模块十五：数字电视原理介绍

一、数字电视概述

1 、数字电视发展概况数字电视是集数字信号处理、大规模集成电路制造技术、计算机等领域的多项高科技成果的结晶。自 1948

年首次提出视频数字化概念之后，经过近 40 年的探索，国际上一些专业组织机构陆续公布或提出一系列有关数字电视的国际标准和设计方案。 1998 年 9 月 23 日，英国广播公司（ BBC ）在世界上首先开拓了商业化数字电视节目，被世界上许多有影响的媒体列为当年的十大新闻之一，它被视为电视发展史上继彩色电视之后的又一场重大革命。

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2 、数字电视的概念电视信号处理可以有模拟和数字两种方式，采用模拟信号描述、放大、传输视频信号的电视系统通常称之为模拟电视，采用离散的数字信号描述、放大、传输图像的电视系统通常称之为数字电视。数字电视是指与电视广播有关的全部数字技术，数字电视包括三个主要部分。

（ 1 ）节目制作数字化（ 2 ）传输过程数字化（ 3 ）接收过程数字化

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3 ．数字电视的技术特点数字电视和模拟电视相比，具有许多优越性，主要表现在以

下几个方面。（ 1 ）具有较高的图像质量和伴音质量（ 2 ）抗干扰能力强（ 3 ）电视机功能强大（ 4 ）便于大规模生产（ 5 ）便于与计算机系统连接 （ 6 ）传输效率高

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二、图像 / 视频压缩编码标准 国际上一些专业组织机构陆续公布或提出了一系列有关数字电视的国际标准和建议： 1982 年提出了电视演播室数字编码的国际标准（ CCIR601 号建议）； 1988 年又提出了第一个实用化的、适应于会议电视和可视电话要求的 H ． 261 标准 ( 随后又公布了较高图像质量的 H ． 262 标准，以及用于极低速率图像传输的 H ． 263 标准和 H ． 263+ 标准 ) ； 1993 年公布了活动图像的编码压缩标准 M

PEG-1 ； 1994 年发表了 MPEG-2 标准，该标准向下兼容 MPEG-1 ，向上兼容 HDTV 的图像质量； 1998 年 11 月公布了 MPEG-4 标准；计划 2000 年 11 月制订 MPEG-7 标准；另外，还发表了有关数字电视传输、超高清晰度成像 (HR ／ ) 数据格式等相关建议。

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三、数字电视机的原理介绍

1 ．数字电视接收机的组成和所用集成电路（ 1 ）数字电视机的组成数字电视接收机的原理框图如图 14-1 所示。从图上看，其

基本功能部分与模拟电视机基本相同。其中，虚线框内的视频信号的处理是用数字电路完成，也包括低电平的同步和扫描电路。

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图 14-1 数字电视机原理框图

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序号 芯片型号 功能1 CCU 2000／ 2030 中央控制单元2 VCU 2100 视频编解码单元3 VPU Z200 视频处理单元4 APU 2300／ 2400 伴音 A／ D变换器／伴音处理单

元5 DPU 2500 偏转处理单元6 MCU 2600 时钟发生器7 CFU 2210 NTSC梳状滤波器视频处理8 SPU 2220 SECAM色度处理器9 AA 2230 自动图像控制器10 TUP 2700 文字广播处理器11 MDA 2061 1024位 EEPROM

（ 2 ） DIGIT 2000 集成电路 各芯片的型号和功能如下

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2 ．由 DIGIT 2000 芯片组成的数字电视机原理介绍

图 14-2 DIGIT 2000 芯片组成的数字电视机框图

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3 ．音频部分

音频部分的电路是由 ADC 2300 ／ APU Z400 完成的。输入的两路模拟伴音信号，在 ADC 中首先分别进行： Σ-Δ 方式的脉冲密度调制（ PDM ），脉冲的密度代表信号电平。再经过数字音频滤波器转换成 35kHz抽样频率、 16bit 字长的数字音频信号。同时，用识别滤波器分离出 PDM 中的伴音类别的识别信号。识别信号中可以识别出是单伴音、双伴音或是立体声三种。

4 ．控制部分

中央控制单元 CCU 是整个电视机控制的中心。 CCU 中主要包括： 8

位微处理器（ 8049 ）、 ROM 、 RAM 、调谐分辨率为 62 ． 5kHz 的锁相式频率合成器、用于接受红外遥控的红外遥控解码器、用于用户指令键盘和 4位 LED 频道指示的 I ／ O端口、用于输入输出控制信号和输入调整指令的系统总线接口等。

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四、数字机顶盒 STB

数字电视机顶盒包括： ◆卫星电视机顶盒 ◆闭路电视机顶盒 ◆地面电视机顶盒

数字机顶盒 STB （ Set-Top-Box ）可实现： ◆VOD 视频点播 ◆数字电视广播 ◆ Internet访问 ◆远程教学 ◆会议电视 ◆电子商务等。

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机顶盒背面接线端

图 15-4 机顶盒与模拟电视机连接

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数字机顶盒

控制子系统

网络接口子系统

信号处理子系统

用户扩展接口子

系统

1.数字机顶盒系统组成 由四大子系统组成，即控制子系统、信号处理子系统、网络接口子系统、用户扩展接口子系统。（见下图）

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2. 数字电视机顶盒的功能 （ 1 ）电子节目指南（ EPG ）： 为用户提供一种容易使用、界面友好、可以快速访问想看节目的方式，用户可以通过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节目。

（ 2 ）高速数据广播： 为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种信息。

（ 3）条件接收： 核心是加扰和加密，数字机顶盒具有解扰和解密功能。

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（ 4 ）软件在线升级： 数据广播服务器按 DVB 数据广播标准将升级软件广播下来，机顶盒能识别该软件的版本号，在版本不同时接收该软件，并对保存在存储器中的软件进行更新。

3.数字电视机顶盒的主要技术 (1) 解复用与解压缩技术

将复用的比特流解复用成各种格式的音视频等数据流并解压还原。

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●解复用、解压缩方案一

MPEG-2传输流解复用器

MPEG-2解码

恢复音视频数据流

数据流

MPEG-4解码丢弃

●解复用、解压缩方案二

MPEG-2传输流解复用器

MPEG-2解码

MPEG-4解码

MPEG-4 合成

恢复 音视频数据流

数据流

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（ 3）上行数据的调制编码技术： 传送上行数据的方式：电话线 ADSL 方式；以太网方式； HFC （光纤同轴电缆混合网 ) 方式。由于上行数据量远小于下行数据量，故常用 QPSK 、 16QAM 方式调制。

（ 2 ）下行数据解调与信道解码技术： QPSK 、 QAM 、 COFDM 、 VSB 等解调和 RS解码、卷积解码、解交织、维特比解码等功能。

（ 4 ）网络浏览技术： 为实现真正意义上的网络浏览，还必须考虑在其上运行IP协议。

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(5) 实时操作系统 RTOS 技术： 负责管理本地资源和网络资源，提供基本的操作功能以及设备的访问控制。

(6) 中间件技术： 即开放式业务平台，通常由 Java 虚拟机、网络浏览器、图像与多媒体模块等组成。

(7)解密、解扰技术： 发端用加密的控制字对电视信号进行加扰传输，收端要对其逆变换，先将加密的控制字解密，再用解密的控制字去将加扰的数字电视信号恢复出来，即解扰。

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MPEG-2音频解码器音频 D/A

音频流

模拟音频

ROM RAM 智能卡接口 红外遥控接口

CPU

数字调谐器

QPSK解调

QAM解调FEC

图形发生器

ATM处理单元

MPEG-2视频解码器

PAL/NTSCSECAM解码器

模拟视频通道

视频流

全电视信号

网络

4.数字机顶盒硬件结构及工作流程 （ 1）数字机顶盒硬件结构（见下图）

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（ 2 ）数字机顶盒工作流程

网络（ RF 信号）

数字调谐器（选台）

QAM解调、前向纠错 ATM （数据包解复用）

MPEG-2 视频解码器

MPEG-2 音频解码器

PAL/NTSC/SECAM解码器

音频 D/A

模拟音频

全电视信号 模拟视频通道

图形视频信号现在知道

了吧？！

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五、数字电视核心应用—视频点播（ VOD ）

(1) 视频点播 VOD ： 即 Video On Demand ，是一种交互式多媒体信息点播系统。特点是可实现用户按需点播音视频节目，具有高度的双向交互性，是 VOD区别于传统电视的最显著特征。

1. 视频点播概要

(2)VOD 体系结构： （见下图）

由视频服务提供商、传输网络、用户终端三大部分组成。

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传输网络

视频服务器视频服务提供商

用户终端

用户群

2. 三种视频点播 （ 1 ）真视频点播 TVOD （ True-VOD ）

它真正支持即点即放，但价格昂贵。 TVOD 为每个用户提供一个单独的通信路径，每个用户各自占有一套节目。

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（ 3 ）交互式视频点播 IVOD （ Interactive-VOD ） 又称全视频点播，它相对于 TVOD 、 NVOD 在性能、功能上有很大改进。 IVOD不但支持即点即放，用户还可对视频流进行交互控制，如节目播放、暂停、快进、快退、自动收索等。

（ 2 ）准视频点播 NVOD （ Near-VOD ） TVOD 的替代物，它是每隔一定时间从头播放同一套节目，用户发出点播信息时，交换机将用户终端与最近要从头开播的频道连通，至多等待一个规定时间（几分钟）后可观看，采用广播机制。

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3.视频点播系统结构（见下图）

传输网络

信号打包 /解包

接收器 发送器

用户选择处理 调制器

记帐登记处理

服务器 编码器

信号打包 /解包

节目选择接口 解调器

用户接口 解压缩器

用户接收机混合器

传输网络

节目分配设备 用户设备

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（ 2 ）基于 HFC网络的 VOD 系统实现结构（见下图）

视频服务器

管理服务器

以太网交换机

上行分配器

编码复用器

64QAM

滤

波

器

HFC网络

STB

HDTV

上行信道

下行信道

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（ 3 ）一种城域 VOD 系统（见下图）

VOD服务器 电视接收机

数字机顶盒

ADM ADM

ADM

ADM

网关 前端

中心交换局 用户接收端

本地交换局

SDH环状网（ MAN ）