数字电视原理与应用dtv.ppt

上海交通大学上海交通大学数字电视原理与应用数字电视原理与应用Principle and Application ofPrinciple and Application of Digital Television Digital Television主讲：张文军教授主讲：张文军教授上海交通大学图像通信与信息处理研究所上海交通大学图像通信与信息处理研究所上海交通大学图像通信与信息处理研究所上海交通大学图像通信与信息处理研究所20062007学年第一学期学年第一学期课程安排课程安排1数字电视概述数字电视概述电视技术的发展历程模拟电视原理数字电视的发展2数字电视基本原理数字电视基本原理视频压缩原理MPEG-2视频编码及测量MPEG-2音频编码及测量MPEG-2系统及其测量数字调制基础数字电视的纠错编码原理3数字电视相关标准数字电视相关标准DVB-S标准及相关测量DVB-C标准及相关测量OFDM技术DVB-T标准及相关测量ATSC和ISDB-T标准及其测量我国的数字电视标准数字数字电视原理与原理与应用用2MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05数字电视基本原理数字电视基本原理v视频压缩原理 第5章vMPEG-2视频编码部分及其测量 第4,6,11章vMPEG-2音频编码部分及其测量 第7章vMPEG-2系统部分及其测量系统部分及其测量 第第3,9,10章章v数字调制基础 第12章v数字电视中的纠错编码原理 补充数字数字电视原理与原理与应用用3MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05MPEG-2系统部分及其测量系统部分及其测量1.MPEG数据流数据流 2.数字视频标准比较3.MPEG-2 TS流测量数字数字电视原理与原理与应用用4MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 051、MPEG数据流数据流vMPEG-2标准标准ISO/IEC 13818-1 系统层系统层ISO/IEC 13818-2 视频编码层视频编码层ISO/IEC 13818-3 音频编码层音频编码层v系统层也可用于传送音视频以系统层也可用于传送音视频以外的数据，如外的数据，如Internet数据。数据。v系统层描述系统层描述MPEG数据流的整数据流的整体结构，实际中具有重要意义。体结构，实际中具有重要意义。v原始原始SDTV信号（信号（ITU601）码率码率270Mbit/s；vCD质量的原始数字立体声音频质量的原始数字立体声音频信号码率为信号码率为1.5Mbit/s。图3.2 视频和音频信号32/44.1/48kHz音频采样频率1520kHz BW1520kHz BWAD32/44.1/48kHz音频采样频率ADRightLeft16 bitUp to 768kbit/s16 bitUp to 768kbit/s1.5Mbit/s数字数字电视原理与原理与应用用5MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05v视频信号压缩到视频信号压缩到1Mbit/s(MPEG-1)和和26Mbit/s(MPEG-2)v音频信号压缩到音频信号压缩到100400kbit/sv压缩后的视音频信号称作压缩后的视音频信号称作ES(elementary stream)流，包括：流，包括：视频流视频流音频流音频流数据流数据流任何类型的压缩或未压缩数据任何类型的压缩或未压缩数据1、MPEG数据流数据流图3.3 MPEG ES流 var.length up to 64 kbytesPES packetVideo PESAudio PESData PESPES header数字数字电视原理与原理与应用用6MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05v压缩后所有压缩后所有ES流被打成不同长度的包，叫做流被打成不同长度的包，叫做PES(packetized elementary streams)。v根据不同时刻视音频内容的不同，压缩比也时刻变化，就需要有不根据不同时刻视音频内容的不同，压缩比也时刻变化，就需要有不同长度的数据包。同长度的数据包。每个视频包有一个或几个压缩视频帧每个视频包有一个或几个压缩视频帧每个音频包有一个或多个压缩音频信号段每个音频包有一个或多个压缩音频信号段v每个每个PES包最大包最大64kbytes，由头由头Header和净负荷数据和净负荷数据payload组成：组成：header包含了包含了16位位bit指示包的长度指示包的长度payload包含压缩视频包含压缩视频/音频流或纯数据流音频流或纯数据流视频包的长度某些情况下可大于视频包的长度某些情况下可大于64kbytes，此时包头此时包头(header)中包长中包长度指示为度指示为0，解码器要利用其他机制找出包的终止处。，解码器要利用其他机制找出包的终止处。1、MPEG数据流数据流数字数字电视原理与原理与应用用7MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 051、MPEG数据流数据流PESMPEG-2 TS包包接收端所需信息接收端所需信息ATSC的的PSIPMPEG-2 TS其他重要细节其他重要细节数字数字电视原理与原理与应用用8MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05v所有所有ES流首先被打包成不同长度的流首先被打包成不同长度的PES包，通常为包，通常为64kbytes。v开头为开头为6byte的的PES头：头：前前3个个byte是起始码前缀是起始码前缀00 00 01，用于表明一个，用于表明一个PES包的开始。包的开始。第第4个个byte是起始码标志，说明起始码种类，表明是起始码标志，说明起始码种类，表明payload中是视频、音中是视频、音频还是数据流。频还是数据流。后两个后两个byte是包长度，说明后面还有多少字节。如果长度为是包长度，说明后面还有多少字节。如果长度为0，表示，表示PES包大于包大于64kbytes。v然后是可选然后是可选PES头头v最后是实际传送最后是实际传送ES流的净负荷数据流的净负荷数据(payload)PESPES headerOptionalPES header6 Byte HeaderMax.64kbyte payloadmax.64 kbyte 63 byte start code prefix 00 00 01Stream IDPES packetlength图3.4 PES的组成数字数字电视原理与原理与应用用9MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05v可选可选PES头：头：PES头的可选扩展，根据当前传送头的可选扩展，根据当前传送ES流的要求设置。流的要求设置。由由12个比特的个比特的11个标志来控制可选个标志来控制可选PES头中包含哪些字段，其中有头中包含哪些字段，其中有PTS(presentation time stamps)和和DTS(decoding time stamps)，这对视，这对视/音频音频同步非常重要。同步非常重要。最后可能有填充字节。最后可能有填充字节。PES图3.4 PES的组成PES headerOptionalPES header6 Byte HeaderMax.64kbyte payloadmax.64 kbyte 6PES Scramblingcontrol11 flagsPES headerData lengthOptional FieldsDepending on flagsStuffing Bytes,FF,10BitPES headerOptionalPES heaer6 Byte HeaderMax.64kbyte payloadmax.64 kbyte 6PTSDTSESCRESrateDSM TrickmodeAdditional Copy InfoPreviousPES CRCPESextension333342228816数字数字电视原理与原理与应用用10MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05vPES结构不适合传输，尤其不适合一个数据流中有多个节目的广结构不适合传输，尤其不适合一个数据流中有多个节目的广播应用。播应用。v而而MPEG-2目标是将目标是将6,10甚至甚至20个电视节目或广播节目形成一个电视节目或广播节目形成一个复用个复用MPEG-2数据流，然后通过卫星、电缆或地面传输。数据流，然后通过卫星、电缆或地面传输。v因此，因此，PES包再分成固定长度的更小的包，即包再分成固定长度的更小的包，即TS包包(transport stream packets)：188字节长字节长 4个字节的个字节的TS头头 184个字节的个字节的PES包数据包数据PES图3.6 MPEG-2 TS包组成PES headerPES headerPacketized elementary systemTransport streamPayloadunit startindicator=14 byteTS header184 bytepayloadPayloadUnit startIndicator=1数字数字电视原理与原理与应用用11MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05v对对TS包再进行复用：包再进行复用：先复用同一个节目的先复用同一个节目的TS包，一个节目可包含一个或多个视频和音包，一个节目可包含一个或多个视频和音频信号（如不同角度摄像机、不同语言等）。频信号（如不同角度摄像机、不同语言等）。所有节目的所有复用数据流再进行复用形成最终的所有节目的所有复用数据流再进行复用形成最终的TS流。流。MPEG-1，视频视频PES包与音频包与音频PES包复用，最大码率为包复用，最大码率为1.5Mbit/s，用于用于VCD。PESVideo PESAudio PESVAVVMultiplexed video and audio PES packetsApplication:MPEG-1 Video CDMPEG-2 SVCDMPEG-2 Video DVD图3.5 PES包的复用数字数字电视原理与原理与应用用12MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05vMPEG-2的的TS包长包长188字节，包含所有节目的所有数据。字节，包含所有节目的所有数据。v由于码率不同，由于码率不同，MPEG-2 TS流中不同流中不同ES流的包出现频率不一样。流的包出现频率不一样。v每个节目有一个编码器对所有每个节目有一个编码器对所有ES流编码，产生流编码，产生PES，并将并将PES包打包打包成包成TS包。包。v每个节目的码率通常约每个节目的码率通常约28Mbit/s，但由于节目内容随时间变化，但由于节目内容随时间变化，视视/音频和数据总码率可以是固定或变化的，称为统计复用。音频和数据总码率可以是固定或变化的，称为统计复用。v所有节目的所有节目的TS流再复用成一个总的流再复用成一个总的TS流，最大约流，最大约40Mbit/s。PES图3.7 MPEG-2 TS流的复用EncoderVideo 1EncoderEncoderVideo 2Video 3Audio 1Audio 2Audio 3Program 1Program 2Program 3MPEG-2 Multiplexer数字数字电视原理与原理与应用用13MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05v一个一个TS流中通常有流中通常有6,8,10甚至甚至20个节目组成。个节目组成。v码率在传输过程中可变，但总码率必须保持不变。码率在传输过程中可变，但总码率必须保持不变。v一个节目可以包括视频和音频，或单纯音频或单纯数据，结构一个节目可以包括视频和音频，或单纯音频或单纯数据，结构灵活可变。灵活可变。vTS流中包含一些流中包含一些“表表”来描述组成结构，解码器可以利用这些来描述组成结构，解码器可以利用这些表来确定表来确定TS流的当前结构。流的当前结构。PES数字数字电视原理与原理与应用用14MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 051、MPEG数据流数据流MPEG-2 TS包包PES包包接收端所需信息接收端所需信息ATSC的的PSIPMPEG-2 TS其他重要细节其他重要细节数字数字电视原理与原理与应用用15MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05v固定长度固定长度188字节，字节，4字节字节header和和184字节字节payloadvheader包含了对包传输过程非常重要的信息：包含了对包传输过程非常重要的信息：第一个字节是同步字节第一个字节是同步字节固定值固定值47hex，在在TS流中的间隔也固定。流中的间隔也固定。码流中其他位置也可能出现码流中其他位置也可能出现47hex，因此同步字节利用固定数值和固定因此同步字节利用固定数值和固定间隔两方面联合实现同步。间隔两方面联合实现同步。解码器在接收到解码器在接收到5个个TS包后开始同步。包后开始同步。同步字节后的一个比特是传输差错标志同步字节后的一个比特是传输差错标志由解调器在传输信道末端设置由解调器在传输信道末端设置例如错误太多无法利用误码纠正机制进行恢复的情况。例如错误太多无法利用误码纠正机制进行恢复的情况。13bit的的PID(packet identifier)描述该包中描述该包中payload的内容以及该包属于哪个的内容以及该包属于哪个ES流。流。MPEG-2 TS包包图3.8 MPEG-2 TS包184 byte payload188 bytes4 byte TS header13 bit packet identifier=PID1bit transport error indicator1 byte sync byte=47 hex数字数字电视原理与原理与应用用16MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05vDVB采用的误码保护是采用的误码保护是ReedSolomon纠错码纠错码调制器中调制器中TS包的包的188个字节后添个字节后添加加16个字节个字节(DVB-S/C/T)或或20个个字节字节(ATSC)的误码保护。的误码保护。误码保护是特殊的校验和。误码保护是特殊的校验和。接收端每个包可以纠正接收端每个包可以纠正8/10个误个误码。码。如果某个包发生的误码超过如果某个包发生的误码超过8/10个，误码保护失败，误码不个，误码保护失败，误码不能纠正，这个包的传输差错标能纠正，这个包的传输差错标志就标记为错误，则解码器不志就标记为错误，则解码器不能解码这个包，而要进行误码能解码这个包，而要进行误码掩盖。掩盖。MPEG-2 TS包包图3.9 Reed-Solomon FECRSRSDVB/ATSCmodDVB/ATSCDemod.MPEG-2TSTransmissionlinkMPEG-2TS4 byteheader184 bytepayload16 or 20 byte RS FEC204 or 208 byte188 byte188 byte184 byte payload1 bit transport error indicatorSync byte 47 hex4 byte header数字数字电视原理与原理与应用用17MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05v有时有时TS包的头长度必须大于包的头长度必须大于4个个byte：包头扩展到包头扩展到payload中，中，payload长度相应缩短，但总包长度仍是长度相应缩短，但总包长度仍是188bytes。扩展的包头称作扩展的包头称作“adaptation field”。在在4bytes的包头中由的包头中由Adaptation control bits标志是否有标志是否有adaptation field。MPEG-2 TS包包图3.10 带adaptation field的TS包headerOptionalAdaptation field4 ByteHeader184 byte payload188 byte AdaptionFieldlengthDiscontinuityindicator.5 flagsOptionalFieldsDependingOn flags.PCR.81542Bit数字数字电视原理与原理与应用用18MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05vTS包的结构和长度与电话和包的结构和长度与电话和LAN技术采用的异步转移模式技术采用的异步转移模式ATM类似：类似：ATM用于电话的远程网络和局域网的计算机网络中。用于电话的远程网络和局域网的计算机网络中。ATM也采用包结构，每个包也采用包结构，每个包53bytes，由由5bytes的头和的头和48bytes的的payload组成。组成。MPEG-2初期考虑利用初期考虑利用ATM传输，传输，ATM包的包的payload中有一个特殊中有一个特殊byte，实实际际payload只有只有47bytes，因此因此TS包的包的188bytes正好可以由正好可以由4个个ATM包传送。包传送。实际也存在实际也存在MPEG-2通过通过ATM传输。传输。MPEG-2 TS包包图3.11 ATM包5 byteheader48 bytepayload53 Bytes5 byte header1 byte spec.information188 byte MPEG-2 TS packet47 bytepayload47 bytepayload47 bytepayload47 bytepayload4 ATM cellsATM=Asynchronous Transfer Mode数字数字电视原理与原理与应用用19MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 051、MPEG数据流数据流PESMPEG-2 TS包包接收端所需信息接收端所需信息ATSC的的PSIPMPEG-2 TS其他重要细节其他重要细节数字数字电视原理与原理与应用用20MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05接收端所需信息接收端所需信息接收端接收端接收端接收端所需信息所需信息所需信息所需信息BBE EC CDDTS流同步流同步(同步字节同步字节)读取当前节目结构读取当前节目结构（PAT,PMT）读取一个节目读取一个节目(PID)节目同步节目同步(PCR,DTS,PTS)读取一个加扰节目读取一个加扰节目(CAT)TS流附加信息流附加信息(SI/PSI/PSIP)F FAA数字数字电视原理与原理与应用用21MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05vMPEG-2解码器接收到解码器接收到MPEG-2 TS流时，首先检测包结构，在流时，首先检测包结构，在TS流中查找同步字节：流中查找同步字节：总是总是47hex，总位于总位于TS包开始位置，固定间隔为包开始位置，固定间隔为188字节。字节。同时满足这两个条件，可以确定同步。同时满足这两个条件，可以确定同步。如果出现一个字节为如果出现一个字节为47hex，解码器将检测这个字节前后解码器将检测这个字节前后n倍倍188字节的位置是否也是同步字节。字节的位置是否也是同步字节。如果是，则当前字节为同步字节；如果是，则当前字节为同步字节；否则，当前字节只是码流中偶尔出现的否则，当前字节只是码流中偶尔出现的47hex，不是同步字节。不是同步字节。v接收端收到接收端收到5个个TS包之后开始同步。包之后开始同步。v丢包丢包3个之后解码器即失步。个之后解码器即失步。A、TS流同步流同步数字数字电视原理与原理与应用用22MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05接收端所需信息接收端所需信息接收端接收端接收端接收端所需信息所需信息所需信息所需信息AAE EC CDDTS流同步流同步(同步字节同步字节)读取当前节目结构读取当前节目结构（PAT,PMT）读取一个节目读取一个节目(PID)节目同步节目同步(PCR,DTS,PTS)读取一个加扰节目读取一个加扰节目(CAT)TS流附加信息流附加信息(SI/PSI/PSIP)F FBB数字数字电视原理与原理与应用用23MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05vTS流中传送节目的数目和结构灵活多变，流中传送节目的数目和结构灵活多变，TS流中必须包含列表来描流中必须包含列表来描述述TS流的瞬时结构。流的瞬时结构。v这些列表称为这些列表称为PSI(program specific information),是偶尔在是偶尔在payload中传输的表格，包括中传输的表格，包括:PAT(program association table)PMT(program map tables)B、读取当前节目结构读取当前节目结构图3.13 PAT和PMTPID1PID2PID from PATTSheaderPayload of TS packetPointer to video ESPointer to audio ESPID1PID2PID3PID4.Payload of TS packetTSheaderPID=0 x00Pointer to PMT1Pointer to PMT2Pointer to PMT3Pointer toPMT4PAT=Program association tablePAT=Program association table1 PID entry per program1 PID entry per programPMT=Program map tablePMT=Program map table1 PID entry per elementary stream1 PID entry per elementary stream数字数字电视原理与原理与应用用24MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05vPAT每个每个TS流一个，每隔流一个，每隔0.5秒重复。秒重复。描述描述TS流中有多少个节目。流中有多少个节目。包含该表的包含该表的TS包的包的PID为为0，便于识别。，便于识别。PAT的的payload中传送特殊中传送特殊PID的列表，每个的列表，每个PID对应一个节目。对应一个节目。这些这些PID是描述每个独立节目详细信息的指针。是描述每个独立节目详细信息的指针。PID指向指向PMT表表。B、读取当前节目结构读取当前节目结构PID1PID2PID3PID4.Payload of TS packetTSheaderPID=0 x00Pointer to PMT1Pointer to PMT2Pointer to PMT3Pointer toPMT4PAT=Program association tablePAT=Program association table1 PID entry per program1 PID entry per program数字数字电视原理与原理与应用用25MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05vPMT对应对应TS包有特殊的包有特殊的PID和特殊的和特殊的payload。PMT的的PID由由PAT传送。传送。例如要接收节目例如要接收节目3时，先从时，先从PAT的的payload中的所有中的所有PID列表中选出列表中选出节目节目3的的PID为为1FF3hex，然后查找包头中然后查找包头中PID=1FF3hex的的TS包，就包，就是节目是节目3的的PMT。PMT包含该节目中所有包含该节目中所有ES流（视频、音频或数据）的流（视频、音频或数据）的PID。B、读取当前节目结构读取当前节目结构PID1PID2PID from PATTSheaderPayload of TS packetPointer to video ESPointer to audio ESPMT=Program map tablePMT=Program map table1 PID entry per elementary stream1 PID entry per elementary stream数字数字电视原理与原理与应用用26MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05v一个节目可能有多个视频和音频流，解码器必须选择一个节目可能有多个视频和音频流，解码器必须选择2个个PID，一一个视频流的个视频流的PID（100hex），），一个音频流的一个音频流的PID（200hex）。）。v此后解码器只收集这些此后解码器只收集这些TS包，解复用，重新组成包，解复用，重新组成PES包，这些包，这些PES包再送到视频或音频解码器。包再送到视频或音频解码器。v传输过程中传输过程中TS流的结构也可能发生改变。解码端机顶盒，流的结构也可能发生改变。解码端机顶盒，如如DVB-S，必须连续检测必须连续检测TS流瞬时结构，读出流瞬时结构，读出PAT和和PMT，做自做自适应调整。适应调整。B、读取当前节目结构读取当前节目结构数字数字电视原理与原理与应用用27MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05接收端所需信息接收端所需信息接收端接收端接收端接收端所需信息所需信息所需信息所需信息AAE EBBDDTS流同步流同步(同步字节同步字节)读取当前节目结构读取当前节目结构（PAT,PMT）读取一个节目读取一个节目(PID)节目同步节目同步(PCR,DTS,PTS)读取一个加扰节目读取一个加扰节目(CAT)TS流附加信息流附加信息(SI/PSI/PSIP)F FC C数字数字电视原理与原理与应用用28MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05vPAT和和PMT读出以后，用户确定出一个节目的两个读出以后，用户确定出一个节目的两个PID：待解码视频信号的待解码视频信号的PID（如如100hex）待解码音频信号的待解码音频信号的PID（如如200hex）v解码器只处理这两个解码器只处理这两个PID的的TS包：包：解复用过程中，解复用过程中，PID为为100hex的所有的所有TS包集合成视频包集合成视频PES包，送到视包，送到视频解码器。频解码器。同样，同样，PID为为200hex的所有的所有TS包重新集合成音频包重新集合成音频PES包，送到音频解包，送到音频解码器。码器。如果如果ES流没有加扰，这时可以直接解码。流没有加扰，这时可以直接解码。C、读取一个节目读取一个节目图3.14 通过视频和音频PID访问节目Video PID=0 x100Audio PID=0 x200MPEG-2 TS数字数字电视原理与原理与应用用29MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05接收端所需信息接收端所需信息接收端接收端接收端接收端所需信息所需信息所需信息所需信息AAE EBBC CTS流同步流同步(同步字节同步字节)读取当前节目结构读取当前节目结构（PAT,PMT）读取一个节目读取一个节目(PID)节目同步节目同步(PCR,DTS,PTS)读取一个加扰节目读取一个加扰节目(CAT)TS流附加信息流附加信息(SI/PSI/PSIP)F FDD数字数字电视原理与原理与应用用30MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05v对付费电视或许可证和地域限制等情况，对付费电视或许可证和地域限制等情况，ES流利用电子码进行传输保护。流利用电子码进行传输保护。ES流利用各种方法进行混扰，接收端必须配有附加硬件并授权。流利用各种方法进行混扰，接收端必须配有附加硬件并授权。附加硬件必须有附加硬件必须有TS流中合适的解扰和授权数据。流中合适的解扰和授权数据。因此因此TS流中传送一个特殊的表流中传送一个特殊的表CAT(conditional access table)vCAT提供了提供了TS流其他数据包的流其他数据包的PID，该数据包传送了解扰所需信息：该数据包传送了解扰所需信息：ECM(entitlement control message)用于传送加扰码用于传送加扰码EMM(entitlement management message)用于用户管理用于用户管理D、读取一个加扰节目读取一个加扰节目图3.15 CATCAT(PID=1)PIDPIDECMEntitlement control messagesEMM Entitlement Management messagesKey codesAllocation rights数字数字电视原理与原理与应用用31MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05v只有只有ES流本身可以加扰，流本身可以加扰，TS包包头、表格和头、表格和adaptation field不能加扰。不能加扰。v解扰本身在解扰本身在MPEG解码器以外解码器以外的附加硬件设备进行，附加硬的附加硬件设备进行，附加硬件与解扰方法相关，可以做成件与解扰方法相关，可以做成智能板卡通过智能板卡通过CI(common interface)插入机顶盒。插入机顶盒。v在在MPEG解码器做进一步处理解码器做进一步处理之前，之前，TS流在该硬件设备中循流在该硬件设备中循环。环。vECM和和EMM的信息，以及用户的信息，以及用户的个人码可以将码流解扰。的个人码可以将码流解扰。D、读取一个加扰节目读取一个加扰节目图3.16 解码器的解扰Common interfaceDescramblerSmart card(user data)Video decoderAudio decoderVideoAudiosssssDescrambled dataPseudo random sequencyMPEG-2 TSDemultiplexerExorExor数字数字电视原理与原理与应用用32MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05接收端所需信息接收端所需信息接收端接收端接收端接收端所需信息所需信息所需信息所需信息AADDBBC CTS流同步流同步(同步字节同步字节)读取当前节目结构读取当前节目结构（PAT,PMT）读取一个节目读取一个节目(PID)节目同步节目同步(PCR,DTS,PTS)读取一个加扰节目读取一个加扰节目(CAT)TS流附加信息流附加信息(SI/PSI/PSIP)F FE E数字数字电视原理与原理与应用用33MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05v实际解码时还需要另外的同步步骤：实际解码时还需要另外的同步步骤：接收端时钟和发送端时钟同步接收端时钟和发送端时钟同步视音频同步视音频同步E、节目同步节目同步视音频视音频PID获得获得ES流解扰流解扰码流解复用码流解复用视音频视音频PES包重新生成包重新生成视音频解码器视音频解码器数字数字电视原理与原理与应用用34MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05v接收端时钟和发送端时钟同步接收端时钟和发送端时钟同步亮度信号采样频率亮度信号采样频率13.5MHz，色度信号色度信号6.75MHz。27MHz是采样频率是采样频率的倍数，作为发送端的倍数，作为发送端MPEG编码器所有处理过程的参考或基本频率。编码器所有处理过程的参考或基本频率。编码器中编码器中27MHz振荡器作为系统时钟振荡器作为系统时钟(STC)的输入。的输入。STC是是42bit计数器，由计数器，由27MHz时钟计数，溢出后重新从时钟计数，溢出后重新从0开始。开始。LSB位不会计数到位不会计数到FFF，最大只有最大只有300，大约每，大约每26.5小时计数器复位为小时计数器复位为0。接收端也必须提供接收端也必须提供STC，其其27MHz振荡器和振荡器和42bit计数器必须与编码器计数器必须与编码器STC完全同步。完全同步。MPEG码流中需传送参考信息码流中需传送参考信息PCR(program clock reference)，即在固定时刻将最新的即在固定时刻将最新的STC计数器值复制到计数器值复制到TS流中。流中。E、节目同步节目同步时钟同步时钟同步数字数字电视原理与原理与应用用35MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05E、节目同步节目同步时钟同步时钟同步vPCR使得码流中带有准确的内部时钟，所有编码和解码过程都受这个内部时使得码流中带有准确的内部时钟，所有编码和解码过程都受这个内部时钟控制。钟控制。v解码器必须读出解码器必须读出PCR值，与自身系统时钟（值，与自身系统时钟（42bit计数器）比较：计数器）比较：如果收到的如果收到的PCR与解码器系统时钟一致，则收发端时钟同步；与解码器系统时钟一致，则收发端时钟同步；如果不一致，则根据差别大小产生一个控制变量送到锁相环，可以纠正接收如果不一致，则根据差别大小产生一个控制变量送到锁相环，可以纠正接收端的振荡器。端的振荡器。v同时，同时，42bit计数器总是设为收到的计数器总是设为收到的PCR值，这是系统初始化和节目改变时值，这是系统初始化和节目改变时的基本要求。的基本要求。图3.17 PCR数字数字电视原理与原理与应用用36MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05v码流中传送的码流中传送的PCR值必须足够多，有最大间隔的限制；而且要相对准确，值必须足够多，有最大间隔的限制；而且要相对准确，没有抖动。没有抖动。MPEG标准规定：标准规定：每个节目每个节目PCR的最大间隔为的最大间隔为40ms。PCR的抖动小于的抖动小于500ns。vPCR如果出错：如果出错：本来应该显示彩色图像，却显示出黑白图像。本来应该显示彩色图像，却显示出黑白图像。TS流重复用时会出现抖动，因为流重复用时会出现抖动，因为TS包顺序改变，但其中包顺序改变，但其中PCR信息却信息却没变。经常会有最大没变。经常会有最大30s的的PCR抖动，该问题许多机顶盒可以解决。抖动，该问题许多机顶盒可以解决。vPCR信息在相应节目信息在相应节目TS包的包的adaptation field中传送，而中传送，而TS包类型的包类型的准确信息可以从准确信息可以从PMT中获得。中获得。v节目时钟同步以后，视音频编码就可以锁定系统时钟进行了。节目时钟同步以后，视音频编码就可以锁定系统时钟进行了。E、节目同步节目同步时钟同步时钟同步数字数字电视原理与原理与应用用37MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05v视频和音频视频和音频PES包头中需要有附加的时间信息。包头中需要有附加的时间信息。该时间信息由该时间信息由STC获得。获得。STC的的33位位MSB(最高有效字符最高有效字符)被插入到视被插入到视音频音频PES包头中，最大间隔为包头中，最大间隔为700ms，称为称为PTS(presentation time stamps)由于编码规则限制，视频帧的传输顺序与显由于编码规则限制，视频帧的传输顺序与显示顺序不同，视频流示顺序不同，视频流PES头需要另外的时间头需要另外的时间戳，即戳，即DTS(decoding time stamps)v机顶盒中的机顶盒中的MPEG-2解码器就可以对一个节目解码器就可以对一个节目的视音频码流进行解码，产生模拟或数字的视音的视音频码流进行解码，产生模拟或数字的视音频信号。频信号。E、节目同步节目同步视音频同步视音频同步图3.18 PTS和DTSVideo PESaudio PESVideo PESPTS of video PESPES headerVideo lip sync to audioPTS of audio PESDTS of video PESPES header数字数字电视原理与原理与应用用38MPEG-2系统及其测量系统及其测量-1,class 05接收端所需信息接收端所需信息接收端接收端接收端接收端所需信息所需信息所需信息所需信息AADDBBC CTS流同步流同步(同步字节同步字节)读取当前节目结构读取当前节目结构（PAT,PMT）读取一个节目读取一个节目(PID)节目同步节目同步(PCR,DTS,PTS)读取一个加扰节目读取一个加扰节目(CAT)TS流附加信息流附加信息(SI/PSI/PSIP)E EF F数字数字电视原理与原理与应用用39