数字视频广播(DVB)阐述

一. 前言

--数字电视是在还没有察觉的情况下就已经进入了我们的生活。而我们能够开始感觉到数字技术的冲击只是一个 时间问题，今天数字技术已经在我们生活的方方面面有所体现，从电话、传真机到微型电脑，再到目前风靡世界的 因特网。

--今天， 尽管我们在家里仍然收看的还是模拟电视节目，但是节目制作棚里的设备已经是数字化了，从节目制 作棚到发射塔的信号传输也已是数字化了，没有这些节目制作与传输的数字技术，我们的节目质量是无法满足的。 当你通过卫星电视网、有线电视网或开路电视网观看电视节目时，你已经是位于数字电视传输的最后一个环节， 这一个环节正在经历一场数字化革命,以达到电视节目的全数字化传输。在电视数字化的进程中,国际 DVB组织 (Digital Video Broadcasting)提出了全套的解决方案，这-方案涉及我们常用的传输媒介：数字卫星电视(DVB-S) 、数字有线电视(DVB-C) 、数字开路电视(DVB-T) 。 

--电视数字化的时代已经到来! 

--在欧洲，从1991 年开始，电视台、家电产品生产厂家和标准制订者坐到了一起，商谈组成-个工作组，共同制 订数字电视的发展规划，工作组的成员发展很快，这一个由欧洲人发起的组织很快就吸引美国及日本的许多成员 ，变成了-个世界性组织。 1993年9月工作组起草了一个备忘录，将工作组更名为DVB组织，即国际数字视频广播 组织。数字电视的发展进入了新的时代。 根据过去痛苦的教训，工业界决定要以市场的商业需求作为标准制订的指导， DVB组织决定新的技术必须是建立 在 MPEG-2压缩算法上的数字技术，必须是市场导向的。

--由于相对较低的基础设施费用投入和各国相对简单的标准协调问题,数字卫星电视(DVB-S)网、数字有线电视 (DVB-C)网和数字开路电视(DVB-T)网先走一步，发展更快。 1995年 DVB组织确立了数字卫星电视的标准 DVB-S ， 1996年数字有线电视DVB-C数字共用天线电视、数字微波电视等标准随之确立，数字开路电视 DVB-T的采用紧 随其后，将给整个社会带来更深刻的变化。 I997年以 DVB标准为基础的数字电视已经在全世界普及，拥有了几 百万用户。 1998年末，微型计算机用户可以通过在他们使用的微机内插入数字卫星接收卡，用来享受因特网服务。 
目前，数字地面电视(DVB-T)标准正在逐渐被世界各国所采用，为今后的高清晰度电视开辟了广泛的前景。 

二. DVB标准数字电视技术

--DVB标准提供了-套完整的，适用于不同媒介的数字电视广播系统规范，其周全的计划及广范的共识是其成 功的关键。从一开始，大家就选定ISO/IEC MPEG-2标准作为音频及视频的编码压缩方式，对信源编码进行了统一，随后对 MPEG-2码流进行打包形成传输流(TS)，进行多个传输流复用，最后通过卫星、有线电视及开路电视等不同媒介传输方式进行传输。

1. DVB标准的核心 
●系统采用 MPEG压缩的音频，视频及数据格式作为数据源 
●系统采用公共 MPEG-2传输流(TS)复用方式 
●系统采用公共的用于描述广播节目的系统服务信息(SI) 
●系统的第一级信道编码采用 R-S前向纠错编码保护 
●调制与其它附属的信道编码方式，由不同的传输媒介来确定 
●使用通用的加扰方式以及条件接收界面

2. DVB音频特点 
--DVB系统的音频编码使用 MPEG-I LayerII笫二层音频编码，也称做MUSICAM。音频的 MPEG-I Layer II编码 压缩系统利用了声音的低声音频谱掩蔽效应，这一人体生理学效应允许我们对于人耳不太敏感的频率进行低码率 编码，这一技术的采用可以大大地降低音频编码速率。 MPEG-I Layer II 音频编码可用于单音，立体声，环绕 声和多路多语言声音的编码。

3. DVB视频特点

--对于视频,国际上采用标准的 MPEG-2压缩编码，MPEG-2视频编码系统由一个大家族构成，每一个系统之间都 有兼容性和共同性，根据图像清晰度的不同，它分成四种信源格式或称等级(LEVEL)，从录像带(VCR)的低图像 清晰度，到高清晰度电视。除了根据图像清晰度定义的等级以外， DVB视频标准还定义了档次(PROFILE)的 概念，每一个不同的档次(PROFILE)能够提供构成编码系统的压缩工具和压缩算法。

--a)档次(PROFILE)

--目前在 MPEG-2系统中存在 5个档次(PROFILE)，每一个档次(PROFILE)都会比它的前一个档次更加复杂， 更加完善，提供更多的工具,同时其相对应的设备的价格也更高。

--档次的最初级叫做简单档次(SIMPLE PROFILE)，随后是主档次(MAIN PROFILE)，它比简单档次(SIMPLE PROPILE)增加了编码双向预测的功能，即：B-FRAMES，在使用同样的码流的情况下，它的质量会更好，但算法更 加复杂，使用的芯片更多。主档次(MAIN PROFILE)的解码芯片,可以兼容解码简单档次(SIMPLE PROFILE)的编码， 这种向下兼容性贯穿整个系列的档次。

--在主档次(MAIN PROFILE)之后,是信噪比可分级档次(SNR SCALABLE)及空间频谱可分级档次(SPACILLY SCALABLE PROFILE)，这两种档次可以调整信噪比与码流率关系,以及图像清晰度与码流率之间的关系，出于其 编码的复杂性以及接收设备价格昂贵问题， DVB标准目前不支持这两种档次。最高级的档次是 HIGH PROFILE ，它不仅兼容前面的低极档次，兼备所有的功能，而且可以进行多行，同时编码，而前面的档次则是逐行编码 。

--在档次中存在两种图像采样方式，即： 4:2:2和4:2:0格式。我们知道电视复合信号可以分成亮度信号分量 (Y)和色度信号分量(R-Y,B-Y)，4:2:2格式是对亮度信号进行4个采样，对色度信号(R-Y，B-Y)进行 2个采样，4:2:0色度信号(R-Y,B-Y)只做隔行采样，如果使用8比特采样,我们可以算出对标准 PAL制电视信号进行采样后的 4:2:2

格式图像码流率如下： 
亮度信号码流率为： 720× 576× 25帧／秒× 8bit=82.944Mb/s 
色度信号码流率为： 2×1/2× 720× 576× 25帧／秒× 8bit=82.944Mb/s 
总码流率为： 82.944Mb/s +82.944Mb/s =165.888Mb/s

--我们看到没有压缩的电视图像码流率非常高，占用带宽太宽，不适用于传输，即使采用 4:2:0格式,图像码流 率也高达 124.416Mb/s, MPEG-2的压缩算法采用除去电视视频信号的时间冗余和空间冗余的算法，使码流率降到 3~8Mb/s仍然获得质量清晰的图象，使数字电视的传输成为可能。

--(b)等级(LEVE L) 
根据图像节目源的清晰度由低到高的不同， DVB MPEG-2标准分成许多等级,最低的 LOW LEVEL的清晰度是 IU-R-BT、 601建议的四分之一，即： 352×288×25帧／秒。 MAIN LEVEL是完全符合IU-R-BT、 601建议的 标准，即：720×576×25帧／秒。HIGH-1440 LEVEL采用了每行 1440个采样的方法。 HIGH LEVEL采用了更高 的每行1920的采样方法。

--目前在世界上最常用的 MPEG-2标准是 MP@ ML，即： MAIN PROFLE@ MAIN LEVEL,它是第一代数字有线电 视和数字卫星电视的基础，节目提供者可以提供 625线质量的节目，图像的长宽比可以是4: 3或 16: 9; 至于码流率，它是由节目提供者根据节目质量来选定的，图像质量越高，所需码流率越高，反之则越低。