DTV(數字電視)知識掃盲

DVB介紹

 

DVB（Digital Video Broadcasting）是數字視頻廣播的縮寫，包括衛星、電纜（有線）電視、地面廣播的數字電視、將來高清晰度電視在內多種格式數字電視的廣播與傳輸。做爲一套技術上比較完善、明確、易於遵循的標準，DVB在世界範圍內已獲得了普遍的支持。

DVB信源編碼和系統複用都遵循Mpeg2標準，信道編碼根據傳播方式的不一樣，可分爲DVB-S、DVB-C、DVB-T三類，歐洲電信標準組織ETSI於1994年、1995年分別經過了適合於DVB-S、DVB-C、DVB-T的3個DVB標準，特色以下：

DVB-S：衛星數字電視。用於11/12GHz頻段的衛星系統，技術難度小，傳輸業務量最大，覆蓋面廣，接收不靈活。

DVB-C：有線數字電視。一般用於8MHz有線頻道，能客納38.5Ｍbit/s的有效載荷容量，傳輸8--10個電視頻道，並無鄰頻干擾，技術難度中等，傳輸業務量較小，可有交互功能。

DVB-T：地面數字廣播電視。用於地面7-8MHz頻段的數字式地面電視系統，技術難度高，傳輸業務量小，接收靈活。

比較上述3類，衛星是最直接的途徑，實現的技術難度較小，地面傳輸的難度最大。所以，衛星廣播最容易實現，並且可傳輸的業務量幾乎是無限的。可是，衛星接收必需有一個合適的天線和接收機，要想做到隨處的靈活接收是極困難的；地面傳輸狀況正相反，有限的頻譜只能提供有限的業務量，但在其覆蓋的範圍內，接收則靈活得多。有線電視的狀況介於二者之間，它有較高的業務容量，但受限於電纜的鋪設範圍。

 

DVB標準的主要部分

一、 DVB信源編碼

DVB信源編碼採用Mpeg2標準。

二、DVB信道編碼。

目的是爲保證正確接收。3種傳輸條件下的信道編碼基本類似，分外碼和內碼兩級，外碼採用RS（Reed-Solomon）碼，內碼採用卷積碼。爲避免突發干擾所引發的連續誤碼，採用碼流交織技術處理。

三、DVB信號調製

調製方法在不一樣傳輸狀況下是不一樣的。DVB-S衛星廣播系統中採用四相相移鍵控（QPSK），QPSK調製抗干擾能力強，接收機能在很是低的信噪比下可靠地檢測出信號，適合衛星信道的要求。而且，QPSK調製在一個週期內能夠傳送2比特數據，相同帶寬條件下，碼率比BPSK提升1倍。

DVB-C有線電視系統傳輸時採用正交調幅（QAM）方式調製，由於有線信道的主要困難是信道帶寬受限，QAM調製可使信道的利用率達到最大。

DVB-T地面廣播系統傳輸時採用正交頻分複用（OFDM）調製方式。由於在地面廣播中信道環境惡劣，圖像會遇到許多在衛星信道和有線信道中沒有的破壞，而OFDM調製方式採用多載波代替單載波，對於多徑、頻率選擇性衰落、時間選擇性衰落及地面移動廣播接收時的多普勒效應都有較強的抗干擾能力。

四、有條件接收系統

因爲未來DVB業務趨向付費電視方式，要求廣播運營者具備控制和管理網絡系統的能力，按照用戶要求對其受權並收發信號的能力，所以DVB系統須要有一個高度可靠的有條件接收系統。

有條件接收系統的任務是保證廣播業務僅僅被受權接收的用戶所接收，其主要功能是經過對廣播電視信號加擾，連續改變信號形式的方法，使得只有用恰當的解碼器和電子密鑰才能接收到正確的信號。電子密鑰通常經過智能卡或其餘安全信道傳送給用戶，經過對用戶電子密鑰的加密實現信號的加擾。另外一方面，有條件接收系統還必須確保被受權的用戶能接收到加擾節目。

有條件接收系統由加擾器、解擾器、加密器、控制字發生器、用戶受權控制系統、用戶受權管理系統和條件接收子系統等部分組成。條件接收子系統是對電子密鑰進行解碼，恢復出控制解擾序列所需的信息。有條件接收系統框圖以下：

 

 

控制字（CW）是用於解碼器中的密鑰。

受權控制信息（ECM）是一種特殊形式的電子密鑰信號和信道尋址信息。發送端ECM被加密後與信號一塊兒傳送，接收端ECM被用來控制解擾器。

受權管理信息（EMM）是一種受權用戶對某個業務進行解擾的信息。發送端EMM被加密後與信號一塊兒傳送，接收端EMM被用來打開/關閉單個解碼器或一組解擾器。

受權管理系統是根據用戶訂購節目和收看節目的狀況來向受權控制系統發出指令，決定哪些用戶能夠被受權看哪些節目、接受哪些服務。同時，受權管理系統向用戶發出帳單。

受權控制系統是根據用戶受權管理系統的指令，產生業務密鑰，決定哪些用戶收看哪一種節目、享有哪一種服務。

有條件接收系統工做原理：

在信號的發送端，首先由控制字發生器產生控制字CW，並將CW提供給加擾器和加密器A。CW典型字長爲60bit，而且每隔2至10秒改變一次。加擾器根據CW對來自複用器的MPEG-2數據流進行加擾運算。加擾器輸出通過擾亂之後的MPEG-2數據比特流，CW即爲加擾器加擾使用的密鑰。加密器A接到CW後，根據用戶受權控制系統提供的業務密鑰（Sercice Key）對CW進行加密運算，加密器A輸出通過加密後的控制字，即爲ECM。業務密鑰同時提供給加密器B，加密器B與加密器A的區別在於加密器B可以本身產生密鑰，並能夠利用此密鑰對受權控制系統送來的業務密鑰進行加密。加密器B輸出加密後的業務密鑰，即爲EMM。而後ECM和EMM信息均被送到MPEG-2複用器，與被送到同一複用器的圖像、聲音和數據信號比特流一塊兒打包成MPEG-2傳送比特流輸出。

注意：ECM和EMM都可以打入MPEG-2數據包。

在信號的接收端，通過解調後獲得加擾比特流，因爲最開始的瞬間，CW在加擾比特流中沒有被恢復，加擾比特流經過解擾器不被解擾就送到解複用器。 ECM和EMM信號被置於MPEG-2數據包包頭的固定位置，所以，解複用器很容易就可解出ECM和EMM信號。解複用器出來的ECM和EMM信號被分別送到智能卡（Smart Card）中的解密器A和解密器B。解密器A、解密器B與智能卡中的安全處理器共同工做，恢復出控制字CW，並將CW送到解擾器。以上得到CW的過程只在初始化的瞬間進行，一旦正確得到了CW，解擾器就可恢復正常工做，將解調後的比特流去擾，恢復成正常的比特流。

DVB有條件接收系統安全性的三層保護：

第一層保護是用控制字對複用器輸出的圖像、聲音和數據信號比特流進行加擾，經過擾亂正常的比特流使其在接收端若是不通過特定的解擾就不能得到正常的圖像、聲音和數據信息。

第二層保護是經過對控制字CW用業務密鑰加密，從而使CW在傳送過程當中即便被盜， CW的非法得到者也沒法對加密後的CW解密。

第三層保護是對業務密鑰的加密，它使得整個系統的安全性更強，使非受權用戶在即便獲得加密業務密鑰的狀況下也不能輕易解密。由於若是不能對加密的業務密鑰解密就不能獲得正確的CW，沒有正確的CW也就沒法解出正常的信號比特流。

DVB有條件接收系統公共加解擾算法：

根據廣播電視運營商的不一樣須要，在一個網絡中能夠支持不一樣的條件接收系統。可是DVB只定義了一個公共加擾系統，也就是要求不一樣的條件接收系統都要採用DVB規定的相同的加解擾算法，不過容許各個有條件接收系統的加解擾密鑰、CW及其產生方法不一樣。全部符合DVB標準的有條件接收系統對圖像、聲音和數據信號加擾方式都相同，而各個密鑰的保密處理方法則是由生產廠家自行設定。

經過公共的加擾系統和MPEG-2複用傳送機制，DVB能夠在同一個傳輸網絡中經過不一樣有條件接收系統傳送不一樣節目和不一樣業務。這樣，經過一個接收機就能夠接收多個有條件接收節目。

公共接口：

有條件接收系統經過一個公共接口與綜合接收解碼器相連。使用公共接口可使有條件接收系統集成在一塊模塊上，裝入DVB機的插槽。

公共接口的物理格式採用我的計算機的PCMCIA標準，這個標準中規定了一個68路的鏈接口。

 

DVB額外服務信息（SI）

SI信息主要提供接收解碼的設置信息，如節目的種類、節目的時間、節目的來源等。SI信息有 4個基本表：網絡信息表NIT，它把一些節目集中在一塊兒，提供調諧接收必須的轉發器、頻率、符號率、調製方式等參數，供接收解碼器的自動調諧接收；業務描述表SDT，它給出傳輸流中與每一個節目或業務有關的其它節目的名稱和參數；節目信息表EIT，它給出了各種節目的時間安排及預約時間播放；時間及日期表TDT提供節目開始的具體時間、結束時間等。此外還有運行狀態表RST、電子節目指導EPG等。

 

DVB主要技術特色

整體特色：

DVB系統採用MPEG壓縮的音頻、視頻及數據格式做爲數據源。

系統採用公共MPEG-2傳輸流（TS）複用方式；

系統採用公共的用於描述廣播節目的系統服務信息（SI）；

系統的第一級信道編碼採用R-S前向糾錯編碼保護；

調製與其它附屬的信道編碼方式由不一樣的傳輸媒介來肯定；

使用通用的加擾方式及條件接收界面。

音頻特色：

DVB音頻編碼採用MPEG-2第二層音頻編碼MUSICAN，這一方案利用了聲音在低頻部分的掩蔽效應，對人耳不太敏感的頻率進行低碼率的編碼，從而達到較大的壓縮率，下降音頻編碼速率。MUSICAN支持對單聲道、立體聲、環繞聲和多路多聲道的編碼，具備接近激光唱片的聲音質量。

視頻特色：

DVB視頻編碼採用MPEG-2視頻編碼標準，定義了4個等級和5個檔次的編碼，各個等級和檔次能夠任意組合，造成靈活多用途的編碼機制。編碼等級是根據圖像清晰度來劃分，分別表明從低清晰度的錄像帶到高清晰度電視。檔次是根據算法的複雜程度來劃分，每一個檔次提供構成編碼系統的一套壓縮工具和壓縮算法。

傳輸複用器：

傳輸複用器將送入複用器的4-10路節目流（PES）複用爲MPEG-2傳輸流（TS），在複用器中，數據量極大，PES至TS的碼轉換工做十分繁重，傳輸複用器的技術關鍵是如何負擔碼流的均衡和統計複用工做，最大限度地提升信道利用率。

DVB信道編碼器：

TS流做爲DVB信道編碼器的輸入，爲了克服在傳輸過程當中產生誤碼或在接收方能有效的糾正誤碼，DVB信道編碼器採用前向糾錯編碼等手段，編碼方式運用了RS碼、深度交織、網格編碼等最新編碼方式，調製方法根據信道的不一樣進行調整，衛星信道採用QPSK、電纜信道採用64QAM、地面信道採用OFDM。

用戶端機頂盒：

機頂盒是用戶端用來還原信號的設備，其對信號的處理過程包括：接收來自電纜或衛星的信號，進行解調、信道解碼，而且恢復MPEG-2的傳輸流，而後通過解複用選出須要的節目流，並對節目流進行必要的解密處理，送MPEG-2視頻、音頻解碼器進行信源解碼，恢復出的視頻、音頻信號送用戶TV接收機及放音設備。此外，機頂盒還可以在碼流出現錯誤的時候進行掩蓋處理，並實現IC收費卡的管理。

 

DVB-C標準

 

DVB-C在數據傳輸、數字電視傳輸、加密、電子導航和回傳等方面都做出了說明，涵蓋了實現寬帶綜合信息服務系統的幾乎全部方面。

DVB-C系統組成

DVB-C系統由功能模塊組成，能使電視基帶信號適應於電纜電視系統的頻道特性。在前端考慮下列基帶電視信號流：衛星信號，饋送鏈路來的信號，和本地節目源。系統組成方框圖以下圖所示。

 

 

 

 

DVB-C系統組成方框圖

圖 1中各部分的做用是：

(1 )基帶物理接口

使數據結構適合於信號源的格式，幀結構與包含了同步字節的MPEG-2傳送格式相同。

(2 )同步極性翻轉和隨機化

該單元將翻轉同步字節極性，併爲了譜線成形將數據流隨機化。在MPEG-2傳送複用輸出端的數據應按下圖所示的結構進行隨機化，僞隨機二進制序列的生成多項式爲g(x)=x15+x14+1。每8個傳送包爲一組，每組第一個包的MPEG-2同步字節應逐比特倒相，爲解碼器提供一個啓動信號。而且在每組開始，解/擾碼器復位一次，復位初始化序列爲：100101010000000。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 

 　　　　

 

加擾/解擾器原理圖

(3)ＲＳ編碼

對每一個已隨機化的傳送包，該單元使用截短的ＲＳ編碼，以產生一個具備防錯功能的數據包。同步字節自己也參加ＲＳ編碼。

(4)卷積交織過程

該單元應完成一個深度爲Ｉ=12的卷積交織變換。同步字節週期將保持不變。

(5)將字節變換到ｍ比特符號

該單元是將交織後產生的字節變換爲ＱＡＭ符號。

(6)差分編碼

爲了獲得一個旋轉不變的星座圖，該單元將對每一個符號的兩位最高有效位（MSB）進行差分編碼。

(7)基帶成形

該單元完成經差分編碼的ｍ比特符號到Ｉ和Ｑ信號的映射。在ＱＡＭ調製前，對Ｉ和Ｑ信號進行餘弦滾降平方根濾波。

(8)ＱＡＭ調製和物理接口

該單元完成ＱＡＭ調製。隨後將ＱＡＭ已調信號鏈接到電纜ＲＦ信道。

 

基於DVB-C標準的數字機頂盒系統

數字機頂盒是模擬電視機向數字電視機過渡的最佳的解決方案，是數字電視的過渡產品。經過數字機頂盒，可用模擬電視機收看數字節目。典型的有線電視DVB機頂盒系統框圖如圖所示：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 

 　　　　　　

 

標準DVB-C機頂盒系統框圖

這種機頂盒能夠實現基於DVB-C下的數字電視廣播的接收，提供電子節目導航（EPG）。從Cable下來的信號經過調諧、QAM解調後造成MPEG-2的TS複合流送到解複用器中，解複用模塊從中提取特定的流（視頻、音頻和數據）進行解碼。用戶經過遙控、鼠標或鍵盤控制機頂盒，同時這種機頂盒還能夠經過回傳信道進行交互。

 

DVB-C綜合業務機頂盒硬件體系：

DVB-C綜合業務機頂盒要實現各類功能必須在硬件上包括如下幾個部分：DVB模塊、數據處理模塊和呈現模塊。

(1 ) DVB模塊：首先這個模塊實現將電纜模擬信號進行QAM解調和信道解碼，而後進行解密、解複用和過濾，以後送到數據處理模塊進行處理。其次，這個模塊同時實現回傳信道的編碼和QPSK發射。如圖所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 

 　　

 

DVB模塊硬件框圖

(2 )數據處理模塊：這個模塊是機頂盒的大腦。它一般由高性能的ＣＰＵ、ＡＳＩＣ及一些外圍設備（如高速數據總線、計算機接口、Smart Card讀寫器等）組成。完成數據和視頻的分離、DVB/DAVIC協議解釋、網絡訪問的ＭAC控制、加解密、用戶輸入控制、與計算機進行高速數據互傳等功能。如圖所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 

 　　

 

數據處理模塊硬件框圖

(3)呈現模塊：這個模塊實現機頂盒的顯示功能。通常由MPEG2解碼器、數據瀏覽器、顯示數據緩衝、視頻編碼、音頻編碼等組成，主要完成MPEG2數字電視節目的解碼和顯示、各類數據業務的解釋和顯示、電子節目導航的菜單顯示、圖形用戶接口（GUI）等功能。如圖5所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 

 

 

 

顯示模塊硬件框圖

 

目前兩大地面數字電視制式歐洲的DVB-T和美國的ATSC，其視頻編碼標準均採用MPEG-2編碼標準，不一樣之處在於ATSC採用「方形像素」和AC-3音頻壓縮算法，在信道編碼與調製技術上也略有不一樣。

DVB-T數據包格式

一、 基於TS包，固定長度188字節，是一種很基本的數據廣播。

二、 基於PES包，PES包提供一種長度可變的打包方式，最大包長64k字節。根據時鐘的不一樣，又可分爲異步數據流、同步數據流、被同步數據流3種格式。異步數據流用來傳輸異步數據；同步數據流支持同步數據，並且利用顯示時鐘標籤PTS提供數據流精確同步，時鐘信息在接收端精確恢復；被同步數據流不只每一個數據流自己是同步的，並且每一個數據流之間也要保持同步。

三、 基於數據片，MPEG-2數據片Section也提供長度可變的打包方式，但最大包長4k字節，並且是異步傳輸。這種格式可以經過MPEG-2碼流傳輸其餘通訊協議的數據包，並能夠經過解碼芯片的硬件完成解複用過濾，效率很是高。

四、 基於DSMCC（Digital Storage MediaControl Command），這種格式可以對變化不大、相對穩定的數據進行週期性的傳輸，保證用戶儘量接收到數據。

五、 基於對象，這種格式支持用戶到用戶的數據傳輸。

 

 

 

 

 

 

什麼是數字電視？
　　數字電視（Digital television, or DTV）含義並非指咱們通常人家中的電視機，而是採用數字信號廣播圖像和聲音的新的電視系統，它從節目採編、壓縮、傳輸到接收電視節目的全過程都採用數字信號處理。其具體傳輸過程是：由電視臺送出的圖像及聲音信號，經數字壓縮和數字調製後，造成數字電視信號，通過衛星、地面無線廣播或有線電纜等方式傳送，由數字電視接收後，經過數字解調和數字視音頻解碼處理還原出原來的圖像及伴音。由於全過程均採用數字技術處理，所以，信號損失小，接收效果好。

數字電視與數字電視機關係
　　準確地說，數字電視是指用數字技術對電視信號進行處理、傳輸、存儲、記錄、接收及控制的系統。而數字電視機是指在不改變現行傳輸體制的前提下，對視頻信號和音頻信號進行數字處理的電視接收機。前者是指一整套系統，後者僅是一種設備，是前者的一個分支。

數字電視的分類
1.按信號傳輸方式分類：可分爲地面無線傳輸(地面數字電視)、衛星傳輸(衛星數字電視)、有線傳輸(有線數字電視)三類。2.按產品類型分類：可分爲數字電視顯示器、數字電視機頂盒、一體化數字電視接收機。3.按清晰度分類：可分爲低清晰度數字電視(圖像水平清晰度大於250線)、標準清晰度數字電視 (圖像水平清晰度大於500線)、高清晰度數字電視(圖像水平清晰度大於800線，即HDTV)。4.按顯示屏幕幅型分類：可分爲4：3幅型比和16：9 幅型比兩種類型。5.按掃描線數(顯示格式)分類：可分爲HDTV掃描線數(大於1000線)和SDTV掃描線數(600～800線)等。

與傳統的模擬電視相比較，數字電視有哪些優點？
1.高清晰度的電視畫面：清晰度可與DVD相媲美。 2.優質的音響效果：採用了數字技術，使得數字電視的伴音更趨逼真。3. 內容豐富：節目套數增多。4.便捷的節目指南：電子節目指南方便快速找到本身喜歡的頻道。5.抗干擾能力強：數字電視受其餘電器的干擾很小，所以畫面穩定。6.擴展功能多：機頂盒除了一些基本功能外，還具備上網、點播等功能。

什麼是機頂盒？
　　機頂盒，又稱頂置盒，英文名稱爲STB（Set-top Box）。是放在電視機頂上的小盒子，並所以而得名。數字電視機頂盒是能夠將數字電視信號轉換成模擬信號的變換設備，它對通過數字化壓縮的圖像和聲音信號進行解碼還原，產生模擬的視頻和聲音信號，經過電視顯示器和音響設備給觀衆提供高質量的電視節目。

機頂盒的分類
　　第一類稱爲基本型機頂盒，能知足免費數字電視業務和付費電視業務的基本功能，具有受權數字電視業務的接收、中文顯示、基本電子節目指南EPG（即節目預告）、軟件升級、加密信息提示、故障提示等功能。第二類稱爲加強型機頂盒，在基本型基礎上能知足按次付費業務、數據廣播、廣播式視頻點播和本地交互業務的須要。第三類稱爲高級型機頂盒。在加強型的基礎上，能知足視頻點播、上網瀏覽業務、電子郵件收發、互動遊戲及IP電話業務等功能。

數字電視標準
　　數字電視標準是一個龐大的標準體系，牽扯到製做、傳輸、接收等5個主要技術環節和上十個技術標準，但最爲核心的是傳輸標準，主要包括衛星、有線、地面三種。在這三個傳輸標準中，我國衛星標準已經肯定爲DVB-S，有線電視標準採用歐洲標準DVB-C，如今僅剩地面數字標準還未肯定，此外我國自行研發的AVS標準已經成功，並將逐步推廣使用。

 電視臺如今所用的技術：
電視臺接受的是數字調製的衛星信號，經機房解調後調製成模擬信號，經過光纖傳入有線電視骨幹網，信號傳入分支箱轉換成模擬信號分配到各用戶。

電視臺將要採用的技術
電視臺接受的是數字調製或者高信噪比的模擬衛星信號還有省中心傳來的光纖信號和自制節目模擬或數字信號，爲何說這麼多呢，如今是傳送的信號源裏有數字信號和模擬信號或者模擬轉數字信號，經機房調製成數字信號，傳入光纖傳入有線電視骨幹網，信號傳入小區的數字信號分支箱，分配到各用戶，用戶也能夠將遙控信號經過分支箱傳入機房，分支箱至關於普通計算機網絡的交換機，而機頂盒至關於一臺傻瓜式小電腦。咱們用的是機頂盒中的第二類加強性機頂盒。機頂盒將數字信號轉換成模擬信號給電視，因此咱們電視機接收的仍是增強後的模擬信號。

注1：通常電視臺本身製做的電視節目仍是模擬信號轉換成數字信號的，要是純數字製做，電視臺的數字攝像機最大的多是換固定在演播室的新聞攝像機，便攜式數字攝像機估計尚未配備。