广告传媒建立数字电视网络系统文件为doc格式建立数字电视网.docx
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广告传媒建立数字电视网络系统文件为doc格式建立数字电视网
建立数字电视网络系统
（一）
数字电视是含盖了整个电视系统的整体概念，它包括从节目的制作、生产、传输以及用户的接收和全系统的运行、管理都是以数字技术为基础。
数字电视的概念来源于70年代提出的高清晰度电视（HDTV），从那以后电视系统的数字化便从个别的设备数字化开始了，这只是代表电视系统数字化的第一阶段，在这第一阶段中主要是应用数字技术针对现行的彩色电视制式的主要缺陷进行改良，即：
改良电视制式（ExtendedDefinitionTV）阶段。
随着数字技术、计算机技术和数字图像处理技术的发展，演播室的全面数字化全面展开，其重要标志就是ITU-RBT601标准的制定，使电视节目的数字化生产、制作成为可能，这是电视系统数字化的第二阶段。
第三阶段的数字化工作的重要标志是传输网络与用户接收的数字化，开始于90年代，首先是日本于1994年开始了MUSE系统的高清晰度电视广播，美国在当时表示支持日本的MUSE系统，但美国意识到其巨大的潜在市场时，立即推出了全数字化高清晰度标准，即ATSC（AdvancedTelevisionSystemCommitee）。
“ATSC”的突出优点是包括了从低清晰度、标准清晰度（SDTV）到高清晰度的全部领域而全系统数字化。
同时，欧洲也提出了相应的标准DVB，从而使网络在传输、数字电视节目，到用户的接收有标准可依。
网络因此而发展。
2.技术与标准
2.1活动图像处理技术MPEG
2.1.1问题的提出
电视信号的数字化有两个途径：
（1）对复合的模拟电视信号直接进行采样、量化而得到。
由于复合模拟电视信号中是多种信号的复合体，比如有行场同步信号、色度同步信号、行场消隐信号、色度信号（色度行调制在色度副载波之上），这些行号在时间上是相关的，即它们之间有严格的相位关系（关于复合彩色全电视信号可参考GB3174-82《中华人民共和国彩色电视广播标准》）。
对于这样的复合信号，不能按最高频率的2倍（Nyguist采样）进行采样，其采样频率为13.5MHz，10bit量化（ITU-RBT601）将会产生140Mbps。
对于分量信号其采样频率分别是13.5MHz、6.75MHz、6.75MHz，10bit量化，将产生270Mbps视频数据流。
不论是140Mbps的数据流还是270Mbps的数据流所占带宽太宽，都不适于在网络上传输，因此，利用电视信号自身的特点时间和空间的相关性，对数据流进行压缩，在模拟信号是做不到的。
2.1.2MPEG
MPEG（MovingPictureExpertGroup，移动图像专家组）是ISO（IntermationalOrganizationforStandardization，国际标准化组织），与IEC（InternationalElectrotechnicalCommission，国际电工委员会）的技术联合委员会JTC（JointTechnicalCommittee）下的第29小组（SC29），其研究对象是活动图像的压缩、编码，由此而制定的标准称为MPEG（本文在此不讨论MPEG的技术细节，详见本刊中关于MPEG的技术介绍以及相关资料）。
MPEG有一系列标准，其中在广播电视网络中大量运用的是MPEG-2。
MPEG-2只是定义了如何对活动图像产生的高速码流进行压缩，而获得较为合适的低速码流，而没有定义如何通过不同的网络介质将此压缩图像码流转送到用户端，也没有定义用户如何对此图像流进行接收处理，并且MPEG整个压缩处理是基于对图解有损伤压缩，只是人眼不易觉查罢了。
MPEG本身并没有定义各种网络接口标准，因此，目前国际上各产品供应商所提供的产品在网络接口互通性上存在困难。
2.1.3DVB、ATSC与ISDB
数字电视系统的目标是要将活动图像码流通过网络传输至用户，并且用户端获得良好的图像和伴音，网络传输与接口问题是实现图像码流传送的关键所在，MPEG自身解决此问题。
DVB（DigitalVidioBroadcasting）是Davic（DigitalAudioVideoIndustrialCommittee）提出一套数字电视网络传输标准，相同的标准有美国的ATSC和日本的ISDB（IntegratedServiceDigitalBroadcasting，综合业务数字广播）。
由于我国的模拟广播电视频道是按PAL-D方式划分，一个标准电视频道宽度为8MHz，而ATSC和ISDB是基于NTSC，射频频道宽度为6MHz，我国的数字电视广播标准正在制定之中，根据目前情况看，比较倾向于DVB，DVB和我国现有情况比较接近。
DVB已制形成了一系列完整标准，其中包括了用于卫星传送的DVB-S，用于有线电视网传输的DVB-C，用于开路无线广播的DVB-T，用于SDH传输的接口标准DVB-SDH，同时还定义了用于数据传输的DVB-Data的一系列服务和管理标准。
所有DVB系统都使用MPEG-2的传输流（TS）来传送视频、音频和其他数据流，同时所有DVB系统都使用统一的公共服务信息（SI）为所传送的节目提供详细的服务信息，并且都使用统一的共同的理德·所罗门（Reed-Solomon）前向纠错（FEC）。
DVB系统针对不同的传输网络介质而采用了不同的信道编码和调制。
DVB标准所定义的数字电视系统含水量盖的电视清晰度从352×240（MP@ML）到1920×1152（MP@HL），其帧速率从24000/1001到60Hz。
DVB不仅仅是定义了视频流的编码传输机制，更重要的是详细定义了文本的适应范围。
2.2条件接入、用户管理
数字电视系统要投入商业运营，就必须具备对节目内容进行授权管理，CA（ConditionalAccess，条件接入）系统即是对节目授权管理的系统。
DVB也定义相应的文件，即DVB－CS（ETR289BluebookA007）。
CA系统的基本功能是对商业运营的数字电视系统中的播出内容码流进行加密，合法的用户可以对加密的内容码流进行解密，并完成正常接收
CA系统与用户管理系统（SMS，SubscriberManagementSystem）配合应用可以实现用户－银行－运营商间商业财务结算关系，使用户得到更好的服务。
我国于2001年发布了自己的CA系统规范：
《GY/Z175－2001数字电视广播条件接收系统规范》。
CA系统的构成如图1所示。
图1典型的条件接收系统逻辑结构
由于在实际的商业播出系统中，在同一播出节目内容密码流中进行多重CA加密成为商业的需求。
对同一节目内容流进行多重CA加密需应用同密/多密技术，图2为同密/多密的系统架构。
关于同密/多密的详细技术请参阅《GY/Z175－2001数字电视广播条件接收系统规范》。
用户管理系统主要实现数字电视广播条件接收用户的管理，包括对用户信息、用户设备信息、用户预订信息、用户授权信息、财务信息等进行记录、处理、维护和管理。
用户管理的主要功能是编辑和管理用户信息，处理用户的节目定单，检查用户的付费情况，产生用户的预授权信息，根据用户的请求及财务情况对用户进行授权。
用户的授权管理主要是负责用户业务开通前的授权预处理操作，包括对用户的信用度的确认，用户业务与智能卡有效性确认等。
用户管理系统的另一个重要功能是通过对用户信息的编辑分析，可以得到用户的分布、用户的喜好，因此运营商可根据用户的分布情况而进行业务决策。
（未完待续）
数字电视业务在国外已进入正式运营阶段，但在国内却还刚刚起步特别是对于地处内陆的四川而言，仍属于一种全新的电视系统。
在四川省广播电视网络有限责任公司率先推出数字电视，大力推广数字电视之际，为了使广大用户能够更加了解数字电视，更好的使用数字电视，在此先对数字电视的优越性做一个简单的介绍。
数字电视是指从拍摄、编辑、制作、播出、传输、接收等电视信号播放和接收的全过程都使用数字技术的电视系统，是传统模拟电视系统的数字化。
它将活动图像、声音和数据，通过数字技术进行压缩、编码、传输／存储，而实时发送／广播或者经过纪录媒体的传播，供观众接收／播放。
数字电视具有以下优越性：
一、节省带宽资源
我国电视的模拟电视制式为PALD/K，有线电视系统的总带宽为750MHz，一个电视频道的带宽是8MHz,即采用模拟传输体制，每8MHz带宽只能传送一套电视节目。
而采用数字电视传输体制，利用QAM64的调制方式，在1个8MHz模拟频道可以传6～8套数字电视节目，大大增加了有线电视系统的传输能力。
这样算一算可以发现，在550MHz~750MHz的200MHz的带宽中，传输的节目可达到200多套。
省网络公司的有线电视传输系统中已经含有数字电视信号，省网用户在收看省网络公司播出的模拟电视信号的同时，只要为电视机加装一台机顶盒就能收看到数字电视节目，机顶盒连接简单，操作方便。
加装机顶盒后完全不影响用户对模拟电视的收看。
二、图像质量更好
在收看模拟电视信号的时候用户往往会发现，随着传输距离的增加，信号质量会逐渐劣化。
越是尾端的用户越是感到收看的图像质量不佳。
而数字电视设备输出信号稳定可靠，能够避免在模拟系统中非线性失真对图像的影响，消除了微分增益和微分相位失真引起的图像畸变；另一方面，数字信号通过再生技术和纠错编解码技术使在传输过程中噪声不逐步积累；基本不产生新的噪声，保持信噪比基本不变，接收端图像质量基本保持与发送端一致，适合多环节、长距离传输。
用户收看数字电视再也不会为雪花、重影所困扰，音画质量将达到DVD效果。
在加装机顶盒后用户可用自已的电视机比较一下模拟电视和数字电视的效果就能明显感觉到图像质量的不同。
三、用户服务个性化
在收看模拟电视节目的时候用户往往会不时用遥控器翻看其它的频道，浪费了大量的时间，还往往错过自已喜爱节目的收看。
省网用户安装机顶盒后，可以像选择“套餐”一样，定制自己喜欢的节目或服务，自由驾驭自己的娱乐空间。
因为数字电视独具电子节目菜单功能，可以对收视节目进行全面导航和管理，用户可以利用有限的时间收看到自已喜爱的节目，还可对帐户进行查询和管理。
四、节目存储、再处理更加方便
目前电视台普遍采用录像带存储模拟电视节目，不仅需要大量的录像带，而且录像带容易因老化而损坏。
数字化后，电视节目可保存在硬盘、光盘等存储介质中，硬盘和光盘与录像带相比，有体积小、使用寿命长等优点。
另外，由于在数字化的过程中采用了数字压缩技术，使得存储所需的空间更小。
在数字化后，便于使用各种数字处理，如帧存储器、数字特技机、数字时基校正器，产生新的特技形式，增强了屏幕艺术效果，同时，数字电视信号具有极强的可复制性，用在节目制作上可大大提高图像质量。
五、开展更丰富的业务
数字电视系统，可以提供模拟系统根本无法实现的业务。
在基本业务方面，应用此数字电视系统，用户可以收看100套以上包括付费电视在内的数字电视节目，以及几十套调频广播节目和数字音频广播（DAB）节目；其次，在电视扩展业务方面，可提供如广播式的服务，如图文电视、电视会议、数据信息广播、加密电视、准视频点播（NVOD）等；同时，在增值业务方面将来可以通过双向传输系统进行交互式的多功能应用，如互联网接入、远程教学、远程医疗、电子邮件、计算机联网、数据通讯、家庭保安监控等多媒体信息服务等。
应用数字化的有线电视网络能向人们提供的已不仅仅是传统意义上的普通电视节目，而是提供包括图像、数据、语音等全方位的服务。
因为有线电视网的入户带宽为几百兆，因而可利用它开展增值业务或信息业务。
四川省广播电视网络有限责任公司将根据用户的需要，不断推出数字电视相关业务。
六、数字电视是互动电视
1.互动电视的概念
互动电视节目是电视数字化和网络化后的产物，是数字电视系统提供的多种业务中的一种，属于交互式业务的范畴。
目前的互动电视处于交互业务的第一个阶段（本地交互），即不需要回传通道，是用户与机顶盒之间的互动。
2.互动电视与普通电视
普通电视主要依赖于硬件，微处理器（8位）以及逻辑控制，结构比较简单；互动电视在一定硬件结构基础上更多侧重于系统的软件控制，由强大的嵌入式微处理器（32位）及嵌入式操作系统和一些应用软件构成。
普通电视功能单一，出厂定终身，功能无法扩展；互动电视内置智能化平台，其应用功能可以升级，不断扩展和更新。
普通电视只能被动地接收广播节目；互动电视不仅可以收看正常的电视节目，而且还可以在不中断观众观看电视节目的同时，主动提供即时信息服务。
如电子节目指南、时事新闻、娱乐等一切网络信息，这些信息是叠加在电视图像上的，所以不影响电视的收看。
普通电视无法与因特网连接；互动电视内置嵌入式平台，实现了与互联网的对接。
人们在休闲的同时，可以浏览互联网所提供的丰富信息资源。
3.互动电视在我国的发展
相对于国外来说，中国的互动电视起步较晚，但发展却相当迅速。
去年年初，上海有线电视台率先推出真正意义上的互动电视服务。
接着，深圳、南京和无锡等地都纷纷开通了互动电视，随后作为中国电视传媒老大的央视推出CCTVSi（CCTV SPORT INTERACTIVE 中央电视台互动体育）这张王牌宣布进军互动电视领域，中央电视台已经决定用互动技术全程转播今年夏天的日韩世界杯足球比赛，到时候观众可以随心所欲地切换观看比赛的视线角度，甚至可以从电视屏幕上追踪自己喜爱的任何一名球员。
四川省广播电视网络有限公司（SCN）将在数字平台上全程互动直播甲A、世界杯和2002年度的系列重大赛事，让全川人民尽享数字时代的互动享受。
七、实现家用电器设备的自动控制和操作智能化家庭
随着数字技术的不断发展，在不久的将来数字电视完全可与计算机技术结合，实现家用电器设备的自动控制和操作，也可以构建小区住户的智能物业管理系统，该系统是在物业区的住户中安装智能管理主机及各类探头，物业管理中心设置智能管理系统，通过带回传路径的有线电视（HFC）网实现24小时盗窃、抢劫、火灾、煤气泄漏、紧急求救等自动报警，以及对住户水、电、气三表的自动抄送、银行清算等，构建智能化家庭。
第三部分MPEG-2视频编码系统原理及关键技术
目前的标准数字电视在节目分配时主要采用的是MP@ML主层和主级，而HDTV采用的是MP@HL主层和高级。
下面，我们以MP@ML为例来说明一下MPEG-2视频编码系统原理及关键技术。
概括地说，MPEG-2图像压缩的原理是利用了图像中的两种特性：
空间相关性和时间相关性。
一帧图像内的任何一个场景都是由若干像素点构成的，因此一个像素通常与它周围的某些像素在亮度和色度上存在一定的关系，这种关系叫作空间相关性；一个节目中的一个情节常常由若干帧连续图像组成的图像序列构成，一个图像序列中前后帧图像间也存在一定的关系，这种关系叫作时间相关性。
这两种相关性使得图像中存在大量的冗余信息。
如果我们能将这些冗余信息去除，只保留少量非相关信息进行传输，就可以大大节省传输频带。
而接收机利用这些非相关信息，按照一定的解码算法，可以在保证一定的图像质量的前提下恢复原始图像。
一个好的压缩编码方案就是能够最大限度地去除图像中的冗余信息。
MPEG-2中编码图像被分为三类，分别称为I帧，P帧和B帧。
I帧图像采用帧内编码方式，即只利用了单帧图像内的空间相关性，而没有利用时间相关性。
I帧主要用于接收机的初始化和信道的获取，以及节目的切换和插入，I帧图像的压缩倍数相对较低。
I帧图像是周期性出现在图像序列中的，出现频率可由编码器选择。
P帧和B帧图像采用帧间编码方式，即同时利用了空间和时间上的相关性。
P帧图像只采用前向时间预测，可以提高压缩效率和图像质量。
P帧图像中可以包含帧内编码的部分，即P帧中的每一个宏块可以是前向预测，也可以是帧内编码。
B帧图像采用双向时间预测，可以大大提高压缩倍数。
值得注意的是，由于B帧图像采用了未来帧作为参考，因此MPEG-2编码码流中图像帧的传输顺序和显示顺序是不同的。
MPEG-2的编码码流分为六个层次。
从上至下依次为：
视频序列层（Sequence），图像组层（GOP：
GroupofPicture），图像层（Picture），像条层（Slice），宏块层（MacroBlock）和像块层（Block）。
从图1中可以看到，除宏块层和像块层外，上面四层中都有相应的起始码（SC：
StartCode），可用于因误码或其它原因收发两端失步时，解码器重新捕捉同步。
因此一次失步将至少丢失一个像条的数据。
序列指构成某路节目的图像序列，序列起始码后的序列头中包含了图像尺寸，宽高比，图像速率等信息。
序列扩展中包含了一些附加数据。
为保证能随时进入图像序列，序列头是重复发送的。
序列层下是图像组层，一个图像组由相互间有预测和生成关系的一组I、P、B图像构成，但头一帧图像总是I帧。
GOP头中包含了时间信息。
图像组层下是图像层，分为I、P、B三类。
PIC头中包含了图像编码的类型和时间参考信息。
图像层下是像条层，一个像条包括一定数量的宏块，其顺序与扫描顺序一致。
MP@ML中一个像条必须在同一宏块行内。
像条层下是宏块层。
MPEG-2中定义了三种宏块结构：
4:
2:
0宏块4:
2:
2宏块和4:
4:
4宏块，分别代表构成一个宏块的亮度像块和色差像块的数量关系。
4:
2:
0宏块中包含四个亮度像块，一个Cb色差像块和一个Cr色差像块；4:
2:
2宏块中包含四个亮度像块，二个Cb色差像块和二个Cr色差像块；4:
4:
4宏块中包含四个亮度像块，四个Cb色差像块和四个Cr色差像块。
这三种宏块结构实际上对应于三种亮度和色度的抽样方式。
在进行视频编码前，分量信号R、G、B被变换为亮度信号Y和色差信号Cb、Cr的形式。
4:
2:
2格式中亮度信号的抽样频率为13.5MHz，两个色差信号的抽样频率均为6.75MHz，这样空间的抽样结构中亮度信号为每帧720×576样值，Cb，Cr都为360×576样值，即每行中每隔一个像素对色差信号抽一次样，如图3所示，○代表Y信号的抽样点，×代表Cb，Cr信号的抽样点。
4:
4:
4格式中，亮度和色差信号的抽样频率都是13.5MHz，因此空间的抽样结构中亮度和色差信号都为每帧720×576样值。
而4:
2:
0格式中，亮度信号的抽样频率13.5MHz，空间的抽样结构中亮度信号为每帧720×576样值，Cb，Cr都为360×288样值，即每隔一行对两个色差信号抽一次样，每抽样行中每隔一个像素对两个色差信号抽一次样。
通过上述分析不难计算出，4:
2:
0格式中，每四个Y信号的像块空间内的Cb，Cr样值分别构成一个Cb，Cr像块；4:
2:
2格式中，每四个Y信号的像块空间内的Cb，Cr样值分别构成两个Cb，Cr像块；而4:
4:
4格式中，每四个Y信号的像块空间内的Cb，Cr样值分别构成四个Cb，Cr像块。
相应的宏块结构正是以此基础构成的。
宏块层之下是像块层，像块是MPEG-2码流的最底层，是DCT变换的基本单元。
MP@ML中一个像块由8×8个抽样值构成，同一像块内的抽样值必须全部是Y信号样值，或全部是Cb信号样值，或全部是Cr信号样值。
另外，像块也用于表示8×8个抽样值经DCT变换后所生成的8×8个DCT系数。
在帧内编码的情况下，编码图像仅经过DCT，量化器和比特流编码器即生成编码比特流，而不经过预测环处理。
DCT直接应用于原始的图像数据。
在帧间编码的情况下，原始图像首先与帧存储器中的预测图像进行比较，计算出运动矢量，由此运动矢量和参考帧生成原始图像的预测图像。
而后，将原始图像与预测像素差值所生成的差分图像数据进行DCT变换，再经过量化器和比特流编码器生成输出的编码比特流。
可见，帧内编码与帧间编码流程的区别在于是否经过预测环的处理。
MPEG-2视频压缩方案中包含以下关键技术环节：
1.离散余弦变换DCT
DCT是一种空间变换，在MPEG-2中DCT以8×8的像块为单位进行，生成的是8×8的DCT系数数据块。
DCT变换的最大特点是对于一般的图像都能够将像块的能量集中于少数低频DCT系数上，即生成8×8DCT系数块中，仅左上角的少量低频系数数值较大，其余系数的数值很小，这样就可能只编码和传输少数系数而不严重影响图像质量。
DCT不能直接对图像产生压缩作用，但对图像的能量具有很好的集中效果，为压缩打下了基础。
2.量化器
量化是针对DCT变换系数进行的，量化过程就是以某个量化步长去除DCT系数。
量化步长的大小称为量化精度，量化步长越小，量化精度就越细，包含的信息越多，但所需的传输频带越高。
不同的DCT变换系数对人类视觉感应的重要性是不同的，因此编码器根据视觉感应准则，对一个8×8的DCT变换块中的64个DCT变换系数采用不同的量化精度，以保证尽可能多地包含特定的DCT空间频率信息，又使量化精度不超过需要。
DCT变换系数中，低频系数对视觉感应的重要性较高，因此分配的量化精度较细；高频系数对视觉感应的重要性较低，分配的量化精度较粗，通常情况下，一个DCT变换块中的大多数高频系数量化后都会变为零。
3.之型扫描与游程编码
DCT变换产生的是一8×8的二维数组，为进行传输，还须将其转换为一维排列方式。
有两种二维到一维的转换方式，或称扫描方式：
之型扫描（Zig-Zag）和交替扫描，其中之型扫描是最常用的一种。
由于经量化后，大多数非零DCT系数集中于8×8二维矩阵的左上角，即低频分量区，之型扫描后，这些非零DCT系数就集中于一维排列数组的前部，后面跟着长串的量化为零的DCT系数，这些就为游程编码创造了条件。
游程编码中，只有非零系数被编码。
一个非零系数的编码由两部分组成：
前一部分表示非零系数前的连续零系数的数量（称为游程），后一部分是那个非零系数。
这样就把之型扫描的优点体现出来了，因为之型扫描在大多数情况下出现连零的机会比较多，游程编码的效率就比较高。
当一维序列中的后部剩余的DCT系数都为零时，只要用一个“块结束”标志（EOB）来指示，就可结束这一8×8变换块的编码，产生的压缩效果是非常明显的。
4.熵编码
量化仅生成了DCT系数的一种有效的离散表示，实际传输前，还须对其进行比特流编码，产生用于传输的数字比特流。
简单的编码方法是采用定长码，即每个量化值以同样数目的比特表示，但这种方法的效率较低。
而采用熵编码可以提高编码效率。
熵编码是基于编码信号的统计特性，使得平均比特率下降。
游程和非零系数既可独立的，也可联合的作熵编码。
熵编码中使用较多的一种是霍夫曼编码，MPEG-2视频压缩系统中采用的就是霍夫曼编码。
霍夫曼编码中，在确定了所有编码信号的概率后生产一个码表，对经常发生的大概率信号分配较少的比特表示，对不常发生的小概率信号分配较多的比特表示，使得整个码流的平均长度趋于最短。
5.信道缓存
由于采用了熵编码，产生的比特流的速率是变化的，随着视频图像的统计特性变化。
但大多数情况下传输系统分配的频带都是恒定的，因此在编码比特流进入信道前需设置信道缓存。
信道缓存是一缓存器，以变比特率从熵编码器向里写入数据，以传输系统标称的恒定比特率向外读出，送入信道。
缓存器的大小，或称容量是设定好的，但编码器的瞬时输出比特率常明显高于或低于传输系统的频带，这就有可能造成缓存器的上溢出或下溢出。
因此缓存器须带有控制机制，通过反馈控制压缩算法，调整编码器的比特率，使得缓存器的写入数据速率与读出数据速率趋于平衡。
缓存器对压缩算法的控制是通过控制量化器的量化步长实现的，当编码器的瞬时输出速率过高，缓存器将要上溢时，就使量化步长增大以降低编码数据速率，当然也相应增大了图像的损失；当编码器的瞬时输出速率过低，缓存器将要下溢出时，就使量化步长减小以提高编码数据速率。
6.运动估计
运动估计使用于帧间编码方式时，通过参考帧图像产生对被压缩图像的估计。
运动估计的准确程度对帧间编码的压缩效果非常重要。
如果估计作的好，那么被压缩图像与估计图像相减后只留下很小的值用
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