数字电视基础技术一、数字电视系统概述电视技术的迅速发展，使它的使用范围早已超越了广播娱乐界，被广泛地应用到文化教育、科研管理、医疗卫生、公安交通、军事宇航和人们日常生活的各个领域。

随着信息和知识时代的到来，信息和数字技术取得了巨大的发展，电视技术在经历了从无到有、从黑白电视到彩色电视的革命性转变后，自然而然的进入了从模拟电视到数字电视的第二次革命。

1.1数字电视的概念所谓数字电视，就是将传统的模拟信号经过抽样、量化和编码转换成由二进制数组成的数字式信号，然后对数字式信号进行各种功能的传输、存储、记录和接收等各种处理的电视技术。

信号的数字化，将非常有利于用计算机对其进行处理、控制、监测。

这个良好的技术平台将为新业务的开发提供非常大的发挥空间。

数字电视系统简图如下图。

1.2 数字电视的优点:频率利用率高：采用了先进的图像压缩编码技术，使每套节目占用的频带变窄，一个模拟电视频道可传送6～8套标准清晰度数字电视节目；对于用户来说，意味着可供选择的节目将更加丰富，同时，大容量的节目、低廉的传输成本和广泛的收视将使网络运营费用大幅度降低。

抗干扰力强：数字电视信号的信号噪声比与连续处理的次数无关，在传输过程中，无噪声积累，不会降低信噪比，它不受地理因素的限制，几乎可以无限扩大覆盖面。

清晰度高：接收端画质接近演播室水平；音频效果良好：可提供5.1的环绕立体声；服务类型多样：包括传统广播类基本业务、广播电视增值业务和数据通信类新业务；可控可管理：利用CA系统对节目进行加密控制，SMS系统进行用户管理；扩展性强：开放的业务平台，适合大规模业务经营，符合未来技术发展趋势。

1.3 数字电视的意义数字电视的技术优势，无论是对于消费者，还是对于相关企业，甚至是对于整个电子产业、广播行业，都意味着一场巨大的变革。

对于消费者而言，数字电视不只是图像更清晰、声音更逼真、屏幕更大及频道更多，而且集电视、电脑、电信的功能为一体，使电视的用途由单一性向多元化发展，成为千家万户进入信息高速公路的便捷通道。

对于电视机厂家、电视台、电视制作和传播媒体而言，数字电视的出现既是一种挑战又是一种机遇，它所带来的电视市场的扩容潜力将无可估量，利用数字电视的交互式特点，开展各项增值业务，将推动多种行业的发展。

二、数字电视DVB系统DVB-C系统原理图DVB-C系统主要由信源系统、EPG管理系统、复用和加扰系统、编码和调制系统、条件接收系统、运营支撑系统、存储播出系统、回传处理系统、其它辅助系统等几个部分组成。

2.1信源系统数字电视信源系统：包括数字卫星信号的接收，模拟信号的编码，SDH网络信号的分接、转换。

该系统的特点是将信号进行一定格式的转换，使之成为符合DVB-C标准TS流信号，而对节目的内容不加以编辑和存储。

2.2 EPG管理系统EPG（Electrical Program Guide），即电子节目指南管理系统（以下简称EPG系统），是数字电视所特有的一项服务，也是数字电视发展的先导。

它的主要功能：通过电视屏幕向用户提供由文字、图形和图像组成的人机交互界面，负责电视节目和各种增值业务的导航。

用户通过EPG选择收看电视节目和实现各种增值业务，并通过EPG使用机顶盒提供的各种功能。

2.3复用和加扰系统复用和加扰系统主要实现：将信号源输入的信号，根据码率进行节目、数据信息复用并完成加扰，形成若干个频道的码流。

复用和加扰系统根据使用设备的不同，系统结构也各不相同，有些复用器内置加扰模块，信号在复用器内部完成加扰，有些复用器内部不具有加扰模块，需外接独立加扰设备。

多路复用器是整个数字电视前端系统的核心部分。

2.4编码和调制系统压缩编码系统的功能：1、将模拟的视、音频信号数字化，采用广播级MPEG-2的编码方式进行编码，并实时传输到视频服务器或直接到复用器。

2、将非标准的数字视、音频信号通过压缩编码系统将其转换成TS流。

调制系统：对于地市级以上的城市一般都需要向所管辖的郊县传送节目，因此在调制前信号需要分两路，一路直接进QAM调制器，进行本地调制，进入HFC网络；另一路通过工作板卡和适配器转换成DS3格式的信号，复接到SDH网络上传送到各个郊县的广电分机房，在广电分机房再使用工作板卡和适配器，将信号转换成TS流，使用QAM调制器进行调制，然后混入到当地的HFC网络。

目前，数字电视采用的是64QAM调制方式。

2.5条件接收系统CA系统，即条件接收系统，主要用于数字电视广播系统的用户认证、授权和节目加扰，以便从用户处收取费用和阻止用户收看那些未经授权的付费频道。

同密，是数字电视前端使用两个或两个以上的CA系统，但机顶盒端只要集成了其中的任何一家CA系统，都能通过授权收看全部节目的加密形式。

杭州数字电视公司使用北京永新同方的TF2.1Pro系统和天柏宽网的CA4.0系统同密，采用哈雷THESYS网管和复用器。

2.6运营支撑系统运营支撑系统主要对用户信息、用户设备信息、节目预定信息、用户授权信息、财务信息等进行处理、维护和管理，同时可为其他子系统提供用户授权管理的基本数据库信息。

它的主要实现功能有：用户信息管理、资源管理、产品管理、用户业务管理、用户业务支援、计费、收费、帐务管理、授权管理、报表管理等。

2.7存储播出系统/回传处理系统存储播出系统的主要功能：➢可以对多种格式的节目进行上载，收录存储多种传输方式的节目，并将其转换成TS流文件；➢对节目库中存储的文件进行分类编目，提供高效的文件检索；➢对（延时）播出的节目进行监审/编辑；➢通过准视频点播（NVOD）系统完成节目播出。

回传系统主要通过IP方式实现。

2.8其他辅助系统例：统一Loader管理系统、互动电视应用系统、网管及码流监视系统统一Loader管理系统，即机顶盒的软件更新系统，数字电视前端将网络内的各个厂家和各种型号的机顶盒版本程序采用统一的标准封装成DVB标准的TS流，调制后在网络中传输，用户端只要接通电源就能自动完成机顶盒的升级，保证新业务新技术的及时推广和完善，而不需要回收机顶盒。

互动电视应用系统，即通过广播通道实现观众与在播电视节目之间的互动，前端可以在任意时刻设置与当前所播放的节目相关的有奖竞猜、竞拍，也可做收视调查、民意调查等其它的互动活动，而不需要借助手机短信，观众直接操作遥控器就能实现与电视的互动。

网管及码流监视系统，主要用于监视及监测目前节目播放的情况，也用于查询DVB相关的业务信息数据。

2.9 DVB传输网络HFC➢数字电视传输的介质：HFC（Hybrid Fiber-Coax）光纤同轴混合网➢单向广播式下传（普遍的实现方式）➢双向交互式传输（需要双向网络改造）➢带宽有550MHz、750MHz 、860MHz 等➢每8M为一个通道，传送一套模拟电视节目三、数字电视IPTV系统3.1 IPTV系统架构根据流媒体系统的技术本质和业务特点，IPTV系统的架构如下图所示：PCNetworkPCNetworkPCNetwork采编播放系统/ Web服后台管理系统/ 认证计费流媒体系统层客户端层构架分为三个层次：核心流媒体&运营支撑层：流媒体应用服务及运营支撑系统的核心层。

通过核心流媒体系统提供视频服务及应用系统管理；通过运营支撑系统实现对运营的管理。

CDN网络层：应用服务平台的服务质量保证层，通过内容分发网络（CDN）将应用服务，主要为视频流服务，推送到网络边缘，减轻骨干网络压力，为终端用户提供最佳质量的服务。

终端接入层：应用服务平台的终端层，机顶盒接入网络后，用户仅可使用此机顶盒的享用应用系统提供的视频服务。

四、数字电视实现原理4.1 视频压缩和编码MPEG（Moving Picture Expert Group）是“活动图像专家组”的英文简称，1988年成立以来已经制定了MPEG-1～MPEG-7等多个数字视频／数字音频压缩编码标准。

➢MPEG-2的压缩比可达200:1，音频：支持5.1声道和7.1声道等多种模式，速率：从4Mbps~80Mbps ，应用：是DVD和数字电视所采用的压缩编码标准。

➢MPEG-4是一个适用于低传输速率应用的方案，引入了基于视听对象（A VO：Audio-Visual Object）的编码，提高了视频通信的交互能力和编码效率，互联网上的一些号称达到DVD画质的影像很多是采用MPEG-4的。

➢MPEG-7是对各种多媒体信息进行标准化的描述。

如：数字图书馆、多媒体名录服务(如黄页) 、广播媒体选择、多媒体编辑等。

➢H.264，未来发展的趋势。

4.2 MPEG-2码流的六个层次（1）视频序列层。

视频序列是节目的随机进入点；（2）图象组层GOP 。

GOP 是视频编辑的随机进入点； （3）图象层。

帧是编码处理的单位； （4）象条层。

象条是用于同步的单位； （5）宏块层。

宏块是运动补尝处理的单位； （6）象块层。

象块则是DCT （离散余弦变换）处理单位。

DCT 对数字化的图像帧进行编码是以块为单位进行。

它把8×8像素块由空间域变换到频率域，得到64个DCT 系数。

视频编码和压缩示例：4.3 传输流的形成视频信号抽样、量化DCT 变换数字信号视觉量化DCT 矩阵量化矩阵运动帧间预测扫描可变字长编码扫描完数据视频ES 流 假设码率180M,容量较大压缩5～20倍压缩4～5倍压缩后码率4M~8M,可以使用最基本的单位4.4 TS流的基本概念传输流Transport Stream（通常称为一路码流），是最基本的传输单元，实现数据最终以码流的方式输出。

码流部分位于DVB协议的最底层，这一层关心数据打包，数据帧结构和传输，而不关心负载是什么。

码流中最基本的单位是188字节的包（Packet），前4BYTE是包头，后184为负载。

说明：有的包大小为204字节，那是因为在原来的188字节后加了16字节的前向纠错（R-S编码），需要进行转换处理时可以直接裁剪掉。

4.5 码流中包的传输包是信息的最小单位，包的类型由包中的负载决定。

该包有可能是视频，音频，辅助信息，或者是填充的空包。

码流的速率称为码率，单位是bit/s,因此可以计算出一个100M的码流文件在码流发生器上以38M码率发送时，持续时间是：100M(BYTE) ×8 / 38M = 21.05秒码流传输采用时分复用方法，也就是说在一个时间点内只有一种类型的数据包正在传送。

五、数字电视关键技术数字电视系统是综合现代计算机技术、通信技术、多媒体技术和电视技术的产物，主要体现在信源编解码、信道编解码、信息加密、电子导航、业务信息和业务系统等方面。

5.1 编码技术现代通信技术中，传送信息的速率和信息传送的可靠性是评价系统性能的重要指标。

在现实世界里，基本的限制条件影响到任何通信系统的性能。