数字电视制式.pptx

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1、6.1 基本定义1.数字电视广播系统的构成 下图是数字电视广播系统方框图。该系统由信源编码、多路复用、信道编码、调制、信道和接收机等六部分组成。第1页/共143页 多路复用是将视频、音频和数据等各种媒体流按照一定的方法复用成一个节目的数据流，将多个节目的数据流再复用成单一的数据流的过程。信道编码是指纠错编码。信道编码是为提高数字通信传输的可靠性而采取的措施。为了能在接收端检测和纠正传输中出现的错误，信道编码在发送的信号中增加了一部分冗余码，因此增加了发送信号的冗余度，即通过牺牲信息传输的效率来换取可靠性的提高。为了达到数字通信系统的高效率和可靠性的最佳折中，信源编码和信道编码都是必不可少的处理

2、步骤。第2页/共143页 调制是指为了提高频谱利用率，把宽带的基带数字信号变换成窄带的高频载波信号的过程。应根据传输信道的特点采用效率较高的信号调制方式，常用的方式有QAM、QPSK、TCM、COFDM和VSB。信道有卫星广播信道、有线电视信道和地面广播信道等。卫星广播着重于解决大面积覆盖；有线电视广播着重于解决城镇等人口居住稠密地区“信息到户”的问题；地面无线广播由于其独有的简单接收和移动接收的能力，能够满足现代信息化社会“信息到人”的基本需求。第3页/共143页 2.数字电视与电视数字化处理的区别 现在的模拟彩色电视接收机的电路中采用了多种数字化处理技术，往往自称为数码电视或数字化电视。这

3、些彩色电视机在不改变现行模拟广播电视传输体制的前提下，对解调后的视频和音频的基带信号进行了数字化处理，获得了更高质量的图像和伴音，增加了电视机的功能，但它仍属于模拟电视的范畴，只能接收模拟电视信号，无法接收数字电视信号，与真正的数字电视是两个不同的概念，不可混淆。第4页/共143页 这些数字化处理技术包括：用数字梳状滤波器进行较完善的亮度、色度分离，消除了亮、色窜扰现象；对亮度信号进行数字轮廓增强，提高了画面清晰度；对色度信号进行数字降噪和色调校正，减少了画面噪点和色调畸变；用逐行扫描及倍场(Double Scan)消除行间闪烁和大面积闪烁，提高了图像的垂直清晰度；处理后还能实现画中画、静止画

4、面等新功能以及丽音NICAM(Near Instantaneous Companding Audio Multiplex，准瞬时压扩音频多路传输，是一种数字脉冲编码调制立体声广播系统，用7.28 MHz频率广播)和环绕立体声等功能。第5页/共143页 3.SDTV和HDTV 数字电视分为标准清晰度电视和高清晰度电视。标准清晰度电视SDTV(Standard Definition Television)是指质量相当于目前模拟彩色电视系统(PAL、NTSC、SECAM)的数字电视系统，也称为常规电视系统。其定义是，ITU-R 601标准的422的视频，经过某些数据压缩处理后所能达到的图像质量。其清

5、晰度约为500电视线，视频数码率约为5 Mb/s。高清晰度电视HDTV(High Definition Television)是指水平清晰度和垂直清晰度大约为目前模拟彩色电视系统的两倍，宽高比为169的数字电视系统。根据ITU的定义，一个具有正常视觉的观众在距离高清晰度电视机大约是显示屏高度3倍的地方所看到的图像质量应与观看原景象或表演时所得到的印象相同。其清晰度应在800电视线以上，视频数码率约为20 Mb/s。第6页/共143页 国际电联在ITU-R BT.1201建议书中提出了超高清晰度成像HRI(Hyperhigh Resolution Imaging)的若干标准，其基本要素是图像的最

6、小分辨率为19201080，传输速率为60帧秒。HRI分为HRI0HRI3四个等级,其空间分辨率分别为19201080、38402160、57603240、76804320,其量化比特数分别为10、10、12、12，不压缩数据速率分别为2.5、10、40、72 Gb/s,传输速率分别为6080、100150、150600、150600 Mb/s。目前按此建议研制的超高清晰度图像可用于医疗、印刷、电影、电视和计算机图形等领域。第7页/共143页6.2 数字电视的优点数字电视的优点与模拟电视相比，数字电视的优点表现在以下几个方面。1.图像传输质量较高 2.具有数字环绕立体声伴音 3.频谱资源利用率

7、高 4.多信息、多功能 5.设备可靠，维护简单 6.节省发送功率，覆盖范围广 7.易于实现条件接收 第8页/共143页 6.3 数字电视的有关参数 1 数码率 在数字传输系统中，传输的效率用传输速率来衡量。传输速率有信息传输速率(数码率)和码元传输速率(传码率)两种。数码率，也称比特率或者传信率，是指单位时间内传送的二进制比特数，记为Rb，单位为比特秒，用符号bs表示。经常还以兆比特秒和吉比特秒为单位，即用符号Mbs和Gbs表示。数码率还可以反映频带占有情况。根据数码率的定义，它可由比特数与频率之乘积来表示，这样，数码率与数字信号的传输速率之间就建立了对应关系。数码率也直接反映了数字信号所占用

8、的频带宽度，即数码率越高，占用频带就越宽。因此，数码率有时也简称为传输速率。第9页/共143页 2 误码率 误码率也叫码元差错率，是指信号传输过程中系统出现错误码元的数目与所传输码元总数之比值，即(1-2)误码率的大小，反映了系统传输错误码元的概率大小。一般以多次传输的平均误码率表示。第10页/共143页 误比特率也称信息差错率或比特差错率，是指传错信息的比特数与所传输的总信息比特数之比值，即 (1-3)误比特率的大小，反映了信息在传输中由于码元的错误判断而造成的传送信息错误的大小，它与误码率从两个不同的层次反映了系统的可靠性。在二进制系统中，误码数目就等于传输信息量的比特数，即Pe=Pb。但

9、在多进制系统中，Pe不等于Pb。第11页/共143页 3.频带利用率和功率利用率 在数字传输系统中，有时使用频带利用率和功率利用率来度量信息传输的有效性和可靠性。频带利用率是衡量数字传输系统有效性的一个重要指标。它表示在单位时间、单位频带内传输信息的多少，即单位频带内所能实现的数码率，单位为比特秒赫兹，用符号b(sHz)表示。第12页/共143页 一般来说，在相同信道频带宽度的条件下，系统的频带利用率越高，信息传输速率就越高，系统的有效性就发挥得越好。在二进制基带系统中，最高频带利用率p=2b(sHz)。在多进制基带系统中，频带利用率可以大于2b(sHz)。在载波传输系统中，不同的调制方式可能

10、有不同的频带利用率，故一般常用这个指标来衡量调制方式的效率。功率利用率是指在一定误码率的条件下，传输每比特信息所需要的最小信号平均功率。功率利用率越高，误码率越小，信息传输的可靠性就越高。第13页/共143页 4.编码效率 1)平均信息量 设有n个信号电平u1、u2、un，其对应的概率值分别为P1、P2、Pn，信号携带的信息量是-lbP1、-lbP2、-lbPn比特，则信源中单位元素(符号)的平均信息量(即熵)便可由下式求出：(1-11)这里，H不是一个符号或码元的表示式，而是整个信源的平均信息量，单位为比特，但它与数码中的比特有区别。信息量的比特是指真正有用的信息量，数码中的比特既包括有用的

11、符号也包括无用的符号。第14页/共143页 2)平均码字长度 设Ni为数字信号第i个码字Ci的长度(即二进制代码的位数)，其相应出现的概率为Pi，则该数字信号所赋予的码字平均长度N为(1-12)第15页/共143页 3)编码效率 由于熵是信源u1、u2、un的平均信息量，它表示真正有用的信息量，而码字的平均长度包含有用和无用的信息，这样，无论是哪一种二进制编码，其一个码字的平均码长N一定大于平均信息量H。为便于比较编码效果，引出编码效率为(1-13)此式说明，只要使NH，就可以得到某种无失真编码方法。但如果NH，则表明这种编码方法效率太低，占用的比特数太多。最好的编码结果是NH，即=1。这种状

12、态的编码称为最佳编码，它不会因丢失信息而引起图像失真，又占用最少的比特数。如果编码结果为N 24 MHz），卫星转发器的辐射功率不高(十几瓦至一百多瓦)，卫星信道路径远，易于受雨衰影响，传输质量不够高。为保证可靠接收，DVB-S采用了调制效率较低、抗干扰能力强的QPSK调制。根据具体的转发器功率、覆盖要求和信道质量，可以利用不同的内码编码率来适应特定的需要。例如，为确保良好的传输和接收，编码率可以是12或23；而若希望可用比特率高时，编码率可以是34或更大。总之，DVB-S系统的参数选择在内码编码率上有较大的灵活性，可适用于不同的卫星系统和业务要求。第108页/共143页的信道编码与调制 DV

13、B-C标准规定了有线数字电视广播系统中传送数字电视的帧结构、信道编码和调制方式。DVB-C的欧洲标准是由ETSI(欧洲电信标准学会)于1994年12月制定的，标准编号为ETS 300 429。ITU（国际电信联盟）的相应标准为ITU-TJ.83建议书。我国制定的相应标准为有线数字电视广播信道编码和调制规范，编号为GYT170-2001。DVB-C信道编码层尽量与DVB-S的编码相协调，这样便于使卫星传送的多节目数字电视进入DVB-C馈送网络向用户分配。有线数字电视广播系统的特点包括：传输信道的带宽窄（8 MHz）；信号电平高，接收端最小输入信号在100 mVp-p以上；传输信道质量好，光缆和电

14、缆内的信号不易受到外来干扰。因此，DVB-C系统对FEC处理的要求可降低，其高频调制效率(b(sHz)可提高。第109页/共143页图6-12 DVB-C有线前端与接收的原理框图 第110页/共143页 图中发送端的前4个方框与DVB-S是一样的，但在卷积交织器后没有级联的卷积编码，即只有外编码而无内编码，因为有线信道质量较好，FEC不必做得复杂化。为提高调制效率，采用的MQAM容许在16，32，64，128和256QAM中选择，通常为64QAM。高质量的光缆、电缆下可以采用128QAM甚至256QAM。为实现QAM调制，需将交织器的串行字节输出变换成适当的m位符号，这就是字节到符号的映射。第

15、111页/共143页 1.字节到符号的映射 不同M值的QAM调制，映射成的符号数不相同，在任何情况下，符号Z的MSB应取字节V的MSB，该符号的下一个有效位应取字节的下一个有效位。2mQAM调制的情况下，将字节映射到n个符号，8k=nm。图6-13是64QAM情况下字节到符号变换的示意图，这时m6，k3，n4。第112页/共143页图6-13 64QAM时字节到m比特符号变换示意图 第113页/共143页 64QAM调制时，每个符号为6 b，分成两路，每路为3 b。I轴和Q轴各自为3 b，构成1，3，5，7的8电平，符号映射时将3 B变换成4符号。图中，b0为每个字节或每个符号的最低有效位(L

16、SB)，符号Z在符号Z+1之前传输。第114页/共143页 2.调制 DVB-C采用QAM调制方式。若多元调制为2mQAM，则需把k字节映射成n个符号，即8k=nm，映射后的符号的最高两比特要进行差分编码(Differential Code)。图6-14 是字节到m比特符号变换、两位MSB差分编码示意图，编码后形成Ik和Qk分量，差分由下面的布尔表达式给出：第115页/共143页图6-14 字节到m比特符号变换、两位MSB差分编码示意图 第116页/共143页 接着进入具有均方根升余弦滚降特性(滚降系数=0.15)的滤波器进行基带整形，然后与其它符号位一起进入QAM调制器完成信号调制。因此，D

17、VB-C的调制实际上是采用格雷码在星座图上的差分编码映射，随着Ik和Qk分量从星座图第1象限的00依次变换到第2象限的10、第3象限的11、第4象限的01，符号的较低位从第1象限旋转/2到第2象限、从第2象限旋转/2到第3象限、从第3象限旋转/2到第4象限，完成整个星座的映射。图6-15图6-19分别是16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM星座图。第117页/共143页图6-15 16QAM星座图 第118页/共143页图6-16 32QAM星座图 第119页/共143页图6-17 64QAM星座图 第120页/共143页图6-18 128QAM星座图 第121页/共1

18、43页图6-19 256QAM星座图 第122页/共143页的信道编码与调制 DVB-T是1997年8月由ETSI(欧洲电信标准学会)制定的，标准编号为ETS 300 744。DVB-T的信道编码和调制系统方框图如图6-20所示。图中前4个方框与DVB-S是相同的，信道编码也采用RS（204，188，t8）外编码和删余卷积内编码，内编码可根据需要采用不同的编码率(R1278)。第123页/共143页图6-20 DVB-T信道编码和调制系统方框图 第124页/共143页 1.内交织 DVB-T中的高频载波采用COFDM调制方式，在8 MHz射频带宽内设置1705(2k模式)或6817(8k模式)

19、个载波，将高数码率的数据流分解成2k路(或8k路)低数码率的数据流，分别对每个载波进行QPSK，16QAM或64QAM调制。为提高COFDM信号接收解调时维特比(Viterbi)解码器对突发误码的纠错能力，DVB-T对卷积编码后的数据流进行了内交织，它包括比特交织和符号交织两个步骤，不同的调制方式(QPSK，16QAM，64QAM等)有不同的交织模式。第125页/共143页 图6-21是在QPSK，16QAM和64QAM三种调制模式下，收缩卷积码经过并串转换后的串行数据流输入x0,x1处理成输出调制符号的映射过程。图中的串并转换器在QPSK，16QAM和64QAM三种模式中将数据流分别变成并行

20、的2，4，6路比特流。在16QAM时，输入x0,x1变换成b00、b01，b10、b11，b20、b21和b30、b31四路并行比特流。然后，进入四个比特交织器I0、I1、I2和I3，各自交织成a00、a01，a10、a11，a20、a21和a30、a31四路并行比特流。第126页/共143页图6-21 在QPSK，16QAM和64QAM三种调制模式下的内交织示意图 第127页/共143页 这里，对不同的交织器I0，I1，定义了不同的交织模式。DVB-T中对交织规律作了较详细的规定。比特交织后的符号串在符号交织器中进一步实现符号交织。根据2k模式(除导频信号外的有效载波数1512=12126)

21、或8k模式(有效载波数604848126个)的COFDM调制，可将12个或48个符号组（每组126符号）顺序进行交织。内交织的作用相当于被调制载波的频率交织，而外交织相当于时间交织。第128页/共143页 2.映射和星座图 COFDM调制中，由每个符号对各个载波进行调制，QPSK调制时符号为2 b，16QAM调制时符号为4 b，64QAM调制时符号为6 b。图6-22(a)所示的是QPSK调制时，2 b的符号y0,A,y1,A应用格雷码映射成的4点星座图，图(b)和图(c)的16QAM和64QAM星座图可以类推。第129页/共143页 3.插入保护间隙和导频 地面数字电视的传输频谱很宽，而实际

22、OFDM的载波数目N是有限的，不能保证每路载波的带宽总是小于f，因而会产生码间干扰，影响正交条件。多径反射的结果是前一个符号的尾部拖延到后一个符号的前部，解决的办法是在每个符号之前设置保护间隙Tg，在接收机中对每个符号开始的Tg时间内的信号不予考虑，以此来消除多径延时小于Tg的码间干扰。保护间隙的插入使频谱利用率略有下降。第130页/共143页 OFDM是由N个频率的已调制载波综合成的信号。在2k模式中N1705，在8k模式中N6817。68个OFDM符号构成一个OFDM帧，它们分别受到2、4或6比特符号进行的QPSK、16QAM或64QAM调制。由序列号为067的OFDM符号构成一个OFDM

23、帧，由4个OFDM帧构成一个超帧。每个OFDM符号中有一些载波不用于数据传输而用于连续导频、散布导频和TPS（Transmission Parameter Signaling，传输参数信令）信号的传输，它们是接收端获取解调和编码有关信息所必需的。第131页/共143页 OFDM中对每个载波的调制都是抑制载波的。接收端解调时是需要基准信号的，这些基准信号称为导频信号，它们在OFDM符号内分布于不同的时间和频率上，具有已知的幅度和相位。导频分为连续导频和散布导频。连续导频以恒定数量分布于OFDM符号内，在2k模式的1705个载波中安排了45个连续导频载波，在8k模式的6817个载波中安排了177个

24、连续导频载波，它们在每个符号中的具体载波位置是随机的，但在各符号间的相应安排位置是一样的，且接收端已知其规律。连续导频的作用是向接收端提供同步和相位误差估值信息。在每12个载波中第12个为散布导频，逐个OFDM符号依此类推下去，直至一帧结束。在一些载波位置上，连续导频和散布导频是重合的。散布导频的作用是提供频率选择性衰落、时间选择性衰落和干扰的动态变化情况等关于信道特性的信息，以便接收端及时地实现动态信道均衡。第132页/共143页 接收机利用连续导频和散布导频能快速同步和正确解调，但用于数据传输的载波数目减少很多，载波使用效率下降。2k模式中实际有用的载波为1512个，8k模式中的有用载波为

25、6048个，载波使用效率均为88.7。第133页/共143页图6-22 QPSK、16QAM、64QAM星座图(a)QPSK；(b)16QAM；第134页/共143页图6-22 QPSK、16QAM、64QAM星座图(c)64QAM第135页/共143页 4.COFDM信号的形成 N路信号组成的N维复矢量要进行IFFT，对IFFT输出的复矢量的实部和虚部要分别进行并串变换、DA转换和低通滤波。随后对虚部信号和实部信号进行正交调制，即分别乘以cost和-sint后再相加，在所规定的中频频带上形成COFDM信号。这里的COFDM信号是以复信号的形式传输的。正交调制后的信号最后经频率变换搬移到射频，

26、馈送至天线发射出去。在接收机中对COFDM信号的解调按与上述调制过程相反的顺序进行。第136页/共143页设备接口标准 1.ASI(Asynchronous Serial Interface,异步串行接口)ASI采用270 Mbs的固定连接速率，适用于电缆传输和光缆传输。在用于电缆传输时，采用BNC连接器。图6-23（a）所示为一个典型的使用同轴电缆的ASI。发送端首先将TS包按字节进行8B10B编码，每字节编码成为10 b。在ITU-T J.83中对编码作了详细规定。这些10 b码字的游程长度等于或小于4 b且直流偏置最小，这些码字在并/串变换器变换为固定的270 Mbs输出码率。若输入数据

27、不足，可以插入同步字节填充。270 Mbs的串行码经过放大、缓冲和阻抗匹配，由BNC连接器输出。接收部分是发送的逆过程，比较特别的是有一个时钟恢复环节，用于从比特流中恢复出270 MHz的时钟。图6-23（b）为使用光缆的ASI。第137页/共143页图6-23 ASI传输链路(a)由同轴电缆构成传输链路；(b)由光缆构成传输链路 第138页/共143页 已恢复的串行数据经8B10B解码器变换回原始的字节。为保证字节对齐，解码器要首先搜索同步字，该同步字的码型在10 b码字中是惟一的，与所有可能的由8B10B编码器产生的输入数据字节均不同。一旦搜索到该同步字，即为随后接收的数据字标定了边界，从

28、而建立了解码输出字节的正确的字节排列。第139页/共143页 2.SPI(Synchronous Parallel Interface,同步并行口)SPI是以ITU-R BT656-2为基础制定的，用于较短距离的信号连接。接口连接器采用25针D型超小型连接器，提供11对信号线和3条地线，信号采用低电压差分信号(LVDS)电平。信号线是平衡的，每个信号有A、B两条线。11对信号线中有8对数据信号(Data0Data7)，1对时钟信号(Clock)，1对包同步信号(P sync)和1对数据有效信号(D valid)。其中，包同步信号标志一个包的开始，对应于包同步字节；数据有效信号标志当前字节是否为

29、包的有效数据，它与包的传送格式有关；时钟信号频率fp取决于数据流的速率，也与包的传送格式有关。传送格式1的包长为188 B；传送格式2的包长为204 B，包含188 B有效数据和16 B无效位；传送格式3的包长为204 B，经过RS编码后204 B全部有效。传送格式1时，fp=f u/8；传送格式2或3时，fp=204fu/(1888)。fu为对应于TS速率的频率，如TS速率为8 Mb/s,则fu=8 MHz。第140页/共143页表6-2 SPI的25针D型超小型连接器针脚分配表第141页/共143页 3.SSI(Synchronous Serial Interface,同步串行口)SSI可以看作是做了并/串转换的SPI的扩展，它使用的速率就是传输码流的速率，传输介质可以是电缆或光缆。采用电缆传输时采用BNC连接器。线路编码采用双相标记编码，编码规则是：不管值为“1”还是“0”，跳变始终发生在比特的起点上；对于逻辑“1”，在比特的中点上还有一次跳变发生；对于逻辑“0”，在比特的中点上无跳变发生。第142页/共143页感谢您的观看！第143页/共143页