DigitalTV的日志

数字电视传输国际标准

已有 704 次阅读 2009-09-25 16:26 标签: 国际标准数字电视传输

1 数字电视传输国际标准

传输标准对于数字电视产业的发展具有重要意义，因而世界各国都将传输标准的制订置于重要地位。目前国际电信联盟(ITU)已经批准了数字电视传输的三项提案，并公布为国际标准：即美国高级电视制式委员会提出的ATSC标准、欧洲数字电视广播联盟提出的DVB标准、日本综合业务数字广播组织提出的ISDB标准，如图7-1所示。

1.1 ATSC标准

ATSC(Advanced Television Standard Committee，高级电视制式委员会)标准于1997年被国际电信联盟批准为国际标准，它是世界上第一个数字电视传输国际标准。ATSC标准由美国大联盟(GA，Grand Alliance)提出，它基于HDTV电视，并同时支持标准清晰度数字电视(SDTV)与高清晰度数字电视(HDTV)。由于美国地面电视广播占据其电视业务的主要份额，因此美国发展数字高清晰度电视首先考虑地面传输方式，其地面广播调制方式采用8VSB，在6MHz频带带宽内可传送一路HDTV节目，传输比特率为19.39 Mb／s；而电缆电视采用QAM或16VSB调制方式，在6MHz频带内可传送两路HDTV节目，传输比特率为38.78 Mb／s；卫星广播将采用QPSK调制方式。ATSC标准具有频谱效率高、功率峰均比低的特点，但由于采用单载波调制技术，因此移动接收效果不好。

ATSC标准数据结构如图7-2所示，它由四层组成，各层相互分离，层与层之间有清晰界面。由图7-2可见，最高层是图像层，用来确定图像形式，主要包括像素数、幅型比与帧频；第二层是图像压缩层，其中视频编码采用MPEG-2压缩编码标准，音频编码采用杜比AC-3标准；第三层是系统复用层，用来实现各种码流的组合与调整，它也采用MPEG-2压缩编码标准；最低层是传输层，用来确定数据传输的信道编码及调制方案。ATSC标准中规定的图像源格式如表7-1所示，其中I表示隔行扫描，P表示逐行扫描，一共规定了18种数字图像源格式。

ATSC系统可分为应用层、压缩层、传送层和传输层四层，其复用原理如图7-3所示。压缩层对输入数据流进行压缩编码，其中视频编码采用MPEG-2、音频编码采用MUSICAM，以产生出视频、音频基本流(ES)。传送层实现ES打包功能以形成视频、音频打包基本流(PES)，并进行视频、音频PES的复用，在复用器(MUX)中，视频、音频PES组成PS节目流和TS传送流，PES包长度一般为一个存取单元，PS流按照视音频存取单元进行复用，其中视频存取单元为一个图像帧，图像帧可分为I帧、B帧与P帧，其PES包长度各不相同，音频存取单元为一个音频帧，而TS流在其复用器中被划分为固定长度为188字节的包。

ATSC系统总体结构如图7-4所示，它具有以下特点。

· 信源编码与压缩：视频编码采用MPEG-2标准、音频编码采用Dolby AC-3标准；

· 业务复用与传输：将视频码流包、音频码流包、辅助码流包复用为一个单码流，数字电视系统用MPEG-2传输码流语法打包和复用形成复合广播系统，此外还考虑与ATM网络具有互操作性；

· 射频与发送(包括信道编码和调制)：数字调制采用8VSB或16VSB残留边带调制方式，信道编码采用RS(207，187)编码，为提高抗干扰能力还采用网格编码调制(TCM)、数据随机化、数据交织等措施。

1.2 DVB标准

欧洲DVB(Digital Video Broadcasting，数字视频广播)组织于1993年提出了数字视频广播标准，即DVB标准，其制订思路与美国ATSC标准不一样，它不是直接针对高清晰度电视，而是以普通分辨率电视广播数字化作为起点。DVB组织已经依次分别制订了数字电视卫星广播标准DVB-S、数字电视有线广播标准DVB-C、数字电视地面广播标准DVB-T。

DVB标准规定视频采用MPEG-2标准，音频采用MPEG-2第2层(MUSICAM)编码标准，对应于不同的传输媒体，分别采用不同的调制方式：卫星广播采用QPSK调制方式、有线电视广播采用QAM方式、地面广播采用COFDM方式，其中COFDM在抑制多径传输干扰方面有着显著优越性。在传输比特率方面，DVB允许比特率可变，对DVB-T而言，在6MHz频带内传输速率为3.7～23.8 Mb／s，在8 MHz频带内，传输速率为4.9～31.7 Mb／s。DVB的设计原则使其在使用中具有较大的灵活性和互操作性，它支持室内接收、移动接收等需求。DVB标准对数字电视传输系统的要求相当高，不仅远高于模拟电视系统，甚至也高于一般的数字通信系统，在数字电话传输系统中，误码率通常要求为10-3～10-6，而DVB-S中则要求传输系统将传输误码率纠正到10-10～10-11的水平。

DVB标准具有以下特点：

· 视频编码、音频编码、系统复用均遵循MPEG-2标准；

· 它提出了三种传输方式：DVB-S、DVB-C和：DVB-T；

· 信道编码和调制：信道编码采用RS(204，188)编码，在地面广播时采用的数字调制方式为正交频分多路调制(OFDM)与网格编码调制(TCM)相级联的方式，卫星信道采用QPSK数字调制方式，有线电视网中采用QAM数字调制方式。

DVB标准是一个系列标准，各标准在视频、音频编码以及系统复接方案上一致，均符合MPEG-2标准，区别主要在于传输系统采用不同方案，以适用于不同传输媒介与应用环境。DVB系列标准中的传输系统可分为三类：第一类适用于广播信道，如DVB-S、DVB-C、DVB-T、DVB-CS、DVB-MC、DVB-MS等，这一类系统要通过高频信道进行广播，因而其传输系统包含信道编解码与调制解调两个部分；第二类适用于PDH电信网络，如DVB-PDH，这一类系统通过基带传输，传输系统仅包含信道编解码部分；第三类适用于SDH电信网络，如DVB-SDH，这一类系统也通过基带传输，但一般不需要传输系统。

DVB可适用于多种传输媒介，但广播仍是其最主要的传输媒介，绝大多数用户将通过广播信道接收DVB节目，因此DVB标准以DVB-S、DVB-C、DVB-T和DVB-SC四个适用于广播信道的标准为核心。此外，由于广播信道中的各种干扰与其他类型信道中的干扰相比最为严重，因而适用于广播信道的DVB传输系统技术最复杂、结构最完善，将其作适当简化与修改，即可适用于其他类型信道。

具体来说，DVB标准主要包括基带处理、传输、交互操作、条件接收四部分，此外还涉及数字广播、数字卫星新闻搜集、网络传输接口、数字电视测试测量、数字电视综合接收设备等方面。

1．基带处理部分

基带处理部分主要包括视频、音频数据的压缩编码方法、码流组成等。考虑到MPEG-2标准的先进性以及多种应用领域，DVB直接采用了MPEG-2标准的系统、视频、音频部分，用于形成DVB中的ES与TS。在制订MPEG-2时为适应更大的应用范围，规定了不同应用可以采用相应的参数集和参数取值范围，因此DVB中相应有专门的标准介绍使用MPEG-2的指南，其中定义了可使用的语法及参数等。此外，DVB在TS流中定义了许多辅助信息，称之为服务信息(SI，Service Information)，以便于选择节目并了解与节目相关的信息，提供节目之间的相互关系，以及可以携带特定的数据。

2．传输部分

传输部分主要规定基带信号如何通过各种广播渠道进行发送，这是DVB的重要组成部分，DVB规定的主要传输标准如下。

(1)DVB-S

DVB-S是DVB最先制订的传输标准，它规定通过卫星进行数字电视广播的方法，主要包括信道编码与调制技术。卫星传输具有覆盖面广、节目容量大等特点，DVB-S数据流调制采用QPSK方式，工作频率为11 GHz／12 GHz，当使用MPEG-2 MP@ML格式时，用户端若达到ITU-R 601演播室质量，码率为9 Mb／s；若达到PAL质量，码率为5Mb／s。一个54MHz卫星转发器(Ttansponder)的传送速率可达68Mb／s，可用于多套节目的复用，DVB-S标准几乎为全球所有的数字电视卫星广播系统所采用，我国也采用DVB-S标准。

(2)DVB-C

DVB-C描述数字电视在有线传输中的编码与调制方法，它采用16QAM、32QAM、64QAM三种调制方式，工作频率在10 GHz以下，当采用64QAM时，一个PAL通道传送码率为41.34 Mb／s，可用于多套节目的复用，系统前端可从卫星和地面发射站获得信号，在终端需要有线电视数字机顶盒。

(3)DVB-T

DVB-T是数字电视地面广播标准，这是最复杂的DVB传输系统，地面数字电视发射系统的传输容量理论上与有线电视系统相当，它在本地区覆盖最好。在调制方式上，DVB-T采用COFDM，可在8MHz带宽内传送4套电视节目，传输质量高、接收费用也高。

(4)DVB-CS

DVS-CS是适用于数字卫星共用天线电视(SMATV，Satellite Master AntennaTelevision)的广播系统标准。

(5)DVB-MS

DVS-MS是适用于基于DVB-s方式的高于lO GHz的数字广播多通道微波分配系统(MMDS，Multichannel Microwave Distribution System)标准。

(6)DVB-MC

DVS-MC是适用于基于DVB-C方式的低于10GHz的数字广播多通道微波分配系统(MMDS)标准。

3．交互操作部分

交互操作是未来数字电视服务的优点和发展趋势，DVB标准中的交互操作基于MPEG-2 DSM-CC规范，此外，DVB还制订了利用不同物理信道作为交互操作通信信道的方法。

4．条件接收部分

由于许多节目和服务不实行免费，只针对授权用户，因而涉及到节目流加扰与用户授权解扰。数字电视条件接收系统主要由用户管理系统(SMS，Subscriber ManagementSystem)和用户授权系统(SAS，Subscriber Authorization System)两部分组成，前者对节目流或服务进行加扰，后者对用于解扰的控制字进行加密并传送。DVB不对SMS和SAS实行标准化，它只开发了一个公共加扰算法(CSA，Common Scrambling Algorithm)。此外，为使接收机能够接收不同服务，DVB规定了接收机条件接收的统一接口。

1.3 ISDB标准

ISDB(Integrated Service Digital Broadcasting)即综合业务数字广播，它是日本DIBEG组织(Digital Broadcasting Experts Group，数字广播专家组)制订的数字电视传输标准。日本于1995年7月在日本电气通信技术审议会上通过了与欧洲DVB标准相符的日本数字电视标准，1996年开始启动自主的数字电视标准研发项目，经过仔细研究与思考，日本决定在欧洲COFDM技术的基础之上增加具有自主知识产权的部分，并形成了ISDB-T地面数字广播传输标准，它对信号失真的恢复能力(Resilience)很强，因而在移动接收条件下更为可靠。经日本方面艰苦努力，2001年ISDB标准正式被国际电信联盟(ITU) 接纳，并成为ITU历史上第三个数字电视传输国际标准。ISDB利用一种标准化复用方案，在一个普通传输信道上可发送各种不同种类的信号，同时可通过各种不同传输信道发送复用信号。ISDB-T抗脉冲干扰能力优于欧洲DVB-T标准，它具有柔韧性、扩展性、共通性等特点，可以灵活集成和发送多节目电视以及其他数据业务。日本发展数字高清晰度电视首先考虑卫星信道传输模式，采用QPSK调制方式。ISDB基本结构如图7-5所示。