銘傳大學 陳游利、元智大學 黃依賢

台北科技大學 楊士萱

Digital TV Overview

http://www.csie.mcu.edu.tw/~yorkchen/pmwiki/pmwiki.phphttp://www.dvb.org/

Agenda

•• What is digital TV ?What is digital TV ?

• Standards and present status

• Digital TV basics

Digital vs. Analogue TVDigital vs. Analogue TV

SourceSource

TransmitterTransmitter

DecoderDecoderModulatorModulatorEncodersEncoders

. . . . . .

MultiplexerMultiplexer

What is digital TV ?

11 00 11 11 00 00 11 00 11

2

Analog TV vs. Digital TV

Frequency-Domain Multiplexing

Time-Domain Multiplexing

No Analog Storage

Flexible Digital Signal Processing& Local Storage (HDD)

0100100011000001111011101001111000

Encoder

110101MUX

110101

0100100011000001111011101001111000

Decoder

DEMUX

3

Video and audio source compressedData information preparedVideo, Audio and Data streams multiplexedConditional access and Service Information added

Transmission by cable/satellite/MMDS/terrestrialDemodulation by digital TV receiverDemultiplexingDecodingView on TV

The Digital TV system

ModulatorModulator DecoderDecoder

11 00 11 11 00 00 11 00 11

EncodersEncoders

. . . . . .

MultiplexerMultiplexer

4

• 電視開播是人類文明的重要進程，電視是許多人– 休閒生活的重心– 接收資訊的重要管道

• 電視的數位化– 數位電視(digital television; DTV)是以數位形式傳輸整合視訊與音

訊的通訊服務。

– 數位電視的發展，依賴影音編解碼、數位通訊與平面顯示器的技術突破，以及相關標準與法規的配合。

• 數位電視對於產業與生活的影響力，正與日俱增– 提供高品質、多樣性視聽服務– 整合多媒體家庭平台(MHP)，成為家庭網路娛樂中心。

電視的數位化

A DTV System

Audio

Video

AudioCoder

VideoCoder

MUX

Tx Rx

DEMUX

AudioDecoder

VideoDecoder

DataDecoder

Audio

Video

DataDataCoder

Data

ReturnTx

ReturnRx

Terrestrial BroadcastSatellite BroadcastCable Broadcast

Cable ModemSatellite ModemTerrestrial ModemPhone Line Modem

6

SDTV1

SDTV2

PPV3

InternetGuide

DTV Containers

HigherQuality

Multi-Programmesor Variety Services

NormalQuality

0110101

1110110

0101001

OnePhysicalChannel

010101110011101011

OnePhysicalChannel

0110101

1110110

0101001

OnePhysicalChannel

SDTVn

…

SDTV1

HDTV

7

1 HDTV service - sport & high action2 HDTV services - both film material1 HDTV + 1 or 2 SDTV non action/sport3 SDTV for high action & sport video6 SDTV for film, news & soap operas

More services means less quality

For a payload of around 19 Mb/s

Video Program Capacity

8

電視數位化的技術優勢

數位 類比

畫面清晰度 極佳 普通

鬼影 No Yes

抗雜訊 佳

頻道數 多 少

解析度（像素）720x480(SDTV)

1920x1080/1280x720(HDTV) 720x480(SDTV)

聲音品質 CD品質 FM 品質

使用頻寬效率性 高 低

差

9

有效壓縮訊號傳輸所需要的頻寬(或在相

同頻寬下提供較好的畫質或音質)

較能保證影音訊號的傳輸品質

提升系統的互動性與保密性

提供更完整的節目資訊與廣播服務資訊

數位電視的用戶因此可以更方便的享

受更高品質、更多樣性的視聽服務。

視訊廣播數位化的優點

10

• 電視數位化所帶來的效益– 可以提昇電波頻譜的使用效率– 提供民眾更高品質的視聽服務及多元的選擇– 並促進平面顯示器、半導體、及數位內容等相關產業的發展

• 美國– FCC於2002年宣佈「2004年7月起36吋以上電視機需配備Digital

Tuner，2007年7月起13吋以上電視機僅提供數位電視」。• 中國

– 發展與推動「廣播影視科技十五計畫」– 2008年奧運以數位電視方式廣播

• 根據In-Stat及IDC分析，數位電視產業已然快速成長– 在2004年，數位電視機產值收益已達239億羌元– 到2008年，數位電視機產值收益將達到641億美元。

國際數位電視與廣播產業現況

• 我國將數位電視的發展遠景定為「數位電視普及化、數位頻道多元化、數位內容優質化、數位落差極小化」– 期望藉由明確之政策宣示、優惠之輔導獎勵、並輔以宣導推廣等

措施，以達成我國在2010年電視全面數位化的目標。• 行政院「挑戰2008：國家發展計畫」之「數位台灣計畫」

中，已將電視與廣播之數位化列為未來五年之施政目標。

• 為了加速我國數位電視產業發展，2004年11月行政院第6次財經會報正式通過「數位電視導入時程及配套措施」，決議– 2008年1月起全面導入數位電視內建式接收器– 2010年底以前全面收回類比頻道及再運用– 2010年底以前數位電視機貨物稅以減半為原則

台灣數位電視發展現況(政策面)

• 在數位電視地面廣播方面– 2003年4月全區開播「標準畫質電視」(SDTV) 節目，電視台目前

正積極進行環島網路建置。

– 並預定於2008年開播「高畫質電視」(HDTV)節目。• 在數位電視有線廣播方面

– 2002年起東森與中嘉兩大MSO開始提供數位電視頻道服務。• 在手持式數位電視有線廣播方面

– 2006年8月NCC公告甄選業者辦理「手持式電視實驗性試播計畫」，並已於2007年開始行動電視的測試服務。

• 數位電視地面廣播採用歐規的DVB-T系統。• 行動數位電視廣播包括DVB-H、DMB、MediaFLO等規

格。

台灣數位電視發展現況(系統面)

• 自2002年開始DTV產業相關廠商逐漸積極投入發展– 目前已是LCD數位電視的生產大國– DTV相關之關鍵零組件也在積極開發之中。– 在DTV STB(Set Top Box)之技術已臻成熟，在市場佔有率上有不

錯的表現。根據工研院IEK分析，於2004年我國STB產值有4.3億美元，到2008年我國DTV STB 將有14.5佰萬套以上產量，產值更達7.3億美元以上。

• 根據IEK 2005/9分析資料，電視手機市場在未來幾年將會高度成長。從電視手機發展趨勢及我國產業結構來看，電視手機之產品與技術發展是我國非常好的機會。

• 2005年8月「台灣數位電視產業聯盟」及「通訊產業聯盟」組成「行動電視產業交流會」。

台灣的數位電視發展(產業面)

數位化帶來新興電視服務-高畫質、互動、移動

INTERACTIVEINTERACTIVE

HIGH DEFINITIONHIGH DEFINITION

MOBILE RECPTION MOBILE RECPTION

EPGEPG

PPVPPV

ee--mmailailVODVOD

GameGameInternetInternet

TVTV BizBiz

High Definition ProgramLarge and Flat DisplayCenter of the Home InfotainmentVery Expensive

Sensitive ReceptionThe Smaller the Better(Tuner)TV EverywhereCheaper?

15

本頁資料取材自「社團法人台灣數位電視協會」網頁

目前台灣數位電視播出頻道

• 互動數位電視搭配家庭多媒體網路，以提供更具品質之系統服務與多樣化的互動內容，乃是數位生活環境建立的重要課題。

• 截至2006年底全球寬頻用戶數約達2.8億，家戶普及率約14.8%。– xDSL (67%)，Cable Modem (23%)，FTTx (9%)。

• 隨著寬頻網路的發展與IPTV業務的推動，全球IPTV用戶數急速成長，由2006年的480萬戶，預估至2008年將達1,907萬戶，其中亞洲地區因寬頻環境成熟，2005-2011年IPTV用戶數複合成長率將達73.3%。全球2006年IP數位機上盒(IP Set-Top Box; IP STB)出貨量已突破600萬台，預估2009年總產量將會突破2千萬台。

• 我國在IPTV市場發展方面，主要驅力來自於中華電信的大力推動，長久以來由於中華電信一直掌握台灣地區最後一哩的優勢，因此囊括全台近95%的IPTV市場佔有率。但2006年5月NCC決議中華電信須開放IPTV播放平台，讓其他網路營運商接取服務的用戶，亦能觀賞中華電信服務平台上所提供的IPTV內容。另外，NCC亦規定中華電信不能在IPTV平台上經營頻道內容。在NCC強勢介入後，預估台灣IPTV市場會因內容業者間相互競合的效應，而激盪出更豐富多元的數位內容。

IPTV的發展

Agenda

• What is digital TV ?

•• Standards and present statusStandards and present status

• Digital TV basics

Current Analogue TV Standards

USA 60Hz NTSC 525 linesJapan 60 Hz NTSC 525 linesChina 50Hz PAL-D 625 linesGermany 50Hz PAL-B/G 625 linesFrance 50Hz SECAM-L 625 linesUK 50Hz PAL-I 625 linesBelgium 50Hz PAL-B/H 625 lines

19

20

NTSC

PAL

SECAM

PAL/SECAM

Unknown

Source: Neil Pickford (Australian Comms Lab)

Analogue: World TV Standards

數位電視廣播的標準

世界上數位電視廣播的三大系統

歐規的DVB (Digital Video Broadcasting)美規的ATSC (Advanced Television Systems Committee)日規的ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting)

數位電視廣播標準，針對不同傳輸環境分別制定

其技術規範：

地面廣播(terrestrial, -T)衛星廣播(satellite, -S)有線電視廣播(cable, -C)手持式裝置廣播(handheld, -H)

21

22

全球數位電視標準分佈圖

Vocabulary

• DVB: Digital Video Broadcasting, a European lead forum for digital TV specification

• MPEG: Moving Picture Expert Group, an ISO/IEC standardization group

• ATSC: Advanced Television System Committee• SI: Service Information, a DVB spec for

information on the contents of services• EPG: Electronic Program Guide, an application

providing the consumer information on the services• STB: Set-Top Box, the digital TV receiver• DBS: Direct Broadcasting Satellite

23

International Standards

衛星衛星

有線電視

有線電視

地面廣播

地面廣播

DDS,DVB-SDDS,DVB-S DVB-SDVB-S DVB-SDVB-S DVB-SDVB-S

SCTE-031,OpenCableSCTE-031,OpenCable

DVB-CDVB-C DVB-CDVB-CDVB-C(可能)

DVB-C(可能)

ATSC(8VSB)ATSC(8VSB)

DVB-T(COFDM)DVB-T

(COFDM)ISDB

(COFDM)ISDB

(COFDM)DVB-T

(COFDM)DVB-T

(COFDM)

美國美國 歐洲歐洲 日本日本 台灣台灣

加拿大，阿根

廷，南韓

澳洲，紐西蘭，

新加坡，印度，

巴西24

全球地面無線數位廣播標準

25

中國

(China)美國

(USA)歐洲

(Europe)日本

(Japan)南韓

(S.K)

地面無線電視廣播標準

(Television)ATSC DVB-T ISDB-T ATSC

數位音頻廣播標準

(Radio)DAB HD RadioXD/Sirius DAB ISDB DAB

行動電視數位廣播標準

(Mobil)GSM DVB-H DVB-H ISDB-T T-DMB

Agenda

• What is digital TV ?

• Standards and present status

•• Digital TV basicsDigital TV basics

DTV System ModelDTV System Model

Transmitting Side Receiving Side

AudioEncoder

VideoEncoder

DataEncoder

DataDecoder

VideoDecoder

AudioDecoder

System & Transport Multiplexing System & Transport De-Multiplexing

Digital Modulation & RF Transmission System

RF tuning & Digital De-Modulation

Audio Video Data AudioVideoData

DatacastingBroadband

Channel Coding

Source Coding

27

DVB Enabling Technologies

Channel CodingCoding Schemes

• Error Correction, Energy Dispersion• RS/Convolutional Code, Interleaving

Transmission Modulation• Satellite: QPSK, 8PSK• Cable: 16/32/64/256-QAM, QPSK• Terrestrial: 8VSB(ATSC), COFDM(DVB)

Source CodingSource Encoding & Compression

• Video CompressionMPEG-2 MP@ML(SDTV),MP@HL(HDTV)

• Audio CompressionMPEG-1, MPEG-2/AC-3 multi channel, MPEG-2 AAC

System Multiplex• MPEG-2 Transport System protocol• MPEG-PSI / DVB-SI

28

A word about compression

lossless compression (eg .zip) : no rate control

01001100100000011111010001

compression decompression

compression decompression

0100110

lossy compression (mpeg) : adjustable rate

29

ISO/IEC IS 13818-2 standard (MPEG-2 Video)MPEG defines a family of standards

from low resolution to high definition TV (levels)from low to high complexity algorithms (profiles)standard TV: MP@ML (Main profile/Main level)

TV

HDTV 16/9

720x576/50 Hzor720x480/60 Hz

1920x1080 / 50 or 60 Hz

MPEG-2 Video Compression

30

DVB-T Video Parameters

MPEG-2 Main Profile @ Main Level25/30 Hz Frame Rate4:3, 16:9 or 2.2:1 Aspect RatioIRDs Must Support:-

4:3 and 16:9 (2.21 optional)Pan Vectors for 4:3 MonitorsUpconversion to Full Screen Video

31

DVBMPEG-1 audio for mono and stereo soundsMPEG-2 audio for surround sound (5 channels)Compatible with Dolby Surround (transmission of pseudo surround on a stereo pair)

ATSCDolby AC3 for stereo and surround (5 channels)

MPEG-2 Audio Compression

32

Masking, PCM and Filtering384 to 128Kbits/s at 32, 44.1 or 48kHz5.1 Channels Defined:-

Left, Centre, Right, Left Surround and Right Surround0.1 For special Effects

“near” CD quality

MPEG-2 Audio Compression

33

DVB-T Audio Parameters

MPEG-2 Layer II recommended for encoderIRDs support:

layer I and Layer IISingle, Dual and Stereo ChannelsSampling Rates of 32, 44.1 and 48 kHz

34

TV Failure CharacteristicsTV Failure Characteristics

EdgeEdgeofof

ServiceServiceAreaArea

Good

Rotten

Close

Quality

Distance Far

Analog

Digital 1

Digital 2

SDTV

HDTV

PAL

35

銘傳大學 陳游利、元智大學 黃依賢

台北科技大學 楊士萱

Digital Video Broadcasting

http://www.csie.mcu.edu.tw/~yorkchen/pmwiki/pmwiki.phphttp://www.dvb.org/

DVB StandardsThe DVB Project began in September 1993.The Project now includes over 220 participants in more than 30 nations worldwide.

DVB-SI (Service Information) : EN 300 468 ; ETR 211; ETR 162

DVB-S (Satellite) : EN 300 421 ; TR 101 198DVB-C (Cable) : EN 300 429DVB-T (Terrestrial) : EN 300 744 ; TR 101 191

DVB-RC (Return Channel) : ETS 300 800 ; TR 101 196

DVB-MS/MC (MMDS) : EN 300 748 ; EN300 749

37

數位多媒體通訊系統方塊圖

資料源編碼擷取資料前處理

通道編碼

後處理資料顯示

資料源解碼 通道解碼

調變器

解調器

網路

DVB-T之系統組成

• 資料源編解碼：採用MPEG音視訊標準• 通道編解碼

– 里德-所羅門碼(Reed-Solomon code) ，以及– 迴旋碼(convolutional code)

• 調變解調– 正交振幅調變(quadrature amplitude modulation; QAM)，以

及

– 正交分頻多工(orthogonal frequency division multiplexing; OFDM)

40

歐規地面無線數位廣播(DVB-T: Terrestrial Broadcasting)

• MPEG-2 壓縮技術– 提高頻寬使用效率– 高品質的視訊與音訊

• 多載波正交調變技術(COFDM)– 有效消除多路徑繞射干擾– 畫面清晰度– 抗雜訊干擾能力與鬼影等

41

• 訊號衰減進行除錯與更正功能 (Error Correction)

• 行動接收 (Mobile Reception)• 單頻網路 (Single Frequency Network ; SFN）• 互動式的多樣化功能 (MHP)

– 隨選視訊、MP3、個人化錄影、加值服務與先進功能。

歐規地面無線數位廣播(DVB-T: Terrestrial Broadcasting) (續)

42

Components of MPEG and DVB

43

DVB PacketDVB Packet

Information Reed Solomon Parity block

The DVB Transport stream consists of a series of packets 204 bytes long, 188 bytes carry information and the other 16 bytes carry an outer Reed-Solomon code.The packet is short and can survive a noisy channel subject to interference.

188 Bytes 16 Bytes

44

4 Bytes

The DVB packet has a 4 byte header carrying a SYNC byte (0x47), a Packet Identifier (PID) as well as other data.The sequence of packets is known as a Transport Stream (TS).

184 Bytes

Header Payload

DVB PacketDVB Packet

45

Streams & Data SectionsStreams & Data Sections

DVB Transport stream fixed length packets. Some carry PES packets, other carry data sections. In general, the higher layerpacket or section is much longer than the TS packet. De-multiplexing is by the PID number.

PES Packet Data Section

46

f1.2

f1.1

f2.2

f2.1f3

8k FFT 2k FFT

Mobile Reception of DVB-T- Transmitter Network for Traffic Lines -

47

Mobile Reception of DVB-T- Conclusion -

• Mobile reception is a key feature of DVB-T

New network structures can improve the probability of mobile reception

If a network is designed for portable indoor reception it will also provide mobile reception

Improvement of receiver technology will improve the performance of mobile reception

手持式行動數位電視的發展

• 數位電視產業技術過去強調固定接收技術，近年已逐漸強調移動接收與手持裝置技術。如DVB組織也已定義了DVB-H標準，將DVB-T接收功能加入可攜式裝置中，同時考慮接收端的功率消耗問題。

• 近幾年全球各國紛紛大規模展開對手持式行動電視的技術與營運模式測試– 日本和韓國分別在2004年與2005年推出行動電視商業服務– 2008年的北京奧運，為行動電視服務勾勒出蓬勃發展的遠景。– 2008-2010年隨著各國類比頻段的逐步收回，行動電視缺乏頻譜資源的變數將逐漸

獲得解決。

• 電視手機在未來幾年將會高度成長– 2009年電視手機全球出貨量預估將突破4200萬支(IEK, 2005/9) ，2010年全球行動

電視預估用戶數將達1.04億之規模。– 未來數位電視可提供更多樣化的多媒體加值服務。

• 我國的行動終端設備相關軟硬體的製造(如手機、PDA等)年產值高達兩千億元以上，行動通訊服務業的年產值亦高達數千億。從電視手機發展趨勢及我國產業結構來看，手持式行動電視結合廣播電視及行動通訊服務與軟硬體製造，將是我國產業發展非常好的機會。

主要行動數位電視廣播標準基本技術比較

行動數位電視標準 DVB-H T-DMB ISDB-T CMMB

使用國家 Europe/Australia Korea Japan China

Frequency (MHz) 170-230 / 470-862 / 1452-1492 170-240 558-566 30-3000

訊號源編碼Video/Audio

H.264 or VC-1/HE AAC or AMR-WB+

H.264 / MPEG-4 (BSAC)

H.264 / MPEG-2 (AAC) AVS

通道編碼Convolutional code

/ RS codesConvolutional code /

RS codesConvolutional code /

RS code LDPC / RS code

傳輸通道頻寬 5/6/7/8 MHz 1.536 MHz 430 kHz@6MHz 2/8 MHz

傳輸流格式 IP over MPEG-2 TS MPEG-2 TS, MPEG-4 Sync Layer MPEG-2 TS CMMB Frame

Spectral Efficiency ~ 2 bit/s/Hz ~ 0.5 bit/s/Hz < 1 bit/s/Hz ~ 2 bit/s/Hz

Data Rate perChannel (kbps)

Typical: 300 Max.: 384 400

280.85 - 1787.28 per Segment Max.: 406

調變 (Modulation) COFDM / QPSK/ 16-QAM/64-QAM COFDM/DQPSKCOFDM/QPSK /

16-QAMBPSK / QPSK /

16-QAM

Digital TV OverviewDigital vs. Analogue TVThe Digital TV systemCurrent Analogue TV StandardsVocabulary全球地面無線數位廣播標準DTV System ModelA word about compressionMPEG-2 Video CompressionDVB-T Video ParametersMPEG-2 Audio CompressionMPEG-2 Audio CompressionDVB-T Audio ParametersTV Failure CharacteristicsDigital Video Broadcasting數位多媒體通訊系統方塊圖DVB-T之系統組成歐規地面無線數位廣播�(DVB-T: Terrestrial Broadcasting)Streams & Data Sections手持式行動數位電視的發展主要行動數位電視廣播標準基本技術比較

/ColorImageDict > /JPEG2000ColorACSImageDict > /JPEG2000ColorImageDict > /AntiAliasGrayImages false /CropGrayImages true /GrayImageMinResolution 300 /GrayImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleGrayImages true /GrayImageDownsampleType /Bicubic /GrayImageResolution 300 /GrayImageDepth -1 /GrayImageMinDownsampleDepth 2 /GrayImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeGrayImages true /GrayImageFilter /DCTEncode /AutoFilterGrayImages true /GrayImageAutoFilterStrategy /JPEG /GrayACSImageDict > /GrayImageDict > /JPEG2000GrayACSImageDict > /JPEG2000GrayImageDict > /AntiAliasMonoImages false /CropMonoImages true /MonoImageMinResolution 1200 /MonoImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleMonoImages true /MonoImageDownsampleType /Bicubic /MonoImageResolution 1200 /MonoImageDepth -1 /MonoImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeMonoImages true /MonoImageFilter /CCITTFaxEncode /MonoImageDict > /AllowPSXObjects false /CheckCompliance [ /None ] /PDFX1aCheck false /PDFX3Check false /PDFXCompliantPDFOnly false /PDFXNoTrimBoxError true /PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXSetBleedBoxToMediaBox true /PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXOutputIntentProfile () /PDFXOutputConditionIdentifier () /PDFXOutputCondition () /PDFXRegistryName () /PDFXTrapped /False

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