DVB

DVB

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。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(Digital Video Broadcasting)組織，即國際數(shù)字視頻廣播組織。

從一開始，大家就選定ISO/IEC MPEG-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。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)字地面電視 DVB-T的采用緊隨其后。

（一）DVB標準組成

1．DVB廣播傳輸系統(tǒng)

DVB 數(shù)字廣播傳輸系統(tǒng)利用了包括衛(wèi)星、有線、地面、SMATV、MNDSD 在內(nèi)的所有通用電視廣播傳輸媒體。它們分別對應于DVB標準中：DVB-S、DVB-C、DVB-T、DVB-SMATV、DVB-MS和DVB-MC。

（1）DVB-S（ETS 300 421）——數(shù)字衛(wèi)星直播系統(tǒng)標準

該標準以衛(wèi)星作為傳輸介質(zhì)。通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的壓縮數(shù)字信號，經(jīng)過衛(wèi)星接收機后由衛(wèi)星機頂盒處理，輸出現(xiàn)有模擬電視機可以接收的信號。這種傳輸覆蓋面廣，節(jié)目量大。數(shù)據(jù)流的調(diào)制采用四相相移鍵控調(diào)制（QPSK）方式，工作頻率為11/12GHz。在使用MPEG-2的MP@ML（主類@主級）格式時，用戶端達到CCIR 601演播室質(zhì)量的碼率為9Mb/s，達到PAL質(zhì)量的碼率為5Mb/s。一個54MHz轉(zhuǎn)發(fā)器傳送速率可達68Mb/s，并可供多套節(jié)目復用。在DVB-S標準公布之后，幾乎所有的衛(wèi)星直播數(shù)字電視均采用該標準，包括美國的Echostar等。我國也選用了DVB-S標準。

（2）DVB-C（ETS 300 429）——數(shù)字有線廣播系統(tǒng)標準

該標準以有線電視網(wǎng)作為傳輸介質(zhì)，應用范圍廣。它具有16、32、64QAM三種方式，工作頻率在10GHz以下。采用64QAM正交調(diào)幅調(diào)制時，一個PAL通道的傳送碼率為41.34Mb/s，還可供多套節(jié)目復用。系統(tǒng)前端可從衛(wèi)星和地面發(fā)射獲得信號，在終端需要電纜機頂盒。

（3）DVB-T(ETS 300 744)——數(shù)字地面廣播系統(tǒng)標準

這是最復雜的DVB傳輸系統(tǒng)。地面數(shù)字發(fā)射的傳輸容量，在理論上大致與有線電視系統(tǒng)相當，本地區(qū)覆蓋好?，F(xiàn)在采用編碼正交頻分復用（COFDM）調(diào)制方式，8MHz帶寬內(nèi)能傳送4套電視節(jié)目，而且傳輸質(zhì)量高。但這種系統(tǒng)其接收費用高，頻道也較少。

（4）DVB-SMATV（ETS 300 473）——數(shù)字SMATV（衛(wèi)星共用天線電視）廣播系統(tǒng)標準

該標準是在DVB-S和DVB-C基礎上制定的。

（5）DVB-MS（ETS 300 748）——高于10GHz的數(shù)字廣播MMDS分配系統(tǒng)標準

MMDS是采用調(diào)幅微波向多點傳送，分配多頻道電視節(jié)目的系統(tǒng)。該標準基于DVB-S，使攜帶大量節(jié)目的微波信號直接入戶。用DVB-S接收機配上一個MMDS頻率變換器就可接收DVB-MS信號。

（6）DVB-MC（ETS 300 749）——低于10GHz的數(shù)字廣播MMDS分配系統(tǒng)標準

該標準基于DVB-C，使攜帶大量節(jié)目的微波信號直接入戶。用DVB-C接收機配上一個MMDS頻率變換器就可接收DVB-MC信號。

2．DVB 基帶附加信息系統(tǒng)

DVB數(shù)字廣播系統(tǒng)除傳送普通的視頻、音頻信號外，還需傳送接收IRD調(diào)諧、節(jié)目指南，以及圖文、字幕、圖標等信息。適用于此類基帶附加信息系統(tǒng)的DVB標準包括：DVB-SI、DVB-TXT和DVB-SUB。

（1）DVB-SI（ETS 300 468）——數(shù)字廣播業(yè)務信息系統(tǒng)標準

該標準用于IRD自行設置，并為用戶提供廣播業(yè)務指南。DVB-SI由一系列的表和描述符構成，它們給出了有關DVB業(yè)務或節(jié)目的所有參數(shù)。

（2）DVB-TXT（ETS 300 472）——數(shù)字圖文廣播系統(tǒng)標準

該標準用于固定格式圖文電視的傳送。

（3）DVB-SUB（ETS 300 743）——數(shù)字廣播字幕系統(tǒng)標準

該標準用于字幕及圖標（臺標等）的傳送。

3．DVB交互業(yè)務系統(tǒng)

DVB數(shù)字廣播系統(tǒng)中的許多業(yè)務能根據(jù)需要，提供某種形式的交互服務。在通用DVB數(shù)字廣播系統(tǒng)的基礎上，進一步構成交互業(yè)務系統(tǒng)的要素包括與其他相關國際標準兼容的交互業(yè)務網(wǎng)絡獨立協(xié)議，傳送交互服務過程命令與控制信號的回傳信道等。與此對應的交互業(yè)務系統(tǒng)DVB標準有：DVB—NIP、DVB-RCC和DVB-RCT。

（1）DVB-NIP（ETS 300 802）——DVB交互業(yè)務網(wǎng)絡獨立協(xié)議標準

（2）DVB-RCC（ETS 300 800）——CATV系統(tǒng)DVB反傳信道標準

（3）DVB-RCT（ETS 300 801）——PSTN/ISDN的DVB反傳信道標準

4．DVB 條件接收及接口標準

DVB數(shù)字廣播系統(tǒng)中有些業(yè)務傳送的是加擾的條件接受信息。條件接收的通用接口，使 IRD(Integrated Receiver Decoder,綜合接收解碼機)能夠解擾采用通用加擾算法的加擾信息。DVB數(shù)字廣播系統(tǒng)與其他電信網(wǎng)絡（例如PDH、SDH、ATM等）的連接擴展了DVB技術的應用范圍，其與這些電信網(wǎng)絡的接口實現(xiàn)了DVB向電信網(wǎng)絡的過渡。此外還有用于連接專業(yè)設備及IRD的接口。關于這些接口的DVB標準包括：DVB-CI、DVB-PDH、DVB-SDH、DVB-ATM、DVB-PI和DVB-IRDI。

（1）DVB-CI（EN 50221）——條件接收及其他應用的通用接口標準

條件接收可確定哪些數(shù)字接收機能夠接收特定的廣播電視節(jié)目。這是付費電視廣播的基本部分，因而對數(shù)字電視運行的成功發(fā)展至關重要。

（2）DVB-PDH（ETS 300 813）——PDH（準同步數(shù)字系列）網(wǎng)絡DVB接口標準

（3）DVB-SDH（ETS 300 814）——SDH（同步數(shù)字系列）網(wǎng)絡DVB接口標準

（4）DVB-ATM（ETS 300 815）——ATM網(wǎng)絡DVB接口標準

（5）DVB-PI（EN 50083—9）——CATV/SMATV前端及類似的專業(yè)設備接口標準

（6）DVB-IPDI（EN 50201）——DVB-IRD接口標準

（二） DVB標準分析

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(diào)制與其他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-1 LayerII笫二層音頻編碼，也稱做MUSICAM。音頻的 MPEG-1 Layer II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-1 Layer II 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"輪廓"（PROFILE）的概念，每一個不同的輪廓能夠提供構成編碼系統(tǒng)的壓縮工具和壓縮算法（圖07-05-3）。
——(a)輪廓
—— 目前在 MPEG-2系統(tǒng)中存在5個輪廓(PROFILE)，每一個輪廓都會比它的前一個輪廓更加復雜，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。

最初級的"輪廓"叫做簡單輪廓(SIMPLE PROFILE)，隨后是主輪廓(MAIN PROFILE)，它比簡單輪廓(SIMPLE PROPILE)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(zhì)量會更好，但算法更加復雜，使用的芯片更多。主輪廓(MAIN PROFILE)的解碼芯片,可以兼容解碼簡單輪廓(SIMPLE PROFILE)的編碼，這種向下兼容性貫穿整個系列的輪廓。

在主輪廓(MAIN PROFILE)之后,是信噪比可伸縮輪廓(SNR SCALABLE)及空間頻譜可伸縮輪廓(SPACILLY SCALABLE PROFILE)，這兩種"輪廓"可以調(diào)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輪廓。最高級的輪廓是 HIGH PROFILE，它不僅兼容前面的低級輪廓，兼?zhèn)渌械墓δ?，而且可以進行多行，同時編碼，而前面的輪廓則是逐行編碼。

在輪廓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，見圖07-04-4； 4:2:0格式的色度信號(R-Y,B-Y)只做隔行采樣，見圖07-04-2。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(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， DVB MPEG-2標準分成許多等級,最低的 LOW LEVEL的清晰度是IU-R-BT 601建議的四分之一，即： 352×288×25幀／秒。 MAIN LEVEL是完全符合IU-R-BT 601建議的標準，即：720×576×25幀／秒。HIGH-1440 LEVEL采用了每行 1440個采樣的方法。 HIGH LEVEL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： MAIN PROFLE@ MAIN LEVEL,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(zhì)量的節(jié)目，圖像的長寬比可以是4: 3或1 6: 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。

圖07-05-3? 輪廓和等級列表示意圖

4. MPEG-2碼流復用及服務信息

參照數(shù)字電視傳輸方框圖07-04-10，音頻、視頻及數(shù)字信號首先經(jīng)過 MPEG-2編碼器進行數(shù)據(jù)壓縮，通過節(jié)目復用器形成基本碼流(ES)，基本碼流經(jīng)過打包后形成有包頭的基本碼流(PES)。代表不同音頻、視頻信號的 PES流被送人傳輸復用器進行系統(tǒng)復用，復用后的碼流叫做傳輸流(TS)，傳輸流中包括多個節(jié)目源的不同信號，為了區(qū)分這些信號，在系統(tǒng)復用器上需要加入服務信息(SI)，使接收端可以識別不同的節(jié)目。為了便于理解 DVB傳輸系統(tǒng)的服務信息，我們對傳輸碼流的結(jié)構進行粗略的介紹，傳輸碼流的長度定義為 188個字節(jié)長，見圖07-05-4。

圖07-05-4?? 傳輸碼流的結(jié)構

每個傳輸流的前4個字節(jié)為字頭(Header)，字頭后面就是需要傳送的有用信息，包括音頻，視頻或數(shù)據(jù)信息，通常是 184個字節(jié)長度，有時在有用信息(Useful Data)中插入一段適配字段(Adaptation Field)，用于補充長度不完整的傳輸流，放置解碼時鐘(PCR)。傳輸流的字頭是識別傳輸流的關鍵，其結(jié)構見圖07-05-5，由 32個比特組成，其含義見下圖07-05-5。

圖0 7-05-5??傳輸字頭及各比特的含義

在字頭32比特中，13位的 PID碼特別重要，它是辨別碼流信息性質(zhì)的關鍵，是節(jié)目信息的"身份證"，不同的電視節(jié)目和服務信息(SI)對應有不同的 PID碼。對于一臺解碼接收機而言，為了找到它所要接收的電視節(jié)目，它首先通過 PID碼找到服務信息(SI)所對應的不同表格(Table)。DVB標準定義了如下服務信息表格：

PAT: Program Allocation Table（節(jié)目分配表）

CAT: Conditional Access Table（有條件接收表）

PMT: Program Map Table（節(jié)目映射表）

NIT: Network Information Table（網(wǎng)絡信息表）

SDT: Service Description Table（服務描述表）

EIT: Event Information Table（事件信息表）

TDT: Time and Date Table（時間日期表）

通過這些服務信息表格，可以查到所要接收節(jié)目的PID碼和對應的時鐘PCR，節(jié)目就可以還原。

（三）DVB標準的傳輸系統(tǒng)

DVB標準的傳輸系統(tǒng)分成信源編碼(Source Coding)和信道編碼(channel Coding)兩部分。信源編碼采用 MPEG-2碼流。首先，對音頻和視頻進行節(jié)目復用，然后再將多個數(shù)字電視節(jié)目流進行傳輸復用。
—— 信道編碼包括：前向糾錯編碼、解碼、調(diào)制、解調(diào)和上下變額三部分。前向糾錯碼根據(jù)不同的傳輸媒介采用不同的組合。衛(wèi)星傳輸采用 QPSK調(diào)制，有線傳輸采用QAM調(diào)制，地面廣播采用 COFDM調(diào)制或 I6VSB調(diào)制。見圖07-05-6。

圖07-05-6? DVB傳輸系統(tǒng)

1. DVB標淮衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)（DVB-S

）

數(shù)字衛(wèi)星電視的傳輸是為了滿足衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬及衛(wèi)星信號的傳輸特點而沒計的。衛(wèi)星系統(tǒng)是一個單載波系統(tǒng)，如果我們將所要傳輸?shù)挠杏眯畔⒎Q為"核"，那么它的周圍包裹了許多保護層，使信號在傳輸過程中有更強的抗干擾能力，視頻、音頻以及數(shù)據(jù)被放入固定長度打包的MPEG-2傳輸流中，然后進行信道處理。在衛(wèi)星系統(tǒng)中，信道處理過程包括：
——(a) 首先進行同步字節(jié)的倒相，倒相字節(jié)的長度為每 8個字節(jié)進行一次。
——(b) 然后進行數(shù)據(jù)的能量擴散，數(shù)據(jù)隨機化，避免出現(xiàn)長串的0或1。
——(c) 為每個數(shù)據(jù)包加上前向糾錯的 R-S編碼，也叫做外碼。 R-S編碼的加入會使原始數(shù)據(jù)長度由原來的188字節(jié)增加到 204字節(jié)。
——(d) 進行數(shù)據(jù)交織。
——(e) 加入卷積碼糾錯，也稱內(nèi)碼，內(nèi)碼的數(shù)量可以根據(jù)信號的傳輸環(huán)境進行調(diào)節(jié)。
——(f) 最后對數(shù)據(jù)流進行 QPSK調(diào)制。見圖07-05-7。

圖07-05-7??? DVB-S傳輸系統(tǒng)

總之，傳輸系統(tǒng)首先對突發(fā)的誤碼進行離散化，然后加入 R-S外糾錯碼保護，內(nèi)糾錯碼是可以根據(jù)發(fā)射功率，天線尺寸以及碼流率進行調(diào)節(jié)變化。舉例來講，一個36MHz帶寬的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器采用3/4的卷積碼可以達到的碼流率是39Mb/s，這一碼流率可以傳送5-6路高質(zhì)量電視信號。見圖07-05-8。

圖07-05-8??? DVB-C傳輸系統(tǒng)

2. DVB標準有線傳輸系統(tǒng)（DVB-C）

數(shù)字有線電視采用與衛(wèi)星同樣的"核"，即 MPEG-2壓縮編碼的傳輸流。由于傳輸媒介采用的是同軸線，與衛(wèi)星傳輸相比外界干擾小，信號強度相對高些，所以前向糾錯碼保護中取消了內(nèi)碼。調(diào)制方式改成 64-QAM方式，有時也可以采用1 6-QAM，32-QAM或更高的 128-QAM，256-QAM。對于 QAM調(diào)制而言，傳輸信息量越高，抗干擾能力越低。在一個 8MHz標準電視頻道內(nèi)，如果使用 64-QAM，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率為 38.5Mb/s。

3. DVB標準地面廣播系統(tǒng)（DVB-T

）

地面廣播系統(tǒng)的標準是1998年2月批準通過的。第一個正式的地面廣播系統(tǒng)于I998年初開始運營。 MPEG-2數(shù)字音頻、視頻壓縮編碼仍然是地面廣播的核心。其他特點是，采用 COFDM調(diào)制方式，在這種調(diào)制方式內(nèi)，可以分成適用于小范圍的單發(fā)射機運行的2k載波方式，適用于大范圍多發(fā)射機的8k載波方式。 COFDM調(diào)制方式將信息分布到許多個載波上面，這種技術曾經(jīng)成功地運用到了數(shù)字音、視頻廣播DAB上面，用來避免傳輸環(huán)境造成的多徑反射效應，其代價是引入了傳輸"保護間隔"。這些"保護間隔"會占用一部分帶寬，通常 COFDM的載波數(shù)量越多，對于給定的最大反射延時時間，傳輸容量損失越小。但是總有一個平穩(wěn)點，增加載波數(shù)量會使接收機復雜性增加，破壞相位噪聲靈敏度。

由于COFDM調(diào)制方式的抗多徑反射功能，它可以潛在地允許在單頻網(wǎng)中的相鄰網(wǎng)絡的電磁覆蓋重疊，在重疊的區(qū)域內(nèi)可以將來自兩個發(fā)射塔的電磁波看成是一個發(fā)射塔的電磁波與其自身反射波的疊加。但是如果兩個發(fā)射塔相距較遠，發(fā)自兩塔的電磁波的時間延遲比較長，系統(tǒng)就需要較大的保護間隔。
—— 從前向糾錯碼來看，由于傳輸環(huán)境的復雜性， DVB-T系統(tǒng)不僅包含了內(nèi)外碼(Outer Code， Inner Code)。而且加入了內(nèi)外交織 (Outer Interleave，Inner Interleave)。

（四）有條件接收
—— 數(shù)字電視的有條件接收是一個比較復雜的題目，各個國家、各個公司都希望保守自已的秘密，大家很難達成一致意見，最終 DVB標準達成以下共識：
——a) 兩種加解擾方式共存于市場，第一種為"Simulcrypt'，每臺接收機只能使用單一的解擾方式，排斥其他的解擾方式。第二種為"Multcrypt'，每臺接收機通過定義的公共接口(Common Interface)允許使用多種解擾方式。
——b) 定義一種公共的加解擾算法，使消費者使用單一的解碼器。
——c) 要求條件接收的供應商提供進入數(shù)字解碼器的接口方法。
——d) 公布有條件接收公共接口(Common Interface)的技術規(guī)格。
——e) 起草反盜版建議。
——f) 有條件接收系統(tǒng)供應商向其他數(shù)字電視生產(chǎn)廠商所提供的產(chǎn)品必須是合情合理的產(chǎn)品,并且是禁止排斥公共接口(Common Interface)的產(chǎn)品。
——g) 有條件接收系統(tǒng)必須允許節(jié)目經(jīng)營者之間的有條件控制轉(zhuǎn)移，比如衛(wèi)星有條件接收的節(jié)目進入有線網(wǎng)后，原有的有條件接收系統(tǒng)可以被新的有條件接收系統(tǒng)所替換。