第一章 数字电视系统概述 

 数字电视是数字化信息技术革命的产物，数字技术使人类与外界交流的信息（图像、声音和文字）数字化，所有的信息在数字世界里传播、转换和处理。所谓数字电视，是将传统的模拟电视信号经过抽样、量化和编码转化成用二进制数字信号后进行传输，在接收端（用机顶盒）对接收到的数字信号进行处理，输入到电视机收看。除了传统的电视节目，还有视频点播、宽带上网、电子商务、数据广播等业务。数字电视的数字化使得广播电视网能够和电信网、计算机网相连接，成为数字电视未来的发展方向。

第二章 数字电视系统的优越性 

传统的模拟电视最大的缺点是：逐级放大的传输方式容易产生噪声，通过长距离传输后由于信噪比的下降，导致图形清晰度不同程度的下降、对比度的畸形已经色彩的失真等，此外，模拟电视还容易被干扰、传输损耗大、稳定性差、可靠性低、调整繁杂、占用带宽（8MHz带宽内只能传输1套模拟节目）、不便集成等等缺点。

数字电视系统的优点：

1) 采用先进的图像压缩编码技术，在一个模拟节目频道带宽内，可传输4~8套高/标清数字电视节目，可在不增加带宽的情况下，增加大量的电视节目；

2) 采用数字形式传输，抗干扰能力强，并在传输中进行信道编码，大幅降低在信道传输中产生的误码；数字信号的信噪比与处理的次数无关，传输过程中不会积累而影响图像质量； 

3) 传输距离远，长距离传输中信噪比基本不变，所以接收端图像质量与发射端质量基本保持一致； 

4) 伴音质量大幅提高，普通模拟电视中，采用单声道或双声道播出，而数字电视可以提供5.1声道环绕立体声；

5) 数字电视信号因不受电源波动、器件非线性的影响，所以信号能保持稳定、可靠，同时数字设备不需要调节，维护简单，使用方便； 

6) 由于采用数字技术，在数字电视通信中可以互不干扰地同时传输文字、数据、语音、静止图像等多种数字信息，可与计算机网、电信网互联互通，实现用户自由点播视频节目、电子商务、网上购物、网上教学、网上医学、网上游戏等多种高速据业务。

7) 可进行数字电视信号加密/解密和加扰/解扰技术，有利信息安全，以实现付费电视、视频点播及交互式电视，便于开展各类收费业务以及实现对客户的管理；

第三章 数字电视系统技术概述

3.1 数字电视系统的基本原理

数字电视系统是指视频、音频和数据信号从信源编码、调制、接收和处理均采用数字技术的电视系统。它由信源、信源编码、复用、数字调制、传输、数字解调、信源解码、信宿等部分组成。

信源是指产生和输出音频、视频和数据信号的设备。将信源送出的模拟信号进行模数转换（AD），用一定的数字脉冲组合来表示，形成数字信号。为了提高传输效率，先将音、视频信号进行压缩编码，去除冗余，提高图像传输效率。信道编码和数字调制，用于提高数字信号的抗干扰能力，最大限度减少传输过程中出现误码。信号到达接收端，经数字解调、信道解码和信源解码，也就是前面的逆过程，将数字信号恢复成原来的模拟信号，在信宿上显示出来。

3.2 数字信号的生成

模拟信号的数字化，主要包括取样、量化和编码等三个环节。 数字信号转变成模拟信号，主要包括内插滤波、返量化和解码等处理，是模数转换的逆过程。目前，这些处理都在集成芯片中完成。

1、取样

     取样是在模拟信号上，以恒定频率在时间轴上离散地取样，取样后形成时间离散、大小仍对应模拟信号相应时刻瞬时值的取样值（简称样值）。由取样定理，可以知道：只要取样率大于或等于模拟信号最高频率的2倍，就可以不失真地恢复模拟信号。也就是说，只要满足取样率大于或等于模拟信号最高频率的2倍，取样后的信号中包含的信息几乎完全相同。

     2、量化和编码

      量化是将取样值的大小，按照某种规则，划分成若干级，每级对应一个量化值，落在相邻两个量化值之间的取样值，按四舍五入法，用临近的量化值表示。而每一个量化值，对应一组二进制码字，量化和编码的结果就是用一组二进制码子来表示取样值的大小。

3.3 音频信号数字化

人耳能听到的频率范围为20Hz~20KHz,对模拟音频信号的取样一般在这个范围之内进行。在模拟音频信号的声音波形中，按照一定的取样频率对该波形进行取样，按一定的量化级对取样值进行量化、编码。衡量一个数字化后的声音波形的质量，有以下三个指标。

1、取样频率

取样频率越高，单位时间内获得的声音样本就越多，数字化后音频信号的质量就会越好，但同时需要的存储量也越大。根据人耳的听力频率范围，一般采样频率为44.1KHz。

2、量化位数

     为了反映某一瞬间的声波幅度电压的取样值大小，采用二进制的方式分割取样信号的幅度，以8bit或16bit来划分声波幅度大小。量化级越多，声波幅度值的量化月精确，音频信号的质量也越好，需要的存储量也越大。

3、声道数

     声道数是指一次取样记录产生的声音波形的个数。一般模拟电视中使用的是单声道或者普通双声道，而在数字电视中，由于可以进行压缩，大大减少数据量，所以在数字信道中可以传立体声或者5.1声道，大大提高数字音频质量。

3.4 视频信号数字化

音频信号只是简单的声音波形，而视频信号跟音频信号完全不同。电视的每一帧图像都按逐行或者隔行扫描方式传送一行行、一场场电视图像信息，运动图像则由一帧帧图像序列组成。扫描过程其实就是对图像序列在空间上和时间上的取样过程。

1、模拟电视系统对彩色图像信号的处理

     R（红）、G（绿）和B（蓝）是图像色彩中的三基色，它们都对亮度有贡献，但如果传送三基色信号，则需要占用三个宽带信道。彩色电视系统利用视觉对彩色细节不如对亮度细节敏感的特点，把三个宽带的三基色信号组成一个宽带的亮度信号（Y）和两个窄带的色差信号，一个是蓝色差信号（B-Y)，一个是红色差信号（R-Y)。

2、数字电视系统对色彩图像信号的处理

目前对视频信号进行数字化普遍采用的是分量数字化，也就是分别对亮度信号和两个色差信号进行采样、量化、编码。

彩色图像上的每一个像素，都对应R、G和B三基色分量信号，数字化的时候，把每一个像素中的三个基色分量信号变成一个宽带的亮度信号Y和两窄带的色差信号Cb、Cr(4:4:4信号格式）。

 一般在节目制作过程中，为了较好地保留彩色细节，高清数字电视演播室通常采用4:4:4信号格式（标清电视演播室采用4：2：2信号格式），而为了节省传输带宽，传输时候的彩色电视信号压缩为4:2:0信号格式，而终端显示需要把接收到的信号转换成4:4:4信号格式才能显示出来。

3.5 传输码流

在数字电视中，所有信息和信号，经过编码后都变成了数据。数据的存储和传输，都是通过码流的形式。数字电视码流主要有基本码流（ES）、打包基本码流（PES）、节目码流（PS）和传输码流（TS）。

基本码流（ES）称原始数据流，它包含视频、音频和数据等的连续码流。打包基本码流（PES）是按照一定的要求和格式打包的基本码流，PES的包头上包含PES的数据信息，包括识别视音频、同步信息等。节目码流是用来传输和保存一个节目的编码数据和其它数据，它将一些具有公共事件基准的PES组合成单一的码流。传输码流（TS）是各种传输设备的基本接口，它的结构侧重传输方面的状态，它将所有的视频和音频的PES包都作为传送包的净荷来处理，包长度188个字节，其中包头长度4个字节，用于识别传输码流。

 第四章 数字电视系统组成

    数字电视系统的组成由硬件和数据信息两部分组成。硬件部分主要由信源系统、编码器、复用器、加扰器、数字调制器、机顶盒组成。 数据信息部分由数据业务系统、节目信息生成系统、用户管理系统、条件接收系统等组成。

4.1、硬件部分

  1、信源系统

信源系统为数字电视提供所有的节目资源，这些节目资源来源有以下几种方式：一种是卫星电视信号；一种是由上级传下来的数字电视信号；一种是自办节目。

（1）卫星电视信号

    卫星电视信号主要是接收卫星上的电视信号，卫星电视信号分为免费卫星信号和加密卫星信号，免费卫星信号可通过模拟卫星接收机和数字卫星接收机来接收信号，加密的卫星信号需用专用的解码器来接收信号。模拟卫星接收机和解码器需经过编码器才能输出TS流数字信号，数字接收机可直接输出TS流数字信号。

    卫星电视接收系统由四部分组成：卫星天线、高频头、功分器、卫星接收机；天线有反射面、馈源、天线基座组成。高频头包括低噪声放大器和下变频器，它将接收到的几GHz的下行频率信号变为几百MHz的频率输入到卫星接收机，接收机再将中频信号处理，转变为音视频信号输出。

（2）数字电视信号

    数字电视信号是指用上级传输下来的数字电视节目；一般本地数字电视信号的传输是通过SDH网络或者宽带IP的方式直接传输，节目的接收端都需要用高/标机顶盒或者IP机顶盒来解码，输出HDMI/AV信号进入终端显示器或者编码器/复用器。

（3）自办节目

    自办节目是指由甲方自己编辑的宣传节目或者播放DVD节目等等。

2、编码器

1）信源编码

DVB标准的传输系统分成信源编码(Source Coding)和信道编码(channel Coding)两部分，信源编码采用 MPEG-2码流。采用4:2:2的取样格式的情况下，当亮度信号取样率为13.5MHz时,两个色差信号的取样频率分别为6.75MHz，取样点用8bit量化，则总码率Rb=(13.5+6.75*2)*8=216Mbit/s。在PCM二进制的传输通道，1Hz带宽传输的最高码率是2bit/s计算，216MHz需要108MHz的带宽，是现有模拟电视传输带宽（8MHz）的十几倍。因此不经过压缩的视频数据量巨大，无法进行传送，所以必须在传送前进行信源压缩编码。

（1）、音频压缩原理

    目前，数字电视使用的音频压缩编码方式为MUSICAM（掩蔽型自适应通用子频带综合编码和复用），是对人耳的听觉特性对声音数据进行压缩编码

  当某一频率附加出现几个声音信号，其中有一个信号的幅度远大于其它几个信号的幅度，那么这个信号将会掩盖其它几个信号。所以，将大音量频率附近的小音量舍弃，就不会影响听觉效果。

（2）、视频压缩原理

 数字电视使用的视频压缩编码方式为MPEG-2，MPEG-2是对数字电视、DVD等标清音视频的压缩编码，编码率最高为100Mbit/s。

MPEG-2视频压缩编码是基于最大限度消除图像和视频图像序列自身的空间 余度和时间冗余度，主要特点是：利用视觉加权量化去除图像灰度冗余度；利用二维DCT去除空间冗余度，利用运动补偿预测去除图像时间冗余度；利用熵编码去除图像统计冗余度。

2、信道编码

信道编码包括：前向纠错编码、解码、调制、解调和上下变额三部分。前向纠错码根据不同的传输媒介采用不同的组合。它按一定的规律在信源编码的基础上增加一些冗余码元，使冗余码元与被传信息码之间具有一定的关系，这个过程称为信道编码，接收端根据接收到的信息码元与冗余码元实现检错和纠错，输出原来的信息码元，这个过程称为信道解码。常用的信道编码方式有：RS编码、卷积编码、交织码、伪随机序列扰码。在DVB-C中使用RS（204,188，t=8),纠错能力为8字节。卫星传输采用 QPSK调制，有线传输采用 QAM调制，开路传输采用 COFDM调制或 16VSB调制。

3、码流复用器

数字信号的复用是采用时分复用方式。它将传输通道分成若干个时间间隙，每段时间间隙依次排列，分配给一套节目货一个特定码流。在分配的这段时隙里，节目信号占用整个频带，各节目周期性地轮流占用，在接收端利用时基信号区分不同节目。

复用的主要目的是将多个单节目码流（SPTS）或多节目码流（MPTS）转换成一个MPTS，复用后的MPTS通过QAM调制器调制输出，能有效提高信道利用率。

    数字电视可在一个模拟电视信道中传送多套数字电视节目，在调制前先要将多路节目的TS流进行再复用，实现节目间的动态带宽分配。提供各种增值业务，以适合系统传输的需要，完成这项工作的是复用器。

复用器主要包括ASI输入单元、信息处理模块、输出模块、远程控制模块这几部分。

ASI输入单元的TS码流首先进行TS流包同步检测，当同步搜索岛码流同步包时，首先对输入码流进行PID滤波和PID重新映射，目的是降低软件处理的数据量，提高复用器处理数据的吞吐量，然后继续检测PCR域，若发现PCR信息，则将其信息输入PCR恢复并将恢复的数值作为初始值载入PCR计数器，27MHz时钟是对PCR域值进行补偿计数，然后分别送入相应的先进先出移位寄存器（FIF0）。

信息处理模块主要是用DSP来完成PSI信息处理、重构、利用其高速处理能力获取传输流的码率，对PCR和PMT进行重新映射、更新PID等，同时利用DSP的定时器将SI信息数据通过并行口写入发送缓冲区FIF0。

输出模块的任务是检测PCR和对PCR进行修正，同时确保输入缓冲区和输出的FIF0缓冲区即不上溢也不下溢，根据设定的输出码流速速率决定何时发送TS包，当输出TS包时对PCR修正。

   远程控制模块根据用户的要求来设置，列如对设备状态检测等等。

4、数字调制器

数字电视中，常用的调制方式是QAM（正交幅度调制）调制。正交幅度调制是利用正交载波对两路信号（I信号和Q信号）分别进行双边带抑制载波调幅形成的。正交载波是同时利用载波的幅度和相位调制，来传递数字信息，载波的各个峰值处聚集形成一个个小黑点，如64QAM有64个小黑点，表示的是64个不同的6位二进制，经过系统判别可以把该符号代表的二进制数据恢复出来。

   （1）调制模式：QAM调制应用在有线电视应用中一般为64QAM，如果传输网络质量较好，可以采用更高的星座值。

   （2）符号率设置：符号率是指数据调制率，它与数据传输率（比特率）及信道参数有关，单位为Mbaud/s，符号率（Rb）与传输带宽（BW）的关系是BW=RB(1+a),其中a是低通滤波器的滚降系数。在数字电视系统中，当a=0.16时，模拟频道带宽为8M，那么符号率=8/（1+0.16）=6.896Mbaud/s。则64QAM调制方式的输出码流为6.896*log264=6.896*6=41.376Mbit/s,其中有效输出码流为6.875*6*188/204=37.32Mbit/s。

   （3）射频设置：在数字电视频道中，数字电视调制器输出的频率是设定在该频道的中心频率处，如在25频道606-614MHz的中心频率是（606+614）/2=610MHz.

   （4）电平设置：模拟电视的载波调制是残留边带调制，而有线数字电视的QAM调制具有类似双边带的特性，他们的峰值功率和平均功率是不同，通常QAM调制器的输出电平比模拟调制器的输出电平低10dB为最佳。

5、数字机顶盒

  有线数字电视机高清顶盒完全符合DVB-C高清标准，采用国内主流品牌的微处理器，集成了国内多种主流条件接收系统，多种数据广播系统，支持多种频道搜索方式（包括NIT搜索、全频道搜索及手动搜索等），支持多种在线升级，支持开机画面更新，支持广告图片功能，本机顶盒是根据大众客户的实际情况定制的能满足市场客户的基本要求，同时EPG、频道管理、工作时段设置和家长锁等多种齐全的应用功能均可安全、可靠、快速、有效的运行在硬件平台上，内置数款益智休闲游戏，是一款高性价比有线高清数字电视机顶盒。

4.2 数据信息部分 

1、数据业务系统

    有线数字电视系统除了提供传统的电视节目业务之外，还能够提供其它各种数据业务，包括：视频点播、数据广播、宽带上网、电子商务等等业务，这些数据信息通过复用器进行复用后传送到用户端，用户可以通过定制业务来获取信息。

2、节目信息生成系统

1）PSI（节目专用信息）

    在数字电视中，所有音视频、文字、图片等经过数字化处理后，都变成数据，并按照MPEG-2标准打包，形成固定长度的传送包，再将这些传送包进行复用，形成传输码流（TS），在MPEG-2中定义了PSI，将PSI插入数据包，接收端通过搜索各个数据包的PSI，自动设置和引导接收机进行解码。 

PSI有4中信息表

 1、PAT（节目关联表）：针对复用的每一路业务，PAT提供了相应的PMT（节目映射表）的位置，同时还给出了NIT（网络信息表）的位置。

 2、CAT（条件接收表）：条件接收表提供了在复用流中条件接收系统的有关信息，这些信息属于专用数据，依赖于条件接收系统。

 3、PMT（节目映射表）：节目映射表完整地描述了一路节目是由哪些PES组成的，它们的PID（包标示符）分别是什么等。

 4、NIT（网络信息表）：网络信息表内容为专用，通常包括用户选择的服务和传输码流包识别、通道频率、调制特性等。

 2）SI（业务信息）

    除了PSI之外，还需要为用户提供有关业务和事件的识别信息，这些数据由9个表构成。

1、BAT（业务群关联表）：业务群关联表提供了与业务群相关的信息，给出了业务群的名称以及每个业务群中的业务表。

2、SDT（业务描述表）：业务描述表包含了描述系统中业务的数据，列如业务名称、业务提供者等信息。 

3、EIT（事件信息表）：事件信息表包含了与事件或节目相关的数据，列如事件名称、起始时间、持续时间等；不同的描述符用于不同类型的事件信息的传输。列如不同的业务类型。

4、RST（运动状态表）：运动状态表给出了事件的状态。

5、TDT（时间和日期表）：时间和日期表给出当前时间和日期相关的信息。

6、TOT（时间偏移表）：时间偏移表给出了当前的时间、日期和本地时间偏移相关信息。

7、ST（填充表）：填充表用于使现有的段无效，列如在一个传输系统的边界。

8、SIT（选择信息表）：选择信息表仅用于码流片段中，包含了描述该码流片段的业务信息的概要数据。

9、DIT（间断信息表）：间断信息表仅用于码流片段中，它将插入到码流片段业务信息间断的地方。  

4.3、EPG（电子节目指南）

     电子节目指南为用户收看电视节目和享受信息服务提供了一个良好的导航机制，是运行在机顶盒上的一种应用程序，使用户能够方便快捷地找到自己喜欢的节目，查看节目的附加信息。特别是数字电视节目种类繁多、数量庞大，没有EPG这个“导航器”，用户浏览节目是很不方便的。

1）EPG的基本功能

（1）、节目单：提供一段时间内的所有电视节目信息，用户可以选择不同的方式进行浏览。

（2）、当前播出节目浏览：可按频道列出当前节目或按分类划分列出当前节目。

（3）、节目附加信息：给出节目的附加信息。

（4）、节目分类信息：按节目内容进行分类。

（5）、准视频点播：对准视频点播节目调度提供方便灵活的节目编排功能。

（6）、家长分级可控：可以对节目内容进行分级控制。

EPG的这些功能科通过传输码流的SI来实现。

2）、EPG信息组成

EPG信息是从SI和PSI中获取的，它采用表传输方式，分别为NIT（网络信息表）、BAT（业务群关联表）、SDT（业务描述表）、EIT（事件信息表）和EMT（EPG映射表），这些表被分为一个或若干个段，每段包含一部分或全部关于表的信息，然后插入到TS（传输流）包中，其中最重要的是NIT、EIT和SDT，利用这3个表中的数据就可以构成功能不通的EPG。

3）、EPG信息提取

EPG信息的提取是在机顶盒端完成的。机顶盒根据PAT中为0x0000，首先从码流中提取PAT，然后从PAT中获得包含PMT和NIT的TS包的PID信息，从而提取PMT和NIT。机顶盒根据NIT提供的网络信息实现自动搜索节目所在频点的功能，根据PMT中给出的数据包的PID提取出音视频包，进行解码获得电视节目的音视频信号；机顶盒根据SDT的PID为0x0011可以获得SDT，通过SDT获得电视频道信息；机顶盒根据EIT的PID为0x0012提取EIT，从EIT中获得节目名称、节目长度、节目简介、节目分类、家长分级控制等信息。

4.4、用户管理系统（SMS）

     用户管理系统是支撑运营和管理运营的一个综合业务平台，它利用系统管理技术、计算机软件技术、网络技术等，来实现数字电视系统的用户信息、业务信息、资源信息、计费等管理功能。

     用户管理系统需要根据自身需要构建用户服务内容，在实现过程中，需要银行系统、条件接收系统、客房系统等其它外部系统的支持。利用用户管理系统的信息进行经营分析，是该系统的一个重要的作用，可以了解到各片区的用户发展情况、不同职业不同年龄用户的业务情况、各种问题的咨询投诉等等，根据这些信息制度更好的营销策略、更好的服务方式来完善。

4.5、条件接收系统（CA）

条件接收是数字电视实现付费的技术环节，它对播出节目用随机发生的控制字，即密匙进行加扰，再把控制字加密保护好，通过一定的方式传输到用户端，用户根据相应的授权，能够有条件地解开控制字，从而可以正常收看电视节目。

条件接收系统由加扰器、解扰器、加密器、控制字产生器、用户授权系统、用户管理系统和条件接收子系统组成。