数字视频广播(DVB)阐述

2011-04-26 14:41:53来源: 互联网

一. 前言

--数字电视是在还没有察觉的情况下就已经进入了我们的生活。而我们能够开始感觉到数字技术的冲击只是一个 时间问题,今天数字技术已经在我们生活的方方面面有所体现,从电话、传真机到微型电脑,再到目前风靡世界的 因特网。

--今天, 尽管我们在家里仍然收看的还是模拟电视节目,但是节目制作棚里的设备已经是数字化了,从节目制 作棚到发射塔的信号传输也已是数字化了,没有这些节目制作与传输的数字技术,我们的节目质量是无法满足的。 当你通过卫星电视网、有线电视网或开路电视网观看电视节目时,你已经是位于数字电视传输的最后一个环节, 这一个环节正在经历一场数字化革命,以达到电视节目的全数字化传输。在电视数字化的进程中,国际 DVB组织 (Digital Video Broadcasting)提出了全套的解决方案,这-方案涉及我们常用的传输媒介:数字卫星电视(DVB-S) 、数字有线电视(DVB-C) 、数字开路电视(DVB-T) 。 

--电视数字化的时代已经到来! 

--在欧洲,从1991 年开始,电视台、家电产品生产厂家和标准制订者坐到了一起,商谈组成-个工作组,共同制 订数字电视的发展规划,工作组的成员发展很快,这一个由欧洲人发起的组织很快就吸引美国及日本的许多成员 ,变成了-个世界性组织。 1993年9月工作组起草了一个备忘录,将工作组更名为DVB组织,即国际数字视频广播 组织。数字电视的发展进入了新的时代。 根据过去痛苦的教训,工业界决定要以市场的商业需求作为标准制订的指导, DVB组织决定新的技术必须是建立 在 MPEG-2压缩算法上的数字技术,必须是市场导向的。

--由于相对较低的基础设施费用投入和各国相对简单的标准协调问题,数字卫星电视(DVB-S)网、数字有线电视 (DVB-C)网和数字开路电视(DVB-T)网先走一步,发展更快。 1995年 DVB组织确立了数字卫星电视的标准 DVB-S , 1996年数字有线电视DVB-C数字共用天线电视、数字微波电视等标准随之确立,数字开路电视 DVB-T的采用紧 随其后,将给整个社会带来更深刻的变化。 I997年以 DVB标准为基础的数字电视已经在全世界普及,拥有了几 百万用户。 1998年末,微型计算机用户可以通过在他们使用的微机内插入数字卫星接收卡,用来享受因特网服务。 
目前,数字地面电视(DVB-T)标准正在逐渐被世界各国所采用,为今后的高清晰度电视开辟了广泛的前景。 

二. DVB标准数字电视技术

--DVB标准提供了-套完整的,适用于不同媒介的数字电视广播系统规范,其周全的计划及广范的共识是其成 功的关键。从一开始,大家就选定ISO/IEC MPEG-2标准作为音频及视频的编码压缩方式,对信源编码进行了统一,随后对 MPEG-2码流进行打包形成传输流(TS),进行多个传输流复用,最后通过卫星、有线电视及开路电视等不同媒介传输方式进行传输。

1. DVB标准的核心 
●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以及条件接收界面

2. DVB音频特点 
--DVB系统的音频编码使用 MPEG-I LayerII笫二层音频编码,也称做MUSICAM。音频的 MPEG-I Layer II编码 压缩系统利用了声音的低声音频谱掩蔽效应,这一人体生理学效应允许我们对于人耳不太敏感的频率进行低码率 编码,这一技术的采用可以大大地降低音频编码速率。 MPEG-I Layer II 音频编码可用于单音,立体声,环绕 声和多路多语言声音的编码。

3. DVB视频特点

--对于视频,国际上采用标准的 MPEG-2压缩编码,MPEG-2视频编码系统由一个大家族构成,每一个系统之间都 有兼容性和共同性,根据图像清晰度的不同,它分成四种信源格式或称等级(LEVEL),从录像带(VCR)的低图像 清晰度,到高清晰度电视。除了根据图像清晰度定义的等级以外, DVB视频标准还定义了档次(PROFILE)的 概念,每一个不同的档次(PROFILE)能够提供构成编码系统的压缩工具和压缩算法。

--a)档次(PROFILE)

--目前在 MPEG-2系统中存在 5个档次(PROFILE),每一个档次(PROFILE)都会比它的前一个档次更加复杂, 更加完善,提供更多的工具,同时其相对应的设备的价格也更高。

--档次的最初级叫做简单档次(SIMPLE PROFILE),随后是主档次(MAIN PROFILE),它比简单档次(SIMPLE PROPILE)增加了编码双向预测的功能,即:B-FRAMES,在使用同样的码流的情况下,它的质量会更好,但算法更 加复杂,使用的芯片更多。主档次(MAIN PROFILE)的解码芯片,可以兼容解码简单档次(SIMPLE PROFILE)的编码, 这种向下兼容性贯穿整个系列的档次。

--在主档次(MAIN PROFILE)之后,是信噪比可分级档次(SNR SCALABLE)及空间频谱可分级档次(SPACILLY SCALABLE PROFILE),这两种档次可以调整信噪比与码流率关系,以及图像清晰度与码流率之间的关系,出于其 编码的复杂性以及接收设备价格昂贵问题, DVB标准目前不支持这两种档次。最高级的档次是 HIGH PROFILE ,它不仅兼容前面的低极档次,兼备所有的功能,而且可以进行多行,同时编码,而前面的档次则是逐行编码 。

--在档次中存在两种图像采样方式,即: 4:2:2和4:2:0格式。我们知道电视复合信号可以分成亮度信号分量 (Y)和色度信号分量(R-Y,B-Y),4:2:2格式是对亮度信号进行4个采样,对色度信号(R-Y,B-Y)进行 2个采样,4:2:0色度信号(R-Y,B-Y)只做隔行采样,如果使用8比特采样,我们可以算出对标准 PAL制电视信号进行采样后的 4:2:2

格式图像码流率如下: 
亮度信号码流率为: 720× 576× 25帧/秒× 8bit=82.944Mb/s 
色度信号码流率为: 2×1/2× 720× 576× 25帧/秒× 8bit=82.944Mb/s 
总码流率为: 82.944Mb/s +82.944Mb/s =165.888Mb/s

--我们看到没有压缩的电视图像码流率非常高,占用带宽太宽,不适用于传输,即使采用 4:2:0格式,图像码流 率也高达 124.416Mb/s, MPEG-2的压缩算法采用除去电视视频信号的时间冗余和空间冗余的算法,使码流率降到 3~8Mb/s仍然获得质量清晰的图象,使数字电视的传输成为可能。

--(b)等级(LEVE L) 
根据图像节目源的清晰度由低到高的不同, DVB MPEG-2标准分成许多等级,最低的 LOW LEVEL的清晰度是 IU-R-BT、 601建议的四分之一,即: 352×288×25帧/秒。 MAIN LEVEL是完全符合IU-R-BT、 601建议的 标准,即:720×576×25帧/秒。HIGH-1440 LEVEL采用了每行 1440个采样的方法。 HIGH LEVEL采用了更高 的每行1920的采样方法。

--目前在世界上最常用的 MPEG-2标准是 MP@ ML,即: MAIN PROFLE@ MAIN LEVEL,它是第一代数字有线电 视和数字卫星电视的基础,节目提供者可以提供 625线质量的节目,图像的长宽比可以是4: 3或 16: 9; 至于码流率,它是由节目提供者根据节目质量来选定的,图像质量越高,所需码流率越高,反之则越低。

关键字:广播  阐述

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0426/article_7718.html
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