數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)體系的發(fā)展與展望

數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)體系的發(fā)展與展望

1數(shù)字廣播系統(tǒng)的構(gòu)成本質(zhì)上，數(shù)字通信技術(shù)將傳統(tǒng)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字通信技術(shù)，利用數(shù)字設(shè)備直接生成數(shù)字通信技術(shù)，并處理、傳輸、存儲(chǔ)和存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)。這是一個(gè)用于接收和輸入的視覺系統(tǒng)。嚴(yán)格意義上的數(shù)字電視系統(tǒng)是從節(jié)目攝制、節(jié)目編輯、節(jié)目制作、信號(hào)發(fā)射、信號(hào)傳輸、信號(hào)接收到節(jié)目顯示完全數(shù)字化的全過程。1.1圖像清晰度分析數(shù)字電視按信號(hào)傳輸方式可分為地面無線傳輸數(shù)字電視(地面數(shù)字電視)、衛(wèi)星傳輸數(shù)字電視(衛(wèi)星數(shù)字電視)、有線傳輸數(shù)字電視(有線數(shù)字電視)三類。按圖像清晰度可分為數(shù)字高清晰度電視(HDTV)、數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視(SDTV)和數(shù)字普通清晰度電視(LDTV)三種，其中，HDTV的圖像水平清晰度大于800線，圖象質(zhì)量可達(dá)到或接近35mm寬銀幕電影的水平；SDTV的圖像水平清晰度大于500線，主要是對(duì)應(yīng)現(xiàn)有電視的分辨率量級(jí)，其圖象質(zhì)量為演播室水平；LDTV的圖像水平清晰度為200-300線，主要是對(duì)應(yīng)現(xiàn)有VCD的分辨率量級(jí)。按顯示屏幕幅型可以分為4:3幅型比和16:9幅型比兩種。1.2atsc標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介數(shù)字電視的研究開始于二十世紀(jì)80年代初，當(dāng)時(shí)的歐共體資助的TACE和EUREKA兩個(gè)項(xiàng)目用于對(duì)廣播級(jí)圖像數(shù)字壓縮的核心技術(shù)“離散余弦變換DCT”進(jìn)行可行性研究；1990年國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)（IEC）和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）確定了MPEG-2的壓縮模式，并逐步成為了數(shù)字廣播視音頻采樣、壓縮格式、傳輸方式和業(yè)務(wù)信息格式的標(biāo)準(zhǔn)。隨著人們對(duì)高品質(zhì)視聽生活的需求，許多國(guó)家都加入到數(shù)字電視技術(shù)的研究中，制定了適合各自國(guó)家的現(xiàn)代數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)體系。目前，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）已經(jīng)批準(zhǔn)的數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)體系有三種：一是以美國(guó)為首的ATSC數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)；二是以歐洲為中心的DVB數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)；三是日本推出的ISDB標(biāo)準(zhǔn)。ATSC數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)基于HDTV電視，并同時(shí)支持SDTV和HDTV,ATSC數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)由四個(gè)分離的層級(jí)組成：最高層是圖像層，確定圖像的形式，包括象素陣列和幀頻；第二層是圖像壓縮層，采用MPEG-2圖像壓縮和AC-3音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)；第三層是系統(tǒng)復(fù)用層，特定的數(shù)據(jù)被納入不同的壓縮包中；最后一層是傳輸層，確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制和信道編碼方案數(shù)字調(diào)制采用8VSB或16VSB殘留邊帶調(diào)制方式，信道編碼采用RS(207,187）編碼。ATSC標(biāo)準(zhǔn)具備噪聲門限低（接近于14.9dB的理論值）、傳輸容量大（6MHz帶寬傳輸19.39Mbps）、傳輸遠(yuǎn)、覆蓋范圍廣和接收方案易實(shí)現(xiàn)等主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但是也存在一系列問題，最主要的是不能有效對(duì)付強(qiáng)多徑和快速變化的動(dòng)態(tài)多徑，造成某些環(huán)境中固定接收不穩(wěn)定以及不支持移動(dòng)接收。國(guó)際數(shù)字視頻廣播組織（DVB組織）1993年成立于歐洲，負(fù)責(zé)并協(xié)調(diào)數(shù)字電視的各種標(biāo)準(zhǔn)的制定，目前DVB組織成員已發(fā)展到300多個(gè)，遍布世界30多個(gè)國(guó)家。DVB標(biāo)準(zhǔn)本質(zhì)上是從早期的EU-REKA95項(xiàng)目的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，該標(biāo)準(zhǔn)與ATSC標(biāo)準(zhǔn)不同，是以SDTV為起點(diǎn)，音頻、視頻編碼和系統(tǒng)復(fù)用均采用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。目前，該組織已經(jīng)分別制訂了數(shù)字電視衛(wèi)星廣播標(biāo)準(zhǔn)DVB-S（采用QPSK調(diào)制）、數(shù)字電視有線廣播標(biāo)準(zhǔn)DVB-C（采用QAM調(diào)制）、數(shù)字電視地面廣播標(biāo)準(zhǔn)DVB-T（采用COFDM調(diào)制方式）。DVB標(biāo)準(zhǔn)采用的大量導(dǎo)頻信號(hào)插入和TPS信號(hào)技術(shù)使得系統(tǒng)具有較強(qiáng)的多徑反射適應(yīng)能力，在密集的樓群中也能良好接收，除能夠移動(dòng)接收外，還可建立單頻網(wǎng)，適用于有屏蔽的山區(qū)?，F(xiàn)在DVB系列標(biāo)準(zhǔn)正在成為領(lǐng)導(dǎo)全球數(shù)字電視技術(shù)的世界標(biāo)準(zhǔn)。ISDB綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播，是1999年由日本的DIBEG(DigitalBroadcastingExpertsGroup數(shù)字廣播專家組）制定的數(shù)字廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。它主要定義傳輸系統(tǒng)，其信源部分仍是MPEG-2，傳輸方案是COFDM（編碼正交頻分復(fù)用），ISDB具有柔軟性、擴(kuò)展性、共通性等特點(diǎn)，可以靈活地集成和發(fā)送多節(jié)目的電視和其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。2001年，該標(biāo)準(zhǔn)正式被ITU接受為世界第3個(gè)數(shù)字電視傳輸國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。2dvb系統(tǒng)的調(diào)式技術(shù)數(shù)字電視系統(tǒng)主要由信源編解碼、節(jié)目流與傳送流多路復(fù)用/解復(fù)用、信道傳輸、信道編解碼等設(shè)備組成。其中，信源編碼主要包括視頻編碼、音頻編碼、數(shù)據(jù)編碼，信道編碼主要是采用RS編碼、數(shù)據(jù)交織TCM聯(lián)合編碼調(diào)制等技術(shù)，調(diào)制采用QPSK、QAM、COFDM、VSB等調(diào)制技術(shù)。而在復(fù)用傳輸標(biāo)準(zhǔn)方面，美國(guó)、歐洲、日本沒有分歧，都采用了MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-2數(shù)據(jù)包是DVB系統(tǒng)的基本組成部分，數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度是固定的，每個(gè)為188個(gè)字節(jié)，由4個(gè)字節(jié)的包頭和有效負(fù)載組成。包頭由同步字節(jié)（0×47）開始，負(fù)載單元起始標(biāo)志位指出了包中是否有PES或PSI部分的開始，而PID字段指示了存儲(chǔ)于有效負(fù)載中數(shù)據(jù)的類型。在數(shù)據(jù)包中不僅包含數(shù)字信號(hào)的視頻、音頻原始流，而且包括程序特殊信息PSI，它規(guī)定不同節(jié)目和節(jié)目中不同成分如何復(fù)用成一個(gè)統(tǒng)一的碼流，為IRD提供了進(jìn)行配置所必須的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，以解復(fù)用和解碼TS流中的不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。2.1節(jié)目相關(guān)pid值的確定程序特殊信息PSI主要以表的邏輯結(jié)構(gòu)來定義，在傳輸過程中，PSI信息不允許被加擾。在ISO/IEC13818-1中定義了四種PSI表，即：節(jié)目關(guān)聯(lián)表PAT、節(jié)目映射表PMT、網(wǎng)絡(luò)信息表NIT和條件訪問表CAT。(1）節(jié)目關(guān)聯(lián)表(PAT)的PID為0×0000，解復(fù)用器工作總是從尋找PAT表開始。每一個(gè)傳輸流中必須包含一個(gè)完整有效的PAT，傳送流通過transport＿stream＿id來區(qū)分。而在N循環(huán)中描述了傳送流中所有節(jié)目的一個(gè)清單以及節(jié)目對(duì)應(yīng)的映射表PMT的PID值，其中節(jié)目號(hào)為0的PID是網(wǎng)絡(luò)信息表的PID值，其他都是普通節(jié)目的，循環(huán)數(shù)N由分段長(zhǎng)度section＿length得出。通過給出的PID值，可以找到網(wǎng)絡(luò)信息表NIT的位置和節(jié)目映射表的位置。(2）節(jié)目映射表(PMT)的PID值由PAT表提供。PMT給定了節(jié)目號(hào)與組成它們的原始流之間的映射，這種映射表是一個(gè)TS中所有節(jié)目定義的集合。典型的構(gòu)成，包括一路視頻ES流、多路音頻ES以及一路或多路輔助數(shù)據(jù)。各ES流被分配唯一的PID,ES流與被分配的PID值之間的關(guān)系構(gòu)成了PMT。在TS中攜帶的每個(gè)節(jié)目都必須有一個(gè)與該節(jié)目相應(yīng)的PMT,PMT給出了節(jié)目與組成節(jié)目的原始流的類型stream＿type和PID。(3）網(wǎng)絡(luò)信息表(NIT)給出了多路傳送流、傳輸網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)傳輸相關(guān)的信息，其中，包括：傳送流描述符、通道頻率、信號(hào)的調(diào)制方式、符號(hào)率等。PSI中只定義NIT的名稱，其語法結(jié)構(gòu)在SI中定義。(4）條件接收表(CAT)由PID為0×0001的TS包傳送。CAT中包含了所有節(jié)目的用戶解密信息。它提供在復(fù)用流中一個(gè)或多個(gè)條件接收系統(tǒng)的信息，指定系統(tǒng)與它們相應(yīng)的授權(quán)管理信息EMM(EntitlementManagementMessage)之間的聯(lián)系、EMM的PID值以及相關(guān)參數(shù)。解碼時(shí)，IRD先找到PID=0×00的數(shù)據(jù)包，構(gòu)成一個(gè)完整有效的PAT表，由PAT表查找到不同業(yè)務(wù)的PMT的PID及PMT表，可以得到該業(yè)務(wù)所包含的基本流(ES)的PID，從而解出該業(yè)務(wù)的基本流，如圖1所示。2.2節(jié)目信息流程程序特殊信息PSI指定了如何從一個(gè)攜帶多個(gè)節(jié)目的傳送流中正確找到特定的節(jié)目。但是PSI只提供了解碼一個(gè)傳送流所需的特定信息，為了引導(dǎo)接收機(jī)在數(shù)字電視傳送流中搜尋節(jié)目，DVB標(biāo)準(zhǔn)在PSI的基礎(chǔ)上擴(kuò)充增加了一些額外的信息，所有這些信息稱為業(yè)務(wù)信息SI(ServiceInformation)。SI信息中提供了更加詳細(xì)的與傳送流和節(jié)目相關(guān)的信息，接收機(jī)可以從傳送流中獲得業(yè)務(wù)和事件的內(nèi)容，經(jīng)分析之后組成有用的信息提交給用戶使用，保證接收機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)選擇業(yè)務(wù)的功能，也為EPG的實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)。SI主要添加了如下信息表：(1）網(wǎng)絡(luò)信息表(NIT)：網(wǎng)絡(luò)信息表傳遞了與通過一個(gè)給定的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膹?fù)用流/TS流的物理結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息以及與網(wǎng)絡(luò)自身特性相關(guān)的信息，主要包括：網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)TS流的傳輸流標(biāo)識(shí)、原始網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)；各TS流所在物理頻道的調(diào)諧信息；網(wǎng)絡(luò)的名稱等。一般NIT主要用于接收機(jī)的自動(dòng)節(jié)目搜索和初始化過程，通過獲取和分析NIT，接收機(jī)可以得知網(wǎng)絡(luò)中包含的TS流及其調(diào)諧信息，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)目搜索功能。NIT提供的調(diào)諧信息將被存入接收機(jī)用于頻道的鎖定，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)信息的變更，TS流信息及調(diào)諧信息的變化也要通過NIT體現(xiàn)出來，并通知接收機(jī)，以便其進(jìn)行自動(dòng)更新。(2）業(yè)務(wù)描述表(SDT)：業(yè)務(wù)描述表中的每一個(gè)子表，都用來描述包含在一個(gè)特定傳送流中的業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)可能是現(xiàn)行傳送流中的一部分，也可能是其它傳送流中的一部分，通過table＿id來區(qū)分。節(jié)目業(yè)務(wù)描述表包括系統(tǒng)中業(yè)務(wù)的各種信息，主要包括：業(yè)務(wù)名稱、當(dāng)前TS流中是否存在與該業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)的當(dāng)前/后續(xù)EIT、當(dāng)前TS流中是否存在與該業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)的事件時(shí)間EIT、當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)、業(yè)務(wù)的加擾與否、業(yè)務(wù)提供者名稱等。(3）事件信息表(EIT)：EIT分為兩種，一種是當(dāng)前/后續(xù)事件信息表，另一種是事件時(shí)間信息表。當(dāng)前/后續(xù)事件信息表中只包含現(xiàn)行TS流或其它TS流中指定業(yè)務(wù)的當(dāng)前正在播出的事件和其后的一個(gè)事件(NVOD業(yè)務(wù)除外)；事件時(shí)間信息表包含了除當(dāng)前/后續(xù)事件外的，按時(shí)間順序排列的其它事件表。為了使接收機(jī)能夠方便靈活的獲取事件時(shí)間信息表，該表可以分割成片段(segment)來傳送。事件時(shí)間表分配了16個(gè)table＿id，每個(gè)表最多有256個(gè)section，一個(gè)子表被分成32個(gè)segment，每個(gè)segment的時(shí)間跨度為三小時(shí)，包含8個(gè)section，一個(gè)segment中列出的應(yīng)該是在一個(gè)三小時(shí)時(shí)段中開始播出的所有事件，segment按照事件順序排列，其中的事件也按照時(shí)間先后排列。事件時(shí)間信息表不是必需的，傳送時(shí)，可以分片段傳，也可以單純按照時(shí)間順序傳，如果分片段傳送，則能夠提供的最長(zhǎng)的節(jié)目預(yù)告時(shí)間約為16×32×3=1536小時(shí)（64天）。對(duì)于NVOD業(yè)務(wù)，其所有事件的描述，都在當(dāng)前/后續(xù)事件信息表中出現(xiàn)。EIT是電子節(jié)目指南的重要信息來源，它能夠提供的主要信息包括：事件標(biāo)識(shí)、事件開始時(shí)間、事件持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度、運(yùn)行狀態(tài)、條件接收模式、事件簡(jiǎn)短說明、事件擴(kuò)展說明信息、條件接收標(biāo)識(shí)、事件類型說明、家長(zhǎng)控制級(jí)別、數(shù)據(jù)廣播描述信息等。(4）時(shí)間和日期表(TDT)：TDT僅傳送當(dāng)前的UTC時(shí)間及MJD日期。TDT主要是用來對(duì)接收機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘進(jìn)行同步和校準(zhǔn)，由于這些信息頻繁更新，所以需要使用一個(gè)單獨(dú)的表。(5）業(yè)務(wù)組關(guān)聯(lián)表(BAT)：業(yè)務(wù)組定義為一組業(yè)務(wù)的集合，并可能跨越于不同的網(wǎng)絡(luò)上。業(yè)務(wù)組關(guān)聯(lián)表提供了所涉及的有關(guān)節(jié)目業(yè)務(wù)群的信息，包括節(jié)目業(yè)務(wù)群自身屬性，如：名稱等，還包括節(jié)目業(yè)務(wù)群所包含的節(jié)目業(yè)務(wù)清單。(6）運(yùn)行狀態(tài)表(RST)：運(yùn)行狀態(tài)表能夠準(zhǔn)確地更新一個(gè)或多個(gè)事件的時(shí)間狀態(tài)，由于時(shí)間表的變化，事件的播出時(shí)間可能提前或滯后，當(dāng)播出時(shí)間表改變時(shí)，其變化可以通過