Современные системы цифрового телевидения

1.

Центр дистанционного обучения
Современные системы цифрового телевидения
Семестр 2 Лекция 1
Мультиплексированные потоки цифрового
телевидения
ФИО преподавателя: Смирнов
Александр Витальевич
e-mail: [email protected]
online.mirea.ru

2. Элементарный поток видеоинформации

Центр дистанционного обучения
Элементарный поток видеоинформации
ВП - видеопоследовательность, ГИ - группа изображений,
ИЗ - изображение, МБ - макроблок, ЗГ – заголовок,
РСШ – расширение, ДП – данные пользователя.
10.8.20
online.mirea.ru

3. Видеопоток H.264

Центр дистанционного обучения
Видеопоток H.264
Видеопоток H.264 состоит из модулей NAL (Network Abstract
Level). Модуль NAL состоит из индикатора типа содержимого
модуля и нагрузки, называемой RBSP (Raw Byte Sequence Payload).
Среди типов RBSP есть наборы параметров, кодированные слайсы
и различные вспомогательные и/или необязательные RBSP. Модули
NAL передаются в таком порядке, в каком должно выполняться
декодирование. Наборы параметров должны передаваться в
начале, чтобы дать необходимую информацию декодеру.
При передаче модулей NAL в пакетизированном потоке каждый
такой модуль упаковывается в отдельный пакет. При объединении
модулей NAL в непрерывный поток перед ними вставляются
префиксы, сходные с таковыми в видеопотоке MPEG-2.
10.8.20
online.mirea.ru

4. Элементарный поток звуковой информации

Центр дистанционного обучения
Элементарный поток звуковой информации
Поток данных состоит из звуковых кадров (Frame).
Звуковой кадр начинается с заголовка:
- синхрослово (111111111111b или FFFh);
- параметры режима кодирования.
Затем идут данные каналов L и R – базовая часть
звукового кадра, совместимая с MPEG-1.
Затем – расширения, содержащие данные других
каналов объемного звука.
Звуковой кадр также содержит контрольные слова,
позволяющие обнаруживать ошибки.
10.8.20
online.mirea.ru

5. Виды мультиплексированных потоков

Центр дистанционного обучения
Виды мультиплексированных потоков
Программный поток – видео, звук и дополнительные данные
одной ТВ-программы. Используется при записи на DVD и др.
Форматы файлов *.mpg, *.vob. Представляет собой
последовательность пакетов элементарных потоков PES.
Транспортный поток (TS - Transport Stream) – объединяет
несколько ТВ-программ для передачи по каналу ТВ-вещания.
Применяются также аналогичные по назначению программному
потоку форматы файлов (контейнеры) *.avi, *.mp4, и другие.
10.8.20
online.mirea.ru

6. Пакеты PES

Центр дистанционного обучения
Пакеты PES
Длина – переменная, до 65536 байтов.
Состоят из заголовка и «полезной нагрузки».
Заголовок:
- код начала пакета 000001h (23 нуля и 1);
- идентификатор потока – 8 бит;
- длина пакета – 16 бит;
- управление скремблированием – 2 бита;
-….
10.8.20
online.mirea.ru

7. Служебные пакеты в PS

Центр дистанционного обучения
Служебные пакеты в PS
10.8.20
online.mirea.ru

8. Системный заголовок PS

Центр дистанционного обучения
Системный заголовок PS
05E1 = 0000010111100001
Внимательно изучите
таблицу 3.7 Приложения
10.8.20
online.mirea.ru

9. Структура файла AVI

Центр дистанционного обучения
Структура файла AVI
Список ‘hdrl’ содержит
заголовки, в которых
содержатся параметры
видео и аудио, имена
потоков.
Список ‘movi’ содержит блоки видео и
аудио. Блоки могут группироваться в
блоки-списки 'rec ', которые должны
целиком считываться с диска в ОЗУ для
одновременного воспроизведения.
Идентификатор блока с аудиоданными
имеет вид '##wb', блока с несжатыми
видеоданными – '##vd' и блока со
сжатыми видеоданными – '##vc'.
10.8.20
online.mirea.ru

10. Структура файла MP4

Центр дистанционного обучения
Структура файла MP4
В блоке moov содержатся метаданные, то есть информация об
основной информации, в том числе, параметры кодирования, а в
блоке mdat – сами медиаданные. Блоков mdat может быть
несколько. Кроме того, медиаданные могут находиться в других
файлах. Раздельное хранение медиаданных и метаданных является
одним из средств повышения гибкости формата и отличает его от
программного потока MPEG-2, в котором метаданные содержались в
заголовках структурных единиц.
10.8.20
online.mirea.ru

11. Формирование транспортного потока

Центр дистанционного обучения
Формирование транспортного потока
Пакет. – пакетизатор;
PES – пакетизированный ES;
10.8.20
ES – элементарный поток;
TS – транспортный поток.
online.mirea.ru

12. Пакеты TS

Центр дистанционного обучения
Пакеты TS
Длина – 188 байтов.
Заголовок – 4 байта:
- стартовый байт – 10000111b (47h);
- бит ошибки;
- бит начала пакета PES;
- бит транспортного приоритета;
- 13 бит PID (Packet Identificator);
- 2 бита управления скремблированием;
- 2 бита управления полем адаптации;
- 4 бита счетчик непрерывности.
10.8.20
online.mirea.ru

13. Фиксированные PID

Центр дистанционного обучения
Фиксированные PID
PID = 0 - PAT (Program Association Table). Содержит PID
таблиц PMT (Program Map Table) всех программ данного
TS. Пакеты PAT и PMT всех программ должны
передаваться с частотой не менее 10 Гц.
PID = 1 – CAT (Conditional Access Table). Содержит PID
пакетов с информацией для условного доступа.
PID = 0x11 - SDT (Service Description Table) таблица
описания служб. Содержит сведения о службах (видах
сервиса), передаваемых в транспортном потоке.
и другие...
10.8.20
online.mirea.ru

14. Фрагмент структуры TS

Центр дистанционного обучения
Фрагмент структуры TS
10.8.20
online.mirea.ru

15. Демультиплексирование транспортного потока

Центр дистанционного обучения
Демультиплексирование транспортного потока
ДМп - демультиплексор
10.8.20
online.mirea.ru

16. Алгоритм демультиплексирования

Центр дистанционного обучения
Алгоритм демультиплексирования
1. Извлечение из TS пакета с PID=0 и считывание из него
PAT.
2. Выбор программы и считывание из PAT значения PID
пакетов с PMT (т.е. картой) этой программы.
3. Извлечение из TS пакета с PMT выбранной программы
и считывание значений PID пакетов с видео, аудио и др.
данными этой программы.
4. Извлечение из TS пакетов с видео, аудио,
синхронизацией и др. данными выбранной программы,
выемка данных из пакетов и формирование
элементарных потоков, направляемых на декодеры.
10.8.20
online.mirea.ru

17. Синхронизация тактовой частоты в цифровом ТВ

Центр дистанционного обучения
Синхронизация тактовой частоты в цифровом ТВ
Должны удовлетворяться условия на системную тактовую
частоту:
27 000 000 – 810 < fТ< 27 000 000 + 810 (Гц).
Тактовые генераторы в разных устройствах имеют разброс fT.
В транспортном потоке в полях адаптации некоторых пакетов
передаются метки тактовой частоты программы PCR (Program Clock
Reference). По этим меткам осуществляется подстройка тактовой
частоты декодеров. Метка PCR имеет размер 42 бита и показывает
значение времени, соответствующее моменту передачи ее
последнего бита. Значение времени выражено числом периодов
тактовой частоты 27 МГц, отсчитанных в передающей части от
некоторого начального момента времени. Для каждой программы в
транспортном потоке передаются свои PCR, причем не реже чем
через 0,1 с.
10.8.20
online.mirea.ru

18. Синхронизация воспроизведения

Центр дистанционного обучения
Синхронизация воспроизведения
Синхронизация должна обеспечивать декодирование и
отображение видео и звука в нужной последовательности и с
заданной скоростью.
Для этого в заголовках пакетов PES передаются временные
метки двух типов: метка времени декодирования DTS (Decoding
Time Stamp) и метка времени воспроизведения PTS (Presentation
Time Stamp). Они содержат значения времени, выраженные в
числе периодов частоты 90 кГц. Размер каждой метки 33 бита. Два
вида меток необходимы в связи с тем, что порядок кадров при
кодировании изменяется.
При декодировании видеоинформации значение времени
воспроизведения из метки PTS или DTS дается первому
изображению, следующему в потоке данных после этой метки.
Аналогично определяется время воспроизведения звуковых
кадров.
10.8.20
online.mirea.ru

19. Скремблирование

Центр дистанционного обучения
Скремблирование
Это сложение по модулю 2 цифрового сигнала с ПСП.
ПСП генерируется с начала для каждого цикла из 8 пакетов
транспортного потока. Байты пакетов TS поступают на скремблер
старшим битом вперед. Заголовки пакетов TS не скремблируются
(при их поступлении генератор ПСП блокируется).
В первом пакете каждого цикла для цикловой синхронизации
дескремблера выполняется инверсия синхробайта.
Синхробайт : 47h (01000111b).
После инверсии : В8h (10111000b).
10.8.20
online.mirea.ru

20. Назначение скремблирования

Центр дистанционного обучения
Назначение скремблирования
В результате скремблирования характеристики цифрового
сигнала становятся близкими к характеристикам случайного
сигнала: устраняются длинные серии нулей и единиц,
количества этих символов примерно выравниваются, а
переходы между ними происходят в случайном порядке.
Благодаря этому обеспечивается более точное восстановление
тактовой частоты.
Кроме того, выравнивается энергетический спектр сигнала,
что также способствует повышению помехоустойчивости. Еще
одна функция скремблирования - шифровка сигнала для
ограничения доступа к ТВ программам.
10.8.20
online.mirea.ru

21. Скремблер-дескремблер в DVB

Центр дистанционного обучения
Скремблер-дескремблер в DVB
10.8.20
online.mirea.ru

22. Условный доступ в DVB

Центр дистанционного обучения
Условный доступ в DVB
В DVB стандартизирован Общий Алгоритм Скремблирования
(CSA - Common Scrambling Algoritm).
Этот алгоритм реализуется внутри БИС, выполняющих
скремблирование и дескремблирование, и известен только
фирмам-производителям.
Бесплатные программы также скремблируются, так как это
необходимо для передачи. Ключи для дескремблирования
бесплатных программ фиксированы в аппаратуре (ключ «по
умолчанию»).
Поле скремблирования пакета TS:
00 – нескремблирован; 01 – скремблирован «по умолчанию»;
10 и 11 – для дескремблирования нужен ключ.
10.8.20
online.mirea.ru

23. Передача ключей для дескремблирования

Центр дистанционного обучения
Передача ключей для дескремблирования
Ключ – 64-битовое Контрольное Слово (КС), которое меняется
каждые несколько секунд. КС передается в TS пакетах ECM для
каждой программы.
КС зашифровано. Шифр определяет вещатель. Сеансовые
ключи к этому шифру передаются в пакетах EMM, расшифровать
которые могут только обладатели абонентских карт, оплатившие
услуги вещателя.
10.8.20
online.mirea.ru

24.

Центр дистанционного обучения
Спасибо за внимание!
online.mirea.ru