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数字电视实用技术
作者: 吴恩学
出版社: 教育科学出版社
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目前,我国正处于从模拟电视向数字电视的整体转换时期,其发

展速度已经超过了想象,有些地方已在应用数字电视带来的便利增

值服务。

辽宁省广电网络公司为了在全省大面积地开展数字电视技术

培训,特由省网的总工亲自挂帅,携技术部、工程部以及省监测

中心主要技术骨干,并在各相关部门的配合下,编篡出版《数字

电视实用技术》这本通用培训教材。

本书共分十一章,在内容上涵盖了数字电视信号的产生、

传输到接收的全过程。其具体内容主要为:数字电视信号的产生过程,

图像、伴音信号的压缩编码方法及信源编码的H.261、JPEG、MPEG-1、MPEG-2等几种主要国际标准的压缩方案及特点;MPEG-2的码流的构成及其复用技术;数字信号传输的特点,分析误码控制的基本原理,检/纠错的基本原理和几种主要的信道编码方式;较系统地介绍了几种常用的传输码型的特点和选择原则,数字信号的基带传输、中继传输和调制传输方法及卫星、有线、地面三大数字电视信号传输方式的特点和方法;数字电视条件接收的加/解扰和加/解密原理;数字电视机顶盒的基本原理及特点;最后还介绍了交互式数字电视、视频点播(VOD)的基本原理以及移动多媒体(CMMB)——手机电视的实现方式等。

目    录

 

第一章  数字电视DTV的基本概念……………………………………………………1

1.1、数字电视的技术含义……………………………………………………………………1

1.2、数字电视的种类…………………………………………………………………………2

    1.2.1、按传输途径分类…………………………………………………………………2

    1.2.2、按接收方式分类…………………………………………………………………2

    1.2.3、按图像清晰度分类………………………………………………………………3

1.3、数字高清晰度电视………………………………………………………………………3

1.4、数字电视的优点…………………………………………………………………………4

1.4.1、模拟电视的缺陷…………………………………………………………………4

1.4.2、数字电视技术的优点……………………………………………………………6

1.5、数字电视系统组成及关键技术…………………………………………………………8

    1.5.1、数字电视信源编/解码技术 ……………………………………………………9

    1.5.2、数字电视复用/解复用技术……………………………………………………10

    1.5.3、数字电视信道编/解码及调制/解调技术 ……………………………………11

    1.5.4、数字电视条件接收技术 ………………………………………………………12

    1.5.5、数字电视软件平台—中间件 …………………………………………………12

    1.5.6、数字电视的大屏幕显示 ………………………………………………………13

1.6、发展数字电视的重要意义 ……………………………………………………………13

第二章  数字电视技术基础………………………………………………………………15

2.1、模拟信号和数字信号 …………………………………………………………………15

    2.1.1、模拟信号的特点 ………………………………………………………………15

    2.1.2、数字信号的特点 ………………………………………………………………16

2.2、模拟信号转换为数字信号的过程 ……………………………………………………17

    2.2.1、取样(采样) …………………………………………………………………17

    2.2.2、量化 ……………………………………………………………………………18

    2.2.3、编码 ……………………………………………………………………………20

2.3、数字电视传输系统主要性能指标 ……………………………………………………22

    2.3.1、数字电视系统的常用术语和概念 ……………………………………………22

    2.3.2、数字电视传输系统主要性能指标 ……………………………………………25

2.4、视频信号的数字化 ……………………………………………………………………27

    2.4.1、彩色电视信号的编码方式 ……………………………………………………27

    2.4.2、视频信号的取样结构 …………………………………………………………28

    2.4.3、视频信号的取样频率 …………………………………………………………29

    2.4.4、视频信号的取样格式 …………………………………………………………30

    2.4.5、量化级和码位的分配 …………………………………………………………30

    2.4.6、演播室分量电视信号数字编码标准—CCIR601建议 ………………………33

    2.4.7、数字电视信号的码率 …………………………………………………………35

    2.4.8、数字电视信号的有效码率 ……………………………………………………35

2.5、音频信号的数字化 ……………………………………………………………………37

    2.5.1、取样频率的大小 ………………………………………………………………37

    2.5.2、量化比特数的多少 ……………………………………………………………37

    2.5.3、声道数的多少 …………………………………………………………………38

第三章  数字视/音频压缩编码技术………………………………………………………39

3.1、数字视频压缩编码技术 ………………………………………………………………39

    3.1.1、视频压缩的必要性 ……………………………………………………………39

    3.1.2、视频压缩的可行性 ……………………………………………………………40

    3.1.3、数字视频压缩编码的基本原理 ………………………………………………42

3.1.4、视频压缩编码方式的分类 ……………………………………………………42

3.1.5、图象压缩技术优劣评估条件 …………………………………………………43

3.1.6、数字视频压缩编码与解码电路的组成 ………………………………………44

3.1.7、数字视频差值编码与预测编码 ………………………………………………45

3.1.8、数字视频的变换编码与离散余弦变换 ………………………………………46

3.1.9、数字视频的熵编码与霍夫曼编码 ……………………………………………48

3.1.10、数字视频的运动补偿编码……………………………………………………49

3.2、数字音频压缩编码技术 ………………………………………………………………51

3.2.1、音频信号压缩的必要性 ………………………………………………………51

3.2.2、音频信号压缩的可行性 ………………………………………………………52

3.2.3、音频压缩编码方法简介 ………………………………………………………55

第四章  数字视/音频信号压缩编码国际标准……………………………………………57

4.1、视频信号压缩编码国际标准 …………………………………………………………57

4.1.1、H.261标准………………………………………………………………………57

4.1.2、H.263标准………………………………………………………………………59

4.1.3、H.264标准………………………………………………………………………60

4.1.4、JPEG标准………………………………………………………………………61

4.1.5、MPEG-1标准 …………………………………………………………………62

4.1.6、MPEG-2标准 …………………………………………………………………70

4.1.7、MPEG-4标准 …………………………………………………………………75

4.1.8、MPEG-7标准 …………………………………………………………………76

4.1.9、MPEG-21标准…………………………………………………………………77

4.1.10、AVS标准………………………………………………………………………78

4.2、MPEG音频信号压缩编码国际标准 …………………………………………………79

4.2.1、MPEG-1标准 …………………………………………………………………79

4.2.2、MPEG-2标准 …………………………………………………………………80

第五章  传输码流及其复用技术…………………………………………………………81

5.1、MPEG-2中的码流 ……………………………………………………………………81

5.1.1、基本流(ES)与打包基本流(PES)…………………………………………82

5.1.2、节目流PS ………………………………………………………………………82

5.1.3、传输流TS………………………………………………………………………85

5.2、MPEG-2中的节目特定信息……………………………………………………………89

5.2.1、MPEG-2定义的节目特定信息表 ……………………………………………89

5.2.2、PSI和TS流的关系……………………………………………………………90

5.2.3、PSI表的作用……………………………………………………………………91

5.3、DVB中的业务信息……………………………………………………………………92

5.3.1、数字电视广播系统业务传输模式 ……………………………………………93

5.3.2、PSI/SI的总体结构 ……………………………………………………………94

5.3.3、DVB定义的业务信息表………………………………………………………96

5.4、PSI/SI信息表的描述方法 ……………………………………………………………98

5.4.1、表 ………………………………………………………………………………98

5.4.2、段 ………………………………………………………………………………98

5.4.3、描述符…………………………………………………………………………101

5.5、电子节目指南EPG……………………………………………………………………110

5.5.1、EPG信息的组成………………………………………………………………110

5.5.2、EPG的基本功能………………………………………………………………111

5.5.3、SI信息生成EPG信息的方案 ………………………………………………112

5.5.4、EPG信息在机顶盒中提取的过程……………………………………………112

5.6、关于TS包净荷部分的说明 …………………………………………………………114

5.6.1、净荷为视/音频PES包以及辅助数据 ………………………………………114

5.6.2、净荷为PSI/SI的业务信息表…………………………………………………115

5.7、码流的复用……………………………………………………………………………115

5.7.1、节目复用与传输复用…………………………………………………………115

5.7.2、PSI信息的重构………………………………………………………………117

5.7.3、节目时钟参考PCR修正……………………………………………………117

5.8、MPEG-2系统视/音频的同步 ………………………………………………………119

第六章  数字电视信道编码技术………………………………………………………121

6.1、信道编码技术概述  …………………………………………………………………121

    6.1.1、信道编码的原因与要求………………………………………………………122

6.1.2、误码产生的原因………………………………………………………………123

6.1.3、误码的形成……………………………………………………………………124

6.1.4、误码率与降低误码率的方法…………………………………………………125

6.1.5、信道编码的原理………………………………………………………………126

6.2、差错控制编码的基本方式……………………………………………………………127

6.2.1、检错重发方式(ARQ)………………………………………………………127

6.2.2、前向纠错方式(FEC)………………………………………………………128

6.2.3、混合纠错方式(HEC)………………………………………………………128

6.3、差错控制编码的种类及特点…………………………………………………………128

6.3.1、按照误码产生的原因分类……………………………………………………129

6.3.2、按照信息码元与附加的监督码元之间的检验关系分类……………………129

6.3.3、按照信息码元与监督码元之间约束方式分类………………………………130

6.3.4、按照信息码元在编码之后是否保持原来的顺序分类………………………130

6.4、差错控制编码的基本原理……………………………………………………………130

6.5、差错控制编码的几个基本概念………………………………………………………131

6.5.1、信息码元与监督码元…………………………………………………………131

6.5.2、许用码组与禁用码组…………………………………………………………131

6.5.3、编码效率………………………………………………………………………131

6.5.4、码重与码距……………………………………………………………………132

6.5.5、最小码距与检/纠错能力的关系 ……………………………………………132

6.6、数字电视常用的信道编码技术………………………………………………………133

6.6.1、能量扩散………………………………………………………………………133

6.6.2、RS编码技术 …………………………………………………………………134

6.6.3、数据交织技术…………………………………………………………………136

6.6.4、卷积编码技术…………………………………………………………………138

6.6.5、级联编码技术—外码与内码…………………………………………………139

6.6.6、网格编码调制技术……………………………………………………………140

第七章  数字基带传输与数字调制 ……………………………………………………143

7.1、概述……………………………………………………………………………………143

7.2、数字信号传输常见的问题……………………………………………………………143

7.2.1、路径损耗………………………………………………………………………144

7.2.2、阴影衰落………………………………………………………………………144

7.2.3、脉冲干扰………………………………………………………………………144

7.2.4、抖动与漂移……………………………………………………………………144

7.2.5、多径衰落………………………………………………………………………144

7.2.6、马赛克现象……………………………………………………………………144

7.3、数字信号的基带传输…………………………………………………………………144

7.3.1、数字信号基带传输系统………………………………………………………144

7.3.2、数字基带信号常用的传输码型………………………………………………145

7.3.3、数字基带信号码型的选择原则………………………………………………149

7.3.4、数字信号基带传输的基本理论………………………………………………149

7.4、数字基带信号的再生中继传输………………………………………………………151
    7.4.1、均衡放大部分…………………………………………………………………151

7.4.2、时钟提取部分…………………………………………………………………151

7.4.3、判决再生部分…………………………………………………………………152

7.5、数字信号调制传输技术………………………………………………………………154

7.5.1、数字调制技术概述……………………………………………………………154

7.5.2、二进制数字信号调制…………………………………………………………155

7.5.3、多进制数字信号调制…………………………………………………………158

第八章  数字电视传输方式与传输标准………………………………………………173

8.1、数字电视传输的三种方式……………………………………………………………173

8.1.1、数字电视地面广播传输系统…………………………………………………173

8.1.2、数字电视卫星广播传输系统…………………………………………………176

8.1.3、数字电视有线广播传输系统…………………………………………………178

8.2、数字电视传输的国际标准……………………………………………………………179

8.2.1、美国ATSC标准………………………………………………………………180

8.2.2、欧洲DVB标准………………………………………………………………182

8.2.3、日本ISDB标准………………………………………………………………183

8.2.4、数字电视地面广播传输国际标准……………………………………………185

8.3、中国数字电视传输标准………………………………………………………………192

8.3.1、中国数字电视传输标准发展历程……………………………………………192

8.3.2、中国数字电视地面广播传输国家标准………………………………………194

第九章  数字电视条件接收技术 ………………………………………………………197

9.1、数字电视条件接收的基本概念………………………………………………………197

9.2、数字电视条件接收系统组成…………………………………………………………198

9.2.1、条件接收(CA)系统…………………………………………………………199

9.2.2、用户管理系统(SMS)………………………………………………………200

9.2.3、电子节目指南(EPG)………………………………………………………201

9.3、数字电视条件接收(CA)系统的关键技术…………………………………………201

9.3.1、加扰/解扰技术和控制字的概念………………………………………………201

9.3.2、加密/解密技术…………………………………………………………………203

9.3.3、加扰/解扰算法和加密/解密算法 ……………………………………………205

9.3.4、同密/多密技术 ………………………………………………………………207

9.3.5、MPEG-2以及DVB标准中有关CA的规定 ………………………………210

9.4、条件接收系统的基本工作原理………………………………………………………211

9.5、数字电视条件接收的重要意义………………………………………………………213

第十章  数字电视机顶盒技术……………………………………………………………215

10.1、数字电视机顶盒概述 ………………………………………………………………215

10.2、机顶盒的种类及特点 ………………………………………………………………217

    10.2.1、付费电视机顶盒 ……………………………………………………………217

    10.2.2、图文电视机顶盒 ……………………………………………………………217

    10.2.3、网络电视机顶盒 ……………………………………………………………217

    10.2.4、数字电视机顶盒 ……………………………………………………………218

    10.2.5、多媒体数字电视机顶盒 ……………………………………………………220

10.3、有线数字电视机顶盒的发展过程 …………………………………………………221

    10.3.1、第一代数字电视机顶盒 ……………………………………………………221

    10.3.2、第二代数字电视机顶盒 ……………………………………………………221

    10.3.3、第三代数字电视机顶盒(软件机顶盒)……………………………………221

10.4、数字电视机顶盒的组成及原理 ……………………………………………………222

    10.4.1、数字电视机顶盒的组成 ……………………………………………………222

    10.4.2、数字有线电视机顶盒的基本原理及功能 …………………………………225

10.5、数字电视机顶盒的关键技术 ………………………………………………………227

    10.5.1、数字电视机顶盒硬件技术 …………………………………………………227

    10.5.2、数字电视机顶盒软件技术 …………………………………………………228

    10.5.3、数字电视软件平台—中间件技术 …………………………………………231

第十一章  数字电视应用技术 …………………………………………………………233

11.1、交互式数字电视 ……………………………………………………………………233

11.1.1、交互式数字电视的概念 ……………………………………………………233

11.1.2、交互式数字电视系统的结构 ………………………………………………235

11.1.3、交互式数字电视的关键技术 ………………………………………………240

11.2、视频点播(VOD) …………………………………………………………………244

11.2.1、真视频点播、准视频点播与交互式点播 …………………………………244

11.2.2、VOD系统的结构……………………………………………………………245

11.2.3、基于HFC网的VOD系统…………………………………………………246

11.3、手机电视 ……………………………………………………………………………249

11.3.1、手机电视的实现方式 ………………………………………………………249

11.3.2、中国移动多媒体广播(CMMB) …………………………………………254

11.3.3、关于现阶段手机电视标准…………………………………………………256

11.3.4、手机电视业务的运营模式…………………………………………………258

参考文献……………………………………………………………………………………259

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