一種基于PC機(jī)的數(shù)字電視接收系統(tǒng)
引言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字處理及圖像壓縮技術(shù)等高科技迅猛發(fā)展,傳統(tǒng)電視走進(jìn)了數(shù)字電視的新時(shí)期。(數(shù)字電視—指從節(jié)目攝制、制作、編輯、存儲(chǔ)、發(fā)射、傳輸,到信號(hào)接收、處理、顯示等全過(guò)程完全數(shù)字化的電視系統(tǒng)。)
伴隨著電視廣播的全面數(shù)字化和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字電視信號(hào)不僅可由“機(jī)頂盒+電視機(jī)”的模式接收,而且也可以在PC機(jī)上直接收看。
本文闡述和分析了用PC機(jī)接收數(shù)字電視信號(hào)的實(shí)際意義和發(fā)展趨勢(shì),并給出一個(gè)基于PC機(jī)的數(shù)字電視接收系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。
1. 國(guó)外主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及我國(guó)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀
1.1? 國(guó)外數(shù)字電視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
目前國(guó)際上數(shù)字電視主要有三種標(biāo)準(zhǔn)[1] :
1)歐洲ETSI的DVB(Digital Video Broadcasting 數(shù)字視頻廣播);
DVB是將數(shù)字視頻、音頻和多媒體數(shù)據(jù)信號(hào)編碼為MPEG-2視頻、音頻及多媒體信號(hào),經(jīng)過(guò)復(fù)用為信源輸出信號(hào)??煞謩e饋送至DVB-S/C/T信道。DVB家族三成員:
1、? 用于衛(wèi)星數(shù)字電視廣播的DVB-S
衛(wèi)星信道的特點(diǎn)是:可用頻帶寬、功率受限、干擾大、信噪比低。所以要求采用可靠性高的信號(hào)調(diào)制方式,并要求有較強(qiáng)的信號(hào)糾錯(cuò)能力,對(duì)帶寬要求不是特別高。因此DVB-S采用前向糾錯(cuò)(FEC)(包括Viterbi編碼、交織、RS編碼及加擾等電路)、正交移相鍵控(QPSK)調(diào)制的信道處理方式,然后發(fā)送給衛(wèi)星鏈路;接收時(shí)進(jìn)行相反的處理。DVB-S標(biāo)準(zhǔn)已為全球所認(rèn)同。
2、? 用于有線(同軸電纜)數(shù)字電視廣播的DVB-C
有線信道的特點(diǎn)是:信噪比高、頻帶資源窄、存在回波和非線性失真。這就要求DVB-C采用帶寬窄、頻帶利用率高、抗干擾能力較強(qiáng)的調(diào)制方式。同時(shí),由于信道信噪比高、誤碼率較低,對(duì)糾錯(cuò)能力要求不很高,因此,DVB-C的信道部分采用RS碼、卷積碼交織和正交幅度調(diào)制(QAM)技術(shù)。DVB-C為歐洲、澳大利亞、北美、南美等一些國(guó)家接受。
??? 3、用于地面數(shù)字電視廣播的DVB-T
地面廣播的特點(diǎn)是:地形復(fù)雜、存在時(shí)變衰落和多徑干擾、信噪比較低,而且要支持移動(dòng)接收。因此,DVB-T采用前向糾錯(cuò)(FEC)(包括內(nèi)碼交織、內(nèi)碼Viterbi編碼、外碼交織、外碼RS編碼)和能有效消除多徑干擾的正交頻分復(fù)用(COFDM)以及格雷碼映射4/16/64QAM調(diào)制等技術(shù)進(jìn)行信道處理。然后在原來(lái)用于模擬的6MHz、7MHz和8MHz頻帶內(nèi)發(fā)送數(shù)字電視節(jié)目。DVB-T發(fā)送的比特率是可變的。數(shù)字電視地面廣播DVB-T已在歐洲、澳大利亞、新加坡進(jìn)行了廣泛的測(cè)試試驗(yàn)并得到認(rèn)可[2]。
2)日本DiBEG的ISDB-T(Integrated Services Digital Broadcasting 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播),源于DVB;
3)美國(guó)先進(jìn)電視委員會(huì)ATSC(Advanced Television System Committee 先進(jìn)電視制式委員會(huì))的DTV。
ATSC的DTV是一種地面數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn),與DVB-T形成競(jìng)爭(zhēng),已在澳大利亞、新加坡等國(guó)家與DVB-T進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。目前接受該標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家和地區(qū)有美國(guó)、加拿大、墨西哥、阿根廷、韓國(guó)、***等。另外,北美地區(qū)在衛(wèi)星數(shù)字電視廣播方面接受DVB-S、DSS(休斯數(shù)字衛(wèi)星系統(tǒng))標(biāo)準(zhǔn);在有線數(shù)字電視廣播方面接受OpenCable(美國(guó)CableLabs制定的數(shù)字有線標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)接受ATSC制式以及國(guó)際電訊聯(lián)盟(ITU)的ITU-TJ83的用于電視、聲音和數(shù)據(jù)服務(wù)的有線數(shù)字多節(jié)目制式)。 ATSC系統(tǒng)由信源編碼和壓縮、業(yè)務(wù)復(fù)用和傳送、射頻/傳輸3個(gè)子系統(tǒng)組成。信源編碼和壓縮可分別用于視頻、音頻和輔助數(shù)據(jù)。在HDTV系統(tǒng)中,視頻編碼使用MPEG-2視頻碼流語(yǔ)法,音頻編碼采用杜比AC-3數(shù)字音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。業(yè)務(wù)復(fù)用和傳輸子系統(tǒng)是將視頻、音頻和輔助數(shù)據(jù)從各自的數(shù)據(jù)流分組中打包并復(fù)用為一個(gè)單一數(shù)據(jù)流,該子系統(tǒng)采用MPEG-2傳送碼流語(yǔ)法。傳送中充分考慮了各種數(shù)字媒體和計(jì)算機(jī)接口間的互操作性。射頻/傳輸子系統(tǒng)完成信道編碼和調(diào)制。接收是發(fā)送的逆過(guò)程[3]。
1.2? 我國(guó)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀
1999 年我國(guó)開始實(shí)施數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng),第二年成立了全國(guó)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì),中國(guó)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)制訂工作正式啟動(dòng)。信息產(chǎn)業(yè)部和國(guó)家廣電總局也都為此成立了專門的標(biāo)準(zhǔn)制訂專家組,進(jìn)行國(guó)內(nèi)外數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)的整理和研究工作。
目前,在數(shù)字電視地面標(biāo)準(zhǔn)方案中,風(fēng)頭最勁的兩派分別是以清華為首的、采用多載波調(diào)制技術(shù)的DMB-T(即“北派”),及以上海交大為核心的采用單載波調(diào)制技術(shù)的ADTB-T(“南派”)。2004 年11 月以來(lái),清華和上海交大都進(jìn)行了地面?zhèn)鬏數(shù)膶?shí)驗(yàn),均獲得了成功。更令人興奮的是,2005 年1月22 日,基于清華大學(xué)DMB-T 制的中國(guó)第一塊擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“中視一號(hào)”數(shù)字電視地面?zhèn)鬏?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/137/" target="_blank">芯片在復(fù)旦大學(xué)問(wèn)世,這被稱為“中國(guó)數(shù)字電視百萬(wàn)門級(jí)專用集成電路自主設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的重大突破”。2006年9月,我國(guó)數(shù)字電視地面無(wú)線傳輸?shù)募夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)業(yè)已通過(guò),來(lái)年即將正式實(shí)施。
2.??? 用PC機(jī)接收數(shù)字電視信號(hào)的意義和發(fā)展趨勢(shì)
2.1?? 用PC機(jī)接收數(shù)字電視信號(hào)的意義
個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)在數(shù)字電視的發(fā)展中扮演這一個(gè)重要的角色。巨大的使用量(超過(guò)3.5億臺(tái))、公開的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和低廉的成本。用PC實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視的接收比用“機(jī)頂盒+電視機(jī)“的接收模式更具有互動(dòng)性和隨意性,用戶可以通過(guò)實(shí)時(shí)點(diǎn)播,根據(jù)自己的喜好不受限制地收看自己想看的節(jié)目。PC的顯視器具有百萬(wàn)像素的分辨率,已經(jīng)完全可以顯示高清晰度電視(HDTV)圖像。另外,在PC平臺(tái)上開發(fā)HDTV的花費(fèi)也相當(dāng)?shù)?。通過(guò)PC實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視的接收比單獨(dú)購(gòu)買昂貴的數(shù)字電視接收裝置要便宜與實(shí)用,使其對(duì)消費(fèi)者更具有吸引力。
另外,由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用的是TCP/IP協(xié)議,用戶還可以非常容易地將電視服務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、電子郵件、以及多種在線咨詢、娛樂(lè)、教育及商務(wù)功能結(jié)合在一起。
2.2? 發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)數(shù)字電視歷經(jīng)數(shù)年的研究已經(jīng)獲得長(zhǎng)足的發(fā)展,并獲得了國(guó)家、政策的全力支持。目前,相關(guān)部門已經(jīng)為數(shù)字電視的發(fā)展設(shè)置了時(shí)間段:2008年數(shù)字奧運(yùn),2015年最后期限。
現(xiàn)在許多用戶已經(jīng)使用模擬的電視卡在PC機(jī)上觀看電視節(jié)目。這表明電視和PC的結(jié)合已經(jīng)具有相當(dāng)大的市場(chǎng)份額。在過(guò)去的幾年,基于PC機(jī)的模擬電視接收卡市場(chǎng)有著穩(wěn)定的發(fā)展。由于其豐富的視覺(jué)感受和交互式數(shù)據(jù)增值服務(wù),DTVPC卡以成為比現(xiàn)今的PC機(jī)模擬電視接收卡更引人矚目的一種解決方案。當(dāng)“電影式的”娛樂(lè)項(xiàng)目與PC機(jī)的實(shí)時(shí)交互性相結(jié)合的時(shí)候,數(shù)字電視的觀感效果比模擬電視有了相當(dāng)大的增強(qiáng)。一個(gè)購(gòu)買模擬電視卡的潛在用戶,將會(huì)更加愿意多投入些資金購(gòu)買這種既支持模擬電視又支持?jǐn)?shù)字電視的合成板卡,以避免冒很快就被淘汰的“機(jī)頂盒+模擬電視機(jī)”的風(fēng)險(xiǎn)。而且,消費(fèi)者也可以在考慮花費(fèi)大量資金為室內(nèi)添置一臺(tái)高清晰度電視機(jī)之前,嘗試在PC監(jiān)視器上感受高清晰度電視的良好效果。廣電公司在DTVPC卡的安裝使用有了一定基礎(chǔ)的同時(shí),也有信心制作更多的數(shù)字電視節(jié)目?jī)?nèi)容,這將從總體上推動(dòng)了數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
最近幾年,網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)發(fā)展迅速,它作為一種新的媒體,覆蓋了廣播、電視、報(bào)紙、互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)等五大媒體。它是綜合了信息技術(shù),網(wǎng)絡(luò)技術(shù),計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的。目前,我國(guó)的數(shù)字電視和網(wǎng)絡(luò)電視的發(fā)展開始進(jìn)入快速軌道,政府正在加大推進(jìn)力度。可以說(shuō),正確處理好傳統(tǒng)數(shù)字電視和現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)電視之間的關(guān)系,解決網(wǎng)絡(luò)電視的版權(quán)、各方利益的問(wèn)題,讓廣大用戶能夠在自家的PC電腦上收看到高質(zhì)量的數(shù)字電視節(jié)目,是業(yè)內(nèi)目前需要解決的問(wèn)題和行業(yè)未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。
3. 基于PC機(jī)的數(shù)字電視接收系統(tǒng)(DTVPC)
3.1? DTVPC解決方案
DTVPC解決方案必須滿足以下要求才能被消費(fèi)者廣泛接受:
· 單一板卡方案可以同時(shí)完成實(shí)際的HDTV和傳統(tǒng)模擬電視的接收;
· 安裝簡(jiǎn)單、方便;
· 可以被大眾消費(fèi)市場(chǎng)接受的價(jià)格;
· 支持PC屏幕顯示格式。
數(shù)字電視接收卡還必須支持多級(jí)同步顯視器和普通的PC顯示分辨率,如1024×768,800×600和640×480。如果這種板卡除了支持ATSC和NTSC節(jié)目外,還支持DVD回放,那么它對(duì)消費(fèi)者的使用價(jià)值又將得到極大的提高。
圖1是基于PCI接口的DTVPC卡的一種技術(shù)方案。這個(gè)接收卡上有16MB容量的SDRAM存儲(chǔ)器,用于支持實(shí)際的HDTV顯示格式(可以到720P和1080I)。DTV卡與圖形子系統(tǒng)之間通過(guò)一條模擬回環(huán)電纜連接,它將圖形顯示卡的RGB視頻數(shù)據(jù)和水平、垂直同步信號(hào)引入接收卡中。模擬開關(guān)在DTVPC和圖形顯示卡中進(jìn)行選擇。DTVPC解碼器可以被編程來(lái)控制這個(gè)模擬開關(guān)。當(dāng)解碼器的視頻輸出被選擇時(shí),不管引入的視頻格式如何,都可以在PC機(jī)的屏幕上全屏顯示HDTV廣播節(jié)目。
這種方案還允許在圖形桌面上以視頻窗口的形式來(lái)顯示。解碼器可以同步輸出與CCIR 601數(shù)字視頻兼容的高清晰度模擬視頻。CCIR 601 視頻數(shù)據(jù)通過(guò)PCI總線的視頻接口端口(VIP)送入圖形卡的視頻抓取端口,圖形卡將傳來(lái)的視頻數(shù)據(jù)覆蓋到顯示圖形頂部的一個(gè)視頻窗口中,觀看者可以選擇全屏的HDTV輸入方式,也可以在PC上進(jìn)行其他工作的同時(shí),從一個(gè)視頻窗口中觀看數(shù)字電視節(jié)目。
圖1 DTVPC解決方案
?3.2? DTVPC解決方案的基本功能
目前在“機(jī)頂盒+電視機(jī)”模式中的所有優(yōu)點(diǎn),都可以在DTVPC方案下實(shí)現(xiàn)。此方案的主要功能有:
· 多播(multicast)接收:在同一個(gè)電視臺(tái)發(fā)送多套節(jié)目時(shí)特別有用,觀看者將有機(jī)會(huì)選擇他們想看的節(jié)目或者同時(shí)收看所有的節(jié)目。
· 記錄和回放(record/playback):這項(xiàng)功能和錄像機(jī)或者錄音機(jī)的功能相同,使用PC機(jī)的硬盤驅(qū)動(dòng)器,使觀看者將有可能收到的內(nèi)容保存下來(lái)供以后觀看。
·暫停和時(shí)間切換(pause/time shift):這項(xiàng)功能與錄像機(jī)或錄音機(jī)不同的是觀看者有機(jī)會(huì)在實(shí)況廣播進(jìn)行的同時(shí)對(duì)其暫停,然后重新開始。
· 數(shù)據(jù)廣播:?jiǎn)螐募夹g(shù)上看,數(shù)字電視廣播只是一連串簡(jiǎn)單的連續(xù)數(shù)據(jù)流,它可以發(fā)送圖片、聲音、多媒體游戲等多種與所看電視節(jié)目相關(guān)的內(nèi)容,使觀看者的體驗(yàn)更具有個(gè)性化。
· 交互式電視:實(shí)時(shí)交互性使觀看者可以在MTV廣播的同時(shí)購(gòu)買音樂(lè)CD,或參與游戲節(jié)目的競(jìng)爭(zhēng)[4]。
DTVPC卡在交互式電視市場(chǎng)中將成為一種理想的構(gòu)件。這是由于大多數(shù)的PC已經(jīng)具有實(shí)現(xiàn)交互式電視所必須的最重要的功能——為觀看者提供反饋的機(jī)制?,F(xiàn)在大多數(shù)PC機(jī)都與因特網(wǎng)連接,使觀看者隨時(shí)可向服務(wù)提供商發(fā)送點(diǎn)播等控制信息。
3.3? DTVPC解決方案的技術(shù)特點(diǎn)
DTVPC解決方案的核心是解碼器。解碼器的實(shí)現(xiàn)有三種基本方法:軟件解碼、硬件解碼和硬件輔助+軟件解碼。
1.軟件解碼將所有的處理工作都交了PC機(jī)的CPU。這種方法CPU的負(fù)擔(dān)很重,對(duì)CPU的性能要求很高。一塊PⅢ750MHz的CPU加上高性能的圖形芯片僅僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)480P的數(shù)字電視碼流的解碼,如果對(duì)HDTV格式的碼流進(jìn)行軟件解碼,僅解碼部分就需要CPU高達(dá)1GHz的處理能力。
2.硬件解碼使用專用的DTV解碼芯片,這種方案不依賴CPU或圖形芯片即可完成DTV碼流的解碼,對(duì)CPU帶寬的消耗非常小,可以在絕大多數(shù)的PC上使用,但板卡成本較高。
3.本方案采用硬件輔助+軟件解碼的方法。它由三部分組成:接收卡、高性能的CPU和圖形芯片。其中,接收卡包括一個(gè)數(shù)字電視調(diào)諧器和8-VSB解調(diào)器,負(fù)責(zé)接收DTV廣播信號(hào)并傳送給CPU。CPU對(duì)傳送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行分離,并使用軟件算法對(duì)數(shù)字電視碼流解碼。圖形芯片中集成的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償電路和反余弦變換(IDCT)邏輯可以幫助CPU完成部分工作。這種處理方案在CPU性能和板卡成本之間有較好的折中。一塊PIII 550 MHz的CPU和一塊高性能的圖形芯片就可以對(duì)1080I格式的數(shù)字電視碼流解碼。
?4.? 結(jié)束語(yǔ)
本文在闡述了數(shù)字電視技術(shù)現(xiàn)狀和DTVPC系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)要求的基礎(chǔ)上,結(jié)合目前的技術(shù)水平,擬定了一個(gè)DTVPC系統(tǒng)的初步方案,采用硬件輔助加軟件解碼的方法,使PC機(jī)CPU的性能要求和板卡成本之間獲得了較好折中。但因?yàn)镈TVPC系統(tǒng)的技術(shù)還在不斷發(fā)展中,該方案能否投入商用,還有待進(jìn)一步完善和檢驗(yàn)。
評(píng)論