DTV(数字电视)知识扫盲

Posted 2021-03-16 yuanqiangfei

DVB介绍

 

DVB（Digital Video Broadcasting）是数字视频广播的缩写，包括卫星、电缆（有线）电视、地面广播的数字电视、未来高清晰度电视在内多种格式数字电视的广播与传输。作为一套技术上比较完善、明确、易于遵循的标准，DVB在世界范围内已得到了广泛的支持。

DVB信源编码和系统复用都遵循Mpeg2标准，信道编码根据传播方式的不同，可分为DVB-S、DVB-C、DVB-T三类，欧洲电信标准组织ETSI于1994年、1995年分别通过了适合于DVB-S、DVB-C、DVB-T的3个DVB标准，特点如下：

DVB-S：卫星数字电视。用于11/12GHz频段的卫星系统，技术难度小，传输业务量最大，覆盖面广，接收不灵活。

DVB-C：有线数字电视。通常用于8MHz有线频道，能客纳38.5Ｍbit/s的有效载荷容量，传输8--10个电视频道，并没有邻频干扰，技术难度中等，传输业务量较小，可有交互功能。

DVB-T：地面数字广播电视。用于地面7-8MHz频段的数字式地面电视系统，技术难度高，传输业务量小，接收灵活。

比较上述3类，卫星是最直接的途径，实现的技术难度较小，地面传输的难度最大。因此，卫星广播最容易实现，而且可传输的业务量几乎是无限的。但是，卫星接收必需有一个合适的天线和接收机，要想作到随处的灵活接收是极困难的；地面传输情况正相反，有限的频谱只能提供有限的业务量，但在其覆盖的范围内，接收则灵活得多。有线电视的情况介于两者之间，它有较高的业务容量，但受限于电缆的铺设范围。

 

DVB标准的主要部分

1、 DVB信源编码

DVB信源编码采用Mpeg2标准。

2、DVB信道编码。

目的是为保证正确接收。3种传输条件下的信道编码基本相似，分外码和内码两级，外码采用RS（Reed-Solomon）码，内码采用卷积码。为避免突发干扰所引起的连续误码，采用码流交织技术处理。

3、DVB信号调制

调制方法在不同传输情况下是不同的。DVB-S卫星广播系统中采用四相相移键控（QPSK），QPSK调制抗干扰能力强，接收机能在非常低的信噪比下可靠地检测出信号，适合卫星信道的要求。并且，QPSK调制在一个周期内可以传送2比特数据，相同带宽条件下，码率比BPSK提高1倍。

DVB-C有线电视系统传输时采用正交调幅（QAM）方式调制，因为有线信道的主要困难是信道带宽受限，QAM调制可以使信道的利用率达到最大。

DVB-T地面广播系统传输时采用正交频分复用（OFDM）调制方式。因为在地面广播中信道环境恶劣，图像会遇到许多在卫星信道和有线信道中没有的破坏，而OFDM调制方式采用多载波代替单载波，对于多径、频率选择性衰落、时间选择性衰落及地面移动广播接收时的多普勒效应都有较强的抗干扰能力。

4、有条件接收系统

由于将来DVB业务趋向付费电视方式，要求广播运营者具有控制和管理网络系统的能力，按照用户要求对其授权并收发信号的能力，因此DVB系统需要有一个高度可靠的有条件接收系统。

有条件接收系统的任务是保证广播业务仅仅被授权接收的用户所接收，其主要功能是通过对广播电视信号加扰，连续改变信号形式的方法，使得只有用恰当的解码器和电子密钥才能接收到正确的信号。电子密钥一般通过智能卡或其他安全信道传送给用户，通过对用户电子密钥的加密实现信号的加扰。另一方面，有条件接收系统还必须确保被授权的用户能接收到加扰节目。

有条件接收系统由加扰器、解扰器、加密器、控制字发生器、用户授权控制系统、用户授权管理系统和条件接收子系统等部分组成。条件接收子系统是对电子密钥进行解码，恢复出控制解扰序列所需的信息。有条件接收系统框图如下：

 

 

控制字（CW）是用于解码器中的密钥。

授权控制信息（ECM）是一种特殊形式的电子密钥信号和信道寻址信息。发送端ECM被加密后与信号一起传送，接收端ECM被用来控制解扰器。

授权管理信息（EMM）是一种授权用户对某个业务进行解扰的信息。发送端EMM被加密后与信号一起传送，接收端EMM被用来打开/关闭单个解码器或一组解扰器。

授权管理系统是根据用户订购节目和收看节目的情况来向授权控制系统发出指令，决定哪些用户可以被授权看哪些节目、接受哪些服务。同时，授权管理系统向用户发出账单。

授权控制系统是根据用户授权管理系统的指令，产生业务密钥，决定哪些用户收看哪种节目、享有哪种服务。

有条件接收系统工作原理：

在信号的发送端，首先由控制字发生器产生控制字CW，并将CW提供给加扰器和加密器A。CW典型字长为60bit，并且每隔2至10秒改变一次。加扰器根据CW对来自复用器的MPEG-2数据流进行加扰运算。加扰器输出经过扰乱以后的MPEG-2数据比特流，CW即为加扰器加扰使用的密钥。加密器A接到CW后，根据用户授权控制系统提供的业务密钥（Sercice Key）对CW进行加密运算，加密器A输出经过加密后的控制字，即为ECM。业务密钥同时提供给加密器B，加密器B与加密器A的区别在于加密器B能够自己产生密钥，并可以利用此密钥对授权控制系统送来的业务密钥进行加密。加密器B输出加密后的业务密钥，即为EMM。然后ECM和EMM信息均被送到MPEG-2复用器，与被送到同一复用器的图像、声音和数据信号比特流一起打包成MPEG-2传送比特流输出。

注意：ECM和EMM均可以打入MPEG-2数据包。

在信号的接收端，经过解调后得到加扰比特流，由于最开始的瞬间，CW在加扰比特流中没有被恢复，加扰比特流通过解扰器不被解扰就送到解复用器。 ECM和EMM信号被置于MPEG-2数据包包头的固定位置，因此，解复用器很容易就可解出ECM和EMM信号。解复用器出来的ECM和EMM信号被分别送到智能卡（Smart Card）中的解密器A和解密器B。解密器A、解密器B与智能卡中的安全处理器共同工作，恢复出控制字CW，并将CW送到解扰器。以上获得CW的过程只在初始化的瞬间进行，一旦正确获得了CW，解扰器就可恢复正常工作，将解调后的比特流去扰，恢复成正常的比特流。

DVB有条件接收系统安全性的三层保护：

第一层保护是用控制字对复用器输出的图像、声音和数据信号比特流进行加扰，通过扰乱正常的比特流使其在接收端如果不经过特定的解扰就不能获得正常的图像、声音和数据信息。

第二层保护是通过对控制字CW用业务密钥加密，从而使CW在传送过程中即使被盗， CW的非法获得者也无法对加密后的CW解密。

第三层保护是对业务密钥的加密，它使得整个系统的安全性更强，使非授权用户在即使得到加密业务密钥的情况下也不能轻易解密。因为如果不能对加密的业务密钥解密就不能得到正确的CW，没有正确的CW也就无法解出正常的信号比特流。

DVB有条件接收系统公共加解扰算法：

根据广播电视运营商的不同需要，在一个网络中可以支持不同的条件接收系统。但是DVB只定义了一个公共加扰系统，也就是要求不同的条件接收系统都要采用DVB规定的相同的加解扰算法，不过允许各个有条件接收系统的加解扰密钥、CW及其产生方法不同。所有符合DVB标准的有条件接收系统对图像、声音和数据信号加扰方式都相同，而各个密钥的保密处理方法则是由生产厂家自行设定。

通过公共的加扰系统和MPEG-2复用传送机制，DVB可以在同一个传输网络中通过不同有条件接收系统传送不同节目和不同业务。这样，通过一个接收机就可以接收多个有条件接收节目。

公共接口：

有条件接收系统通过一个公共接口与综合接收解码器相连。使用公共接口可以使有条件接收系统集成在一块模块上，装入DVB机的插槽。

公共接口的物理格式采用个人计算机的PCMCIA标准，这个标准中规定了一个68路的连接口。

 

DVB额外服务信息（SI）

SI信息主要提供接收解码的设置信息，如节目的种类、节目的时间、节目的来源等。SI信息有 4个基本表：网络信息表NIT，它把一些节目集中在一起，提供调谐接收必须的转发器、频率、符号率、调制方式等参数，供接收解码器的自动调谐接收；业务描述表SDT，它给出传输流中与每个节目或业务有关的其它节目的名称和参数；节目信息表EIT，它给出了各类节目的时间安排及预定时间播放；时间及日期表TDT提供节目开始的具体时间、结束时间等。此外还有运行状态表RST、电子节目指导EPG等。

 

DVB主要技术特点

总体特点：

DVB系统采用MPEG压缩的音频、视频及数据格式作为数据源。

系统采用公共MPEG-2传输流（TS）复用方式；

系统采用公共的用于描述广播节目的系统服务信息（SI）；

系统的第一级信道编码采用R-S前向纠错编码保护；

调制与其它附属的信道编码方式由不同的传输媒介来确定；

使用通用的加扰方式及条件接收界面。

音频特点：

DVB音频编码采用MPEG-2第二层音频编码MUSICAN，这一方案利用了声音在低频部分的掩蔽效应，对人耳不太敏感的频率进行低码率的编码，从而达到较大的压缩率，降低音频编码速率。MUSICAN支持对单声道、立体声、环绕声和多路多声道的编码，具有接近激光唱片的声音质量。

视频特点：

DVB视频编码采用MPEG-2视频编码标准，定义了4个等级和5个档次的编码，各个等级和档次可以任意组合，形成灵活多用途的编码机制。编码等级是根据图像清晰度来划分，分别代表从低清晰度的录像带到高清晰度电视。档次是根据算法的复杂程度来划分，每个档次提供构成编码系统的一套压缩工具和压缩算法。

传输复用器：

传输复用器将送入复用器的4-10路节目流（PES）复用为MPEG-2传输流（TS），在复用器中，数据量极大，PES至TS的码转换工作十分繁重，传输复用器的技术关键是如何负担码流的均衡和统计复用工作，最大限度地提高信道利用率。

DVB信道编码器：

TS流作为DVB信道编码器的输入，为了克服在传输过程中产生误码或在接收方能有效的纠正误码，DVB信道编码器采用前向纠错编码等手段，编码方式运用了RS码、深度交织、网格编码等最新编码方式，调制方法根据信道的不同进行调整，卫星信道采用QPSK、电缆信道采用64QAM、地面信道采用OFDM。

用户端机顶盒：

机顶盒是用户端用来还原信号的设备，其对信号的处理过程包括：接收来自电缆或卫星的信号，进行解调、信道解码，并且恢复MPEG-2的传输流，然后经过解复用选出需要的节目流，并对节目流进行必要的解密处理，送MPEG-2视频、音频解码器进行信源解码，恢复出的视频、音频信号送用户TV接收机及放音设备。此外，机顶盒还能够在码流出现错误的时候进行掩盖处理，并实现IC收费卡的管理。

 

DVB-C标准

 

DVB-C在数据传输、数字电视传输、加密、电子导航和回传等方面都作出了说明，涵盖了实现宽带综合信息服务系统的几乎所有方面。

DVB-C系统组成

DVB-C系统由功能模块组成，能使电视基带信号适应于电缆电视系统的频道特性。在前端考虑下列基带电视信号流：卫星信号，馈送链路来的信号，和本地节目源。系统组成方框图如下图所示。

 

 

 

 

DVB-C系统组成方框图

图 1中各部分的作用是：

(1 )基带物理接口

使数据结构适合于信号源的格式，帧结构与包含了同步字节的MPEG-2传送格式相同。

(2 )同步极性翻转和随机化

该单元将翻转同步字节极性，并为了谱线成形将数据流随机化。在MPEG-2传送复用输出端的数据应按下图所示的结构进行随机化，伪随机二进制序列的生成多项式为g(x)=x15+x14+1。每8个传送包为一组，每组第一个包的MPEG-2同步字节应逐比特倒相，为解码器提供一个启动信号。并且在每组开始，解/扰码器复位一次，复位初始化序列为：100101010000000。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 

 　　　　

 

加扰/解扰器原理图

(3)ＲＳ编码

对每个已随机化的传送包，该单元使用截短的ＲＳ编码，以产生一个具有防错功能的数据包。同步字节本身也参加ＲＳ编码。

(4)卷积交织过程

该单元应完成一个深度为Ｉ=12的卷积交织变换。同步字节周期将保持不变。

(5)将字节变换到ｍ比特符号

该单元是将交织后产生的字节变换为ＱＡＭ符号。

(6)差分编码

为了得到一个旋转不变的星座图，该单元将对每个符号的两位最高有效位（MSB）进行差分编码。

(7)基带成形

该单元完成经差分编码的ｍ比特符号到Ｉ和Ｑ信号的映射。在ＱＡＭ调制前，对Ｉ和Ｑ信号进行余弦滚降平方根滤波。

(8)ＱＡＭ调制和物理接口

该单元完成ＱＡＭ调制。随后将ＱＡＭ已调信号连接到电缆ＲＦ信道。

 

基于DVB-C标准的数字机顶盒系统

数字机顶盒是模拟电视机向数字电视机过渡的最佳的解决方案，是数字电视的过渡产品。通过数字机顶盒，可用模拟电视机收看数字节目。典型的有线电视DVB机顶盒系统框图如图所示：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 

 　　　　　　

 

标准DVB-C机顶盒系统框图

这种机顶盒可以实现基于DVB-C下的数字电视广播的接收，提供电子节目导航（EPG）。从Cable下来的信号通过调谐、QAM解调后形成MPEG-2的TS复合流送到解复用器中，解复用模块从中提取特定的流（视频、音频和数据）进行解码。用户通过遥控、鼠标或键盘控制机顶盒，同时这种机顶盒还可以通过回传信道进行交互。

 

DVB-C综合业务机顶盒硬件体系：

DVB-C综合业务机顶盒要实现各种功能必须在硬件上包括以下几个部分：DVB模块、数据处理模块和呈现模块。

(1 ) DVB模块：首先这个模块实现将电缆模拟信号进行QAM解调和信道解码，然后进行解密、解复用和过滤，之后送到数据处理模块进行处理。其次，这个模块同时实现回传信道的编码和QPSK发射。如图所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 

 　　

 

DVB模块硬件框图

(2 )数据处理模块：这个模块是机顶盒的大脑。它通常由高性能的ＣＰＵ、ＡＳＩＣ及一些外围设备（如高速数据总线、计算机接口、Smart Card读写器等）组成。完成数据和视频的分离、DVB/DAVIC协议解释、网络访问的ＭAC控制、加解密、用户输入控制、与计算机进行高速数据互传等功能。如图所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 

 　　

 

数据处理模块硬件框图

(3)呈现模块：这个模块实现机顶盒的显示功能。一般由MPEG2解码器、数据浏览器、显示数据缓冲、视频编码、音频编码等组成，主要完成MPEG2数字电视节目的解码和显示、各种数据业务的解释和显示、电子节目导航的菜单显示、图形用户接口（GUI）等功能。如图5所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 

 

 

 

显示模块硬件框图

 

目前两大地面数字电视制式欧洲的DVB-T和美国的ATSC，其视频编码标准均采用MPEG-2编码标准，不同之处在于ATSC采用“方形像素”和AC-3音频压缩算法，在信道编码与调制技术上也略有不同。

DVB-T数据包格式

1、 基于TS包，固定长度188字节，是一种很基本的数据广播。

2、 基于PES包，PES包提供一种长度可变的打包方式，最大包长64k字节。根据时钟的不同，又可分为异步数据流、同步数据流、被同步数据流3种格式。异步数据流用来传输异步数据；同步数据流支持同步数据，而且利用显示时钟标签PTS提供数据流精确同步，时钟信息在接收端精确恢复；被同步数据流不仅每个数据流本身是同步的，而且每个数据流之间也要保持同步。

3、 基于数据片，MPEG-2数据片Section也提供长度可变的打包方式，但最大包长4k字节，而且是异步传输。这种格式能够通过MPEG-2码流传输其他通信协议的数据包，并可以通过解码芯片的硬件完成解复用过滤，效率非常高。

4、 基于DSMCC（Digital Storage MediaControl Command），这种格式能够对变化不大、相对稳定的数据进行周期性的传输，保证用户尽可能接收到数据。

5、 基于对象，这种格式支持用户到用户的数据传输。

 

 

 

 

 

 

什么是数字电视？
　　数字电视（Digital television, or DTV）含义并不是指我们一般人家中的电视机，而是采用数字信号广播图像和声音的新的电视系统，它从节目采编、压缩、传输到接收电视节目的全过程都采用数字信号处理。其具体传输过程是：由电视台送出的图像及声音信号，经数字压缩和数字调制后，形成数字电视信号，经过卫星、地面无线广播或有线电缆等方式传送，由数字电视接收后，通过数字解调和数字视音频解码处理还原出原来的图像及伴音。因为全过程均采用数字技术处理，因此，信号损失小，接收效果好。

数字电视与数字电视机关系
　　准确地说，数字电视是指用数字技术对电视信号进行处理、传输、存储、记录、接收及控制的系统。而数字电视机是指在不改变现行传输体制的前提下，对视频信号和音频信号进行数字处理的电视接收机。前者是指一整套系统，后者仅是一种设备，是前者的一个分支。

数字电视的分类
1.按信号传输方式分类：可分为地面无线传输(地面数字电视)、卫星传输(卫星数字电视)、有线传输(有线数字电视)三类。2.按产品类型分类：可分为数字电视显示器、数字电视机顶盒、一体化数字电视接收机。3.按清晰度分类：可分为低清晰度数字电视(图像水平清晰度大于250线)、标准清晰度数字电视 (图像水平清晰度大于500线)、高清晰度数字电视(图像水平清晰度大于800线，即HDTV)。4.按显示屏幕幅型分类：可分为4：3幅型比和16：9 幅型比两种类型。5.按扫描线数(显示格式)分类：可分为HDTV扫描线数(大于1000线)和SDTV扫描线数(600～800线)等。

与传统的模拟电视相比较，数字电视有哪些优势？
1.高清晰度的电视画面：清晰度可与DVD相媲美。 2.优质的音响效果：采用了数字技术，使得数字电视的伴音更趋逼真。3. 内容丰富：节目套数增多。4.便捷的节目指南：电子节目指南方便快速找到自己喜欢的频道。5.抗干扰能力强：数字电视受其他电器的干扰很小，因此画面稳定。6.扩展功能多：机顶盒除了一些基本功能外，还具有上网、点播等功能。

什么是机顶盒？
　　机顶盒，又称顶置盒，英文名称为STB（Set-top Box）。是放在电视机顶上的小盒子，并因此而得名。数字电视机顶盒是可以将数字电视信号转换成模拟信号的变换设备，它对经过数字化压缩的图像和声音信号进行解码还原，产生模拟的视频和声音信号，通过电视显示器和音响设备给观众提供高质量的电视节目。

机顶盒的分类
　　第一类称为基本型机顶盒，能满足免费数字电视业务和付费电视业务的基本功能，具备授权数字电视业务的接收、中文显示、基本电子节目指南EPG（即节目预告）、软件升级、加密信息提示、故障提示等功能。第二类称为增强型机顶盒，在基本型基础上能满足按次付费业务、数据广播、广播式视频点播和本地交互业务的需要。第三类称为高级型机顶盒。在增强型的基础上，能满足视频点播、上网浏览业务、电子邮件收发、互动游戏及IP电话业务等功能。

数字电视标准
　　数字电视标准是一个庞大的标准体系，牵扯到制作、传输、接收等5个主要技术环节和上十个技术标准，但最为核心的是传输标准，主要包括卫星、有线、地面三种。在这三个传输标准中，我国卫星标准已经确定为DVB-S，有线电视标准采用欧洲标准DVB-C，现在仅剩地面数字标准还未确定，此外我国自行研发的AVS标准已经成功，并将逐步推广使用。

 电视台现在所用的技术：
电视台接受的是数字调制的卫星信号，经机房解调后调制成模拟信号，通过光纤传入有线电视骨干网，信号传入分支箱转换成模拟信号分配到各用户。

电视台将要采用的技术
电视台接受的是数字调制或者高信噪比的模拟卫星信号还有省中心传来的光纤信号和自制节目模拟或数字信号，为什么说这么多呢，现在是传送的信号源里有数字信号和模拟信号或者模拟转数字信号，经机房调制成数字信号，传入光纤传入有线电视骨干网，信号传入小区的数字信号分支箱，分配到各用户，用户也可以将遥控信号通过分支箱传入机房，分支箱相当于普通计算机网络的交换机，而机顶盒相当于一台傻瓜式小电脑。我们用的是机顶盒中的第二类增强性机顶盒。机顶盒将数字信号转换成模拟信号给电视，所以我们电视机接收的还是加强后的模拟信号。

注1：一般电视台自己制作的电视节目还是模拟信号转换成数字信号的，要是纯数字制作，电视台的数字摄像机最大的可能是换固定在演播室的新闻摄像机，便携式数字摄像机估计还没有配备。