數(shù)字視頻廣播(DVB)闡述

一.前言

--數(shù)字電視是在還沒有察覺的情況下就已經(jīng)進(jìn)入了我們的生活。而我們能夠開始感覺到數(shù)字技術(shù)的沖擊只是一個(gè)時(shí)間問題，今天數(shù)字技術(shù)已經(jīng)在我們生活的方方面面有所體現(xiàn)，從電話、傳真機(jī)到微型電腦，再到目前風(fēng)靡世界的因特網(wǎng)。

--今天，盡管我們在家里仍然收看的還是模擬電視節(jié)目，但是節(jié)目制作棚里的設(shè)備已經(jīng)是數(shù)字化了，從節(jié)目制作棚到發(fā)射塔的信號傳輸也已是數(shù)字化了，沒有這些節(jié)目制作與傳輸?shù)臄?shù)字技術(shù)，我們的節(jié)目質(zhì)量是無法滿足的。當(dāng)你通過衛(wèi)星電視網(wǎng)、有線電視網(wǎng)或開路電視網(wǎng)觀看電視節(jié)目時(shí)，你已經(jīng)是位于數(shù)字電視傳輸?shù)淖詈笠粋€(gè)環(huán)節(jié)，這一個(gè)環(huán)節(jié)正在經(jīng)歷一場數(shù)字化革命,以達(dá)到電視節(jié)目的全數(shù)字化傳輸。在電視數(shù)字化的進(jìn)程中,國際DVB組織(DigitalVideoBroadcasting)提出了全套的解決方案，這-方案涉及我們常用的傳輸媒介：數(shù)字衛(wèi)星電視(DVB-S)、數(shù)字有線電視(DVB-C)、數(shù)字開路電視(DVB-T)。

--電視數(shù)字化的時(shí)代已經(jīng)到來!

--在歐洲，從1991年開始，電視臺、家電產(chǎn)品生產(chǎn)廠家和標(biāo)準(zhǔn)制訂者坐到了一起，商談組成-個(gè)工作組，共同制訂數(shù)字電視的發(fā)展規(guī)劃，工作組的成員發(fā)展很快，這一個(gè)由歐洲人發(fā)起的組織很快就吸引美國及日本的許多成員，變成了-個(gè)世界性組織。1993年9月工作組起草了一個(gè)備忘錄，將工作組更名為DVB組織，即國際數(shù)字視頻廣播組織。數(shù)字電視的發(fā)展進(jìn)入了新的時(shí)代。根據(jù)過去痛苦的教訓(xùn)，工業(yè)界決定要以市場的商業(yè)需求作為標(biāo)準(zhǔn)制訂的指導(dǎo)，DVB組織決定新的技術(shù)必須是建立在MPEG-2壓縮算法上的數(shù)字技術(shù)，必須是市場導(dǎo)向的。

--由于相對較低的基礎(chǔ)設(shè)施費(fèi)用投入和各國相對簡單的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)問題,數(shù)字衛(wèi)星電視(DVB-S)網(wǎng)、數(shù)字有線電視(DVB-C)網(wǎng)和數(shù)字開路電視(DVB-T)網(wǎng)先走一步，發(fā)展更快。1995年DVB組織確立了數(shù)字衛(wèi)星電視的標(biāo)準(zhǔn)DVB-S，1996年數(shù)字有線電視DVB-C數(shù)字共用天線電視、數(shù)字微波電視等標(biāo)準(zhǔn)隨之確立，數(shù)字開路電視DVB-T的采用緊隨其后，將給整個(gè)社會帶來更深刻的變化。I997年以DVB標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的數(shù)字電視已經(jīng)在全世界普及，擁有了幾百萬用戶。1998年末，微型計(jì)算機(jī)用戶可以通過在他們使用的微機(jī)內(nèi)插入數(shù)字衛(wèi)星接收卡，用來享受因特網(wǎng)服務(wù)。
目前，數(shù)字地面電視(DVB-T)標(biāo)準(zhǔn)正在逐漸被世界各國所采用，為今后的高清晰度電視開辟了廣泛的前景。

二.DVB標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視技術(shù)

--DVB標(biāo)準(zhǔn)提供了-套完整的，適用于不同媒介的數(shù)字電視廣播系統(tǒng)規(guī)范，其周全的計(jì)劃及廣范的共識是其成功的關(guān)鍵。從一開始，大家就選定ISO/IECMPEG-2標(biāo)準(zhǔn)作為音頻及視頻的編碼壓縮方式，對信源編碼進(jìn)行了統(tǒng)一，隨后對MPEG-2碼流進(jìn)行打包形成傳輸流(TS)，進(jìn)行多個(gè)傳輸流復(fù)用，最后通過衛(wèi)星、有線電視及開路電視等不同媒介傳輸方式進(jìn)行傳輸。

1.DVB標(biāo)準(zhǔn)的核心
●系統(tǒng)采用MPEG壓縮的音頻，視頻及數(shù)據(jù)格式作為數(shù)據(jù)源
●系統(tǒng)采用公共MPEG-2傳輸流(TS)復(fù)用方式
●系統(tǒng)采用公共的用于描述廣播節(jié)目的系統(tǒng)服務(wù)信息(SI)
●系統(tǒng)的第一級信道編碼采用R-S前向糾錯(cuò)編碼保護(hù)
●調(diào)制與其它附屬的信道編碼方式，由不同的傳輸媒介來確定
●使用通用的加擾方式以及條件接收界面

2.DVB音頻特點(diǎn)
--DVB系統(tǒng)的音頻編碼使用MPEG-ILayerII笫二層音頻編碼，也稱做MUSICAM。音頻的MPEG-ILayerII編碼壓縮系統(tǒng)利用了聲音的低聲音頻譜掩蔽效應(yīng)，這一人體生理學(xué)效應(yīng)允許我們對于人耳不太敏感的頻率進(jìn)行低碼率編碼，這一技術(shù)的采用可以大大地降低音頻編碼速率。MPEG-ILayerII音頻編碼可用于單音，立體聲，環(huán)繞聲和多路多語言聲音的編碼。

3.DVB視頻特點(diǎn)

--對于視頻,國際上采用標(biāo)準(zhǔn)的MPEG-2壓縮編碼，MPEG-2視頻編碼系統(tǒng)由一個(gè)大家族構(gòu)成，每一個(gè)系統(tǒng)之間都有兼容性和共同性，根據(jù)圖像清晰度的不同，它分成四種信源格式或稱等級(LEVEL)，從錄像帶(VCR)的低圖像清晰度，到高清晰度電視。除了根據(jù)圖像清晰度定義的等級以外，DVB視頻標(biāo)準(zhǔn)還定義了檔次(PROFILE)的概念，每一個(gè)不同的檔次(PROFILE)能夠提供構(gòu)成編碼系統(tǒng)的壓縮工具和壓縮算法。

--a)檔次(PROFILE)

--目前在MPEG-2系統(tǒng)中存在5個(gè)檔次(PROFILE)，每一個(gè)檔次(PROFILE)都會比它的前一個(gè)檔次更加復(fù)雜，更加完善，提供更多的工具,同時(shí)其相對應(yīng)的設(shè)備的價(jià)格也更高。

--檔次的最初級叫做簡單檔次(SIMPLEPROFILE)，隨后是主檔次(MAINPROFILE)，它比簡單檔次(SIMPLEPROPILE)增加了編碼雙向預(yù)測的功能，即：B-FRAMES，在使用同樣的碼流的情況下，它的質(zhì)量會更好，但算法更加復(fù)雜，使用的芯片更多。主檔次(MAINPROFILE)的解碼芯片,可以兼容解碼簡單檔次(SIMPLEPROFILE)的編碼，這種向下兼容性貫穿整個(gè)系列的檔次。

--在主檔次(MAINPROFILE)之后,是信噪比可分級檔次(SNRSCALABLE)及空間頻譜可分級檔次(SPACILLYSCALABLEPROFILE)，這兩種檔次可以調(diào)整信噪比與碼流率關(guān)系,以及圖像清晰度與碼流率之間的關(guān)系，出于其編碼的復(fù)雜性以及接收設(shè)備價(jià)格昂貴問題，DVB標(biāo)準(zhǔn)目前不支持這兩種檔次。最高級的檔次是HIGHPROFILE，它不僅兼容前面的低極檔次，兼?zhèn)渌械墓δ?，而且可以進(jìn)行多行，同時(shí)編碼，而前面的檔次則是逐行編碼。

--在檔次中存在兩種圖像采樣方式，即：4:2:2和4:2:0格式。我們知道電視復(fù)合信號可以分成亮度信號分量(Y)和色度信號分量(R-Y,B-Y)，4:2:2格式是對亮度信號進(jìn)行4個(gè)采樣，對色度信號(R-Y，B-Y)進(jìn)行2個(gè)采樣，4:2:0色度信號(R-Y,B-Y)只做隔行采樣，如果使用8比特采樣,我們可以算出對標(biāo)準(zhǔn)PAL制電視信號進(jìn)行采樣后的4:2:2

格式圖像碼流率如下：
亮度信號碼流率為：720×576×25幀／秒×8bit=82.944Mb/s
色度信號碼流率為：2×1/2×720×576×25幀／秒×8bit=82.944Mb/s
總碼流率為：82.944Mb/s+82.944Mb/s=165.888Mb/s

--我們看到?jīng)]有壓縮的電視圖像碼流率非常高，占用帶寬太寬，不適用于傳輸，即使采用4:2:0格式,圖像碼流率也高達(dá)124.416Mb/s,MPEG-2的壓縮算法采用除去電視視頻信號的時(shí)間冗余和空間冗余的算法，使碼流率降到3~8Mb/s仍然獲得質(zhì)量清晰的圖象，使數(shù)字電視的傳輸成為可能。

--(b)等級(LEVEL)
根據(jù)圖像節(jié)目源的清晰度由低到高的不同，DVBMPEG-2標(biāo)準(zhǔn)分成許多等級,最低的LOWLEVEL的清晰度是IU-R-BT、601建議的四分之一，即：352×288×25幀／秒。MAINLEVEL是完全符合IU-R-BT、601建議的標(biāo)準(zhǔn)，即：720×576×25幀／秒。HIGH-1440LEVEL采用了每行1440個(gè)采樣的方法。HIGHLEVEL采用了更高的每行1920的采樣方法。

--目前在世界上最常用的MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)是MP@ML，即：MAINPROFLE@MAINLEVEL,它是第一代數(shù)字有線電視和數(shù)字衛(wèi)星電視的基礎(chǔ)，節(jié)目提供者可以提供625線質(zhì)量的節(jié)目，圖像的長寬比可以是4:3或16:9;至于碼流率，它是由節(jié)目提供者根據(jù)節(jié)目質(zhì)量來選定的，圖像質(zhì)量越高，所需碼流率越高，反之則越低。