DVB

DVB

DVB标准组成

DVB标准分析

DVB标准的传输系统

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。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(Digital Video Broadcasting)组织，即国际数字视频广播组织。

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。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，数字地面电视 DVB-T的采用紧随其后。

（一）DVB标准组成

1．DVB广播传输系统

DVB 数字广播传输系统利用了包括卫星、有线、地面、SMATV、MNDSD 在内的所有通用电视广播传输媒体。它们分别对应于DVB标准中：DVB-S、DVB-C、DVB-T、DVB-SMATV、DVB-MS和DVB-MC。

（1）DVB-S（ETS 300 421）——数字卫星直播系统标准

该标准以卫星作为传输介质。通过卫星转发的压缩数字信号，经过卫星接收机后由卫星机顶盒处理，输出现有模拟电视机可以接收的信号。这种传输覆盖面广，节目量大。数据流的调制采用四相相移键控调制（QPSK）方式，工作频率为11/12GHz。在使用MPEG-2的MP@ML（主类@主级）格式时，用户端达到CCIR 601演播室质量的码率为9Mb/s，达到PAL质量的码率为5Mb/s。一个54MHz转发器传送速率可达68Mb/s，并可供多套节目复用。在DVB-S标准公布之后，几乎所有的卫星直播数字电视均采用该标准，包括美国的Echostar等。我国也选用了DVB-S标准。

（2）DVB-C（ETS 300 429）——数字有线广播系统标准

该标准以有线电视网作为传输介质，应用范围广。它具有16、32、64QAM三种方式，工作频率在10GHz以下。采用64QAM正交调幅调制时，一个PAL通道的传送码率为41.34Mb/s，还可供多套节目复用。系统前端可从卫星和地面发射获得信号，在终端需要电缆机顶盒。

（3）DVB-T(ETS 300 744)——数字地面广播系统标准

这是最复杂的DVB传输系统。地面数字发射的传输容量，在理论上大致与有线电视系统相当，本地区覆盖好。现在采用编码正交频分复用（COFDM）调制方式，8MHz带宽内能传送4套电视节目，而且传输质量高。但这种系统其接收费用高，频道也较少。

（4）DVB-SMATV（ETS 300 473）——数字SMATV（卫星共用天线电视）广播系统标准

该标准是在DVB-S和DVB-C基础上制定的。

（5）DVB-MS（ETS 300 748）——高于10GHz的数字广播MMDS分配系统标准

MMDS是采用调幅微波向多点传送，分配多频道电视节目的系统。该标准基于DVB-S，使携带大量节目的微波信号直接入户。用DVB-S接收机配上一个MMDS频率变换器就可接收DVB-MS信号。

（6）DVB-MC（ETS 300 749）——低于10GHz的数字广播MMDS分配系统标准

该标准基于DVB-C，使携带大量节目的微波信号直接入户。用DVB-C接收机配上一个MMDS频率变换器就可接收DVB-MC信号。

2．DVB 基带附加信息系统

DVB数字广播系统除传送普通的视频、音频信号外，还需传送接收IRD调谐、节目指南，以及图文、字幕、图标等信息。适用于此类基带附加信息系统的DVB标准包括：DVB-SI、DVB-TXT和DVB-SUB。

（1）DVB-SI（ETS 300 468）——数字广播业务信息系统标准

该标准用于IRD自行设置，并为用户提供广播业务指南。DVB-SI由一系列的表和描述符构成，它们给出了有关DVB业务或节目的所有参数。

（2）DVB-TXT（ETS 300 472）——数字图文广播系统标准

该标准用于固定格式图文电视的传送。

（3）DVB-SUB（ETS 300 743）——数字广播字幕系统标准

该标准用于字幕及图标（台标等）的传送。

3．DVB交互业务系统

DVB数字广播系统中的许多业务能根据需要，提供某种形式的交互服务。在通用DVB数字广播系统的基础上，进一步构成交互业务系统的要素包括与其他相关国际标准兼容的交互业务网络独立协议，传送交互服务过程命令与控制信号的回传信道等。与此对应的交互业务系统DVB标准有：DVB—NIP、DVB-RCC和DVB-RCT。

（1）DVB-NIP（ETS 300 802）——DVB交互业务网络独立协议标准

（2）DVB-RCC（ETS 300 800）——CATV系统DVB反传信道标准

（3）DVB-RCT（ETS 300 801）——PSTN/ISDN的DVB反传信道标准

4．DVB 条件接收及接口标准

DVB数字广播系统中有些业务传送的是加扰的条件接受信息。条件接收的通用接口，使 IRD(Integrated Receiver Decoder,综合接收解码机)能够解扰采用通用加扰算法的加扰信息。DVB数字广播系统与其他电信网络（例如PDH、SDH、ATM等）的连接扩展了DVB技术的应用范围，其与这些电信网络的接口实现了DVB向电信网络的过渡。此外还有用于连接专业设备及IRD的接口。关于这些接口的DVB标准包括：DVB-CI、DVB-PDH、DVB-SDH、DVB-ATM、DVB-PI和DVB-IRDI。

（1）DVB-CI（EN 50221）——条件接收及其他应用的通用接口标准

条件接收可确定哪些数字接收机能够接收特定的广播电视节目。这是付费电视广播的基本部分，因而对数字电视运行的成功发展至关重要。

（2）DVB-PDH（ETS 300 813）——PDH（准同步数字系列）网络DVB接口标准

（3）DVB-SDH（ETS 300 814）——SDH（同步数字系列）网络DVB接口标准

（4）DVB-ATM（ETS 300 815）——ATM网络DVB接口标准

（5）DVB-PI（EN 50083—9）——CATV/SMATV前端及类似的专业设备接口标准

（6）DVB-IPDI（EN 50201）——DVB-IRD接口标准

（二） DVB标准分析

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；

●调制与其他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-1 LayerII笫二层音频编码，也称做MUSICAM。音频的 MPEG-1 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-1 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"轮廓"（PROFILE）的概念，每一个不同的轮廓能够提供构成编码系统的压缩工具和压缩算法（图07-05-3）。
——(a)轮廓
—— 目前在 MPEG-2系统中存在5个轮廓(PROFILE)，每一个轮廓都会比它的前一个轮廓更加复杂，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。

最初级的"轮廓"叫做简单轮廓(SIMPLE PROFILE)，随后是主轮廓(MAIN PROFILE)，它比简单轮廓(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。主轮廓(MAIN PROFILE)的解码芯片,可以兼容解码简单轮廓(SIMPLE PROFILE)的编码，这种向下兼容性贯穿整个系列的轮廓。

在主轮廓(MAIN PROFILE)之后,是信噪比可伸缩轮廓(SNR SCALABLE)及空间频谱可伸缩轮廓(SPACILLY SCALABLE PROFILE)，这两种"轮廓"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轮廓。最高级的轮廓是 HIGH PROFILE，它不仅兼容前面的低级轮廓，兼备所有的功能，而且可以进行多行，同时编码，而前面的轮廓则是逐行编码。

在轮廓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，见图07-04-4； 4:2:0格式的色度信号(R-Y,B-Y)只做隔行采样，见图07-04-2。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(LEVEL)

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1 6: 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。

图07-05-3  轮廓和等级列表示意图

4. MPEG-2码流复用及服务信息

参照数字电视传输方框图07-04-10，音频、视频及数字信号首先经过 MPEG-2编码器进行数据压缩，通过节目复用器形成基本码流(ES)，基本码流经过打包后形成有包头的基本码流(PES)。代表不同音频、视频信号的 PES流被送人传输复用器进行系统复用，复用后的码流叫做传输流(TS)，传输流中包括多个节目源的不同信号，为了区分这些信号，在系统复用器上需要加入服务信息(SI)，使接收端可以识别不同的节目。为了便于理解 DVB传输系统的服务信息，我们对传输码流的结构进行粗略的介绍，传输码流的长度定义为 188个字节长，见图07-05-4。

图07-05-4   传输码流的结构

每个传输流的前4个字节为字头(Header)，字头后面就是需要传送的有用信息，包括音频，视频或数据信息，通常是 184个字节长度，有时在有用信息(Useful Data)中插入一段适配字段(Adaptation Field)，用于补充长度不完整的传输流，放置解码时钟(PCR)。传输流的字头是识别传输流的关键，其结构见图07-05-5，由 32个比特组成，其含义见下图07-05-5。

图0 7-05-5  传输字头及各比特的含义

在字头32比特中，13位的 PID码特别重要，它是辨别码流信息性质的关键，是节目信息的"身份证"，不同的电视节目和服务信息(SI)对应有不同的 PID码。对于一台解码接收机而言，为了找到它所要接收的电视节目，它首先通过 PID码找到服务信息(SI)所对应的不同表格(Table)。DVB标准定义了如下服务信息表格：

PAT: Program Allocation Table（节目分配表）

CAT: Conditional Access Table（有条件接收表）

PMT: Program Map Table（节目映射表）

NIT: Network Information Table（网络信息表）

SDT: Service Description Table（服务描述表）

EIT: Event Information Table（事件信息表）

TDT: Time and Date Table（时间日期表）

通过这些服务信息表格，可以查到所要接收节目的PID码和对应的时钟PCR，节目就可以还原。

（三）DVB标准的传输系统

DVB标准的传输系统分成信源编码(Source Coding)和信道编码(channel Coding)两部分。信源编码采用 MPEG-2码流。首先，对音频和视频进行节目复用，然后再将多个数字电视节目流进行传输复用。
—— 信道编码包括：前向纠错编码、解码、调制、解调和上下变额三部分。前向纠错码根据不同的传输媒介采用不同的组合。卫星传输采用 QPSK调制，有线传输采用QAM调制，地面广播采用 COFDM调制或 I6VSB调制。见图07-05-6。

图07-05-6  DVB传输系统

1. DVB标淮卫星传输系统（DVB-S

）

数字卫星电视的传输是为了满足卫星转发器的带宽及卫星信号的传输特点而没计的。卫星系统是一个单载波系统，如果我们将所要传输的有用信息称为"核"，那么它的周围包裹了许多保护层，使信号在传输过程中有更强的抗干扰能力，视频、音频以及数据被放入固定长度打包的MPEG-2传输流中，然后进行信道处理。在卫星系统中，信道处理过程包括：
——(a) 首先进行同步字节的倒相，倒相字节的长度为每 8个字节进行一次。
——(b) 然后进行数据的能量扩散，数据随机化，避免出现长串的0或1。
——(c) 为每个数据包加上前向纠错的 R-S编码，也叫做外码。 R-S编码的加入会使原始数据长度由原来的188字节增加到 204字节。
——(d) 进行数据交织。
——(e) 加入卷积码纠错，也称内码，内码的数量可以根据信号的传输环境进行调节。
——(f) 最后对数据流进行 QPSK调制。见图07-05-7。

图07-05-7    DVB-S传输系统

总之，传输系统首先对突发的误码进行离散化，然后加入 R-S外纠错码保护，内纠错码是可以根据发射功率，天线尺寸以及码流率进行调节变化。举例来讲，一个36MHz带宽的卫星转发器采用3/4的卷积码可以达到的码流率是39Mb/s，这一码流率可以传送5-6路高质量电视信号。见图07-05-8。

图07-05-8    DVB-C传输系统

2. DVB标准有线传输系统（DVB-C）

数字有线电视采用与卫星同样的"核"，即 MPEG-2压缩编码的传输流。由于传输媒介采用的是同轴线，与卫星传输相比外界干扰小，信号强度相对高些，所以前向纠错码保护中取消了内码。调制方式改成 64-QAM方式，有时也可以采用1 6-QAM，32-QAM或更高的 128-QAM，256-QAM。对于 QAM调制而言，传输信息量越高，抗干扰能力越低。在一个 8MHz标准电视频道内，如果使用 64-QAM，所传输的数据速率为 38.5Mb/s。

3. DVB标准地面广播系统（DVB-T

）

地面广播系统的标准是1998年2月批准通过的。第一个正式的地面广播系统于I998年初开始运营。 MPEG-2数字音频、视频压缩编码仍然是地面广播的核心。其他特点是，采用 COFDM调制方式，在这种调制方式内，可以分成适用于小范围的单发射机运行的2k载波方式，适用于大范围多发射机的8k载波方式。 COFDM调制方式将信息分布到许多个载波上面，这种技术曾经成功地运用到了数字音、视频广播DAB上面，用来避免传输环境造成的多径反射效应，其代价是引入了传输"保护间隔"。这些"保护间隔"会占用一部分带宽，通常 COFDM的载波数量越多，对于给定的最大反射延时时间，传输容量损失越小。但是总有一个平稳点，增加载波数量会使接收机复杂性增加，破坏相位噪声灵敏度。

由于COFDM调制方式的抗多径反射功能，它可以潜在地允许在单频网中的相邻网络的电磁覆盖重叠，在重叠的区域内可以将来自两个发射塔的电磁波看成是一个发射塔的电磁波与其自身反射波的叠加。但是如果两个发射塔相距较远，发自两塔的电磁波的时间延迟比较长，系统就需要较大的保护间隔。
—— 从前向纠错码来看，由于传输环境的复杂性， DVB-T系统不仅包含了内外码(Outer Code， Inner Code)。而且加入了内外交织 (Outer Interleave，Inner Interleave)。

（四）有条件接收
—— 数字电视的有条件接收是一个比较复杂的题目，各个国家、各个公司都希望保守自已的秘密，大家很难达成一致意见，最终 DVB标准达成以下共识：
——a) 两种加解扰方式共存于市场，第一种为"Simulcrypt'，每台接收机只能使用单一的解扰方式，排斥其他的解扰方式。第二种为"Multcrypt'，每台接收机通过定义的公共接口(Common Interface)允许使用多种解扰方式。
——b) 定义一种公共的加解扰算法，使消费者使用单一的解码器。
——c) 要求条件接收的供应商提供进入数字解码器的接口方法。
——d) 公布有条件接收公共接口(Common Interface)的技术规格。
——e) 起草反盗版建议。
——f) 有条件接收系统供应商向其他数字电视生产厂商所提供的产品必须是合情合理的产品,并且是禁止排斥公共接口(Common Interface)的产品。
——g) 有条件接收系统必须允许节目经营者之间的有条件控制转移，比如卫星有条件接收的节目进入有线网后，原有的有条件接收系统可以被新的有条件接收系统所替换。