傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)

2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)1數(shù)字電視技術(shù)實訓(xùn)教程

第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)2本章要點(diǎn)●了解數(shù)字電視碼流之間的層次關(guān)系?！袷煜す?jié)目碼流與傳輸碼流的組成，掌握傳輸碼流包頭與包識別(PID)的作用?！袷煜す?jié)目專用信息(PSI)與業(yè)務(wù)信息(SI)表的組成，掌握PSI的作用?！窳私怆娮庸?jié)目指南的基本功能及其生成與提取過程?！窳私釳PEG-2和DVB中有關(guān)CAS的規(guī)定，熟悉條件接入系統(tǒng)的組成?！裾莆諅鬏敶a流中的ECM和EMM，熟悉同密、多密與機(jī)卡分離技術(shù)。

●了解DVB數(shù)據(jù)廣播中的4種數(shù)據(jù)類型，熟悉DVBC多媒體數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)的組成。

●熟悉復(fù)用器的組成及其關(guān)鍵技術(shù)，掌握復(fù)用器的使用。

●掌握碼流分析儀監(jiān)測的3種級別錯誤。

2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)43.1MPEG-2中的碼流

在數(shù)字電視中，所有的信息和信號(包括視頻、音頻、文字、圖片等)，經(jīng)過編碼后都變成了數(shù)據(jù)。

碼流（DataRate），是指音、視頻文件在單位時間內(nèi)使用的數(shù)據(jù)流量，它是音、視頻編碼中畫面質(zhì)量控制中最重要的部分。如在同樣分辨率下，視頻文件的碼流越大，壓縮比就越小，畫面質(zhì)量就越高。一般情況下DVD格式的歌曲的碼流為6~8Mbit/s，VCD歌曲的碼流約為1.5Mbit/s。

MPEG-2碼流是指用MPEG-2編碼器產(chǎn)生的音、視頻碼流，在MPEG-2碼流中設(shè)置了固定標(biāo)志比特位、同步類型、數(shù)據(jù)包起始碼等，這樣解碼器就可能正確地解釋MPEG-2碼流。

數(shù)字電視碼流主要有基本碼流(ES)、打包基本碼流(PES)、節(jié)目碼流(PS)與傳輸碼流(TS)，這幾種碼流既不相同，又相互關(guān)聯(lián)。2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)62023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)73.1.1基本碼流與打包基本碼流

基本碼流(ES)也稱原始數(shù)據(jù)流，它是包含視頻、音頻或數(shù)據(jù)的連續(xù)碼流。

打包的基本碼流（PES)是指按照一定要求和格式打包（數(shù)據(jù)分組）的基本碼流。3.1.2節(jié)目碼流

節(jié)目碼流（PS)是用來傳輸和保存一個節(jié)目的編碼數(shù)據(jù)或其他數(shù)據(jù)，它是將一個或幾個具有公共時間基準(zhǔn)的PES組合成單一的碼流。PS碼流比較適用于相對誤碼率小的傳輸環(huán)境中，如交互式多媒體環(huán)境和媒體存儲管理系統(tǒng)。2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)83.1.3傳輸碼流

傳輸碼流（TS)是將一個或幾個PES組合成單一的碼流，但這些PES可以有一個公共的時間基準(zhǔn)，也可以是幾個獨(dú)立的時間基準(zhǔn)。

如果幾個基本碼流有公共的時間基準(zhǔn)，那么這幾個基本碼流先組合成一組，這叫節(jié)目復(fù)用。

每個傳輸碼流數(shù)據(jù)包均有一個包頭，包頭長度為前4個字節(jié)

，包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字節(jié)的長度。包頭是傳輸碼流的關(guān)鍵，長度為32bit，其中主要有同步字節(jié)8bit，包識別（PID)13bit。

PID碼十分重要，它是辨別碼流信息性質(zhì)的關(guān)鍵，是節(jié)目信息的“身份證”，不同的電視節(jié)目和服務(wù)信息（SI)對應(yīng)有不同的PID碼。對于一臺解碼接收機(jī)而言，為了找到它所要接收的電視節(jié)目，它首先要通過PID碼找到服務(wù)信息（SI)所對應(yīng)的不同表格。

2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)9圖3-2節(jié)目碼流的組成示意圖2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)10圖3-3傳輸碼流的組成示意圖2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)112023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)123.2MPEG-2中的節(jié)目信息3.2.1節(jié)目專用信息(PSI)

PSI的作用是自動設(shè)置和引導(dǎo)接收機(jī)進(jìn)行解碼。PSI在復(fù)用時通過復(fù)用器插入到TS流中，并用特定的PID（包標(biāo)識符）進(jìn)行識別。在傳輸流中，PSI被分成4個表結(jié)構(gòu)，見下表

PSI結(jié)構(gòu)示意圖及PSI和TS流之間的基本關(guān)系如圖3-5所示2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)143.2.2業(yè)務(wù)信息(SI)

業(yè)務(wù)信息SI是面向用戶應(yīng)用的基于PSI的擴(kuò)展，以PSI為基礎(chǔ)。SI為用戶提供了有關(guān)業(yè)務(wù)和事件的識別信息。這些數(shù)據(jù)由以下9個表構(gòu)成：(1)業(yè)務(wù)群關(guān)聯(lián)表(BAT)。(2)業(yè)務(wù)描述表(SDT)。(3)事件信息表(EIT)。(4)運(yùn)行狀態(tài)表(RST)。(5)時間和日期表(TDT)。(6)時間偏移表(TOT)。(7)填充表(ST)。(8)選擇信息表(SIT)。(9)間斷信息表(DIT)。3.2.3電子節(jié)目指南(EPG)

EPG是運(yùn)行在用戶機(jī)頂盒上的一種應(yīng)用程序，使用戶能夠方便快捷地找到自己關(guān)心的節(jié)目，查看節(jié)目的附加信息。它為用戶收看電視節(jié)目和享受信息服務(wù)提供了一個良好的導(dǎo)航機(jī)制。

1.EPG的基本功能

1）節(jié)目單2）當(dāng)前播出節(jié)目瀏覽3）節(jié)目附加信息

4）節(jié)目分類5）節(jié)目預(yù)定6）支持準(zhǔn)視頻點(diǎn)播（NVOD)

7）家長分級控制

2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)152023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)162.EPG信息組成

EPG由基本EPG信息和擴(kuò)展EPG信息兩部分組成。

基本EPG是指用SI業(yè)務(wù)信息表進(jìn)行描述的EPG信息。

擴(kuò)展EPG信息是對基本EPG信息的補(bǔ)充，它描述網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)群、業(yè)務(wù)、事件、EPG提供商以及廣告等方面的信息。

3.SI信息生成EPG的方案SI信息主要提供整個數(shù)字電視機(jī)頂蓋的設(shè)置信息，而不像PSI那樣提供MPEG-2的解碼信息。在應(yīng)用中，生成電子節(jié)目指南（EPG）所需要的節(jié)目信息，有些從PSI得到，如解碼器需要的基本音視頻流的參數(shù)，有些從SI得到，如節(jié)目描述的附加信息內(nèi)容介紹、節(jié)目導(dǎo)航等高級信息等。利用SI信息生產(chǎn)EPG的方案如圖3-9所示

4.EPG信息在機(jī)頂盒提取過程（如圖3-11所示）

2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)19

3.3碼流的應(yīng)用

碼流是整個數(shù)字電視技術(shù)的基礎(chǔ)。數(shù)字電視信號的許多處理都是圍繞數(shù)字電視的碼流展開的。碼流的應(yīng)用包括：數(shù)字電視的條件接入、數(shù)據(jù)廣播、碼流的復(fù)用等。

條件接入的方法是對數(shù)字電視碼流進(jìn)行加擾，并在碼流中插入解擾所需要的控制信息；

數(shù)據(jù)廣播是將數(shù)據(jù)打包成符合要求的碼流；

碼流復(fù)用是對多個或單個節(jié)目碼流進(jìn)行合并操作或參數(shù)調(diào)整。

3.3.1條件接入

條件接入(CA)的含義是，對某部分特權(quán)信息的訪問需要滿足一定的條件，也就是信息加解密技術(shù)。

2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)20

具體說CA就是電視節(jié)目供應(yīng)商對所播出的節(jié)目用隨機(jī)發(fā)生的控制字（CW），即密鑰進(jìn)行加擾；再把控制字加密保護(hù)好，通過一定的方式傳輸?shù)接脩舳耍挥脩舳烁鶕?jù)相應(yīng)的授權(quán)，能夠有條件地解開控制字，從而解開被加擾的節(jié)目內(nèi)容。CA是實現(xiàn)付費(fèi)電視的技術(shù)保障。

2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)211.條件接入系統(tǒng)的有關(guān)概念

(1)條件接收系統(tǒng)。

(2)條件接收子系統(tǒng)。

(3)控制字（CW）。

(4)加密。

(5)加擾。

(6)解擾。

(7)授權(quán)控制信息（ECM）：是一種特殊形式的電子密匙信號和信道尋址信息它在發(fā)送端被加密后與信號一道傳送，在接收端被用來控制解擾器。

(8)授權(quán)管理信息（EMM）：是一種授權(quán)用戶對某種業(yè)務(wù)進(jìn)行解擾的信息。它與ECM一樣，在發(fā)送端被加密后與信號一道傳送，在接收端被用來打開/關(guān)閉單個解碼器或一組解碼器。

(9)用戶授權(quán)系統(tǒng)。

(10)用戶管理系統(tǒng)。2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)222023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)232.條件接入系統(tǒng)（CAS）的組成

CAS必須解決兩個問題，即如何阻止用戶接收那些未經(jīng)授權(quán)的節(jié)目和如何從用戶處收費(fèi)。在廣播電視系統(tǒng)中，在發(fā)送端對節(jié)目進(jìn)行加擾，在接收端對用戶進(jìn)行尋址控制和授權(quán)解擾是解決這兩個問題的基本途徑。條件接入系統(tǒng)由加擾器、解擾器、加密器、控制字產(chǎn)生器、用戶授權(quán)系統(tǒng)、用戶管理系統(tǒng)和條件接收子系統(tǒng)等部分組成。如圖3-12所示。

2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)243.3.2數(shù)據(jù)廣播DVB

DVB是把數(shù)字化的音頻、視頻、圖形、圖像、動畫、軟件包及計算機(jī)文件等各種數(shù)據(jù)信息通過數(shù)字電視廣播信息以“推送”的方式傳輸?shù)接脩舻臄?shù)字電視機(jī)頂盒、數(shù)字電視接收機(jī)、個人計算機(jī)及移動設(shè)備等智能設(shè)備的一類新型業(yè)務(wù)。

各地數(shù)字電視前端均設(shè)置了數(shù)據(jù)廣播頻道，打開數(shù)字電視機(jī)頂盒的主菜單，可看見有數(shù)據(jù)廣播子菜單，如圖3-13a所示。利用數(shù)據(jù)廣播可以把各種數(shù)據(jù)信息通過數(shù)字電視廣播信道以“推送”方式傳輸?shù)接脩舻臄?shù)字電視機(jī)頂盒，如利用電子郵件形式，通知用戶交納收視費(fèi)，如圖3-13b所示。

2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)252023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)26

DVB數(shù)據(jù)廣播規(guī)范由EN301192定義，針對不同的應(yīng)用場合，DVB規(guī)定了６種類型。

1.數(shù)據(jù)管道

2.數(shù)據(jù)流

3.多協(xié)議封裝

4.數(shù)據(jù)輪放

5.對象輪放

6.用戶定義服務(wù)2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)272023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)283.4碼流的復(fù)用3.4.1復(fù)用器功能概述

系統(tǒng)復(fù)用和節(jié)目復(fù)用：數(shù)字電視是在一個模擬電視信道中可傳送多路數(shù)字電視節(jié)目，在調(diào)制前先要將多路節(jié)目（可能具有不同的時基）的TS流進(jìn)行再復(fù)用，實現(xiàn)節(jié)目間的動態(tài)帶寬分配，提高各種增值業(yè)務(wù)，以適合系統(tǒng)傳輸?shù)男枰?，這種多路節(jié)目的復(fù)用稱為系統(tǒng)復(fù)用或傳輸流復(fù)用器。在編碼器中也有視、音頻及數(shù)據(jù)的復(fù)用單元，這種復(fù)用一般稱作單節(jié)目復(fù)用。數(shù)字信號的復(fù)用是采用時分復(fù)用方式：即把傳輸通道分成若干個時間段（時隙），每段時隙依次排列，分配給一套節(jié)目或一個特定的碼流在分配的這段時隙內(nèi)，節(jié)目信號占用整個頻帶，各節(jié)目周期性地輪流占用，在接收端利用時基信號區(qū)分不同節(jié)目。

復(fù)用技術(shù)分為兩種：一般復(fù)用和統(tǒng)計復(fù)用。

復(fù)用器的主要目的:是將多個單節(jié)目碼流（SPTS）或多節(jié)目碼流（MPTS)轉(zhuǎn)換成一個MPTS，復(fù)用后的MPTS就可以在光纖網(wǎng)上傳輸或者直接通過QAM調(diào)制器調(diào)制輸出，能有效提高線路的利用率。數(shù)字電視系統(tǒng)里的許多數(shù)據(jù)(如與節(jié)目有關(guān)的EPG、PSI、SI信息，ECM、EMM管理信息及加擾信息）都是從復(fù)用器加入的。

復(fù)用器從功能上主要包含PID過濾、PID隱射、PCD校正、PSI/SI提取、插入和修改等，復(fù)用流程如圖3-16所示。

3.4.2復(fù)用器組成框圖

系統(tǒng)復(fù)用器主要包括信息處理模塊(DSP)、ASI輸入單元、復(fù)用輸出單元、遠(yuǎn)程控制模塊4個部分。

2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)292023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)302023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)313.4.3PSI的重構(gòu)PSI的主要作用是自動設(shè)置和引導(dǎo)接收機(jī)進(jìn)行解碼，因為它提供接收解碼所需的各種參數(shù)和同步信息，提供節(jié)目與包識別PID的關(guān)系，在TS流中，PSI的傳輸是不能中斷的，并且是不能被加擾的。

3.4.4節(jié)目時鐘基準(zhǔn)的校正

節(jié)目時鐘基準(zhǔn)PCR是TS流的一種包頭信息。PCR值以系統(tǒng)參考時鐘周期為單位記錄了源端的時間信息，對于整個數(shù)字電視系統(tǒng)的同步起著關(guān)鍵作用。

在系統(tǒng)復(fù)用器中，由于輸入傳輸流的各個包經(jīng)過再復(fù)用器的處理后延時各不相同，有必要對各個節(jié)目PCR字段的內(nèi)容分別進(jìn)行修正，以消除抖動，這種操作稱為PCR校正。

3.4.5PID映射

修改PID、根據(jù)PID使包選擇性通過等操作統(tǒng)稱為PID映射。

3.5碼流分析儀

碼流分析儀是檢測壓縮后的數(shù)字電視信號質(zhì)量優(yōu)劣的重要儀器，可以對數(shù)字電視平臺的各個環(huán)節(jié)的輸出碼流進(jìn)行檢測和特性分析。

3.5.1碼流分析儀的作用

1、在數(shù)字電視系統(tǒng)安裝與調(diào)試時，能對系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行分析、驗證及故障定位。

2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)322、在數(shù)字電視設(shè)備開發(fā)和研制過程中，如在編碼器、；復(fù)用器、調(diào)制器等的開發(fā)和調(diào)試過程中，可分析碼流的特性是否符合設(shè)計要求。

3、在有線數(shù)字電視系統(tǒng)的主要測試點(diǎn)進(jìn)行測試、監(jiān)視與分析，以便進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)視和故障定位。如在有線數(shù)字電視系統(tǒng)中可以選擇編碼器輸出、復(fù)用器輸出、解調(diào)器輸出、解復(fù)用器輸出4個點(diǎn)作為測試點(diǎn)。如圖3-20所示。

2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)33

3.5.2碼流分析儀的功能

1、能對碼流進(jìn)行詳細(xì)的實時解碼分析、監(jiān)測和靜態(tài)離線解碼分析。如安裝在有線數(shù)字電視播控機(jī)房的碼流分析儀實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)。

2、能對QPSK和QAM信號進(jìn)行解調(diào)。

3、能對電子節(jié)目指南EPG與節(jié)目時鐘基準(zhǔn)PCR進(jìn)行詳盡分析，包括PCR間隔和PCR抖動。

4、能按TR101-290協(xié)議規(guī)定對傳送碼流進(jìn)行三級驗錯，對錯誤原因進(jìn)行詳盡的分析，快速判斷故障問題并準(zhǔn)確定位。

5、能對數(shù)據(jù)廣播中使用的DSM-CC格式的多協(xié)議封裝、數(shù)據(jù)輪放、對象輪放進(jìn)行分析。

2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)356、對分析結(jié)果能提供打印功能，并可將打印結(jié)果轉(zhuǎn)存成TXT文件。

3.5.3節(jié)目時鐘基準(zhǔn)測試分析

3.5.4碼流分析儀監(jiān)測的3種級別錯誤

2023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)362023/1/31第3章傳輸碼流及其復(fù)用技術(shù)373.6實訓(xùn)3認(rèn)識和了解數(shù)字電視復(fù)用器1.實訓(xùn)目的2.實訓(xùn)器材3.實訓(xùn)原理4.實訓(xùn)步驟5.實訓(xùn)報告3.7實訓(xùn)4熟悉數(shù)字碼流分析儀