11数字和模拟电视系统白皮书.docx
- 文档编号:8004890
- 上传时间:2023-01-27
- 格式:DOCX
- 页数:11
- 大小:81.01KB
11数字和模拟电视系统白皮书.docx
《11数字和模拟电视系统白皮书.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《11数字和模拟电视系统白皮书.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
11数字和模拟电视系统白皮书
1数字电视与有线电视综合网及vod系统
1.1电视系统的全面数字化趋势及其影响
在通信领域内的数字化已为人们所熟悉,例如程控电话、计算机通信以及移动通信都实现了数字化。
近年来,电视领域也发生了一系列的变化,在电视节目的制作设备方面已有很大一部分实现了数字处理;在电视节目的储存设备方面也出现了许多数字设备,包括人们最熟悉的VCD等;在节目的传输方面,我们从卫星上已可以接收到多套数字压缩编码的节目。
电视系统的全面数字化正以超出人们预料的速度向前发展,这就要求人们不断更新知识,以便跟上技术发展的步伐。
电视系统的全面数字化将会引起一系列技术革新:
(1)将最终形成电视、电话和计算机三网合一的综合数字业务网。
原本是完全不同的媒体的电视广播、电话和计算机数据通信,在全部数字化后,都使用同一符号“0”和“1”,只不过它们的速率不同而已,人们可以把信号组合在一起,通过一个双向宽带网送到每个家庭。
(2)全面数字的第二个特点是电视制式将实现全球统一,不再会有NTSC、PAL和Secam等不同的电视制式,而将统一在ITU-R601数字标准之中。
因此更利于节目的交换和信息的交流。
在数字系统中标准不仅仅对设备外围的接口,而且对数字信号处理的整个流程和细节都作了详细规定。
MPEG标准将对数字电视的各种应用和系统层作出详细规定。
DVB则对各种传输媒介,如卫星、电缆和地面传输中的各种处理环节进行了规定。
与通信和各种计算机设备及系统相联的标准,目前有DAVIS、MCNS和IEEEP802.14三个标准,不久将会统一。
(3)全面数字化的第三个影响是数字电视业务的可分级性带来的各种业务的统一性,不同质量的信源只是占用的比特率不同,而具有相同的格式,如家用质量的电视比特率在1.5Mbps,专业级质量在4~5Mbps,广播级质量在8~9Mbps,但都打成MPEG-2传送包,可以在同一个设备中完成各种不同级别的图象业务
1.1.1多媒体通信概述
21世纪人类将步入信息时代,美国政府于1993年11月提出了旨在建立全国综合信息业务网的“国家信息基础设施(NII)”计划,根据NII计划的目的、特点与建设思路,人们习惯称之为“信息高速公路”计划。
在美国之后,日本、英国、德国和新加坡等国家相应提出了自己的信息基础建设计划。
我国也提出了“中国信息基础设施”(CII)计划。
可见21世纪将会以信息技术为标志。
今后的有线电视宽带综合业务网,除传送图象信号外,还包括声音、文字、数据等多种信号,除了电视信号的分配外还包括了众多交互式通信的内容,故在此有必要对今后的通信系统作一简要介绍,即多媒体通信。
多媒体通信是通信技术和多媒体技术结合的产物。
它并蓄兼收了计算机的交互性、多媒体的复合性、通信的分布性以及电视的真实性等优点。
1.1.2数字电视的用途
在数字电视中,采用了双向信息传输技术,增加了交互能力,赋予了电视许多全新的功能,使人们可以按照自己的需求获取各种网络服务,包括视频点播、网上购物、远程教学、远程医疗等新业务,使电视机成为名副其实的信息家电。
数字电视提供的最重要的服务就是视频点播(VOD)。
VOD是一种全新的电视收视方式,它不像传统电视那样,用户只能被动地收看电视台播放的节目,它提供了更大的自由度,更多的选择权,更强的交互能力,传用户之所需,看用户之所点,有效地提高了节目的参与性,互动性,针对性。
因此,可以预见,未来电视的发展方向就是朝着点播模式的方向发展。
数字电视还提供了其它服务,包括数据传送、图文广播、上网服务等。
用户能够使用电视现实股票交易、信息查询、网上冲浪等,使电视被赋予了新的用途,扩展了电视的功能,把电视从封闭的窗户变成了交流的窗口。
1.1.3数字电视的特点
与模拟电视相比,数字电视有以下几个优点:
Ø收视效果好,图像清晰度高,音频质量高,满足人们感官的需求。
Ø抗干扰能力强。
数字电视不易受处界的干扰,避免了串台、串音、噪声等影响。
Ø传输效率高。
利用有线电视网中的模拟频道可以传送8—10套标准清晰度数字电视节目。
Ø兼容现有模拟电视机。
通过在普通电视机前加装数字机顶盒即可收视数字电视节目。
Ø提供全新的业务。
借助双向网络,数字电视不但可以实现用户自点播节目、自由选取网上的各种信息,而且可以提供多种数据增值业务。
1.2数字电视的增值业务和服务功能有哪些?
在有线网络上开通数字电视项目的一期服务,一般实现三大主要增值业务:
数字电视广播、数字音频广播和交互电视应用。
在用户的数字电视服务界面上出现的这三大服务栏目,分别包括以下节目内容和服务功能:
1.2.1数字电视广播
●多套“模转数”电视节目。
将现有多套模拟电视包括央视6套及地方台的电视频道的节目,进行数字化处理,用数字电视方式传送到用户家中,大大提高图像质量;
●多组“家庭影院”栏目的节目。
由有线网络公司提供节目内容,采用准视频点播(NVOD)技术实现点播,用户一般等待0~15分钟即可收看到点播的视频节目;
●多套“主题电视”栏目的节目。
由有线网络公司提供节目内容,包括多套电视剧节目、多套动画片节目、多套MTV节目、多套纪实节目、多套娱乐节目,全天播放各类主题电视节目。
●多套“环球视野”栏目的节目,包括探索精选、地理精选、体育精选。
1.2.2数字音频广播:
可开设多套音频广播节目,用户可以根据自己的喜好选择收听。
1.2.3交互电视应用:
●多媒体杂志。
包括大量的数据信息,表现形式为文字、图片,包括新闻中心、我的图书馆、娱乐手册、好彩连连等等。
●EPG(电视节目指南)。
除了按照各种分类法列出所有节目外,用户在察看节目菜单的同时,就可以直接进入各套数字节目。
●游戏天地。
包括3个小游戏,用户可使用遥控器在电视上进行娱乐。
●信息咨询。
包括股票行情和气象信息。
在股票行情栏目,用户可以实时查看股市即时行情、查看日K线图,更可以将自己所关心的股票加入到“自选股票”中,有针对性地研究股票情况。
数字电视业务将以标准清晰度的节目质量,海量的节目内容,多媒体的形式为用户提供更为丰富的电视服务,今后更将以双向交互电视节目形态作为开发和应用为主要的努力方向,如互动体育、互动财经、互动教育、互动游戏等新形态的开发等,数字电视将融合视频、音频、数据信息服务为一体,成为人们最便捷的信息获取渠道。
1.3数字电视接收设备数字机顶盒
由于目前百姓家庭98%以上是模拟电视机,因此接收数字电视信号,必须添加数字机顶盒,机顶盒是电视信号数字传输介质与模拟电视机之间的转换设备。
硬件采用模块化的设计,可灵活配置,维护方便。
软件采用层次化结构,平滑升级性好。
具有高效的嵌入式操作系统,支持标准浏览器。
信息表示全部采用标准的HTML格式,可利用INTERNET上丰富的信息资源,并支持大量与第三方合作开发的软件,具有较强的业务提供能力。
机顶盒的基本原理是通过调制模块接收射频信号并下变频为中频信号,然后进行A/D变换转化为数字信号,在进入QAM解调模块解调出MPEG传输流。
解复用模块再从传输流中抽出节目的PES音视频数据并解扰,再送入PAL编码器、音频编码器,输出模拟音视频信号。
机顶盒的组成包括接收前端、MPEG解码、视音频图形处理、CPU、存储器以及各种接口。
机顶盒中采用的操作系统目前流行的有WindRiverSystem公司的VxWorks、IntegratedSystemIncorporated公司的PSOS、Microwave公司的DAVIDOS-9、ST公司的OS-20等等,这些操作系统各有所长在各类机顶盒上都有所应用。
1.4北美的CATV数字视频传输标准
美国电缆电视实验室(Cablelabs:
CableTelevisionLaboratoriesInc.)与美国主要的数字电视设备供应商及其成员就北美的数字有线电视系统规定的主要细节达成一致,这一规定建立了数字业务的基本结构,允许不同厂家生产的机顶盒和数据调制解调器可以在同一个电缆系统中工作。
这一规定主要解决如何在标准的6MHz有线电视带宽内传输数字视频和数据。
视频数字化和复用方面主要采用MPEG-2主级和主类(MP@ML)的参数,但音频格式将采用DolbyAC-3系统,服务信息表的规定则采用ATSC标准,服务信息表(ServiceInformationTable)的一致性是有无互操作性的关键。
下行数据调制将采用ITV-TJ83附录B标准,即64QAM和256QAM调制和级联格形编码调制并且有可变的交织深度以适应数据和话音方面对较小延迟时间的要求。
在使用64QAM时,一个6MHz通道能传送27Mbps的信息,使用256QAM时,可传送40Mbps。
有线电视数字标准也考虑到与地面广播ATSC数字视频系统尽量一致,除了因传输介质不一样调制方式不用VSB外,尽量保持一致。
所有因比特率的差别,不同的调制方法将先在前端进行处理,然后再送往用户。
上述标准很可能也是我国在CATV宽带综合网中遵循的准则之一。
1.5有线电视宽带综合服务网
1.5.1有线电视宽带综合服务网的特点
目前世界上的有线电视宽带综合服务网,其特征为多样性和兼容性,具体表现为:
1.5.1.1 模拟信号和数字信号并存。
目前我们的电视信号仍以模拟电视信号为主,电视机则是PAL-D制模拟电视信号接收机,全国约有近3亿台电视机,不可能设想一夜之间实现全数字化。
模拟信号存在的时间即模拟信号到数字信号的过渡时间是一个比较长的时期。
数字电视信号已经起步,首先是在卫星转播电视信号上采用了数字压缩编码信号的传输,可以相信,在不久的将来,将在有线电视网络上传输数字电视信号,并且将逐步取代模拟电视信号。
对于交互式通信,如电话、数据则已实现了信号的数字化。
1.5.1.2 频分复用与时分复用并存。
对于多路模拟信号采用频分复用方式。
对于多路数字信号则常采用时分复用方式由于模拟信号和数字信号并存,在宽带综合网中将充分利用频分复用和时分复用各自的优势,力求以有限的频带来传输更多的节目和信息,力求以最低的经济代价来换取更多的服务。
1.5.1.3光缆与电缆并存。
目前我国许多大中城市甚至村镇都建设了光缆干线,建立了光纤—同轴混合网,即HFC网(HybridFiberCoax),按照光纤与电缆的比例分为:
①一般为光纤干线与分支线,即FTF方式。
每个光节点覆盖2000~5000个用户,光纤之后使用的延长放大器在3~5个之间。
②光纤到路边,即FTTC方式。
覆盖的片区用户在500个以下,使用1~2个延长放大器。
我国许多城市新建光缆网络即以FTTC为目标设计。
③光纤到楼,即FTTB方式正在试验,用户为50户左右,一般只用一个放大器。
④光纤到家,即FTTH,是我们的最终目标。
1.5.1.4 信号分配与信号交换并存。
有线电视网与通信网不同之处为它是一个不对称双向传输网,下行信号占的份量大大超过上行信号。
下行信号中主要是电视广播信号,其主要任务是进行信号的分配而不是信号的交换,不论是模拟电视信号还是今后的数字电视信号都是进行信号的分配,是一个单向系统。
双向系统只适用于电话、数据和信令,占据的频带相对要小得多。
1.6有线电视宽带综合接入网的基本框架
(1)宽带接入网的频谱分配。
在HFC形式的CATV宽带接入网的可能频谱分配如图1-4所示。
(2)对于模拟广播电视信号,是单向传输信号,以信号分配为目的,可以继续采用频分复用形式。
(3)对于今后将实现的数字电视广播信号,可采用频分和时分复用相结合的形式。
以8MHz为一带宽单位,视频信号数字化后,采用MPEG-2进行压缩,一般是采用主级和主类(MP@ML)参数,采用64QAM或256QAM调制,可以大大提高频带的利用率,每个8MHz带宽内可以传送的码率见表1-3。
现以64QAM每个8MHz通带内传送8套电视节目为例,说明共编码和调制过程:
①以8个电视节目为一组,将每个电视信号数字化,进行MPEG-2的压缩编码。
②将8个数字电视信号进行时分复用,即进行PCM编码。
③将PCM信号进行QAM载波调制,通频带为8MHz,不同组别的信号载波频率不同,即进行频分复用,在接收端则是相反的过程。
64QAM与256QAM的比较
这样可以利用目前的频分制设备和传输分配系统,无需地行概述性的改造,在接收端增加8路PCM分用设备和数/模变换设备,造价的增加是有限的,并且这个分用设备还可与交互式通信合用。
然而增加可接收的节目数量将是十分可观的,在100MHz频带内将可增加约100套以上的电视节目。
(4)对于交互式业务,如电话、计算机数据通信等,也可以采用频分和时分复用相结合的方式。
与广播信号不同的是,这类业务的主要功能是交换而不是分配,故需要上、下两个通道。
首先用频分法划定上、下通道的频率范围,例如,下行通道频率范围为800~1000MHz,上行通道的频率范围为5~65MHz。
下行通道中将不同速率的数字信号用时分复用方法组成一数字信号流,将这个数字信号进行载波调制,一般采用正交相移键控调制(QPSK)。
例如中心载波频率为850MHz,带宽限制为30MHz,这样的一个载波调制信号能承载550个64Mbps的话音、数据或信令。
当信息容量较大时,可以增加载波和扩展频带上行信道,目前有两种带宽:
5~65MHz和5~45MHz,相信不久将会统一。
可以在5~8MHz内传状态监视信息;8~12MHz传VOD(视频点播)或IPPV(即时付费电视)等信令;15~45MHz传电话或数据。
上行信道的调制方式有QPSK,目前已开始应用抗干扰更强的正交频分多路(OFDM)方式。
交互式业务可以与外部多媒体通信网络相联结,可以和作为信息高速公路骨干光纤网、TATM/SDH网络相联结,多媒体通信网和异步转移模式(ATM)/同步数字系列(SDH)实质上是相同的,多媒体是从信息性质和事例上来描述,而ATM/SDH则是从数码传递方式上来描述。
在今后的章节中可能将更多地涉及具体的数码传送方式,而较少提及多媒体,但多媒体的概念已在不言之中。
1.7 CATV宽带综合网模式及发展
(1)最终CATV宽带综合网将有可能发展成为全数字化、全时分复用方式、全光纤网络化,全国的骨干网为光纤SDH/ATM网络,每个城镇的有线电视网将作为其接入网,在这网络上将传输各种双向或单向信息、广播或交互式信息,并且与世界的通信网络相联结,即实现了信息高速公路的设想。
(2)在模拟信号与数字信号并存的时期,当全国CATV的光纤SDH网建成以后,全国的骨干网为光纤SDH/ATM网络上,上百套电视节目和众多的通信信息均在此骨干网络上传输。
目前每个有线电视城市网,将作为其接入网,为HFC网,每个城市的前端,将骨干网上获得的数字电视信号,重新组合然后用QAM调制方式送至用户。
各种交互式信息也将通过载波调制方式在上、下通道上运行。
(3)在目前状态下,电视信号以模拟信号为主,还未建成全国的CATV骨干网,各城市将自行建设前端,通过HFC网将电视信号传至用户,只是通信信息可以从全国邮电网上获取。
邮电部门已建成若干SDH网,也就是说,只是从通信角度来说,城市CATV网是全国通信网的接入网,并且是窄带信息,主要传送电话信令和计算机数据等。
1.8 视频点播(VOD)系统
1.8.1系统简介
视频点播(VOD-VideoOnDemand)系统,采用客户/服务器模式,将图文、视音频素材存于视频服务器中,客户端可随时通过有线电视网(CATV)和内部电话网交互式地查询点播服务器中的媒体信息。
本系统既可以广泛地应用在宾馆、`酒店和娱乐场所,也可以应用于住宅小区、教育系统、图书馆、政府机关和企事业单位,另外,这套系统还可以在广播电视领域作为高质量视频资料的检索、审阅系统,得到广泛应用。
点播电视,它又可分为真点播电视(TVOD-TrueVideoOnDemand)和准点播电视(NVOD-NearVideoOnDemand)。
在真点播电视中,每个用户各自占有一套节目,每个人都要得到即时响应,对存贮在信息中心和电视台视频服务器中的节目可以随意控制。
提供真点播电视的服务费用是十分昂贵的。
它的替代物是准点播电视。
NVOD是每隔一定时间(如10分钟)从头播放一套节目。
用户观看电视节目时,交换机将用户终端与最近将要从头开播的频道连通,用户等待时间不会超过时间间隔(如10分钟)。
NVOD实现起来要便宜得多,它的延迟对用户的许多应用是无足轻重的,在等待时间内还可向用户播放存储资料,广告或音乐视频插曲,这样使服务提供者能用广告利润贴补用户帐单。
如图5.1所示,视频点播系统由采编工作站,视频服务器、客户点播端及相应的网络系统组成。
每当一个用户向服务器提出请求,服务器端将点播的视频流调制到有线电视网;客户端通过机顶盒解码,在电视机上实现全动态视频的实时回放。
点播的视频节目可以多种多样,既可以是影视节目、卡拉OK、音乐歌曲,也可以是由服务方提供的自制节目,如服务介绍、商务信息、餐厅的特色菜肴、风景名胜、娱乐场所介绍等等。
通过与酒店管理系统的联网,客人还可以在房间里方便地查询自己的消费情况等。
系统扩展后可以完成Internet接人、网络浏览和电子邮件以及交互式多媒体信息服务的要求。
1.8.2系统组成结构
VOD视频服务器的主要功能是接收用户的点播等请求,将每25路节目流复用成一路传输流,通过ASI卡发送给调制器。
视频服务器将所有的节目流保存在高速磁盘阵列中,将公共信息,收费信息,点播菜单等信息存在普通磁盘中。
该系统采用常规数据与节目流数据分开存储的方式。
普通数据库:
如用户数据库、节目数据库、公共信息库。
操作系统以及应用软件存放在一般磁盘中;节目流数据存放在磁盘阵列中。
信息源为各种VCD、LD.DVD、MPEG-1或MPEG-2系统流以及各种公共信息;采编工作站的主要功能是将从信息源获得的MPEG-I或MPEG-2的系统流转换成传输流并存于磁盘阵列中,同时生成节目的控制文件存放在常规磁盘中;管理维护系统通过图形用户界面对用户库、节目库及公共信息库进行管理维护。
传输系统中上行信道采用DTFM码传送点播命令,下行信道使用QAM调制技术,采用DVB-C标准,每个频道由多个节目流时分复用。
QAM调制器的作用包括:
对复用后的传输流进行信道编码、QAM调制,然后通过变频将信号发送出去。
系统信号流程如图5.2。
1.8.3视频点播机顶盒:
用户终端是网络与用户间的接口,主要由机顶盒与电视机组成,其基本功能包括:
(1)在显示屏上显示服务项目(菜单);
(2)为用户提供基本的控制和选择功能;
(3)把用户的选择传送到视频服务器;
(4)实时视频(MPEG-2传输流)的解码并显示;
(5)指示设备工作、网络传输和节目资源的状态。
机顶盒组成如图5.3所示,上行部分的工作包括接收用户通过遥控器发出的点播操作,并将点播通过电话发送给服务器。
下行部分的工作包括下变频,QAM解调,信道解码,解复用,MPEG-1音频解码,视频解码,电视信号生成。
硬件构成:
下变额,解调,信道解码,视频解码,上行接口,A/V接口,红外遥控接口,微处理器。
软件构成:
实时操作系统内核,系统主控,解复用命令编码,拨号控制,与服务器交互的协议,用户界面,键盘管理,点播控制。
节目流控制,解调控制。
用户简单地通过遥控器操纵机顶盒,就可以完成点播操作。
操作过程如下:
(1).用户开机后,系统启动,查询用户口令,用户注册,若成功,则电视屏幕出现点播系
统主菜单;不成功,显示失败原因,用户可以选择重复操作。
(2).用户可以选择菜单中的条目,逐层进入和退出子菜单,最后选中所点节目。
(3).节目播放过程中用户可以暂停播放,恢复播放,快进,快退,慢放,停止播放并退回
主菜单。
(4).用户可以查询收费信息。
(5).节目可以分类组织,方便用户查找。
(6).支持公共信息查看。
1.8.4视频点播服务方式
采用PCSERVER的VOD系统可提供50~100个节目通道。
为了利用有限的节目通道满足更多人的要求,我们可以提供不同形式的服务。
在这个系统中,设计三种服务方式,以适应不同的需要:
(1)单点播放方式(Unicast)
在这种方式下,用户单独占有一个节目通道,并对节目具有完全的(录像机VCR)控制。
由于通道数是有限的,用户必须 首先申请这种服务(由上行通道传递这个请求),当获得允许后,SERVER分配下行通道,用户在总节目单中选择节目,然后开始播放节目。
在播放过程中,用户独占节目通道,并有类似于录像机的控制,随机播放、快进、快退、暂停、慢放。
这种服务方式具有快速响应、交互性好的特点,具有好的服务质量,应具有较高的收费。
(2)多点播放方式(Multicast)
在这种方式下,几个用户共同拥有一个节目通道,但节目只能线性播放,即从头播到尾,用户不能进行控制。
这种方式相当于预约播放方式。
VOD系统拥有者可决定播放的时间表,如半个小时播放一次,用户可在某个时间段内,预约某个节目,SERVER在规定时间内给予答复。
这个时间可根据用户选择的时间段之前一定时间内答复,具体做法取决于用户感觉及预约效率(即尽量满足多个用户的需求)。
用户预约时,先在已经有人预约的节目单中选择,再在总节目单中选择。
SERVER答复时,根据现有的通道数、用户预约数及时间段统一安排,给予用户可不可以的答复。
当不能满足用户要求时,还可给予用户建议,可在什么时间段满足用户要求。
当Multicast节目播放时,预约并得到允许的用户完整地接收,但这些用户只能在特定的时间段内从头看到尾,在节目播放期间不能进行控制。
这种服务方式具有预约节目的特点,具有简单的交互性,提供中等的服务质量,有较多的用户,应具有中等的收费。
(3)广播方式(Broadcast)
在这种方式下,节目通道相当于一个有线电视频道,由VOD系统所有者安排节目及时间,所有装有机顶盒设备的用户都可接收节目,在节目播入期间不能进行控制。
为使用户看到完整的Broadcast节目,每个Broadcast节目可循环播放。
这种服务方式类似于广播,不具有交互性,提供较差的服务质量,仍有最多的用户,应具有较低的收费。
用户若选择正在播放的Multicast节目,按Broadcast方式收费。
1.8.5 视频点播(VOD)系统特点
作为有线电视综合业务网的主导业务视频点播(VOD)系统具有以下一些特点:
(1)节目制作通过采编工作站进行。
节目源经采编工作站MPEG-2实时压缩编码后,存放于视频服务器的磁盘阵列作为节目提供给用户,也可以存放在磁带上作为备份。
通过采编工作站进行节目制作,节目源可以灵活多样,不仅VCD,LD,DVD以及各种图像质量的录像带均可以作为节目源,甚至可以利用摄像机自己制作节目。
而且通过采用MPEG-2可变码率的实时编码器,可以方便地制作从VCD到DVD质量的各种节目,适应不同级别的需求。
(2
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 11 数字 模拟 电视 系统 白皮书