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)進入了我們的生活。而我們能夠開始感覺到數(shù)字技術的沖擊只是一個時間問題，今天數(shù)字技術已經(jīng)在我們生活的方方面面有所體現(xiàn)，從電話、傳真機到微型電腦，再到目前風靡世界的因特網(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，我們的節(jié)目質量是無法滿足的。當你通過衛(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，你已經(jīng)是位于數(shù)字電視傳輸?shù)淖詈笠粋€環(huán)節(jié)，這一個環(huán)節(jié)正在經(jīng)歷一場數(shù)字化革命,以達到電視節(jié)目的全數(shù)字化傳輸。在電視數(shù)字化的進程中,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)廠家和標準制訂者坐到了一起，商談組成-個工作組，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-個世界性組織。1993年9月工作組起草了一個備忘錄，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)展進入了新的時代。根據(jù)過去痛苦的教訓，工業(yè)界決定要以市場的商業(yè)需求作為標準制訂的指導，DVB組織決定新的技術必須是建立在MPEG-2壓縮算法上的數(shù)字技術，必須是市場導向的。

--由于相對較低的基礎設施費用投入和各國相對簡單的標準協(xié)調問題,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)星電視的標準DVB-S，1996年數(shù)字有線電視DVB-C數(shù)字共用天線電視、數(shù)字微波電視等標準隨之確立，數(shù)字開路電視DVB-T的采用緊隨其后，將給整個社會帶來更深刻的變化。I997年以DVB標準為基礎的數(shù)字電視已經(jīng)在全世界普及，擁有了幾百萬用戶。1998年末，微型計算機用戶可以通過在他們使用的微機內(nèi)插入數(shù)字衛(wèi)星接收卡，用來享受因特網(wǎng)服務。
目前，數(shù)字地面電視(DVB-T)標準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標準數(shù)字電視技術

--DVB標準提供了-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，其周全的計劃及廣范的共識是其成功的關鍵。從一開始，大家就選定ISO/IECMPEG-2標準作為音頻及視頻的編碼壓縮方式，對信源編碼進行了統(tǒng)一，隨后對MPEG-2碼流進行打包形成傳輸流(TS)，進行多個傳輸流復用，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行傳輸。

1.DVB標準的核心
●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)服務信息(SI)
●系統(tǒng)的第一級信道編碼采用R-S前向糾錯編碼保護
●調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
--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，這一人體生理學效應允許我們對于人耳不太敏感的頻率進行低碼率編碼，這一技術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

--對于視頻,國際上采用標準的MPEG-2壓縮編碼，MPEG-2視頻編碼系統(tǒng)由一個大家族構成，每一個系統(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視頻標準還定義了檔次(PROFILE)的概念，每一個不同的檔次(PROFILE)能夠提供構成編碼系統(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個檔次(PROFILE)，每一個檔次(PROFILE)都會比它的前一個檔次更加復雜，更加完善，提供更多的工具,同時其相對應的設備的價格也更高。

--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)增加了編碼雙向預測的功能，即：B-FRAMES，在使用同樣的碼流的情況下，它的質量會更好，但算法更加復雜，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)，這兩種檔次可以調整信噪比與碼流率關系,以及圖像清晰度與碼流率之間的關系，出于其編碼的復雜性以及接收設備價格昂貴問題，DVB標準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埽铱梢赃M行多行，同時編碼，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行4個采樣，對色度信號(R-Y，B-Y)進行2個采樣，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,我們可以算出對標準PAL制電視信號進行采樣后的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124.416Mb/s,MPEG-2的壓縮算法采用除去電視視頻信號的時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標準分成許多等級,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建議的標準，即：720×576×25幀／秒。HIGH-1440LEVEL采用了每行1440個采樣的方法。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標準是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，節(jié)目提供者可以提供625線質量的節(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)目質量來選定的，圖像質量越高，所需碼流率越高，反之則越低。