電視原理5.ppt

1、第8章 數(shù)字電視,8.1 概述 8.2 現(xiàn)有的數(shù)字電視標準 8.3 數(shù)字電視的發(fā)展 思考題和習題,8.1 概 述,8.1.1 數(shù)字電視系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 模擬電視最明顯的缺點是在傳輸過程中圖像質(zhì)量的損傷， 因為信號的非線性失真積累使得圖像對比度會產(chǎn)生越來越大的畸變， 長距離傳輸后， 圖像的信噪比也會下降， 圖像的清晰度越來越低， 相位失真的累積也會使得圖像產(chǎn)生彩色失真、 鑲邊和重影。,模擬電視還有穩(wěn)定度差、 可靠性低、 調(diào)整不便、 集成、 自動控制困難等缺點。 數(shù)字電視從節(jié)目采集、 編輯制作到信號的發(fā)送、 傳輸和接收全部采用數(shù)字處理， 其中利用了先進的數(shù)字圖像壓縮技術(shù)、 數(shù)字信號糾錯編碼技術(shù)、 高效的數(shù)

2、字信號調(diào)制技術(shù)等。 在處理、 傳輸過程中引入的噪波只要幅度不超過一定的門限都可以被清除掉， 即使有誤碼， 也可利用糾錯技術(shù)糾正過來， 所以數(shù)字電視接收的圖像質(zhì)量較高。 數(shù)字電視采用壓縮編碼技術(shù)， 在只能傳送一套模擬電視節(jié)目的頻帶內(nèi)傳送多套數(shù)字電視節(jié)目， 電視頻道數(shù)會相應地迅速增多。,數(shù)字電視便于開展多種數(shù)字信息服務， 如數(shù)據(jù)廣播、 文字廣播等。 數(shù)字電視容易實現(xiàn)加密、 加擾， 便于開展各類收費業(yè)務。 圖8-1是數(shù)字電視廣播系統(tǒng)方框圖， 系統(tǒng)由信源編碼、 多路復用、 信道編碼、 調(diào)制、 信道和接收機六部分組成。,圖 8-1 數(shù)字電視廣播系統(tǒng)方框圖,信源編碼是對視頻、 音頻、 數(shù)據(jù)進行的編碼， 圖

3、像壓縮編碼都屬于信源編碼，數(shù)字電視按照MPEG-2標準進行信源編碼， 輔助數(shù)據(jù)可以是獨立的數(shù)據(jù)業(yè)務， 也可以是和視頻、 音頻有關(guān)的數(shù)據(jù)， 如字幕等。 信源編碼是為了提高數(shù)字通信傳輸效率而采取的措施， 是通過各種編碼盡可能地去掉信號中的冗余信息， 以降低傳輸速率和減少傳輸頻帶寬度。,多路復用是將視頻、 音頻和數(shù)據(jù)等各種媒體流按照一定的方法復接成一個單一的數(shù)據(jù)流。 信道編碼是指糾錯編碼， 是為提高數(shù)字通信傳輸?shù)目煽啃远扇〉拇胧?為了能在接收端檢測和糾正傳輸中出現(xiàn)的錯誤， 在發(fā)送的信號中增加一部分冗余碼， 因此信道編碼增加了發(fā)送信號的冗余度， 它是以犧牲信息傳輸?shù)男蕘頁Q取可靠性的。 數(shù)字通信系

4、統(tǒng)是達到高效率和可靠性的最佳折衷， 信源編碼和信道編碼都是必不可少的處理步驟。 調(diào)制是根據(jù)傳輸信道的特點采用的效率較高的信號調(diào)制方式。,信道有衛(wèi)星信道、 有線電視信道和地面廣播信道等。 衛(wèi)星廣播著重于解決大面積覆蓋的問題。 有線電視廣播著重于解決城鎮(zhèn)等人口居住稠密地區(qū)“信息到戶”的問題。 而地面無線廣播由于其所獨具的簡單接收和移動接收的能力， 能夠滿足現(xiàn)代信息化社會“信息到人”的基本需求。 接收機包括解調(diào)、 信道解碼、 解復用、 視音頻解壓縮、 顯示格式轉(zhuǎn)換等。 數(shù)字電視分為標準清晰度電視和高清晰度電視。,標準清晰度電視(SDTV， Standard Definition Television

5、)是指質(zhì)量相當于目前模擬彩色電視系統(tǒng)(PAL、 NTSC、 SECAM)的數(shù)字電視系統(tǒng)， 也稱為常規(guī)電視系統(tǒng)。 其來源是ITU-R 601 標準的422的視頻， 經(jīng)過某些數(shù)據(jù)壓縮處理后所能達到的圖像質(zhì)量。,高清晰度電視(HDTV， High Definition Television)是指水平清晰度和垂直清晰度大約為目前模擬彩色電視系統(tǒng)的2倍， 寬高比為169的數(shù)字電視系統(tǒng)。 根據(jù)ITU的定義， 一個具有正常視覺的觀眾在距離高清晰度電視機大約是顯示屏高度3倍的地方所看到的圖像質(zhì)量應與觀看原景象或表演時所得到的印象相同。,8.1.2 信道編碼 1. 信道編碼的一些基本概念 (1) 分組碼和卷積碼

6、 在分組碼中， 編碼后的碼元序列每n位為一組， 其中k位是信息碼元， r位是附加的監(jiān)督碼元， r=n-k， 通常記為(n， k)。 分組碼的監(jiān)督碼元只與本碼組的信息碼元有關(guān)。 卷積碼的監(jiān)督碼元不僅與本碼組的信息碼元有關(guān)， 還與前面幾個碼組有約束關(guān)系。,(2) 線性碼和非線性碼 若信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系是線性的， 即滿足一組線性方程， 稱為線性碼； 反之， 兩者若不滿足線性關(guān)系， 則稱為非線性碼。 (3) 系統(tǒng)碼和非系統(tǒng)碼 在編碼后的碼組中， 信息碼元和監(jiān)督碼元通常都有確定的位置， 一般信息碼元集中在碼組的前k位， 而監(jiān)督碼元位于后r=n-k位。 如果編碼后信息碼元保持原樣不變， 則稱為系

7、統(tǒng)碼； 反之稱為非系統(tǒng)碼。 (4) 碼長和碼重 碼組或碼字中編碼的總位數(shù)稱為碼組的長度， 簡稱碼長； 碼組中非零碼元的數(shù)目稱為碼組的重量， 簡稱碼重。 例如“11010”的碼長為5， 碼重為3。,(5) 碼距和最小漢明距離 兩個等長碼組中對應碼位上具有不同碼元的位數(shù)稱為漢明(Hamming)距離， 簡稱碼距。 例如， “11010”和 “01101”有4個碼位上的碼元不同， 它們之間的漢明距離是4。 在由多個等長碼組構(gòu)成的碼組集合中， 定義任意兩個碼組之間距離的最小值為最小碼距或最小漢明距離， 通常記作dmin， 它是衡量一種編碼方案糾錯和檢錯能力的重要依據(jù)。,（6）對于分組碼， 最小碼距dm

8、in與碼的糾錯和檢錯能力之間具有如下關(guān)系： 在一個碼組集合中， 如果碼組間的最小碼距滿足dmine+1， 則該碼集中的碼組可以檢測e位錯碼； 如果滿足dmin2t+1，則可以糾正t位錯碼； 如果滿足dmint+e+1(te)，則可以糾正t位錯碼， 同時具有檢測e位錯碼的能力。, 任意兩個準用碼組之和(逐位模2加)仍為一個準用碼組， 即具有封閉性； 兩個碼組之間的距離必定是另一碼組的重量， 因此碼的最小距離等于非零碼的最小重量； 線性碼中的單位元素是A=0， 即全零碼組， 因此全零碼組一定是線性碼中的一個元素； 線性碼中一個元素的逆元素就是該元素本身， 因為A+A=0。,(7) 循環(huán)碼 是一種系

9、統(tǒng)碼， 通常前k位為信息碼元， 后r位為監(jiān)督碼元。 它除了具有線性分組碼的一般性質(zhì)以外， 還具有循環(huán)性， 也就是說當循環(huán)碼中的任一碼組循環(huán)移動一位以后， 所得碼組仍為該循環(huán)碼的一個準用碼組。,數(shù)碼用多項式來表示是一種比較直觀的方法， 如五位二進制數(shù)字序列11010可表示為： 124123022121020=11010 通常在編碼中， 以x表示系數(shù)只取0、 1的多項式的基， 則上述五位二進制序列可表示為： 1x41x30 x21x10 x0=x4x3x,這種以多項式的系數(shù)表示二進制序列的方法給編碼處理帶來了方便, 一個(n， k)循環(huán)碼的k位信息碼可以用x的k-1次多項式來表示， 即 A(x)=

10、ak-1xk-1+ak-2xk-2a2x2+a1x+a0 （8-1） 式中， an-1a0為多項式的0、 1系數(shù)值； x表示多項式的基， x的次數(shù)k-10表示該位在碼中的位置。,循環(huán)碼的編碼規(guī)則是： 把k位信息碼左移r位后被規(guī)定多項式除， 將所得余數(shù)作校驗位加到信息碼后面。 規(guī)定的多項式稱為生成多項式， 用G（x）表示。 要將A(x)左移r位， 只要乘上xr， 得到xrA(x)。 用生成多項式G（x）除xrA(x)便可得到余數(shù)R(x)， 即,xrA(x)=G（x）Q（x）+R(x) （8-2） 兩邊加上R(x)， 得 xrA(x)+R(x)=G（x）Q（x）+R(x)+R(x) 因為R(x)+

11、R(x)= 0。 xrA(x)+R(x)= G（x）Q（x） （8-3） 上式表明xrA(x)+R(x)可被生成多項式G（x）除盡。,用這種編碼方法能產(chǎn)生出有檢錯能力的循環(huán)碼 （n， k）。 在發(fā)送端發(fā)出信號U（x）= xrA(x)+R(x)， 如果傳送未發(fā)生錯誤， 收到的信號必能被G（x）除盡， 否則表明有錯。,2. 前向糾錯 信道編碼常用的差錯控制方式有前向糾錯(FEC， Forward Error Correction)、 檢錯重發(fā)（ARQ）、 反饋校驗（IRQ）和混合糾錯（HEC）。,數(shù)字電視中的差錯控制采用前向糾錯方式， 在這種方式中， 接收端能夠根據(jù)接收到的碼元自動檢出錯誤和糾正錯

12、誤。 糾錯編碼的基本思想是在所要傳輸?shù)男畔⑿蛄猩细郊右恍┐a元， 附加的碼元與信息碼元之間以某種確定的規(guī)則相關(guān)聯(lián)。 接收端按照這種規(guī)則對接收的碼元進行檢驗， 一旦發(fā)現(xiàn)碼元之間的確定關(guān)系受到破壞， 便可通過恢復原有確定關(guān)系的方法來糾正誤碼。 數(shù)字電視的前向糾錯包括四個部分， 即能量擴散(Energy Dispersal)、 RS編碼、 交織(Interleaving)和卷積編碼(Convolutional Coding)。,8.1.3 調(diào)制 1. 正交幅度調(diào)制(QAM, Quadrature Amplitude Modulation) 正交幅度調(diào)制也稱為正交幅移鍵控。 這種鍵控由兩路數(shù)字基帶信號對

13、正交的兩個載波調(diào)制合成而得到。 通常有2電平正交幅移鍵控(2-QAM或4QAM)、 4電平正交幅移鍵控(4-QAM或16QAM)、 8電平正交幅移鍵控(8-QAM或64QAM)等。 電平數(shù)m和信號狀態(tài)M之間的關(guān)系是M=m2。,圖8-12是MQAM正交振幅調(diào)制方框圖。 調(diào)制信號S(t)由分裂器分成I、 Q兩路信號， 再經(jīng)2-m電平變換器從2電平信號變成m電平信號x(t)、 y(t),用x(t)、 y(t)對正交的兩個載波cosct和sinct進行調(diào)幅再相加得到已調(diào)信號MQAM。,圖 8-12 MQAM正交振幅調(diào)制方框圖,2. 四相相移鍵控(QPSK， Quaternary Phase Shift

14、 Keying) 在QPSK中， 數(shù)字序列相繼兩個碼元的4種組合對應著4個不同相位的正弦載波， 即00、01、 10、 11分別對應 , 其中0t2T， T為比特周期。 圖8-14（a）是QPSK相位矢量圖， 圖中I表示同相信號， Q表示正交信號。,圖8-14（b）是QPSK星座圖， 星座圖中不畫矢量箭頭只畫出矢量的端點。 星座圖中星座間的距離越大， 信號的抗干擾能力就越強， 接收端判決再生時就越不容易出現(xiàn)誤碼。 星座間的最小距離表示調(diào)制方式的歐幾里德距離。 歐幾里德距離d可表示為信號平均功率S的函數(shù)。 QPSK信號的歐幾里德距離與平均功率的關(guān)系為 。,圖 8-14 QPSK的矢量圖和星座圖

15、(a) 矢量圖； (b) 星座圖,圖8-15是QPSK調(diào)制器的原理方框圖， 碼率為R的數(shù)字序列S(t)經(jīng)分裂器分裂為碼率為R2的I、 Q信號， 再由I、 Q信號生成幅度為-AA的雙極性不歸零序列Re(t)、 Im(t)， Re(t)和Im(t)分別對相互正交的兩個載波cosct和 進行ASK(幅度鍵控)調(diào)制， 然后相加得到已調(diào)信號SQPSK(t)。 SQPSK(t)Re(t) cosct-Im(t) sinct (8-15),圖 8-15 QPSK調(diào)制器原理方框圖,3. 格形編碼調(diào)制(TCM， Trellis Code Modulation) 在傳統(tǒng)的數(shù)字傳輸系統(tǒng)中， 糾錯編碼與調(diào)制是分別設(shè)計

16、并實現(xiàn)的。 昂格爾博克(Ungerboeck)提出的網(wǎng)格編碼調(diào)制(TCM)將兩者作為一個整體來考慮。 編碼器和調(diào)制器級連后產(chǎn)生的編碼信號序列具有最大的歐氏自由距離。 在不增加系統(tǒng)帶寬的前提下， 這種方案可獲得36 dB的性能增益。,8.2 現(xiàn)有的數(shù)字電視標準,目前數(shù)字電視廣播有三個相對成熟的標準制式： 歐洲的DVB(Digital Video Broadcasting)、 美國的ATSC（Advanced Television Systems Committee）和日本的ISDB(Integrated Services Digital Broadcasting)。,歐洲的DVB制式應用最廣泛、

17、 最靈活。 DVB制式主要包括數(shù)字衛(wèi)星電視(DVB-S)、 數(shù)字有線電視(DVB-C)和數(shù)字地面廣播電視(DVB-T)三個標準， 這三個標準的信源編碼方式都是MPEG-2的復用數(shù)據(jù)包， 規(guī)定視頻采用MPEG-2編碼， 音頻采用MPEG-2第二層(MUSICAM)編碼標準。 DVB標準對于不同的傳輸媒體， 采用了不同的調(diào)制方式： DVB-S采用QPSK四相相移鍵控調(diào)制方式， DVB-C采用QAM正交幅度調(diào)制方式， DVB-T采用COFDM多載波頻分復用技術(shù)。,COFDM在抑制多徑傳輸干擾方面有著顯著的優(yōu)越性。 在傳輸比特率方面， DVB允許比特率可變， 對DVB-T而言， 在6 MHz的頻帶內(nèi)傳

18、輸速率為3.723.8 Mb/s， 在8 MHz的頻帶內(nèi)， 傳輸速率為4.931.7 Mb/s。 DVB-C和DVB-S已被世界各國采納。,ATSC標準視頻壓縮采用MPEG-2標準， 音頻壓縮采用ATSC標準A52(即杜比公司的AC-3)， 節(jié)目復用遵循MPEG-2標準， 能完成各種碼流的組合和調(diào)整。 地面電視廣播系統(tǒng)中， 采用網(wǎng)格編碼（Trellis Code）8電平殘留邊帶（8-VSB）調(diào)制方式， 在6 MHz的頻帶內(nèi)可傳送一路HDTV節(jié)目， 傳輸比特率為19.39 Mb/s； 有線電視網(wǎng)中采用16-VSB調(diào)制方式， 在6 MHz的頻帶內(nèi)可傳送兩路HDTV節(jié)目， 傳輸比特率為38.78 M

19、b/s。,8.2.1 ATSC標準 ATSC標準采用了ITU-R Tech Group 113(數(shù)字電視地面廣播模式)的模式， 由信源編碼和壓縮、 業(yè)務復用和傳送、 RF發(fā)送三個子系統(tǒng)組成， 如圖8-22所示。 信源編碼與壓縮用來得到視頻、 音頻和輔助數(shù)據(jù)流。 輔助數(shù)據(jù)(Ancillary data)是指控制數(shù)據(jù)、 條件接收控制數(shù)據(jù)和與視頻、 音頻節(jié)目有關(guān)的數(shù)據(jù)。,業(yè)務復用和傳送把視頻、 音頻和輔助數(shù)據(jù)流打成統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)包并合成一個數(shù)據(jù)流。 RF發(fā)送也稱為信道編碼和調(diào)制。 信道編碼的目的是從受到傳輸損失的信號中恢復出原信號， 在地面?zhèn)鬏斨胁捎?VSB調(diào)制， 在有線電視中采用16VSB調(diào)制。,

20、圖 8-22 ITU-R數(shù)字電視地面廣播模式,8.2.2 DVB標準 1. DVB是一個完整的系統(tǒng) DVB是以歐洲為主， 世界上有200多個組織參加開發(fā)的項目。 DVB是一套完整的數(shù)字電視解決方案， 得到了廣泛的應用。 DVB系統(tǒng)的主要標準有： DVB-S用于1112 GHz頻段的數(shù)字衛(wèi)星系統(tǒng)， 適用于多種轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬與功率， 傳輸層的數(shù)據(jù)碼速率最大為38.1 Mb/s。,DVB-C用于8 MHz數(shù)字有線電視系統(tǒng)， 與DVB-S兼容， 傳輸層的數(shù)據(jù)碼速率最大為38.1 Mb/s。 DVB-T用于6、 7、 8 MHz地面數(shù)字電視系統(tǒng)， 傳輸層的數(shù)據(jù)碼速率最大為24 Mb/s。 DVB-CS用于數(shù)

21、字衛(wèi)星共用天線電視系統(tǒng)（SMATV）， 由DVB-C和DVB-S改變得出， 服務于共用天線電視系統(tǒng)安裝。,DVB-SI業(yè)務服務信息系統(tǒng)， 可對DVB解碼器進行設(shè)置。 DVB-TXT固定格式文本傳送規(guī)范。 DVB-CI用于條件接收及其他應用的DVB通用接口。 DVB-DATA用于多媒體數(shù)據(jù)廣播的技術(shù)規(guī)范。 此外還有多種DVB回傳信道和網(wǎng)絡(luò)接口標準。,2. DVB標準的基帶處理 DVB基帶處理部分主要包括視頻信號、 音頻信號的壓縮處理方法， 碼流的組成等。 DVB直接采用了MPEG-2標準中的系統(tǒng)、 視頻、 音頻部分， 用于形成DVB的基本流(ES， Elementary Stream)和傳送流(

22、TS， Transport Stream)。 MPEG-2為了覆蓋很大的應用范圍， 規(guī)定了不同的參數(shù)集和參數(shù)取值范圍， 為此在DVB中有專門的標準介紹使用MPEP-2的指南， 定義可以使用的語法子集和參數(shù)等。,DVB還在TS流中定義了許多輔助信息， 稱為服務信息(SI， Service Information)， 以便于選擇節(jié)目， 了解與節(jié)目相關(guān)的一些信息， 提供節(jié)目之間的相互關(guān)系以及攜帶特定的數(shù)據(jù)。 DVB在MPEG-2的節(jié)目相關(guān)信息(PSI， Program SpecificInformation)基礎(chǔ)上， 補充規(guī)定了一系列SI表格， 并規(guī)定了一些表格的PID值:,(1) PAT(Prog

23、ram Association Table) 節(jié)目關(guān)聯(lián)表， 給出每一個節(jié)目對應的PMT的PID， 還給出NIT的PID。 (2) CAT(Conditional Access Table) 條件接收表， 給出條件接收系統(tǒng)的有關(guān)信息。 (3) PMT(Program Map Table) 節(jié)目分布表， 給出一個節(jié)目內(nèi)各種媒體流的PID及該節(jié)目的解碼時鐘PCR。 (4) NIT(Network Information Table) 網(wǎng)絡(luò)信息表， 給出物理傳輸網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)信息。,(5) BAT(Bouquet Association Table) 節(jié)目組關(guān)聯(lián)表， 提供一種業(yè)務分類的方法， 用作IRD(

24、Integrated Receiver Decoder,綜合接收解碼器)向觀眾顯示一些可獲得業(yè)務的一個途徑。 (6) SDT(Service Description Table) 業(yè)務描述表， 包含描述業(yè)務的數(shù)據(jù)， 例如業(yè)務的名稱、 業(yè)務的提供者等。 (7) EIT(Event Information Table) 事件信息表， 包含有關(guān)事件或節(jié)目的數(shù)據(jù)， 例如事件名稱、 開始時間、 持續(xù)時間等。,(8) RST(Running Status Table) 運行狀態(tài)表， 給出事件的狀態(tài)(運行未運行)。 (9) TDT(Time and Date Table) 時間日期表， 給出當前時間和日期的

25、信息， 該信息是頻繁更新的。 (10) TOT(Time Offset Table) 時間偏差表， 給出當前時間、 日期和本地時間的偏差， 該信息是頻繁更新的。 (11) ST(Stuffing Table) 填充表。,3. DVB-T的COFDM (1) 基本原理 PSK、 QAM調(diào)制是調(diào)制在單個載波上的， 單個載波調(diào)制容易產(chǎn)生碼間干擾而增加誤碼率， 在多徑傳播的環(huán)境中由于瑞利衰落的影響會造成突發(fā)誤碼。 DVB-T采用OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing正交頻分復用)調(diào)制， 是先將高速率的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成多路低速率數(shù)據(jù)流， 每路低速率

26、數(shù)據(jù)流對一個載波進行調(diào)制， 組成一個多載波并行傳輸系統(tǒng)。,總的信號帶寬被劃分為N個互不重疊的子通道， N個子通道進行正交頻分多重調(diào)制， 當每路載波的帶寬小于f（多徑時延的倒數(shù)）時， 可有效地抑制由頻率選擇性衰落造成的碼間干擾。 但多徑傳播會引起平坦性衰落和多普勒頻移， 結(jié)果OFDM各載波間的正交性被破壞。 COFDM(Coded OFDM)進行了編碼和交錯， 各載波受到的衰落近似統(tǒng)計獨立， 消除了平坦性衰落及多普勒頻移的影響。 OFDM與普通的頻分復用(FDM)的區(qū)別是存在正交性， 不同載波的頻譜可以相互交疊， 因而獲得了最佳的頻譜利用率(每單位帶寬的比特率)。,(2) 頻譜開槽防止同頻干擾

27、數(shù)字電視與PAL或NTSC制式模擬電視有一段共存期， 數(shù)字電視要有抗模擬電視同頻干擾的功能。模擬電視同頻干擾主要集中在視頻載頻、 色副載頻和伴音載頻附近。 COFDM采用在信號頻譜開槽的方法， 將信號頻譜中上述信號能量大的一些信道不用， 受同頻干擾影響嚴重的子載波不傳信息， 這樣便可較好地解決同頻干擾問題。 與VSB使用干擾抑制濾波器相比， 降低了系統(tǒng)成本， 但頻譜利用率略有降低。,(3) 保護間隙防止多徑干擾 地面數(shù)字電視的傳輸頻譜很寬， 實際OFDM的載波數(shù)目N是有限的， 不能保證每路載波的帶寬總是小于f。 多徑反射的結(jié)果是前一個符號的尾部拖延到后一個符號的前部， 解決的辦法是在每個符號之

28、前設(shè)置保護間隙Tg， 在接收機中對每個符號開始的Tg時間內(nèi)的信號不予考慮， 以此來消除因多徑延時小于Tg的碼間干擾。 保護間隙的插入使頻譜利用率略有下降。,(4) 用FFT實現(xiàn)OFDM調(diào)制 當N很大時實現(xiàn)OFDM調(diào)制需要大量的正弦波發(fā)生器、 濾波器、 調(diào)制器及相干解調(diào)器。 如果采用快速傅里葉變換(FFT)來實現(xiàn)離散傅里葉變換(DFT)和離散傅里葉反變換(IDFT)， 則OFDM系統(tǒng)的實現(xiàn)將變得簡單和經(jīng)濟。 圖8-27示出了用離散傅里葉變換實現(xiàn)OFDM系統(tǒng)發(fā)送端的方框圖。 圖中輸入數(shù)據(jù)首先進行1路至N路的串并(SP)變換， 然后將每x比特分為一組， 每組映射到二維星座圖中的一個復數(shù)。,N路復數(shù)在

29、IFFT處理單元進行快速傅里葉反變換， 取實部后由并行再變換回串行數(shù)據(jù)， 并插入保護間隙Tg。 然后信號經(jīng)DA變換、 低通濾波后形成OFDM調(diào)制信號。 頻率變換器的作用是將信號頻譜搬移到規(guī)定的電視頻道上。,圖 8-27 用DFT實現(xiàn)的OFDM發(fā)送方框圖,4. DVB-C的QAM調(diào)制 DVB系統(tǒng)在進行調(diào)制之前， 要對碼流進行預編碼和波形變換， 以達到去掉碼元間的相關(guān)性， 避免“差錯傳播”， 從而滿足多元信號無碼間干擾傳輸?shù)臈l件， 改善誤碼性能。DVB-C采用QAM調(diào)制方式。 如多元調(diào)制為2mQAM， 則需把k字節(jié)映射成n個符號， 即8k=nm(對于64QAM， 是把3字節(jié)的碼流映射成4個符號)，

30、 映射后的符號的最高2比特進行差分編碼， 編碼后形成Ik和Qk分量， 進入具有均方根升余弦滾降特性(滾降系數(shù)=0.15)的濾波器進行基帶整形， 然后與其他符號位一起進入QAM調(diào)制器完成信號調(diào)制。,因此，DVB-C的調(diào)制實際上是采用格雷碼在星座圖上的差分編碼映射， 方框圖如圖8-29所示， 隨著Ik和Qk分量從星座圖第1象限的00依次變換到第2象限的10、 第3象限的11、 第4象限的01。 符號的較低位從第1象限旋轉(zhuǎn)/2到第2象限、 從第2象限旋轉(zhuǎn)/2到第3象限、 從第3象限旋轉(zhuǎn)/2到第4象限， 完成整個星座的映射。,圖 8-29 QAM調(diào)制器方框圖,6. DVB-S的QPSK調(diào)制 圖8-30

31、是DVB-S的內(nèi)編碼和調(diào)制方框圖， 在進行調(diào)制之前， I支路、 Q支路信號要進行基帶整形， 整形濾波器為升余弦平方根濾波器， 滾降系數(shù)為0.35。 DVB-S采用常規(guī)的格雷碼編碼的QPSK調(diào)制， 采用不進行差分編碼的絕對映射。,圖 8-30 DVB-S的內(nèi)編碼和調(diào)制方框圖,7. DVB設(shè)備接口標準 DVB定義了三種專用接口： ASI、 SPI和SSI。 (1) ASI(Asynchronous Serial Interface異步串行接口) ASI采用270 Mbs的固定連接速率， 適用于電纜傳輸和光纜傳輸。 在用于電纜傳輸時， 采用BNC連接器。 圖8-31所示為一個典型的使用電纜的ASI。

32、 發(fā)送端首先將TS包按字節(jié)進行8B10B編碼， 每字節(jié)編碼成為10比特。 這些10比特碼字在并串變換器變換為固定的270 Mbs輸出碼速率， 若輸入數(shù)據(jù)不足， 可以插入同步字節(jié)填充。,270 Mbs的串行碼經(jīng)過放大、 緩沖和阻抗匹配， 由BNC連接器輸出。 接收部分是發(fā)送的逆過程， 比較特別的是有一個時鐘恢復環(huán)節(jié)， 用于從比特流中恢復出270 MHz的時鐘。,圖 8-31 使用同軸電纜的ASI,(2) SPI(Synchronous Parallel Interface同步并行口) SPI是以ITU-R BT656-2為基礎(chǔ)制定的， 用于較短距離的信號連接。 接口連接器采用DB25， 提供11

33、對信號線和3條地線， 信號采用低電壓差分信令(LVDS)電平。 信號線是平衡的， 每個信號有A、 B兩條線。 11對信號線中有8對數(shù)據(jù)信號(Data07)， 1對時鐘信號(Clock)，1對包同步信號(P sync)和1對數(shù)據(jù)有效信號(D valid)。其中包同步信號標志一個包的開始， 對應于包同步字節(jié)； 數(shù)據(jù)有效信號標志當前字節(jié)是否為包的有效數(shù)據(jù)， 它與包的傳送格式有關(guān)； 時鐘信號頻率fp取決于數(shù)據(jù)流的速率， 也與包的傳送格式有關(guān)。,(3) SSI(Synchronous Serial Interface同步串行口) SSI可以看作是做了并串變換SPI的擴展， 它使用的速率就是傳輸碼流的速率

34、， 傳輸介質(zhì)可以是電纜或光纜， 電纜傳輸時連接器采用BNC。SPI的針腳定義如表8-7所示。,表8-7 SPI的DB25連接器針腳分配表,8.2.3 ISDB-T標準 日本ISDB-T標準采用頻寬分段傳輸正交頻分復用調(diào)制方式(Bandwidth Segmented Transmission OFDM)。 該調(diào)制方式可以在6 MHz帶寬中傳遞HDTV服務或多節(jié)目服務。 與DVB不同， ISDB-T標準將整個帶寬分割成一系列的頻率段稱為OFDM段。 ISDB-T提供了幾種調(diào)制方式的組合(DQPSK、QPSK、 16QAM、 64QAM)和內(nèi)編碼的編碼率(code rate)(12、 23、 34、

35、 56、 78)。 這些參數(shù)對每個OFDM段可以獨立選擇。,ISDB-T的模擬帶寬有5.6 MHz(寬帶ISDB-T)和430 kHz (窄帶ISDB-T)兩種選擇: 寬帶ISDB-T由13個OFDM段組成， 可以分層傳輸， 也就是說， 各個OFDM段可以具有不同的參數(shù)， 這樣就能夠滿足綜合業(yè)務接收機的需要。 窄帶ISDB-T僅由一個OFDM段構(gòu)成， 適合語音和數(shù)據(jù)廣播。 寬帶接收機可以接收窄帶信號， 窄帶接收機可以接收寬帶信號的中心頻率段。,一個OFDM段幀由108個載波和204個符號構(gòu)成。 按載波調(diào)制方式分， OFDM段可以分成兩類：一類為差分調(diào)制(DQPSK)； 另一類為連續(xù)調(diào)制(QPS

36、K， 16QAM， 64QAM)。 每個OFDM段除了具有數(shù)據(jù)載波外， 同時還有一些特別的符號或載波， 其中包括SP(分散導頻)、 CP(連續(xù)導頻)、 TMCC(傳輸和復用配置控制)、 AC1(輔助信道1)和AC2(輔助信道2)。 CP， AC1， AC2和TMCC用于頻率同步， SP用于信道估計， TMCC用于傳送載波調(diào)制方式和內(nèi)編碼的編碼率。,8.3 數(shù)字電視的發(fā)展,8.3.1 數(shù)字電視發(fā)展概況 衛(wèi)星和有線電視廣播的基本傳輸體制已確定， 世界技術(shù)先進國家在系統(tǒng)設(shè)計和芯片開發(fā)上已有相當?shù)募夹g(shù)積累， 其相關(guān)市場應用和產(chǎn)品也極為豐富。 數(shù)字攝錄設(shè)備、 演播室視音頻節(jié)目制作和控制設(shè)備，,數(shù)字調(diào)制、

37、 解調(diào)器、 視頻處理系統(tǒng)、 數(shù)字視音頻系統(tǒng)、 HDTVSDTV測試儀表、 數(shù)字傳輸設(shè)備、 數(shù)字通信、 電視及廣播發(fā)射機， 衛(wèi)星收發(fā)與天線系統(tǒng)、 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和各種類型的機頂盒等數(shù)字電視技術(shù)設(shè)備基本成熟， 正在等待商機占領(lǐng)世界各地的市場。 數(shù)字電視地面廣播的傳輸環(huán)境惡劣， 頻譜資源有限， 應用需求分散， 其標準在各國仍有極大的爭議， 特別是在提高固定接收的穩(wěn)定性以及移動接收的性能等方面有很大的改進潛力。,歐洲的數(shù)字電視以標準清晰度(SDTV)為主， 通過衛(wèi)星、 有線電視和地面無線傳播。 有線電視網(wǎng)在各個國家均已普及， 用戶收看效果很好， 圖像聲音及色彩均可達到優(yōu)良等級。 山區(qū)以衛(wèi)星接收為主， 圖像效

38、果也很好。 地面廣播已經(jīng)組成幾十個電視臺的地面廣播電視網(wǎng)。 據(jù)統(tǒng)計， 歐洲的SDTV的普及地區(qū)約為70%。 在接收方式上多以機頂盒為主， 從有線網(wǎng)或衛(wèi)星接收， 把數(shù)字電視節(jié)目再轉(zhuǎn)換成模擬信號接到家用電視上， SDTV的機頂盒已達到年銷量200萬臺。,美國現(xiàn)在已有150家電視臺播送SDTVHDTV電視節(jié)目， 主要以地面開路廣播為主， 其中NBC-4臺發(fā)射功率為8 kW(峰值功率為220 kW)， 每天800-1800播出1套HDTV節(jié)目。 在華盛頓有6個數(shù)字電視臺， 巴爾的摩有兩個臺， 在紐約有兩個有線電視臺傳輸數(shù)字電視節(jié)目。 現(xiàn)有廣播覆蓋了75%地區(qū)， 接收機年銷售量在100萬臺以上。,8.3.2 我國數(shù)字電視發(fā)展情況 20世紀80年代末我國進行了高清晰度電視軟課題的研究， “八五”期間實施了高清晰度電