1、數字電視技術及數字播出解決 方案作者:日期:2數字電視技術及數字播出解決方案文：徐新學時間：2008-7-17 15:54:22宿州電視臺目前，我國廣播影視已進入科技發展的新階段，特別是數字技術的快速發展給 廣播影視帶來了自誕生以來最大的一次技術變革，推動著廣播影視的升級換代和技 術轉型。根據我國廣播電視數字化發展三步走”的戰略規劃，2008年在全國推廣地 面數字電視，2010年將全面實現地面數字電視播出，到 2015年將停止模擬電視播 出，目前已進入廣播電視數字化發展時代。學習數字電視技術，參與數字化的基本實 踐，實現廣播影視系統由模擬向數字化的平穩過渡，是全國廣電系統肩負的歷史任。 因而掌

2、握數字電視信號的監視和指標測量就成為工程技術人員新時期必須要具備的 業務技能。一、數字演播室編碼標準早在上世紀七十年代，英國廣播公司和索尼公司就分別展示了其各自開發的彩 色數字錄像機，成為最早的數字電視產品，由此促成了電視信號模數轉換規范的產 生。常規模擬電視首先變為數字高清電視HDTV。為了在PAL、NTSC、SECAM三大制式之間確定共同的數字化參數，國際無線電咨詢委員會（CCIR ）于1980提出了電視信號模數轉換標準，即稱為數字演播室標準的CCIR601，成為模擬電視向數字電視轉變過程中的第一個標準規范，該標準與525/60和625/50掃描標準都兼容，并且是所有后來的分量數字開發的基

3、礎。后來CCIR成為國際電信聯盟的無線電委員會，稱為ITU-R，相應的CCIR-601也改稱為ITU-R601。在該標準中，對采樣頻率、采樣格式、色彩空間轉換等都作了嚴格的規定，主要參數有：(1) 采樣頻率根據奈奎斯特定理，對具有6MHz帶寬的亮度信號來說，抽樣頻率必須不小于 其頻率的2倍，另外，為了保證信號的同步，采樣頻率也必須是行頻的整數倍，所以標準規定：fs=13.5MHz(2) 采樣格式標準建議以4:2:2的采樣格式，即亮度信號13.5MHz頻率采樣，兩個色差信號則用 6.75MHz頻率采樣。即在每一行中 Cb和Cr樣本與奇數Y樣本共位。數字場中有效行的分配以能夠避免數字處理半行的方式

4、排列，625/50信號兩個數字場中有效行的數目都是288，一幀的有效行是576而不是模擬信號的575行， 場1數字消隱占24行，場2數字消隱占25行。每行數字分量信號的取樣點數為：(625/50 制式)每行亮度取樣點=13.5MHz/15625Hz=864每行每個色差取樣點=6.75MHz/15625Hz=432(525/60制式)每行亮度取樣點=13.5MHz/15734.266Hz=858每行每個色差取樣點=6.75MHz/15734.266Hz=429CCIR建議兩種制式有效行的取樣點亮度信號取720個，兩個色差信號各取360個，即每個有效行包括720個亮度數據和720個色度數據(兩個色

5、度各360個)， 這樣就統一了數字分量編碼標準，使三種制式便于轉換和統一。所以有效行亮度信 號與兩個色差信號的取樣點之比也為4:2:2( 720:360:360 )。這就是數字分量編碼的4:2:2標準,也稱為4:2:2格式。(3) 分辨率分辨率即是每幀圖像有效行內的有效樣本數，CCIR601規定對所有的制式，其每一行的有效樣本點數為720個。由于不同的制式其有效行數不同，其分辨率也不 同，分別為：PAL 制和 SECAM 制為：720X576NTSC 制為：720X480(4) 數據量如果按4:2:2的格式采樣，10Bit量化時，數字視頻的數據量為：13.5 X0+6.75 X10+6.75

6、X10=270Mbps如果按4:2:2的格式采樣，8Bit量化時，數字視頻的數據量為：13.5 X8+6.75 X8+6.75 X8=216Mbps(5) 數據時分復用經量化、編碼后的視頻數據字有 3個樣本值，CCIR601規定進行多路復用后按 27Mwords/s來傳遞,其中字按以下順序傳遞:Cb、Y、Cr、Y、Cb、Y、Cr、Y、Cb、 Y、Cr、Y，其中前3個字涉及共位的亮度和色度樣本，以下字丫涉及僅亮度(單獨) 樣本。每個有效行的第一個視頻數據字是 Cb。(6) SDI (數字分量串行接口)技術SDI就是把數據字的各個比特以及相應的數據通過單一通道順序進行傳送的接 口。由于串行數字信號

7、的數據率很高(270Mbps )，在傳送前必須經過處理，電影 電視工程師協會建議用擾碼的不歸零倒相調制NRZI編碼技術(遇1時翻轉，遇0時保持不變)來代替早期的分組編碼，確保在接收端可靠地恢復數據，其標準稱為 SMPTE 259M。該標準包括含數字音頻在內的數字復合和數字分量信號。主要有以下四種:SMPTE 259-A :143MbpsNTSC數字復合SMPTE 259-B :177MbpsPAL數字復合SMPTE 259-C :270Mbps525/625數字分量SMPTE 259-D :360Mbps525/62516:9數字分量(7)數字音頻嵌入解嵌技術在4:2:2串行數據流中，視頻行、

8、場消隱期間除定時基準信號(EAV、SAV)有 用外，其他樣點都是固定的消隱電平值，在數據處理時是用不上的，這樣，數字音 頻數據就可以按一定格式以輔助數據的形式插入到數字視頻分量的行輔助數據區 中，從而與數字分量視頻信號同時傳輸，即實現音頻嵌入。解嵌是嵌入的逆過程。我國標清數字電視(SDTV )所依據的標準就是ITU-R BT601。其圖像格式為 720X576/50/2:1，幀 625 行，有效行 288X2，數字場消隱期 24+25=49 行，4: 2: 2取樣格式，SDI串行接口，數據率為270Mbps，視頻信源編碼采用 MPEG-2中的 MPML標準。二、數字SDI播出系統的解決方案在模

9、擬電視向數字電視轉變的進程中，數字化播出相當關鍵。早在幾年前，廣 告和新聞節目的硬盤播出就在許多電視臺廣泛采用。近幾年隨著視頻壓縮技術、大 容量存儲技術和傳輸技術的迅速發展，使得以硬盤存儲為基礎建立數字化硬盤播出 系統的方式已被業內所認同，并正在逐步得以推廣應用。1、搭建數字SDI播出系統的原則(1) 可靠性安全原則電視播出系統的安全可靠是電視播出的生命。系統的可靠性又依賴于系統軟、硬件設備的可靠性。對所選用的設備應做系統、全面的可靠性、穩定性運行狀態的考察。(2) 平穩過渡數模兼容原則數字技術在電視業界的前期制作中應用較早，但用在電視信號的傳送播出上，應該說，還處在初級階段。實現電視播出網絡

10、全數字化，播出信號全部采用數字SDI 接口，指標當然會很好，但由于各電視臺的設備和資金情況不同，如目前數字設備 還較少，就可以考慮先上盤帶結合的播出方式，遵循平穩過渡循序漸進的原則，待 條件成熟后再過渡到數字SDI的播出。當然有條件的電視臺，就可以一步到位實現 全數字SDI的播出。目前越來越多電視臺米用后者方式。(3) 系統易擴充升級原則系統設計中，應根據當前國際廣播電視的發展趨勢和國內廣播電視的現狀，結合本臺今后電視事業發展的需求，充分留有擴充的余地并使設備具有升級的靈活性。所以系統的積木式和設備的模塊化結構就顯得特別重要。(4) 科學先進性原則系統構成應是科學的組合和搭配，成熟的先進技術無

11、疑是首選的目標。在電視技術的發展日新月異的今天，設備構成應保證至少三至五年內不被淘汰。(5) 通道指標達標原則保證系統的質量指標又是一項重要原則，這也是實現數字播出的主要目標之一， 系統的指標主要取決于系統中關鍵設備的指標，所以要求系統中的關鍵設備要通過 廣電總局的檢測。(6) 售后保障原則進入硬盤特別是SDI播出后，相應技術越來越先進，檢測手段越來越復雜，多數電視臺對數字設備的檢測儀器和檢測手段還不完備，因而廠家的售后保障就顯得尤為重要。2、數字化方案服務器為核心的硬盤播出方式是必然選擇。播出系統的數字化是電視系統整體數字化的一個重要環節，除了對硬盤播出系統具有安全、可靠這一基本要求以外，多

12、套節目集中播出這一方式對系統的存儲容量、節目的輸入輸出通道數、數據的傳輸速率以及數據的讀寫速度等均提出了很高的要求。系統設計應以視頻服務器為核 心，以播出矩陣為中心，內部信號一律采用SDI信號，少數模擬設備經ADC送播出, 外送信號采用SDI與模擬復合共存形式，并要著重考慮以下方面：硬盤視頻服務器要能支持多頻道播出的要求， 通道數至少可擴充至4-6個頻道;播出要采用MPEG-2（4:2:2）格式傳輸、存儲節目信號，支持 6Mb/s 12Mb/s碼流編碼；存儲容量要能滿足多個頻道3天以上的滾動播出需求，且存儲容量要易擴充并 具備RAID冗余功能；系統內部一律采用SDI數字信號（內嵌AES/EBU標準音頻），符合SMPTE259-C : 270Mbps 625/50 數字分量格式；為確保安全播出，系統內部的關鍵部件如視頻服務器、切換矩陣、SQL數據庫、 播出控制機、同步機等均應進行熱備份，主備同時工作，隨時可以倒換；為提高信號指標，字幕、臺標須經鍵混疊加，鍵混、數字幀同步、數字音頻處理器（DAP）等串接在播出線上的設備要具備掉電直通功能。此外，總控技術近幾年的發展尤為迅速，正在逐步實現數字化、網絡化和智能化，并已成為整個電視播