数字电视技术原理论文

数字电视技术原理论文 数字电视论文 摘 要 本文主要介绍了MPEG - 2视频编码系统的技术原理和关键技术, 阐述了数字电视信源编码技术、多路复用和解复用原理、节目复用器构成、信号复用系统及调制解调的关键技术。 关键词:MPEG-2 多路复用 复用器 复用系统。 1 MPEG-2编码技术 DVB-T采用的是MPEG-2编码技术，MPEG-2是MPEG制定的国际 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，于1994年11月正式发行。它主要包括系统、视频、音频、一致性、参考软件、数字存储媒体的命令与控制、高级音频编码、lob视频编码和实时接口等9个部分组成。 由于图像信号中存在着大量的冗余，主要包括有空间相关冗余、时间相关冗余、结构相关冗余、人眼视觉冗余和熵冗余等，使得图像的压缩具有可能性。MPEG-2采用预测编码、变换编码和统计编码技术等，减少传输信号的冗余。 MPEG-2系统编码是将视频、音频和其它数据基本流合成一个或多个适宜于存储或传输的数据流，MPEG-2系统层框图如图2-1所示。在MPEG-2中定义了三种码流，基本码流ES (Elementary Stream)、节目码流PS (Program Stream)和传输码流TS( Transport Stream)。 视频PES 视频数据 节目码流PS 视频编码 打包 PS复接 音频数据 传递码流TS 打包 TS复接 音频编码 音频PES 图1 MPEG-2系统层框图 节目码流(PS)由一个或多个PES包组成，是一组视频、音频和数据基本分量。节目码流中的各个包具有相同的时间基准，具有长度可变的数据包和包头。节目流通常用于基本无误码或误码比较小的环境下，用在光盘和硬盘间的数据传输。基本码流ES是在MPEG-2中，按照像块层、宏块层、像条层、图像层、图像组层和图像序列层的顺序依次编码，并在除像块和宏块外的每一层的开始处加上起始码和头标志，就形成了ES。其中打包的基本码流PES(Packetized Elementary Streams)是对压缩的基本码流ES进行打包后形成的码流。传输码流(TS)是将具有共同时间基准或具有独立时间基准的一个或多个PES组合而成的单一的数据流，TS是节目码流或和基本码流的集合，他们可以以非特定关系复接在一起。适用于误码较多的环境。 另外，MPEG-2的系统层提供了有效的系统同步措施。在传输码流中MPEG-2主要使用了三个参数:节目参考时钟(PCR)、显示时间标记(PTS)和解码时间标记(DTS)来保证视频、音频和辅助数据之间的同步.PCR是编码器系统时钟某一时刻的值，它被周期性地插入到MPEG-2的输出比特流中。在解码器端，PCR被提取出来，用于更新内部时钟，作为解码器的时间基准，每个节目只有一个PCR.PTS和DTS也是编码器系统时钟某一时刻的值，通常和某个编码单元相联系(如视频序列中某个图像显示或解码的开始位置)。它们规定了数据在解码署中的预定显示时间和解码时间。 2 多路复用和解复用原理 在MPEG-2系统中，多路复用分为节目复用和系统复用。节目复用是将数字电视节目的视频、音频的ES流和其它辅助数据复用生成的单一的PS流或TS流，叫节目复用.系统复用是由多路TS流在复用形成一路TS流，实现节目间的动态分配，叫系统复用。相反的过 3 程叫系统解复用简称解复用。 3 节目复用器构成 图2-2为节目复用器的框图。节目复用器的信号流程工作原理是这样的:其中，FIFO是先进先出的移位寄存器。复用器工作时，先向前面的视频、音频编码器发出系统编码开始的信号，同时发送27MHz的系统时钟，作为PES打包时PTS(Presentation Time Modulation，时间表示印记)和DTS (Decode Time Stamp，解码时间印记)的时间标记的计数时钟。经过编码器后所产生的视频、音频和辅助数据经过串/并转换后，分别在各自的FIFO中缓存.各个FIFO设有独立的双向计数器，指示各个FIFO中存储数据的字节数。DSP(数字处理器)采用轮询技术控制TS流中各种包的交织，因为视频PES (Packetized ES，分组基本码流)数据流的输入速率是可变的，而音频、辅助数据的速率是恒定的，采用轮询技术保证TS流中各种类型包的均匀性。DSP按视频、音频、辅助数据1和辅助数据2的次序对视频FIFO、音频FIFO,辅助数据XIFI FO、辅助数据X2FIFO进行轮询，即读取各FIFO的双向计数器的计数值，若大于预先确定的门限数值，则从相应的FIFO中读取184B，送入公共FIFO。对于两路辅助数据，在写入TS包头后，直接将184B送入传输缓存器。为了TS包与PES包的字头对齐，在对视频、音频184B的读取过程中，需要同时 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 是否有PES起始码0x000001(视频PES起始码后面的steam ID为OxEO，音频PES起始码后面的steam ID为Oxcl)。若没有，则由DSP向传输缓存器写入相应的TS包头(4B，无调整字段)，再将公共FIFO中读取数据，而去读取公共FIFO中的NB数据。由于在这NB数据中包含4B PES字头，因此TS包的调整字段中要插入【184- (N-4)】个填充字节(即OxFF)，有效数据负荷为N-4。第二个TS包是一个新的PES数据包的开始，公共FIFO中还保留4B PES字头，所以还需从前面的FIFO读入(184-4)B的视频或音频数据。在向传输缓存器写入TS字头后，再将公共FIFO中的数据送入传输缓存器。这样，就可将TS包的字头与PES包的字头对齐。 视频PES 视频FIFO 公共FIFO 传输缓存并串转换 串音频PES 器 并音频FIFO 变DSP 辅助数据系系换 1PES 统统X1 FIFO 图图辅助数据 X2 FIFO 像 像 2PES 图2 节目复用器框图 在视频编码器中，任意两个PCR (Program Clock Reference,节目参考时钟)间的时间间隔为40ms, PMT (Program Map Table，节目映射表)之间的间隔也为40ms。复用器的输出速率是恒定的，所以在单位时间内的总TS包数也是恒定的。在DSP程序中 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了一个 25，复用器每产生一个TS包，计计数器，计数器的预置数值设定为“每秒总的TS包数目/ 数器减1，当计数器减到零时，将时间间隔标志置位，从而使得PCR之间的时间间隔保持恒定。DSP在每次轮询打包TS数据之前，先检测时间间隔的标志位，若标志位已经置位，则在下一个视频TS包中插入PCR时间标记，当然这里只是在TS包头中将6B的PCR位置预留出来，没有真正插入PCR时间标记.在随后的两个TS包中放入节目关联表(PAT)和PMT表，并将计数器和时间间隔标志位复位.如果下一个复用的TS包为视频数据并且恰好需要插入PCR时间标记，则DSP从视频FIFO中读出的数据是176B而不是184B，是因为调整字段占用了8B(插入PCR时间标记，除了PCR是6B，还要增加调整字段长度1B，指示和标志IB，调整字段一共8B).如果该TS包为含有PES字头的视频TS包，则读入的数据字节为172B.另外， 2系统还要求PCR时间必须是PCR域最后一字节离开复用器的时间。在并/串转换的同MPEG- 时，还要完成PCR时间标记的插入。PCR信息只包含在特定的视频TS包中，DSP在写入该TS字头时，在调整字段中己预留了6B的PCR位置，在并/串转换时则进行字头检测，在满足PCR插入条件且在检测到TS包的同步字节以及调整字段标志位后，在相应时刻将PCR所存。 4 系统复用 系统复用最主要的工作是进行PSI(Program Specific Information,节目特定信息)信息的重构和PCR修正，图2-3为节目复用和系统复用框图。 5 视频PES 音频PES 节 目 TS1 辅助数据PES 复 系 用 增值业务数据PES 统 TS4 系 节目复用4 复 统 PSI和SI数据TS，包含PAT,PID=0 用 增值业务数据TS 图3 节目复用和系统复用框图 在系统复用过程中，常需要从多个节目TS流中各抽出一路或多路节目参与复用，生成的TS流仍然符合MPEG-2标准的系统层定义。 PSI被分成节目关联表、节目映射表、网络信息表及条件接收表等，他们包含了进行多路解调和显示程序的必要和足够的信息。每个表可以被分成一段或多 段置于TS流中.系统层解复用时首先要获取节目关联表PAT,PAT的PID(Packet Identifier,包标识)值为0x0000，找到PID=O的TS包就能找到PAT表，PAT，表中包含了该TS流中所有节目的一个清单。通过PAT表，就可得到该TS流中包含的每个节目映射表。每个节目的PMT表中，有该节目的各个TS包的信息，包括PID, TS包类型以及该节目含有效PCR字段TS包的PID值。经过PAT，及PMT表的设置，就可完整描述TS流中各路节目以及每路节目中各TS包之间的关系.条件接收表CAT只有当TS流中TS包被加扰时才出现。每路TS流都有一个PAT和多个PMT，但最终合成的TS流只有一个PAT，和与之相对应的多个PMT;而且在不同的TS流中可能定义了相同的PID。在对各路TS流进行复用时，首先必须提取各节目中TS包的PID，称为TS包过滤;再重新标识PID，再对所有TS流中的PAT和PMT进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 、整理，生成总的PA1，和PMT，作为合成TS流的PSI:最后将TS包交织后输出。 PCR是编码端系统时钟的采样值，一路节目只有一个PCR时间基点与之关联。在PSI的PMT中，指出了每路节目中带有PCR字段的TS包的PID值，该PID值也称为PCR PID。时间标签一般为90KHz为单位，但PCR可以达到27MHz。PCR时序信息是将系统时间频率27MHz的1/300 (27MHz/300=90KHz)编成33位码并加上9位(28<300<29)余数。PCR字段被编码在TS包的调整字段中，其中以系统时钟频率27MHz的1/300 (90KHz)为单位的称为PCR_base， 另一个以系统时钟27MHz为单位的称为PCR_ext。 33PCR_base(i) = {[系统时钟频率Xt(i)]/300}% (1) 2 PCR_esex t( i)=[系统时钟频率Xt(i)]%300 (2) 其中，%表示模除，a%b表示b除a后的余数。 MPEG-2标准中用TS系统目标解码器(T-STD)这个概念来定义字节的到达、解码事件以及他们发生的时间.数据从TS流进入T-STD的速率是一个分段常数，第i个字节在时间T(I)进入，这个字节进入T-STD的时间可以通过输入流的PCR的字段解码而恢复，编码在PCR(I)中代表了t(i), i指包含PCR_base字段的最后一位的字节。 PCR(i) = PCR_base(i)X300+PCR_ext(i) (3) 所以PCR指示PCR_base的最后一个字节预定达到目标解码器的时间.通过PCR值不但可以获得正确的解码时间，还可以计算传送速率等与时间相关的指示。 PCR的是否正确传输影响着解码端的时钟恢复，每路的TS流都有各自的时钟，所以要对每路时钟都要进行PCR修正。根据PCR修正原理，数据从进入复用器至离开之间存在不确定的处理延迟，所以，要在原有PCR值基础上加上该字段在复用器中的等待延迟?t.为了使时钟起始时间统一，把所有延迟后的PCR减去?const。其中，?const是任选的一个?t，在选择点处修正值为0.因为只要有一个PCR考虑到这段延迟，不进行修正，其余的PCR均在此基础上进行相对不定延迟的修正，这就使得复用时不修正的PTS和DTS相对于PCR来说恢复了统一的时间起点。得到每个PCR的修正值为: PCR=PCR+?t-?const ? t==- Tsysout,Tsysin, 其中, 是数据离开系统复用器的时间，是数据到达系统复用器的时间，Tsysout,Tsysin, ?const是任选一路节目的?t. 如图2-4TS流的结构图，每个包的长度为188个字节，其中包头的长度为4个字节。传输码流的第一个字节(8比特)为包同步，用于信道解码器的同步，误码指示和加扰控制，告诉解码器传输过程中是否有不可纠正的误码和信号是否被加扰。由于传输码流是复用后形成的，所以在一个传送流中会有多个码流，包识别符(PI功是解码器识别各种节目码流的识别标志，每个传输流包中均携带一个识别码(PID ).节目参考时钟(PCR)是解码器的定时基准。 1Byte 1Bit 1Bit 1Bit 13Bits 2Bits 2Bits 4Bits 7 同步字节 传输误码有效载荷传输优先 PID 传输加扰自适应控连续计数 指示符 单元起始控制 制 器 指示符 最大184Bytes 4B 自适应自适应区(可包数据 长度 选) 最大182Bytes 1Byte 1Byte 自适应区标志 信息(与插入的标填充数据 长度 志有关) 1Bit 1Bit 1Bit 1Bit 1Bit 1Bit 1Bit 1Bit 间断指示随机存储基本码流PCR指示节点标志 传输专用自适应自适应扩符 指示符 优化指示符 数据标志 PCR标志 展标志 符 图4 TS流结构 MPEG-2中还定义了节目特定信息(PSI)，用于解码器的自动设置.PSI由4个表组成，分别是节目相关表(PAT)，节日映射表(PMT)、条件接收表(CAT)和网络信息表(NIT). PAT表说明传输码流中含有多少个节目及其相应PMT表的PID;PMT表说明一个节目中有多少种码流及其各自的PID; CAT表说明码流是否加密，解码器利用CAT表寻找加密控制信息(ECM)和加密管理信息(EMM);NIT表说明提供节目的网络信息。 TS实际是面向数字化分配媒介(有线、卫星、地面网)的传输层接口。对具有共同时间基准的两个以上的PES先进行节目复用，然后再对相互可有独立时间基准的各个PS进行传输复用，也就是将每个PES再细分为更小的TS包。在系统中不允许直接传输PES，只允许传输PS和TS; PES只是PS转换为TS或TS转换为PS的中间步骤或桥梁，是MPEG数据流互换的逻辑结构，本身不能参与交换和互操作。 参 考 文 献 [1]吴文忠. 数字电视与数字电视信源编码技术[J]. 视听界(广播电视技术),2005,04:21-24. [2]邱永萍,包红艳,孙绪伟. 数字电视信源编码的主要技术与标准[J]. 中国有线电视,2005,Z1:231-234. [3]王刚,张俊家. 数字电视信源编码的主要技术与标准[J]. 电视工程,1998,02:22-25. [4]宋平. 数字电视信源编解码技术及应用[J]. 中国有线电视,2010,02:133-135. [5]梅志红. 数字电视编码及调制技术[J]. 中国有线电视,2002,24:16-20. [6]吴恩学. 简述数字电视常用的几种信道编码技术[J]. 中国广电技术文萃,2014,03:81-90. 9