广播电视技术基础第6章

1、第六章 数字电视基础6.1概述6.1.1数字电视的概念及组成1、数字电视 数字电视（DVB是数字视频广播Digital Video Broadcasting）是指从制作到发射、传输、接收的所有环节都是使用数字电视信号或对该系统所有的信号传播都是通过由0、1数字串所构成的数字流来传播的电视类型。2、数字化彩电的几种扫描方式一幅图像如果分两次扫描，即分两场，第一场扫1、3、5（单数行），称为奇数场，第二场扫2、4、6（双数行），称为偶数场。奇数场和偶数场组合起来，就构成一幅完整的图像，这种扫描方式，通常叫隔行扫描。 （1）变频逐行扫描 为了提高电视图像的清晰度，目前生产的彩色电视机，均采用数字化处

2、理技术，进行变频逐行扫描，它通过机内芯片将隔行扫描转化成逐行扫描，同时完成将场频50Hz转换成60Hz，这样可改善图像大面积闪烁，扫描行间闪烁及行结构线，使画面稳定无闪烁。最新一些高端彩色，采用75Hz逐行扫描技术，将场扫描过度提升到最符合人眼视觉标准的每秒75幅图像，从而使画面更加稳定舒适、异常清晰。6.1.1数字电视的概念及组成（2）变频扫描 一些变频彩电只将场频从50Hz变到60Hz、75Hz或100Hz三种，而没有进行逐行转换，这类彩电只克服了图像大面积闪烁，而不能克服扫描行间闪烁和行结构线过于明显的缺陷。 6.1.1数字电视的概念及组成3、数字电视在内容、传输和接收三个环节上所带来的

3、产业革命性变化。（1）节目内容多样、交互业务增多。（2）传输网络趋向融合发展。（3）终端产业大发展。6.1.1数字电视的概念及组成4、机顶合 广义上凡是与电视机连接的网络终端设备都可称为机顶合，其基本功是实现各种交互，如数字电视广播接收、准视频点播、互联网接入等。5、条件接收 条件接收（Conditional Access ,CA ）：是提供对数字电视业务进行授权和认证的一种技术手段，通俗讲是对视频、声频和数据等信息实施加密、解密、接收的控制技术。6.1.1数字电视的概念及组成6、数字电视技术结构 条件接收（conditional access system CAS） 复用技术 ：数字电视的复

4、用系统是HDTV的关键部分之一。从发送端信息的流向来看，它将视频、音频、辅助数据等编码器送来的数据比特流，经处理复合成单路串行的比特流，送给信道编码及调制。接受端与此过程正好相反。 模拟电视系统不存在复用器。在数字电视中，复用器把音频、视频、辅助数据的码流通过一个打包器打包(这是通俗的说法，其实是数据分组)，然后再复合成单路。目前网络通信的数据都是按一定格式打包传输的。HDTV数据的打包将使其具备了可扩展性、分级性、交互性的基础。 用户管理技术（subscriber management system SMS）节目管理技术（program management system PMS）7、数字电

5、视广播系统的类型 DVB数字广播传输系统利用了包括： 数字卫星电视（DVB-S） 数字有线电视（DVB-C） 数字地面电视（DVB-T），无线覆盖地面接收6.1.1数字电视的概念及组成6.1.1数字电视的概念及组成8、数字电视系统组成（1）数字电视的信源编码与压缩上 MPEG-2（2）数字电视复用系统：将将视频、声频等编码器送来的比特流，经过处理复合成单路串行比特流。（3）数字电视的信道编码：通过按一定规则重新排列信号码元或加入辅助的办法来防止码元在传输过程出错，并进行检错和纠错，以保证信号的可靠传输。（4）数字电视信号的调制（4）数字电视信号的调制6.1.1数字电视的概念及组成 A 正交移相

6、键控调制：用载波的（0、180度）两种相位传送二进制，或者利用4种相位对应4种二进制码元。效率高，对传送途径信噪比的要求比较低，适合卫星广播。 残留边带调制：是一种幅度调制法，它是在双边带调制的基础上，通过设计适当的输出滤波，传送一个边带或是加另一个边带的一小部分。适合地面广播。 B 正交幅度调度调制：是利用正交载波对两路信号分别进行双边带抑制载波调幅形成的。调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。 C 正交频分复用调制：是一种多载波调制方式，它将经过信道编码后的数据符号分加紧调制到频域上相互正交的大量子波上，然后调制后的信号叠加形正交复调制信号。抗多经路传播效果和同频干扰好

7、，多用于地面传输固定接收，也可以用于便携和移动接收。6.1.2、数字电视清晰度与码率1、电视图像的清晰度（1）电视图像的清晰度 电视图像的清晰度是指人们主观感觉到的图像的清晰程度，与电视系统传送图像细节的能力有关，通过水平与垂直清晰度来衡量，为统一其见用相对清晰度来表示，其衡量指标是电视线数。 绝对清晰度：电视屏幕像宽的宽度内所分辨的黑白相间的垂直条纹数。 相对清晰度：水平方向上相当于像高宽度内所能分辨的黑白相间的垂直条纹称数称为水平方向的相对清晰度，折算后的线条数称为电视线。6.1.2、数字电视清晰度与码率 电 视 线 电视线并非指图像实际宽度所能分辨的总线数，是水平方向上垂直条纹数，用电视

8、线表示的水平清晰度只具有相对意义。 标清电视（SDTV）垂直方向有效扫描行数为757行. 高清电视(HDTV)垂直清晰度的最大值为1080行。垂直清晰度是有效扫描的70%。 通常电视线是总线数，而摄影机及电影技术中的线是指对数。6.1.2、数字电视清晰度与码率（2）影响电视清晰度的因素 一是电视系统的传输带宽。在SDTV系统中，6MHz视频带宽对应的最大水平清晰度为480电视线（或642线，绝对清晰度），在HDTV系统中，30MHz的视频带宽对应的最大水平清晰度为870电视线（或1560线绝对清晰） 二是传输通道内设备的清晰度指标 （成像、采集设备、后期编辑、发射和接受终端等）6.1.2、数字

9、电视清晰度与码率2、数字电视信号的码率 1）码率及总码率 码率：是在单位时间内系统所能达到的最大数据。传输数字电视信号的设备的带宽必须大于该通道的码率。 总码率：是一个亮度信号与两个色差信号码率之和。不同的标准之下码率不同，高清电视的码率是标准的5.5倍。 6.1.2、数字电视清晰度与码率2）数字电视的有效码率（1）国际电信联盟的标准中： 标清数字电视：有效码率为165.888（Mb/s）480/60i （NTSC）和576/50i (PAL)两种信号的有效码率基本相同。 （2）在SMPTE274M数字电视标准中高清数字电视：1080/60i信号格式亮度信号的有效码率为955.328Mb/s，

10、是1080/50i的有效码率的1.2倍，是480/60i （NTSC）的6倍，是576/50i (PAL)的5倍。6.2 信源编码与压缩技术6.21信源编码的目的 目的： 压缩数字电视的数据量，从而降低信号传输的数码率，减少传输带宽。 原理：A 原始图像数据在空间和时间上的冗度很大，存在大量无需传送的多余信息。 每一帧数字电视图像可看成是由4种类型的局部图像结构组成的： 准均匀区; 低对比度细节区; 高对比度细节区; 边缘区。 其中前3种类型在水平方向的相邻像素之间、垂直方向的相邻之间的变化一般都很小，存在着很强的空间相关性，又称为帧内相关性。它们可用平稳的马尔可夫数学模型加以描述。另一种称为

11、时间相关性。大多数信号的相关性很强。6.2 信源编码与压缩技术 原 理： B通过对视觉的生理学、心理学特性的研究发现，允许经过压缩的复原图像在客观上存在一定的失真。 视觉对图像的空间分解力和时间分解力的要求具有交换性，也就是对一方向求高时，另一方就低些。根据这一特点人们可以采用运动检测自适应技术，对运动速度慢的图像降低其时间轴抽样率，对快速运动的图像降低其空间抽样率。 视觉对图像空间分解力或时间分解力的要求与对幅度分解力的要求也具有交换性。在量化过程中，尽量使每一种情况下所产生的幅度误差刚好处于可觉察门限之下，既实现较高的数据压缩率，又使主观评价最优。6.21信源编码的目的6.2.2 预测编码

12、 1、关于预测编码 预测编码：是利用图像信号的空间相关性或时间相关性，用已传输的像素对当前的像素进行预测，然后对预测值与真实值的差，即预测误差进行编码处理和传输。目前最常用的是线性预测方法，即差值脉冲编码调制。 2、预测编码分类： 利用帧内相关性（像素间、行间的相关）称为帧内预测编码。利用帧间相关性（邻近帧的时间相关性）的称为帧间预测编码。 其特点是算法简单，易于硬件实现。不足之处抵御误码能力差，通常利用隔一段时间传送一次原始像素的基准值，以终止可能的误码扩散，同时在预测编码后，要加入带纠错保护的信道编码。6.2.3变换编码 变换编码是将原始数据“变换”到另一个更为紧凑的表示空间，去除图像的空

13、间冗余度，可得到比预测编码更高的数据压缩。 常用的是离散余弦变换(DCT)，DCT常常被认为是图像信号的准最佳变换。DCT是一种空间变换，DCT变换的最大特点是对于一般的图像都能够将像块的能量集中于少数低频DCT系数上，这样就能只编码和传输少数系数而不严重影响图像质量。 DCT不能直接对图像产生压缩作用，但对图像的能量具有很好的集中效果，为压缩打下了基础。根据人眼视觉特性，去掉一些不影响图像基本内容的细节(高频分量)，从而达到压缩码率的目的。离散余弦变换与其他方式结合进行压缩编码， 已广泛应用于各种图像压缩编码标准中。 6.2.4熵编码数据压缩技术的理论基础就是信息论。信息论中的信源编码理论解

14、决的主要问题：（1）数据压缩的理论极限（2）数据压缩的基本途径。 根据信息论的原理，可以找到最佳数据压缩编码的方法，数据压缩的理论极限是信息熵。如果要求编码过程中不丢失信息量，即要求保存信息熵，这种信息保持编码叫熵编码，是根据消息出现概率的分布特性而进行的，是无损数据压缩编码。6.2.5 H.261与H.264方案 H.261是1990年ITU-T制定的一个视频编码标准，属于视频编解码器。其设计的目的是能够在带宽为64kbps的倍数的综合业务数字网(ISDN for Integrated Services Digital Network)上质量可接受的视频信号。 H.261使用帧间预测来消除空

15、域冗余，并使用了运动矢量来进行运动补偿。变换编码部分使用了一个8x8的离散余弦变换来消除空域的冗余，然后对变换后的系数进行阶梯量化，之后对量化后的变换系数进行Zig-zag扫描，并进行熵编码(使用Run-Level变长编码)来消除统计冗余。6.2.5 H.261与H.264方案 H.264是一种高性能的视频编解码技术。目前国际上制定视频编解码技术的组织有两个，一个是“国际电联（ITU-T）”，它制定的标准有H.261、H.263、H.263+等，另一个是“国际标准化组织（ISO）”它制定的标准有MPEG-1、 MPEG-2、MPEG-4等。 而H.264则是由两个组织联合组建的联合视频组（JV

16、T）共同制定的新数字视频编码标准，所以它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4高级视频编码（Advanced Video Coding，AVC），而且它将成为MPEG-4标准的第10部分。因此，不论是MPEG-4 AVC、MPEG-4 Part 10，还是ISO/IEC 14496-10，都是指H.264。 H.264最大的优势是具有很高的数据压缩比率，在同等图像质量的条件下，H.264的压缩比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.52倍。举个例子，原始文件的大小如果为88GB，采用MPEG-2压缩标准压缩后变成3.5GB，压缩比为251，而采用H.264压缩标准

17、压缩后变为879MB，从88GB到879MB，H.264的压缩比达到惊人的1021！低码率（Low Bit Rate）起了重要的作用，和MPEG-2和MPEG-4 ASP等压缩技术相比，H.264压缩技术将大大节省用户的下载时间和数据流量收费。尤其值得一提的是，H.264在具有高压缩比的同时还拥有高质量流畅的图像。6.2.5 H.261与H.264方案6.2.7 MPEG标准方案MPEG是活动图像专家组(Moving Picture Experts Group)的缩写，于1988年成立。目前MPEG已颁布了三个活动图像及声音编码的正式国际标准，分别称为MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4，

18、而MPEG-7和MPEG-21都在研究中。 1、MPEG-1标准方案 MPEG-1是为CD光碟介质定制的的视频和音频压缩格式。一张70分钟的CD光碟传输速率大约在1.4Mbps。而MPEG-1采用了块方式的运动补偿、离散馀弦变换（DCT）、量化等技术，并为1.2Mbps传输速率进行了优化。 MPEG-1随后被Video CD采用作为核心技术。MPEG-1音频分三层，其中第三层协议被称为MPEG-1 Layer 3，简称MP3。MP3目前已经成为广泛流传的的音频压缩技术。 6.2.7 MPEG标准方案2、MPEG-2标准方案MPEG-2图像压缩的原理是利用了图像中的两种特性：空间相关性和时间相关

19、性。一帧图像内的任何一个场景都是由若干像素点构成的，因此一个像素通常与它周围的某些像素在亮度和色度上存在一定的关系，这种关系称为空间相关性； 一个节目中的一个情节常常由若干帧连续图像组成的图像序列构成，一个图像序列中前后帧图像间也存在一定的关系，这种关系称为时间相关性。这两种相关性使得图像中存在大量的冗余信息。一个好的压缩编码方案就是能够最大限度地去除图像中的冗余信息。 6.2.7 MPEG标准方案3 、MPEG-4标准方案与MPEG-1和MPEG-2相比，MPEG-4的特点是其更适于交互AV服务以及远程监控。MPEG-4是第一个使你由被动变为主动(不再只是观看，允许你加入其中，即有交互性)的

20、动态图像标准，它的另一个特点是其综合性。从根源上说，MPEG-4试图将自然物体与人造物体相溶合(视觉效果意义上的)。MPEG-4的设计目标还有更广的适应性和更灵活的可扩展性。6.2.7 MPEG标准方案4、MPEG-7方案MPEG-7被称为“多媒体内容描述接口”(Multimedia Content Description Interface)，其目标就是产生一种描述多媒体内容数据的标准，满足实时、非实时需求。MPEG并不对应用标准化，但可利用应用来理解需求并评价技术，它不针对特定的应用领域，而是支持尽可能广泛的应用领域。 MPEG-7将标准化一种语言来说明描述模式，即“描述定义语言”。带有M

21、PEG-7数据的 AV资料可以包含静止图像、图形、3D模型、音频、语音、视频，以及这些元素如何在多媒体表现中组合的信息。这些通用数据类型的特例可以包含面部表情和个人化特性。（1）具有“海洋信息”的数字图书馆。（2）多媒体目录、广告检索服务。（3）广播AV频道诉选择（4）多媒体编辑及网络应用（5）电子贸易等6.3 信道编码调制技术 6.3.1基带传输基带传输又叫数字传输，是指把要传输的数据转换为数字信号，使用固定的频率在信道上传输。例如计算机网络中的信号就是基带传输的。 和基带相对的是频带传输，又叫模拟传输，是指信号在电话线等这样的普通线路上，以正弦波形式传播的方式。我们现有的电话、模拟电视信号

22、等，都是属于频带传输 在数字传输系统中，其传输对象通常是二进制数字信息，它可能来自计算机、网络或其它数字设备的各种数字代码。也可能来自数字电话终端的脉冲编码信号。6.3 信道编码调制技术宽带（Broadband）传输：将信道分成多个子信道，分别传送音频、视频和数字信号，称为宽带传输。一般说，宽带传输与基带传输相比有以下优点：一是能在一个信道中传输声音、图像和数据信息，使系统具有多种用途；二是一条宽带信道能划分为多条逻辑基带信道，实现多路复用，因此信道的容量大大增加；三是宽带传输的距离比基带远，因为基带传输直接传送数字信号，传输的速率越高，能够传输的距离越短。6.3.1基带传输6.3.2信道编码 数字信号在传输中往往由于各种原因，使得在传送的数据流中产生误码，从而使接收端产生图像跳跃、不连续、出现马赛克等现象。所以通过信道编码这一环节，对数码流进行相应的处理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传送中误码的发生。误码的处理技术有纠错、交织、线性内插等。1、RS编码 RS码即里德-所罗门码，它是能够纠正多个错误的纠错码，RS码为（204，188，t=8），其中t是可抗长度字节数，对应的188符号，监督段为16字节(开销字节段）。实际中实施（255，239，t=8）