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数字电视原理与应用 Principle and Application of Digital Television 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 Email:zhangwenjun@sjtu. edu. cn 上海交通大学 2006~ 数字电视原理与应用 Principle and Application of Digital Television 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 Email:[email protected] edu. cn 上海交通大学 2006~ 2007学年第一学期

数字电视原理与应用 课程安排 1 2 3 数字电视概述 数字电视基本原理 数字电视相关标准 §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 数字电视原理与应用 课程安排 1 2 3 数字电视概述 数字电视基本原理 数字电视相关标准 §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 • 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 • 电视技术的发展历程 • 模拟电视原理 • 数字电视的发展 2 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 数字电视基本原理 v 视频压缩原理 ——第 5章 v MPEG-2视频编码部分及其测量 ——第 4, 6, 11章 v MPEG-2音频编码部分及其测量 数字电视原理与应用 数字电视基本原理 v 视频压缩原理 ——第 5章 v MPEG-2视频编码部分及其测量 ——第 4, 6, 11章 v MPEG-2音频编码部分及其测量 ——第 7章 v. MPEG-2系统部分及其测量 —第 3, 9, 10章 v 数字调制基础 v 数字电视中的纠错编码原理 ——第 12章 ——补充 3 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 MPEG-2系统部分及其测量 1. MPEG数据流 2. 数字视频标准比较 3. MPEG-2 TS测量 4 MPEG-2系统及其测量-2, class 06 数字电视原理与应用 MPEG-2系统部分及其测量 1. MPEG数据流 2. 数字视频标准比较 3. MPEG-2 TS测量 4 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 2、数字视频标准比较 1 01 0 0 101 0 0100110 10100100101 0 11 00 001 数字电视原理与应用 2、数字视频标准比较 1 01 0 0 101 0 0100110 10100100101 0 11 00 001 10011 010010010 MPEG-1/2, VCD/DVD, M-JPEG/Mini. DV/DV MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7和MPEG-21 数字视频信号的物理接口 5 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 MPEG-1和MPEG-2比较 v MPEG-1 : § § § 1992年, 第一个活动图像和声音压缩标准。 目标是在 1. 5 Mbit/s码流获得VHS质量。 数字电视原理与应用 MPEG-1和MPEG-2比较 v MPEG-1 : § § § 1992年, 第一个活动图像和声音压缩标准。 目标是在 1. 5 Mbit/s码流获得VHS质量。 应用于存储媒体(CD和硬盘),不用于传输媒体(广播)。 图像分辨率为CIF(352 X 288)。 只有由视音频复用的PES包组成的PS流,不同长度的视音频PES包按照当前 码率交织集成一个码流,也分为header和payload,长度通常基于存储媒介 的物理数据分区。 § 只有一个节目 v MPEG-2 : § 编码算法向更高分辨率和更好质量方面进一步发展。 § 在存储应用的同时考虑传输。 § TS流针对传输层,提供更小的包结构、更扩展的复用和抗误码机制。 § TS流中可以支持最多 20个节目。 § 支持图像分辨率包括SDTV和HDTV。 § 全世界广播采用MPEG-2作为基带信号。 v MPEG-1与MPEG-2的基本算法框架都一致: § I, P, B帧,前向/后向预测,DCT变换压缩; 6 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 VCD和DVD比较 v VCD § 包含一个MPEG-1 PS流,由复用PES包组成的一个节目 § 总码率1. 5 Mbit/s § 许多盗版VCD碟片 v 数字电视原理与应用 VCD和DVD比较 v VCD § 包含一个MPEG-1 PS流,由复用PES包组成的一个节目 § 总码率1. 5 Mbit/s § 许多盗版VCD碟片 v SVCD § MPEG-2数据流,也是由复用PES包组成的PS流 § 2. 4 Mbit/s码率 § 近似相当于VHS质量,甚至更高 表 9. 1 DVD类型 Type Sides Layers Data x v DVD /side [Gbytes] CD-ROM § MPEG-2编码 DVD 5 1 1 4. 7 7 § 也是复用PES包组成的码流 DVD 9 1 2 8. 5 13 § 码率高达 10. 5 Mbit/s DVD 10 2 1 9. 4 14 § 质量比VHS高得多 2 2 17. 1 25 § 还可以提供字幕和其他信息 DVD 18 § 应用广泛,包括视频、音频和数据 § 与CD(约 700 Mbytes)相比,存储容量从4. 7 G最大到 17. 1 Gbytes,可以有 1,2或 4层,每层4. 7 Gbytes。 7 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 Video DVD的技术数据 v 存储容量: 4. 7~ 17. 1 Gbytes v MPEG-2视频码率不同,最大 9. 8 数字电视原理与应用 Video DVD的技术数据 v 存储容量: 4. 7~ 17. 1 Gbytes v MPEG-2视频码率不同,最大 9. 8 Mbit/s v 音频: § 线性PCM(LPCM): • 48 k. Hz或 96 k. Hz采样频率 • 16,20或 24位分辨率 § MPEG音频(MUSICAM): • 单声道、立体声、6声道(5. 1)和8声道(7. 1) § Dolby数字(AC 3) • 单声道、立体声、6声道(5. 1) 8 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 Mini. DV和DVPro比较 v Mini. DV: § 广泛用于家庭视频摄像机,对图象质量带来革命性改进。 § 总码率为 3. 6 Mbyte/s,视频码率为 25 数字电视原理与应用 Mini. DV和DVPro比较 v Mini. DV: § 广泛用于家庭视频摄像机,对图象质量带来革命性改进。 § 总码率为 3. 6 Mbyte/s,视频码率为 25 Mbit/s。 § 图象大小为 720 x 576,帧率25 fps。 § 可在码流任何位置编辑,因为只有类似I帧组成。 v DVPro: § 演播室标准,支持视频码率为 25~ 50 Mbit/s。 v Mini. DV和DVPro的共同点: § 都采用DCT编码技术,但没有帧间编码;都是M-JPEG的特例。 § 与MPEG相比,没有量化表,也没有宏块层控制的量化参数;只有一 系列本地量化表,由编码器对每个宏块选择最合适的表。 § 相对码率较高,质量很好,易于后处理。 § PC上的家庭编辑软件大约$100,能提供几年前专业软件才具有的功 能,软件还可以实现视频的MPEG-1, MPEG-2, VCD, SVCD和video DVD编码。 9 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 数字视频标准比较 Standard Video coding Resolution Video data rate [Mbit/s] Total data rate [Mbit/s] 数字电视原理与应用 数字视频标准比较 Standard Video coding Resolution Video data rate [Mbit/s] Total data rate [Mbit/s] MPEG-1 352 X 288 192 X 144 384 X 288 0. 150(1. 150) -3. 0 最大约 3. 5 1. 4112 MPEG-2 720 X 576 (SDTV, 25 fps) 最大HDTV 最大 15 基本开放 最大 270 Video. CD MPEG-1 352 X 288 1. 150 1. 4112 SVCD MPEG-2 480 X 576 2. 4 2. 624 Video. DVD MPEG-2 720 X 576 最大 9. 8 10. 5 Mini. DV M-JPEG特例 720 X 576 25 近似 30 DVPro M-JPEG特例 720 X 576 25/50 近似 30/55 10 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7和MPEG-21 v MPEG-3针对HDTV,后并入MPEG-2。 v MPEG-4: § 1999年制订,典型应用为Internet和PC上的交互式多媒体应用。 § 编码方法仍然基于MPEG-2,新的特点是: • 可面向合成视音频对象。 数字电视原理与应用 MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7和MPEG-21 v MPEG-3针对HDTV,后并入MPEG-2。 v MPEG-4: § 1999年制订,典型应用为Internet和PC上的交互式多媒体应用。 § 编码方法仍然基于MPEG-2,新的特点是: • 可面向合成视音频对象。 • 可打包成MPEG-2 TS流或MPEG-4文件,也可作为PS流通过IP包传输。 • 基于对象编码。在视音频之外,还包括许多不同对象: 11 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7和MPEG-21 v MPEG-7: § 2001年发布标准,将用于: • MHP (multimedia home platform) • 数字电视原理与应用 MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7和MPEG-21 v MPEG-7: § 2001年发布标准,将用于: • MHP (multimedia home platform) • SAMBITS——未来高端多媒体机顶盒 § 只处理节目有关数据,作为MPEG-2和MPEG-4的补充。 § 传送背景信息,EPG的一种,在MPEG-2 TS流中传送基于XML和HTML 的数据结构,可以由机顶盒提供检索功能。 v MPEG-21: § 目标是包含所有其他MPEG标准的补充 具和方法 § 也包括用户端到端应用,如Internet。 v 广播,多媒体和Internet将日益趋向融和: § 广播中一点到多点的码率比Internet高得多 § Internet可以很好的利用带有反馈信道的广播信道 § 在单纯Internet信道中,由于码率较低,视频传输质量一般,而且传输开 销也大,还时常不稳定。 § 甚至ADSL,持续高码率只能在交换中心到用户之间保证,而不能在整个 网络中得到保证。 12 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 MPEG标准比较 Standard Description Status MPEG-1 活动图像和声音, 近似VHS质量,CD码率 (<1. 5 Mbit/s) 1992年标准 MPEG-2 数字电视(SDTV+HDTV) 数字电视原理与应用 MPEG标准比较 Standard Description Status MPEG-1 活动图像和声音, 近似VHS质量,CD码率 (<1. 5 Mbit/s) 1992年标准 MPEG-2 数字电视(SDTV+HDTV) 1993年标准 MPEG-3 只短期存在(与MP 3无关) 并到MPEG-2中 MPEG-4 多媒体,交互性 1999年标准 MPEG-7 节目相关补充数据 2001年标准 MPEG-21 多媒体框架标准 补充 具和方法 13 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 数字视频信号的物理接口 v 模拟SDTV信号: § 带宽 4. 2~ 6 MHz,通过75 -Ohm同轴电缆传输,这些电缆再用BNC接头连 接到专业设备或高端用户设备。 § 如果接收到的信号的确为 数字电视原理与应用 数字视频信号的物理接口 v 模拟SDTV信号: § 带宽 4. 2~ 6 MHz,通过75 -Ohm同轴电缆传输,这些电缆再用BNC接头连 接到专业设备或高端用户设备。 § 如果接收到的信号的确为 75 -Ohm,模拟视频信号幅度为 1 Vp-p。 v 数字TV信号: § 并口: • 第一种接口,25 -pin接头(PC打印机接口),由于其抗扰度差,用低压差值 信号通过双绞线传输。 § 串口: • 现在 75 Ohm串口应用更为广泛。 • 数字视频信号码率为 270 Mbit/s,以串行数据信号方式通过75 -Ohm同轴电缆, 连接到BNC接头。 • 对CCIR 601的未压缩视频信号和MPEG-2 TS流都一样。演播室中也一样:电 缆、放大器和电缆均衡器都一样。 14 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 数字视频信号的物理接口 v DTV信号的串口,通常有SDI和TA-ASI两种,这两种物理接口相同, 只是内容不同: § SDI(Serial Digital Interface): • 串行数据未压缩 601视频信号,码率270 Mbit/s § 数字电视原理与应用 数字视频信号的物理接口 v DTV信号的串口,通常有SDI和TA-ASI两种,这两种物理接口相同, 只是内容不同: § SDI(Serial Digital Interface): • 串行数据未压缩 601视频信号,码率270 Mbit/s § TS-ASI(Transport stream asynchronous serial interface): • MPEG-2 TS流通过一个串口。 • 其码率显然低于串行传输提供的270 Mbit/s的固定码率,必须由填充 信息达到 270 Mbit/s。 • 因为演播室中希望统一601信号和MPEG-2 TS流的传输路径。 15 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 并行和串行CCIR 601 v 未压缩SDTV信号码率为 270 Mbit/s,传输方式有两种: § 通过双绞线并行信号 • 通常 25 -pin Cannon插座,也叫PC打印机接口。 数字电视原理与应用 并行和串行CCIR 601 v 未压缩SDTV信号码率为 270 Mbit/s,传输方式有两种: § 通过双绞线并行信号 • 通常 25 -pin Cannon插座,也叫PC打印机接口。 • LVDS (low voltage differential signaling)信号,采用ECL电平 (± 800 m. V),而不是TTL电平。 • 对每bit数据,也传送其反转bit,使得双绞线中的噪声电平尽可能低 • 下页表为 25 -pin并口的管脚分配 § 通过75 -Ohm同轴电缆串行信号 • 目前绝大多数都只采用串行CCIR 601接口——SDI (serial digital interface) • 75 -Ohm BNC接口,电压800 m. Vpp。 • 与并口相比,如果采用电缆均衡器,信号可以传送相对较长距离。 16 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 CCIR 601和TS并口管脚信号 Pin Signal 1 Clock 14 Inverted clock 2 System ground 15 数字电视原理与应用 CCIR 601和TS并口管脚信号 Pin Signal 1 Clock 14 Inverted clock 2 System ground 15 System ground 3 601 data bit 9 (MSB) TS data bit 7 (MSB) 16 601 inverted data bit 9(MSB) inverted TS data bit 7(MSB) 4 601 data bit 8 TS data bit 6 17 Inverted 601 data bit 8 inverted TS data bit 6 5 601 data bit 7 TS data bit 5 18 Inverted 601 data bit 7 inverted TS data bit 5 6 601 data bit 6 TS data bit 4 19 Inverted 601 data bit 6 inverted TS data bit 4 7 601 data bit 5 TS data bit 3 20 Inverted 601 data bit 5 inverted TS data bit 3 8 601 data bit 4 TS data bit 2 21 Inverted 601 data bit 4 inverted TS data bit 2 9 601 data bit 3 TS data bit 1 22 Inverted 601 data bit 3 inverted TS data bit 1 10 601 data bit 2 TS data bit 0 23 Inverted 601 data bit 2 inverted TS data bit 0 11 601 data bit 1 TS data valid 24 Inverted 601 data bit 1 inverted TS data valid 12 601 data bit 0 TS packet sync 25 Inverted 601 data bit 0 inverted TS packet sync 13 Case ground 17 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 同步并行TS接口(TS并口) v MPEG-2 TS并口与CCIR 601并口完全兼容: § 也是LVDS信号。 § 也是 25 -pin Cannon接口。 § 数字电视原理与应用 同步并行TS接口(TS并口) v MPEG-2 TS并口与CCIR 601并口完全兼容: § 也是LVDS信号。 § 也是 25 -pin Cannon接口。 § 与CCIR 601相比,数据信号的管脚分配只有8 bits,管脚分配与 CCIR 601接口兼容,见上页表。 § TS接口的数据流总是与被传输的MPEG-2 TS流保持同步: • 如果TS流码率为 38 Mbit/s,则接口的数据率也是 38 Mbit/s,TS流不变。 § TS接口可以是 188字节长的包或 204/208字节长的MPEG-2 TS包 • 204/208字节是由于DVB或ATSC传输信号采用了Reed Solomon误码 保护 • 在TS接口,任何超过188字节的数据只是虚拟数据,可被忽略。 • 许多设备可适应多种包长度。 18 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 异步串行TS接口(TS ASI) v v 固定 270 Mbit/s码率 接口数据率与实际MPEG-2 TS流不同步 优点是可以与SDI兼容 依照标准表,每个字节附加 2 bits: 数字电视原理与应用 异步串行TS接口(TS ASI) v v 固定 270 Mbit/s码率 接口数据率与实际MPEG-2 TS流不同步 优点是可以与SDI兼容 依照标准表,每个字节附加 2 bits: § 标识出不相关但为达到 270 Mbit/s码率必须填充的字节(虚拟字节) § 防止串行信号中出现DC分量 v 采用BNC接口,阻抗为 75欧姆,电平 800 m. V(± 10%) v 有两种操作模式: § 脉冲模式: • TS包不变,插入虚拟包来达到 270 Mbit/s码率。 188*10 bit TSP (188*8 bit) n*K 28. 5 § 单字节模式: n*K 28. 5 TSP=Transport stream packet • 插入虚拟字节来填充数据达到 270 Mbit/s码率。 Special character K 28. 5 0011111010 1100000101 10 bit K 28. 5 TSB=Transport stream byte K 28. 5 19 K 28. 5 TSB K 28. 5 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 MPEG-2系统部分及其测量 1. MPEG数据流 2. 数字视频标准比较 3. MPEG-2 TS测量 20 MPEG-2系统及其测量-2, class 06 数字电视原理与应用 MPEG-2系统部分及其测量 1. MPEG数据流 2. 数字视频标准比较 3. MPEG-2 TS测量 20 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 MPEG-2 TS测量 v DTV仍十分需要不同类型的测试仪器;对全世界而言,直接对TS流的测量已成为 最重要的DTV测试技术。 v 模拟电视中主要由视频分析仪来测量模拟基带信号。 v 数字电视中主要用MPEG-2测试解码器: § 输入接口是 25脚MPEG-2并口,或TS-ASI BNC串口,或二者同时都有。 数字电视原理与应用 MPEG-2 TS测量 v DTV仍十分需要不同类型的测试仪器;对全世界而言,直接对TS流的测量已成为 最重要的DTV测试技术。 v 模拟电视中主要由视频分析仪来测量模拟基带信号。 v 数字电视中主要用MPEG-2测试解码器: § 输入接口是 25脚MPEG-2并口,或TS-ASI BNC串口,或二者同时都有。 § 由MPEG-2解码器的关键电路模块组成。 § MPEG-2分析仪,通常是一个单处理器,和一个控制计算机,得到并显示所有 结果,执行各种操作控制。 § 可以解码TS中的所有视音频信号,对数据结构执行多种分析测量。 § MPEG-2 TS分析是一种特殊类型的逻辑分析。 MPEG-2 Transport stream MPEG-2 decoder Digital signal prozessor Video Audio Micro Controller Display Interfaces (printer, RS 232, IEEE Bus) 图 10. 1 MPEG-2测试解码器 21 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 DVB测量方案ETR 290对MPEG-2测量 Measurement TS_sync_loss Sync_byte_error PAT_error PMT_error Continuity_count_error PID_error Transport_error CRC_error PCR_accuracy_error PTS_error 数字电视原理与应用 DVB测量方案ETR 290对MPEG-2测量 Measurement TS_sync_loss Sync_byte_error PAT_error PMT_error Continuity_count_error PID_error Transport_error CRC_error PCR_accuracy_error PTS_error CAT_error SI_repetition_error NIT_error SDT_error EIT_error RST_error TDT_error Undefined_PID Priority 1 1 1 2 2 2 3 3 3 3 表 10. 1 ETR 290的MPEG-2 TS测量 v DVB项目测试组在测量方案 ETR 290中定义了各种测量 MPEG-2 TS流的方法。 v 由这些测量方法检测到的MPEG 2 TS误码分为 3个优先级: § 优先级 1,不可解码 § 优先级 2,部分不可解码 § 优先级 3,辅助信息或SI中的 误码,影响取决于机顶盒如何 利用SI信息。 v 除优先级 3的误码以外,所有测量 方法可以用于ATSC标准,对 PSIP表做分析。 22 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (1)失步(TS_sync_loss, 优先级 1) v MPEG-2 TS的188字节数据包由 4字节header和184字节payload组成。 v Header的第一个字节是同步字节,固定值 47 hex和固定间隔 188字节。 v 数字电视原理与应用 (1)失步(TS_sync_loss, 优先级 1) v MPEG-2 TS的188字节数据包由 4字节header和184字节payload组成。 v Header的第一个字节是同步字节,固定值 47 hex和固定间隔 188字节。 v 对带有Reed Solomon误码保护的特殊情况下可能间隔 204或 208字节。附加 的16或 20字节是填充字节,可直接忽略。 v 5次接收到正确的同步字节以后即达到同步; v 连续 3次丢失TS包的同步字节则失去同步,叫做“TS_sync_loss”, v 可能引起失步的原因包括严重干扰或某行的中断。 v 同步状态可以由多数测试解码器进行调整。 188 byte 4 Byte Header 184 byte payload Optional Adaptation field header Sync byte 8 Transport Payload Transport Error unit start priority indicator 1 1 1 PID Transport scrambling control Adaptation Field control Continuity counter 13 2 2 4 Bit 图 10. 2 TS header中的同步字节 23 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (2)错误同步字节(Sync_byte_error, 优先级 1) v 由于传输信道问题,TS流中时常会发生错误的同步字节。 v 这种状态大多数情况是误码过多引起的,叫做 Sync_byte_error: § TS流header中的同步字节的内容不是 47 hex 24 数字电视原理与应用 (2)错误同步字节(Sync_byte_error, 优先级 1) v 由于传输信道问题,TS流中时常会发生错误的同步字节。 v 这种状态大多数情况是误码过多引起的,叫做 Sync_byte_error: § TS流header中的同步字节的内容不是 47 hex 24 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (3)PAT丢失或错误(PAT_error, 优先级 1) v 节目结构不同,即MPEG-2 TS的组成不同,是开放式的。 v 描述当前TS组成的列表由特殊TS包传输,其中最重要的是PAT, 其TS包的 PID=0, Table ID=0。 v 数字电视原理与应用 (3)PAT丢失或错误(PAT_error, 优先级 1) v 节目结构不同,即MPEG-2 TS的组成不同,是开放式的。 v 描述当前TS组成的列表由特殊TS包传输,其中最重要的是PAT, 其TS包的 PID=0, Table ID=0。 v 如果PAT丢失或错误,就无法解码。因为PAT中传送了所有节目的PMT的 PID。机顶盒需要PAT中所有必要的基本信息。 Header Payload PID = 0 PID = PID 1 PMT 1 PID 3 PID 4 Audio ES Video ES PID = PID 2 PMT 2 PAT= TS packet with PID=0 PID 2 PMT= TS packets with PID Referenced in PAT PID 5 Video ES PID 6 Audio ES 图 10. 3 PAT和PMT示例 25 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (3)PAT丢失或错误(PAT_error, 优先级 1) v PAT传输应该无差错,无混杂,最大传输间隔为 500 ms。 v PAT_error: § PAT丢失 § PAT重复率大于500 数字电视原理与应用 (3)PAT丢失或错误(PAT_error, 优先级 1) v PAT传输应该无差错,无混杂,最大传输间隔为 500 ms。 v PAT_error: § PAT丢失 § PAT重复率大于500 ms § PAT混乱 § PAT的Table ID不是 0 v 此时PAT中的细节还没有被测试。 26 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (4)PMT丢失或错误(PMT_error, 优先级 1) v v 对每个节目需要每隔 500 ms传输一个PMT。 PMT的PID在PAT中列出。 PMT包含了该节目所有ES流相应的PID。 如果PAT中指向的某个PMT丢失,机顶盒或解码器无法找到ES流进行 解复用和解码。 v 数字电视原理与应用 (4)PMT丢失或错误(PMT_error, 优先级 1) v v 对每个节目需要每隔 500 ms传输一个PMT。 PMT的PID在PAT中列出。 PMT包含了该节目所有ES流相应的PID。 如果PAT中指向的某个PMT丢失,机顶盒或解码器无法找到ES流进行 解复用和解码。 v PMT_error: § PAT列出的PMT丢失 § PMT的最大间隔超过500 ms § PMT混乱 § PMT的table ID不是 2。 v PMT中的细节此时还未检测。 v 与其他表一样,PMT也可以分成几段,每段的table ID为 2,PID在 PAT中给出。 27 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (5)PID_error(优先级 1) v 一个节目所有ES流的PID都包含在相关PMT中。 v PID是ES流的指针,给出了待解码的相应ES包的访问地址。 v 如果一个PID在一些PMT中出现,但是在TS流所有包中都没有该PID,MPEG 2解码器就不能访问相应ES流,因为该ES流不在TS流中或者PID信息错误。 v 带有某特定PID传输包的时间间隔根据不同应用进行设置,通常最大间隔半秒钟, 但具体可由用户自定义。 v 数字电视原理与应用 (5)PID_error(优先级 1) v 一个节目所有ES流的PID都包含在相关PMT中。 v PID是ES流的指针,给出了待解码的相应ES包的访问地址。 v 如果一个PID在一些PMT中出现,但是在TS流所有包中都没有该PID,MPEG 2解码器就不能访问相应ES流,因为该ES流不在TS流中或者PID信息错误。 v 带有某特定PID传输包的时间间隔根据不同应用进行设置,通常最大间隔半秒钟, 但具体可由用户自定义。 v PID_error: § 某个PMT中指定的一个PID的TS包在TS流中不存在 § 或该PID的TS包的重复间隔大于用户定义的间隔(通常为 500 ms) 188 byte 4 Byte Header 184 byte payload Optional Adaptation field header Sync byte 8 Transport Payload Transport Error unit start priority indicator 1 1 1 PID Transport scrambling control Adaptation Field control Continuity counter 13 2 2 4 图 10. 4 PID 28 Bit MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (6)Continuity_count_error(优先级 1) v 每个MPEG-2 TS包的4字节长Header中包括 4 bit计数器,连续从0到 15计数, 计数上溢后重新从0开始。 v 每个PID的每个TS包都有自己的连续计数器,以便识别TS包丢失或相同PID的 TS包重复引起的任何复用问题。 v 数字电视原理与应用 (6)Continuity_count_error(优先级 1) v 每个MPEG-2 TS包的4字节长Header中包括 4 bit计数器,连续从0到 15计数, 计数上溢后重新从0开始。 v 每个PID的每个TS包都有自己的连续计数器,以便识别TS包丢失或相同PID的 TS包重复引起的任何复用问题。 v 这种问题也可能是重复用错误或传输信道的误码造成的。 188 byte 4 Byte Header 184 byte payload Optional Adaptation field header Sync byte 8 PID= 100 CNT=3 Transport Payload Transport Error unit start priority indicator 1 PID= 200 CNT=14 1 1 PID= 100 CNT=4 PID Transport scrambling control Adaptation Field control Continuity counter 13 2 2 4 PID= 100 CNT=5 PID= 200 CNT=15 PID= 100 CNT=6 PID= 200 CNT=0 Bit PID= 100 CNT=7 图 10. 5 连续计数器 29 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (6)Continuity_count_error(优先级 1) v 虽然MPEG-2允许TS的不连续,但必须在adaptation field中 标记discontinuity indicator= 1。 v 对PID= 0 x 1 数字电视原理与应用 (6)Continuity_count_error(优先级 1) v 虽然MPEG-2允许TS的不连续,但必须在adaptation field中 标记discontinuity indicator= 1。 v 对PID= 0 x 1 FF的TS包允许不连续,不检测该TS包。 v Continuity_count_error: § 没有标记discontinuity indicator的情况下,相同TS包传送了 两次; § 没有标记discontinuity indicator的情况下,丢了某个TS包( 计数器增加 2),或包顺序完全错误。 v 当包顺序实际上正确,而Continuity count error时,MPEG 2解码器的解码方式取决于采用的解码芯片。 30 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (7)Transport_error(优先级 2) v 每个MPEG-2 TS包都包含一个bit的Transport Error Indicator, 该比特紧跟同步字节之后,标记接收端任何TS包错误。 v 传输发生误码有多种原因。如果误码保护不能修复包中的所有错误,就设 置该bit,该包必须被丢弃。 v Transport_error: 数字电视原理与应用 (7)Transport_error(优先级 2) v 每个MPEG-2 TS包都包含一个bit的Transport Error Indicator, 该比特紧跟同步字节之后,标记接收端任何TS包错误。 v 传输发生误码有多种原因。如果误码保护不能修复包中的所有错误,就设 置该bit,该包必须被丢弃。 v Transport_error: § TS包Header中transport error indicator比特设为 1。 188 byte 4 Byte Header 184 byte payload Optional Adaptation field header Sync byte 8 Transport Payload Transport Error unit start priority indicator 1 1 1 PID Transport scrambling control Adaptation Field control Continuity counter 13 2 2 4 Bit 图 10. 6 Transport Error Indicator 31 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (8)CRC_Error(优先级 2) v 传输中MPEG-2 TS的所有表,包括PSI和其他private table (DVB的 SI和ATSC的PSIP),都采用CRC校验码。 v CRC校验和长为 32 bit,在每部分(可以由许多TS包组成)的末尾传输。 v 数字电视原理与应用 (8)CRC_Error(优先级 2) v 传输中MPEG-2 TS的所有表,包括PSI和其他private table (DVB的 SI和ATSC的PSIP),都采用CRC校验码。 v CRC校验和长为 32 bit,在每部分(可以由许多TS包组成)的末尾传输。 v CRC_Error: § 表(PAT, PMT, CAT, NIT, …)的校验和错误,与实际内容不匹配。 v 出现CRC_Error时,解码器必须丢掉该表,等待该包的重复。 v CRC_Error的原因多数是传输干扰。 1 byte Table ID Payload part of table Transport stream Payload Unit start Indicator=1 Special PID’s 32 bit CRC Check sum 图 10. 7 CRC校验和 32 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (9)PCR_Error, PCR_Accuracy_Error(优先级 2) v MPEG-2编码器的所有编码过程都由 27 MHz参考时钟控制,27 MHz 时钟振荡器和42 bit计数器提供了STC。每个节目都使用独立的STC。 为使解码器时钟同步,当前节目系统时钟每隔 40 ms在adaptation 数字电视原理与应用 (9)PCR_Error, PCR_Accuracy_Error(优先级 2) v MPEG-2编码器的所有编码过程都由 27 MHz参考时钟控制,27 MHz 时钟振荡器和42 bit计数器提供了STC。每个节目都使用独立的STC。 为使解码器时钟同步,当前节目系统时钟每隔 40 ms在adaptation field中传送。相应节目的PMT中指出哪个TS包含有时钟信息。 v STC参考值叫做PCR,是 42 bit计数器的拷贝。解码器利用PLL保证 与传送PCR值一致,从中产生自身系统时钟。 v 如果PCR重复周期太慢,可能是由于接受端的PLL有问题。MPEG-2 规定,PCR最大间隔不超过40 ms,否则出现PCR_Error。 v PCR_Error: § 一个节目中两个连续PCR值的差值大于100 ms,并且adaptation field中没 有不连续性标识。 § 一个节目中两个PCR值的间隔大于40 ms。 33 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (9)PCR_Error, PCR_Accuracy_Error(优先级 2) v PCR值必须比较准确,不应该有抖动。如果PCR值在重复用时不正 确或不准确,就可能出现抖动。 v 如果PCR抖动超过± 500 ns,就出现PCR_Accuracy_error。 v PCR抖动时常到± 30µs,此时很多机顶盒可以处理。 数字电视原理与应用 (9)PCR_Error, PCR_Accuracy_Error(优先级 2) v PCR值必须比较准确,不应该有抖动。如果PCR值在重复用时不正 确或不准确,就可能出现抖动。 v 如果PCR抖动超过± 500 ns,就出现PCR_Accuracy_error。 v PCR抖动时常到± 30µs,此时很多机顶盒可以处理。 v 如果彩色图象显示成黑白图象,说明PCR抖动太大。 v PCR抖动的实际影响取决于机顶盒与TV接收机连接的方式,RGB连接 当然比合成视频电缆连接方式的影响小。 v PCR_Accuracy_error: § PCR值之间的变化(PCR抖动)大于± 500 ns 34 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (10)PTS_Error(优先级 2) v PES header中传输的PTS包含一个 33 bit的准确显示时间。 同时在视频ES流和音频ES流中传输,用于视音频同步。 v PTS值从STC中得到,STC总长 42 bit,其中PTS只利用 33 数字电视原理与应用 (10)PTS_Error(优先级 2) v PES header中传输的PTS包含一个 33 bit的准确显示时间。 同时在视频ES流和音频ES流中传输,用于视音频同步。 v PTS值从STC中得到,STC总长 42 bit,其中PTS只利用 33 bit 最高位(MSB)。 v PTS值的最大间隔为 700 ms。 v PTS_Error: § 一个节目中两个PTS值的间隔大于700 ms。 v 虽然实际PTS_error很少发生,但实际上经常发生视音频不 同步。 v 实际上对广播应用,视音频不同步的原因很难检测和识别。 v 直接对视音频同步的测量将是一个重要的测量参数。 35 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (11)CAT_Error(优先级 2) v MPEG-2 TS包的payload部分可以进行混杂,而header和adaptation field 不能。 v Payload部分进行混杂,由TS header中的两个特殊bit(Transport scrambling control bits)来标识: 数字电视原理与应用 (11)CAT_Error(优先级 2) v MPEG-2 TS包的payload部分可以进行混杂,而header和adaptation field 不能。 v Payload部分进行混杂,由TS header中的两个特殊bit(Transport scrambling control bits)来标识: § 如果两个bit都为 0,则不进行混杂。 § 如果有一个bit不为 0,则进行混杂,需要一个CAT来解混杂。 188 byte 4 Byte Header 184 byte payload Optional Adaptation field header Sync byte 8 Transport Payload Transport Error unit start priority indicator 1 1 1 PID Transport scrambling control Adaptation Field control Continuity counter 13 2 2 4 Bit 图 10. 8 CAT和Transport scrambling control 36 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (11)CAT_Error(优先级 2) v CAT的PID和table ID都为 1。除了EIT,所有DVB表都必须是无混杂的。 v CAT_Error: § 有一个混杂的TS包,但没有相应的CAT。 § CAT的PID=1, 但是table 数字电视原理与应用 (11)CAT_Error(优先级 2) v CAT的PID和table ID都为 1。除了EIT,所有DVB表都必须是无混杂的。 v CAT_Error: § 有一个混杂的TS包,但没有相应的CAT。 § CAT的PID=1, 但是table ID不是 1。 Header Payload PID = 1 PID 1 ECM PID 2 CAT= TS packet with PID=1 and table id=1 EMM 37 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (12)SI_Repetition_Error(优先级 3) v 所有MPEG-2和DVB的表(PSI/SI)必须定期重复,重复间隔有最小和最大限制,具 体重复间隔取决于表的类型。 v 最小重复间隔通常为 25 ms,最大间隔在 500 ms和30 s之间,甚至无限大。 v 数字电视原理与应用 (12)SI_Repetition_Error(优先级 3) v 所有MPEG-2和DVB的表(PSI/SI)必须定期重复,重复间隔有最小和最大限制,具 体重复间隔取决于表的类型。 v 最小重复间隔通常为 25 ms,最大间隔在 500 ms和30 s之间,甚至无限大。 v SI_Repetition_Error: § SI表的间隔太大 § SI表的间隔太小 表 10. 2 PSI/SI表重复时间 § 限制值取决于表的类型 Service Information Max. Interval (complete table) Min. Interval (single sections) PAT 0. 5 s 25 ms CAT 0. 5 s 25 ms PMT 0. 5 s 25 ms NIT 10 s 25 ms SDT 2 s 25 ms BAT 10 s 25 ms EIT 2 s 25 ms RST - 25 ms TDT 30 s 25 ms TOT 30 s 25 ms 38 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (13)NIT/SDT/EIT/RST/TDT_Error(优先级 3) v 除MPEG-2标准的PSI表以外,DVB定义了NIT, SDT/BAT, EIT, RST和TDT/TOT SI表: PID[hex] Table_id[hex] Max. Interval[sec] NIT 数字电视原理与应用 (13)NIT/SDT/EIT/RST/TDT_Error(优先级 3) v 除MPEG-2标准的PSI表以外,DVB定义了NIT, SDT/BAT, EIT, RST和TDT/TOT SI表: PID[hex] Table_id[hex] Max. Interval[sec] NIT 0 x 0010 0 x 40, 0 x 41, 0 x 42 10 SDT 0 x 0011 0 x 42, 0 x 46 2 BAT 0 x 0011 0 x 4 A 10 EIT 0 x 0012 0 x 4 E to 0 x 4 F, 0 x 50 to 0 x 6 F 2 RST 0 x 0013 0 x 71 - TDT 0 x 0014 0 x 70 30 TOT 0 x 0014 0 x 73 30 ST 0 x 0010 to 0 x 0013 0 x 72 - 表 10. 3 SI表 Service Information v 这些表的出现、重复周期和正确识别都需要测定,这不包括表内容的连续性检测。 v SI表由PID和table ID共同来识别,这是因为有的表有相同PID,只能由table ID来 分辨(SDT/BAT和TDT/TOT)。 v NIT_error,SDT_error,EIT_error,RST_error或TDT_error: § 相应包在TS流中存在,但table ID错误。 § 这些SI表两部分的时间间隔太大或太小。 39 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (14)Unreferenced_PID(优先级 3) v v TS流中所有PID都由PAT和PMT(还有PSI/SI表)传送到MPEG-2。 很可能TS中出现某个TS包的PID没有在PAT和PMT中定义,叫做Unreferenced PID。 根据DVB,unreferenced PID可以在节目改变时的半秒种内出现。 Unreferenced_PID: § TS流中的某个包的PID在半秒以内,未在PAT/PMT或PSI/SI中定义。 40 数字电视原理与应用 (14)Unreferenced_PID(优先级 3) v v TS流中所有PID都由PAT和PMT(还有PSI/SI表)传送到MPEG-2。 很可能TS中出现某个TS包的PID没有在PAT和PMT中定义,叫做Unreferenced PID。 根据DVB,unreferenced PID可以在节目改变时的半秒种内出现。 Unreferenced_PID: § TS流中的某个包的PID在半秒以内,未在PAT/PMT或PSI/SI中定义。 40 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (15)SI_Other_Error(优先级 3) v 根据DVB,除了通常信息以外,还可以传输其他信道的附加SI信息( SI_other),包括NIT_other, SDT_other和EIT_other表。 表 10. 4 SI_other表 Min. Interval (single 数字电视原理与应用 (15)SI_Other_Error(优先级 3) v 根据DVB,除了通常信息以外,还可以传输其他信道的附加SI信息( SI_other),包括NIT_other, SDT_other和EIT_other表。 表 10. 4 SI_other表 Min. Interval (single sections) Service Information Table_ID[hex] Max. Interval (complete table) NIT_OTHER 0 x 41 10 s 25 ms SDT_OTHER 0 x 46 2 s 25 ms EIT_OTHER 0 x 4 F, 0 x 60 to 0 x 6 F 2 s 25 ms v SI_other表可以由PID和table ID来识别。 v SI_other_error: § SI_other表的时间间隔太大 § SI_other表的时间间隔太小 41 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 (16)NIT/SDT/EIT_Other_Error(优先级 3) v NIT_other, SDT_other和EIT_other表可以整体进行检测,也可 以分别检测。 v NIT_other_error: § NIT_other表的时间间隔太大 v SDT_other_error: § 数字电视原理与应用 (16)NIT/SDT/EIT_Other_Error(优先级 3) v NIT_other, SDT_other和EIT_other表可以整体进行检测,也可 以分别检测。 v NIT_other_error: § NIT_other表的时间间隔太大 v SDT_other_error: § SDT_other表的时间间隔太大 v EIT_other_error: § EIT_other表的时间间隔太大 42 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

数字电视原理与应用 ATSC标准对MPEG-2 TS测量 v ATSC标准对MPEG-2 TS流的测量,可以采取DVB测量方案中的一些测量方法: § TS_sync_error § Sync_byte_error § PAT_error § Continuity_count_error 数字电视原理与应用 ATSC标准对MPEG-2 TS测量 v ATSC标准对MPEG-2 TS流的测量,可以采取DVB测量方案中的一些测量方法: § TS_sync_error § Sync_byte_error § PAT_error § Continuity_count_error § PMT_error § PID_error § Transport_error § CRC_error § PCR_accuracy_error § PTS_error § CAT_error v 仅对PSIP表有必要采用所有优先级 3的测量方法(PSIP error,PSIP repetition error) 43 MPEG-2系统及其测量-2, class 06

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