数字电视标准及系统简介

1、1数字电视数字电视标准及系统标准及系统简介简介Cheertek Inc march, 20042现行的三种数字电视标准 欧洲欧洲DVBDVB标准标准( (Digital Video Broadcasting)Digital Video Broadcasting)数字视频广播数字视频广播 美国ATSC标准(Advanced Television Systems Committee) 先进电视系统委员会 日本ISDB标准（Integrated Services Digital Broadcasting ) 综合业务数字广播3现行的三种数字电视标准比较4项目的主要目标 项目的主要目标是找到一种对所有

2、传输媒体都适用的数字电视技术和系统。对它的要求是：、能灵活传送视频、音频和其他数据信号。、使用统一的传送比特流复用。、使用统一的服务信息系统提供广播节目的细节等信息。、使用统一的一级里德所罗门前向纠错系统。、使用统一的加扰系统，但可有不同的加密方式。、选择适用于不同传输媒体的调制方式和信道编码方法以及任何必须的附加纠错方法。、鼓励欧洲以外的地区使用标准，推动建立世界范围的数字视频广播标准。、支持数字系统中的图文电视系统。5DVB主要标准简介1DVB广播传输系统 DVBS(ETS 300 421):数字卫星广播系统标准 DVBC(ETS 300 429):数字有线广播系统标准 DVBT(ETS

3、300 744):数字地面广播系统标准 DVB-SMATV(ETS 300 473):数字SMATV（卫星共用天线电视）广播系统标准 DVB-MS/C(ETS 300 748/9):高/低于10GHz的数字广播MMDS分配系统标准 MMDS是采用调幅微波向多点传送，分配多频道电视节目的系统。用DVB-S/C接收机配上一个MMDS频率变换器就可接收DVB-MS/C信号。 ETSI(European Telecommunication standard Institute )欧洲电信标准协会6DVB主要标准简介2DVB 基带附加信息系统 DVB-SI(ETS 300 468):数字广播业务信息系统

4、标准 该标准用于IRD自行设置，并为用户提供广播业务指南。DVBSI由一系列的表和描述符构成，它们给出了有关DVB业务或节目的所有参数。 DVB-TXT(ETS 300 472):数字图文广播系统标准 该标准用于固定格式图文电视的传送。 DVB-SUB(ETS 300 743):数字广播字幕系统标准 该标准用于字幕及图标(台标等)的传送。7DVB主要标准简介3 DVB交互业务系统 DVB-NIP(ETS 300 802):DVB交互业务网络独立协议标准 DVB-RCC(ETS 300 800):CATV系统DVB反传信道标准 DVB-RCT(ETS 300 801):PSTN/ISDN的DVB

5、反传信道标准 8DVB主要标准简介4DVB 条件接收及接口标准 DVB-CI(EN 50221):条件接收及其它应用的通用接口标准 条件接收可确定哪些数字接收机能够接收特定的广播电视节目。 DVB-PDH(ETS 300 813): PDH（准同步数字系列）网络DVB接口标准 DVB-SDH(ETS 300 814): SDH（同步数字系列）网络DVB接口标准 DVB-ATM(ETS 300 815): ATM网络DVB接口标准 DVB-PI(EN 500839): CATV/SMATV前端及类似的专业设备接口标准 DVB-IPDI(EN 50201): DVB-IRD接口标准 IRD :In

6、tegrated Receiver Decoder,Integrated Receiver Decoder,综合解码接收机综合解码接收机9数字电视系统Head-EndHost/STBMUXDeMUXMPEG-IIA/V EncodeMPEG-IIA/V DecodeInteractiveMiddlewareConditionalAccessVideoAudioEPGIPPV/NVODE-CommerceGameInteractiveMiddlewareConditionalAccessVideoAudioEPG IPPV/NVOD E-CommerceGameSecurityPaymentSe

7、curityPaymentSatelliteCableTerrestrial数字电视系统由三个部分组成：数字电视前端系统、传输网络和用户终端系统。 10数字电视系统框图111数字电视系统框图212数字电视系统框图313数字电视系统信源编码信源编码(Source Coding): 信源编码采用 MPEG-2码流。首先对音频和视频进行节目复用，然后再将多个数字电视节目流进行传输复用。视频或音频编码器输出的基本码流ES(Elementary streams),被 打包(数据分组)成打包基本码流PES(PacketElementarystreams)，然后在PS复用器中被组合成节目码流PS(Progr

8、am Stream) 或在TS复用器中被组成传输码流TS(Transport Stream) ，前者用于相对无误差的环境，后者用于有噪声媒质。多路复用:为了提高信道利用率，使多个信号沿同一信道传输而互相不干扰称多路复用。目前采用较多的是频分多路复用和时分多路复用。频分多路复用用于模拟通信，例如载波通信。时分多路复用用于数字通信，例如PCM通信。14数字电视系统信源处理 信源处理单元 将本地节目编码压缩成DVBMPEG2数字信号； 适配接收来自其它网络、卫星和地面的DVB-MPEG2信号，送至复用器复用或送至节目库存储、编辑； 将IP数据和其它用于数据广播和交互服务的服务数据转换成DVB方式，与

9、其它信号一起传送到用户端； NVOD和VOD系统可直接连接至复用器，将用户点播的节目或信息送到用户端； 对存储的数字节目可进行编辑、管理。15传输码流(TS)的数据结构 每个传输流的前4个字节为字头(Header)，字头后面就是需要传送的有用信息，包括音频，视频或数据信息，通常是 184个字节长度，有时在有用信息(Useful Data)中插入一段适配区域(Adaptation Field)，用于补充长度不完整的传输流，放置解码时钟(PCR)。传输流的字头是识别传输流的关键，其结构见下图3.4，由 32个比特组成。 传输流(TS)中包括多个节目源的不同信号，为了区分这些信号，在系统复用器上需要

10、加入服务信息(SI)，使接收端可以识别不同的节目。为了便于理解 DVB传输系统的服务信息，我们对传输码流的结构进行粗略的介绍，传输码流的长度定义为 188个字节长。16传输码流(TS)包头的数据结构17包标识符(PID)对应的服务信息(SI)在字头32比特中，13位的 PID码特别重要，它是辨别码流信息性质的关键，是节目信息的身份证，不同的电视节目和服务信息(SI)对应有不同的 PID码。对于一台解码接收机而言，为了找到它所要接收的电视节目，它首先通过 PID码找到服务信息(SI)所对应的不同表格(Table),DVB标准定义了如下服务信息表格：PAT: Program Allocation

11、Table 节目分配表CAT: Conditional Access Table 有条件接收表PMT: Program Map Table 节目分布表NIT: Network Information Table 网络信息表SDT: Service Description Table 服务描述表EIT: Event Information Table 事件信息表TDT：Timeand Date Table 时间日期表通过这些服务信息表格，可以查到所要接收节目的PID码和对应的时钟PCR，节目就可以还原。18数字电视系统信道编码信道编码(channel Coding): 信道编码包括：前向纠错编码

12、/解码、调制/解调和上/下变额三部分。 前向纠错处理包括：用伪随机序列使数据随机化，使用里德索罗门编码RS(外码) 、进行数据交织、以及卷积交织(内码)编码技术以提高对误码的抵抗能力。19数字电视系统信道处理信道处理单元信息处理单元由节目调度系统、用户管理系统、多路复用器、条件接收系统等组成。节目调度系统是一套完整的系统管理和应用系统平台；多路复用器是系统的核心，相当于交通枢纽中心和货物处理中心，在节目调度系统的控制下，负责将来自各个地方的内容重新进行分配、复用，发送到不同的频道，完成内容分配调度；条件接收系统（CA）根据服务方式和用户需求，通过网络管理系统的控制，将加密信号通过加扰器和复用器

13、注入到不同的节目内容中，使节目内容在不同的时间段和针对不同的用户层进行加密；采用或改变条件接收，提供特殊服务；适应当地频率规划的网络信息表；EPG产生和插入。20数字电视系统传输处理 传输处理单元 根据不同的传输媒体采用不同的编码与调制方式。 卫星传输采用 QPSKQPSK 调制 Quadrature Phase Shift Keying(积分相移键控) 有线传输采用 QAMQAM 调制 Quadrature Amplitude Modulation(积分幅度) 开路传输采用 COFDMCOFDM 调制 Coded Orthogonal Frequency Division Modulatio

14、n(编码正交频分多路复用) 传输网络 数字电视网络的传输手段包括卫星、CABLE网、地面发射、MMDS和XDSL等，回传通道可选用HFC回传通道、PSTN和ISDN网络。21数字卫星电视发射端框图22数字卫星电视接收机电路框图23用户终端系统 用户终端系统就是通常所说的机顶盒（STB），一个完整的数字机顶盒是由硬件平台和软件系统组成的，分为四层，从底向上依次为 硬件、 底层软件、 中间件、 应用软件， CA部分，如图所示。24硬件和底层软件 硬件:硬件层提供机顶盒硬件平台，主要由数字电视广播接收前端、MPEG解码、视音频和图形处理、CPU、存储器和各种接口电路组成。 数字电视广播接收前端包括调

15、谐器和解调器，该部分可从射频信号中解调出MPEG传输流；MPEG解码部分包括解复用、解扰引擎和MPEG解压缩，其输出为MPEG视音频基本流和数据净荷；视音频和图形处理部分完成视音频模拟编码和图形处理功能；CPU与存储器模块用于存储和运行软件系统，并对各模块进行控制；接口电路提供丰富的外部接口，包括通用串行接口USB、高速串行接口1394、以太网接口、RS232和视音频接口等。 底层软件: 底层软件提供操作系统内核和各种硬件驱动程序，机顶盒操作系统不是非常庞大，但却要求可以在实时环境中工作，并可在较小的内存空间中运行，这种操作系统称为实时操作系统。目前流行的实时操作系统有Wind River S

16、ystem公司的VxWorks、Integrated Systems Incorporated公司的pSOS、Windows CE以及专为机顶盒开发的PowerTV等。这些操作系统各有所长，在机顶盒领域都有应用。其中，VxWorks、pSOS等都是通用实时操作系统，在其它嵌入式系统中也有广泛应用。25中间件、应用软件、CA部分 中间件: 中间件将应用软件和依赖于硬件的底层软件分开，使应用不依赖于具体的硬件平台，通常由各种虚拟机构成。 目前应用于机顶盒的商用中间件产品有Opentv的EN2、Liberate的TV Navigator for DTV、Microsoft的MSTV、Canel+ 的

17、Mediahighway等，彼此不兼容。 应用软件: 包括本机存储的应用和可下载的应用。 CA部分: 机顶盒为了再生出解扰随机序列，必须获取相关的条件接收控制信息。 首先，机顶盒根据PMT和CAT表中的CA-descriptor，获得EMM和ECM的PID值，然后从TS流中过滤出ECMs和EMMs，并通过SmartCard接口送给SmartCard。SmartCard读取用户个人分配密钥（PDK），通过PDK对EMM解密，取出SK，然后利用SK对ECM进行解密，取出CW，并将CW通过SmartCard接口送给解扰引擎，解扰引擎利用CW对加扰传输的流进行解扰。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 TSRF

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

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

22、hic 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 ControllersAudioDACDecryptCPCANTSC/PAL

23、EncoderVideo 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 Search Middlew

24、are 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 NDS Philips N

25、agraVision 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)