(diào)制可以對載波的幅度、頻率和相位三個特征分量進行單獨調(diào)制，或進行三者之間的聯(lián)合調(diào)制，相應的得到：行單獨調(diào)制，或進行三者之間的聯(lián)合調(diào)制，相應的得到：p 幅移鍵控幅移鍵控 ASKp 頻移鍵控頻移鍵控FSKp 相移鍵控相移鍵控PSK，p 幅度相位聯(lián)合鍵控或稱為正交幅度調(diào)制幅度相位聯(lián)合鍵控或稱為正交幅度調(diào)制QAM。l 目前在數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)，常用的數(shù)字調(diào)制方式是目前在數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)，常用的數(shù)字調(diào)制方式是 PSK 和和QAM 方式：方式：p正交振幅調(diào)制（正交振幅調(diào)制（QAM）：調(diào)制效率高，要求傳送途徑的）：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；信噪比高，適合有

33、線電視電纜傳輸；p 四相相移鍵控調(diào)制（四相相移鍵控調(diào)制（QPSK）：調(diào)制效率高，要求傳送）：調(diào)制效率高，要求傳送途徑的信噪比低，適合衛(wèi)星（途徑的信噪比低，適合衛(wèi)星（DVB-S）廣播；）廣播；p 殘留邊帶調(diào)制（殘留邊帶調(diào)制（VSB）：抗多徑傳播效應好（即消除重）：抗多徑傳播效應好（即消除重影效果好），適合地面廣播；影效果好），適合地面廣播；p 編碼正交頻分調(diào)制（編碼正交頻分調(diào)制（COFDM）：抗多徑傳播效應和同）：抗多徑傳播效應和同頻干擾好，適合地面廣播和同頻網(wǎng)廣播。頻干擾好，適合地面廣播和同頻網(wǎng)廣播。 DVB常用的數(shù)字調(diào)制方式常用的數(shù)字調(diào)制方式數(shù)字調(diào)制技術基本原理數(shù)字調(diào)制技術基本原理模擬傳輸和

34、數(shù)字傳輸模擬傳輸和數(shù)字傳輸話音話音電電話話模擬模擬數(shù)字數(shù)字Modem模擬模擬模模擬擬CODEC數(shù)數(shù)字字數(shù)字數(shù)字數(shù)字傳輸數(shù)字傳輸數(shù)字數(shù)字模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù), 模擬信號模擬信號Analog data, analog signal數(shù)字數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字數(shù)據(jù)，模擬信號Digital data, analog signal數(shù)字數(shù)據(jù)，數(shù)字信號數(shù)字數(shù)據(jù)，數(shù)字信號Digital data, digital signal模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號Analog data, digital signalEncoderDecoderModulatorDemodulator編碼和調(diào)制基本原理：編碼和調(diào)制基本原理

35、：l 無論是模擬信息還是數(shù)字信息都能編碼成模擬信號或數(shù)字信號。無論是模擬信息還是數(shù)字信息都能編碼成模擬信號或數(shù)字信號。l 具體選擇何種編碼方式則取決于需要滿足的特殊要求以及可提具體選擇何種編碼方式則取決于需要滿足的特殊要求以及可提供的媒體與通信設施。供的媒體與通信設施。相移鍵控調(diào)制（相移鍵控調(diào)制（PSK）- 原理原理l Phase Shift Keying (PSK) - Phase of carrier signal is shifted to represent dataBinary - PSK Constellation (星座星座)l Binary PSK: 【二相鍵控調(diào)制二相鍵控調(diào)制

36、】pTwo phases represent two binary digitsDVB-C【接受機接受機】端：信號流程端：信號流程l接收端設備對信號的處理流程正好與廣播接收端設備對信號的處理流程正好與廣播系統(tǒng)對信號的處理流程相反，即：系統(tǒng)對信號的處理流程相反，即：l數(shù)字調(diào)諧數(shù)字調(diào)諧解調(diào)制解調(diào)制解糾錯解糾錯解擾解擾解復解復用用MPEG解碼解碼D/A轉換轉換音、視頻信號。音、視頻信號。 DVB-C：關鍵技術：關鍵技術MPEG-1/2/4 壓縮編碼基本原理壓縮編碼基本原理MPEG：數(shù)字電視通信技術標準：數(shù)字電視通信技術標準lMPEG, which stands for Moving Picture

37、Experts Group, is used for coding audio-visual information in a digital compressed format. lThe MPEG family of standards includes:pMPEG-1 已經(jīng)過時已經(jīng)過時pMPEG-2pMPEG-4Video Compression - ClassificationlBroadcast (high bit rate):pMPEG-1pMPEG-2lVideo Conferencing (low bit rate):pH.261pH.623lInteractive (full

38、 range of bit rates):pMPEG-4History of Related StandardsMPEG-1 standardVideo Compression: MPEG-1lMPEG-1 (which includes MP3) was approved in November 1992. lDesigned for storage/retrieval of VHS quality video on CD-ROMlBit rate: 【1.5Mbps】lSimilar Coding scheme to H.261 with:p Random access supportp

39、Fast forward/backward supportMPEG-1 standard is composed lPart 1: Systems: addresses the problem of combining one or more data streams from the video and audio parts lPart 2: Video: specifies a coded representation that can be used for compressing video sequenceslPart 3: Audio: specifies a coded rep

40、resentation that can be used for compressing audio sequencesMPEG-2 standardMPEG-2 標準標準lMPEG-2全稱為“運動圖像及其伴音的編碼”；l其功能：主要針對高清晰度電視( HDTV)所需要的視頻及伴音信號；l傳輸速率為10Mpbs；l適用于1.5 60Mbps甚至更高的編碼范圍，是為高級工業(yè)標準的圖像質(zhì)量以及更高的傳輸率而設計的，力爭獲得更高的分辨率( 720*486) ，提供廣播級視頻和CD級的音頻。l它是高質(zhì)量視頻音頻編碼標準，在常規(guī)電視的數(shù)字化、高清晰電視H DTV和交互式電視等各個領域都是核心的技術之一l

41、用于【IP網(wǎng)絡網(wǎng)絡】方面而則需要較高的網(wǎng)絡帶寬。MPEG-2 系統(tǒng)傳輸層結構系統(tǒng)傳輸層結構 p 節(jié)目流PS（Program Stream）p 傳送流TS（Transport Stream）MPEG-2 標準技術標準技術lMPEG-2 編碼技術編碼技術 包括：包括：p MPEG-2 視頻流層結構p MPEG-2 幀間編碼結構p MPEG-2 的類p MPEG-2 運動估值, MPEG-2 【視頻視頻】流層結構流層結構 - 【1】l 為了便利于誤碼處理、隨機搜索及編輯，MPEG-2用句法定義了1個層次性層次性結構，用于表示視頻編碼數(shù)據(jù)，將MPEG-2視頻流分為： p圖像序列層(VSL)、p圖像組層

42、 (GOPL)、p圖像層(PL)、p宏塊條層(SL)、p宏塊層(ML)、p塊層(BL)共6個部分l每層都有確定的功能與其對應每層都有確定的功能與其對應 MPEG-2 【視頻視頻】流層結構流層結構 - 【2】VSL: Video Sequence Layer 圖像序列層GOP: Group of Picture Layer 圖像組層MPEG-2 【視頻視頻】幀間編碼結構幀間編碼結構 - 【1】l 為了在高效壓縮編碼的條件下、獲得可隨機存取的高壓縮比、高質(zhì)量圖像，MPEG定義了I、P、B三種圖像格式，用于表示1/30s時間間隔的幀序列畫面pI 圖圖 - 幀內(nèi)圖幀內(nèi)圖pP 圖圖 - 預測圖預測圖pB

43、 圖圖 - 雙向圖雙向圖l 要滿足隨機存取的要求，僅利用I圖本身信息進行幀內(nèi)編碼就可以了；l 要滿足高壓縮比和高質(zhì)量圖像的要求，單靠I圖幀內(nèi)編碼還不行，還要加上由P圖和B圖參與的幀間編碼，以及塊匹配運動補償預測:p因果預測因果預測 - 用前一幀圖像預測當前圖像用前一幀圖像預測當前圖像p內(nèi)插預測內(nèi)插預測 - 用后一幀圖像預測當前圖像用后一幀圖像預測當前圖像l 這就要求幀內(nèi)編碼與幀間編碼平衡，因果預測與內(nèi)插預測間的平衡。平衡的結果是隨機存取的高壓縮比、高質(zhì)量圖像的統(tǒng)一MPEG-2 幀間編碼結構幀間編碼結構 - 【2】幀內(nèi)編碼圖（幀內(nèi)編碼圖（ICP） l（I）圖為不要基準圖像編碼作為基準所產(chǎn)生的圖像

44、，稱為幀內(nèi)編碼圖（ICP-Intra Coded Pictures），特點是：p 數(shù)據(jù)量最大；數(shù)據(jù)量最大；p 幀內(nèi)中等程度壓縮；幀內(nèi)中等程度壓縮；l無運動預測，無運動預測，可采用自相關性自相關性，即幀內(nèi)相鄰像素、相鄰行的亮度、色度信號都具有漸變的空間相關性，可作靜止圖靜止圖像處理像處理，無條件傳送；l圖像可隨機進入壓縮圖像數(shù)據(jù)序列，進行編碼。預測編碼圖（預測編碼圖（PCP） lP圖是以最近的上一個I圖或P圖為基準進行運動補償運動補償預測所產(chǎn)生的圖像，稱為預測編碼圖（PCP-Predictive Coded Pictures）lP圖的特點是：本身是前I圖或P圖的前向預測（FP-Forward P

45、rediction）結果，也是產(chǎn)生下一個P圖的基準圖像；高編碼效率，與I圖相較，可提供更大的壓縮比；l前一個P圖是下一個P圖補償預測的基準，如果 前者存在誤碼，則后者會將編碼誤差積累起來、傳播下去。雙向預測編碼圖（雙向預測編碼圖（BPCP）- 兩種理解兩種理解 l其一，B圖是同時以前面的I圖或P圖和后面的P圖或I圖為基準進行運動補償預測所產(chǎn)生的圖像，稱為雙向預測編碼圖 （BPCP-Bidirectional Predictive Coded Picture）。前面的I圖或P圖代表“過去信息”，后面的P圖或I圖代表“未來信息”，由于同時使用了“過去”和“未來”兩種信息，所以稱為雙向預測。l其二，

46、利用幀序列相鄰幀畫面間的運動部分具有連續(xù)的時間相關性：p前向預測（前向預測（FP）- 將當前畫面看成是前一畫面某一時刻圖像的位移，當然位移方向及幅值在幀內(nèi)各處未必相同，只要用前面最近時刻的I圖或P圖及代表運動的位移信息，便可預測出當前圖像p后向預測（后向預測（BP-Backword Prediction）- 根據(jù)某時刻的圖像及反映位移信息的運動矢量，預測出某時刻以前的圖像，以便預測出前一幀中沒有顯露沒有顯露而現(xiàn)在出現(xiàn)的信息pB圖是將前向預測（FP）與后向預測（BP）同時使用并取其平均值后所產(chǎn)生的圖像，稱為雙向預測圖或平均值預測圖。MPEG-2 【碼率壓縮碼率壓縮】原理原理l 碼率壓縮要從視覺對

47、象、視覺生理、視覺心理3個方面入手，研究符合于人類視覺規(guī)律的視覺模型。l 由于視覺心理是1個很復雜的問題，難以得到其規(guī)律。因此，碼率壓縮只能在利用圖像信號的統(tǒng)計特性和人類眼睛的視覺特性的基礎上來進行。MPEG-2 【碼率壓縮碼率壓縮】編碼方式編碼方式 l為了提高壓縮比及圖像質(zhì)量，MPEG-2視頻編碼采用【運動補償預測運動補償預測】（時間預測+內(nèi)插）消除時間冗余和不隨時間變化的圖像細節(jié)；l采用二維DCT（圖像像素+量化傳輸系數(shù)）分解相鄰像素，消除觀眾不可見、不重要的圖像細節(jié)；l采用熵值編碼（已量化參數(shù)+編碼參數(shù)的熵），使bit數(shù)減少到理論上的最小值；lDCT - discrete cosine

48、transformMPEG-4：運動視頻對象編碼原理運動視頻對象編碼原理MPEG-4支持高效壓縮，仍然采用了支持高效壓縮，仍然采用了MPEG1、MPEG2中的變換、中的變換、預測混合編碼框架預測混合編碼框架MPEG-2【型型/級級】概念概念 (1)l 為適應不同場合的需要，MPEG-2引進型（Profile）和級(Level)的概念，為【定義句法子集定義句法子集】提供了方法。l 在單個句法的基礎上，按壓縮編碼算法的復雜度及不同應用，定義了6個句法子集，每個句法子集就是1種型。l MPEG-2的型有:p簡單型簡單型(SP Simple Profile)p主型主型(MP Main Profile)

49、pMPEG-2 4:2:2 型型(后增加的后增加的)p信噪比可分級型信噪比可分級型(SNRP)p空間可分級型空間可分級型(SSP)p高型高型(HP)MPEG-2【型型/級級】概念概念 (2)l 在同1種型里，需要處理的圖像參數(shù)，如圖像尺寸、幀率、碼率，也有不同。MPEG-2還定義了4個級,以示對同1個型內(nèi)不同參數(shù)的區(qū)別:p低級低級(LL)、p主級主級(ML)、p高高1440級級(H14L)、p高級高級(HL)l 型型 - 定義了數(shù)據(jù)流可分級性和彩色空間分解力；定義了數(shù)據(jù)流可分級性和彩色空間分解力；l 級 - 定義了圖像分辨力和每個型的最大碼率。l 即每個型定義了1組新的算法，如：型的性質(zhì)，彩色

50、格式、有否雙向幀等，不同的組合有不同的算法。l 在同一型內(nèi)的每個級定義了參加運算的參數(shù)的取值范圍，如：每幀圖像行數(shù)、每行像素數(shù)、幀率、碼率。Video Compression: Deficiencies of existing standardslDesigned for specific usagep H.263 cannot be stored (no random access)p MPEG-1 & MPEG-2: not optimized for IP transportlNo universal file format for both local storage and netw

51、ork streaminglOutput cannot be reused efficiently after composition - encoded once, no versatilityThe solution: MPEG-4 standardThe solution: MPEG-4l Internet in the futurepNot only text and graphics, but also audio and videol Fast and versatile (多功能 ) interactivitypZoom in, zoom out (remote monitori

52、ng)pFast forward and fast backward (video on demand)pChange viewing point (online shopping, sports)pTrigger a series of events (distance learning)pOn the fly compositionpVirtual environmentsl Support both low bandwidth connections (wireless/mobile) and high bit rates (fixed/wireline)MPEG-4l1999-2000

53、: MPEG-4 Standardp Flexible Multimedia Communicationsp 5kbps - 50Mbpsp Video object Compressionp Audio object compressionp Synthetic(合成) Audio/Speech and Videop Systems: multiplexing and flexible compositionWhat is MPEG-4l Scene: 場景場景p Audio Objectsp Visual Objectsl“A coded, streamable representatio

54、n of audio-visual objects and their associated time-variant data along with a description of how they are combined.”MPEG4: 場景場景(Scene) 如何構成如何構成MPEG-4: Scene Composition 【場景組合場景組合】MPEG-4：Composition of Scenes 【場景組合場景組合】Audio-Visual Objects (AVOs)l AV (Audio/Visual Objects ) - MPEG4技術的標準是對運動圖像中的內(nèi)容進行編碼

55、，其具體的編碼對象就是圖像中的音頻和視頻，術語稱為“AV對象”l 而連續(xù)的AV對象組合在一起又可以形成AV場景。l MPEG4標準就是圍繞著AV對象的編碼、存儲、傳輸和組合而制定的，高效率地編碼、組織、存儲、傳輸AV對象是MPEG4標準的基本內(nèi)容。 MPEG：數(shù)字：數(shù)字【AVO對象對象】描述描述SDIntegration of Natural and Synthetic ContentMPEG-4: SD - Scene Descriptionl A compositor composes objects in a scene (A&V, 2&3D) creating a composite

56、scenel A scene description defines how AVOs appear on End User screen (composition view)l With the scene description an End User canpchange the position of individual video objectpZoom in/out interesting objectpChoose different audio track (language, music)pTurn on/off individual objectl Binary Form

57、at for Scene Description : BIFSMPEG-4: Object Streams 【目標碼流目標碼流】MPEG-4：Decoder Model 【解碼模式解碼模式】MPEG-4 StandardlPart 1: SystemlPart 2: VisuallPart 3: AudiolPart 4: Conformance TestinglPart 5: Reference SoftwarelPart 6: Delivery Multimedia Integration Framework (DMIF)MPEG4 - systems part:Addresses the

58、 description of the relationship between the audio-visual (AVs)components that constitute a scene. The relationship is described at two main levels:p Binary Format for Scenes (BIFS)p Object Descriptors (ODs)Binary Format for Scenes (BIFS)l BIFS describes the spatio-temporal (時空的) arrangements of the

59、 objects in the scene. l Viewers may have the possibility of interacting with the objects, e.g. by rearranging them on the scene or by changing their own point of view in a 3D virtual environment. l The scene description provides a rich set of nodes for 2-D and 3-D composition operators and graphics

60、 primitives.Object Descriptor (OD)l At a lower level, ODs define the relationship between the Elementary Streams pertinent to each object (e.g the audio and the video stream of a participant to a videoconference) l Entity - Groups a set of Elementary streams (ESs) associated with a particular object