数字有线电视系统内容提要一、数字电视技术的发展二、有关基础知识三、数字有线电视前端硬件平台四、数字有线电视前端软件平台五、数字电视技术的相关标准六、数字有线电视系统一、数字电视技术的发展1.数字电视是电视发展的必然趋势电视技术的革命:第一次:黑白→彩色第二次:模拟→数字传统的模拟电视缺点是:容易受噪声干扰,长距离传输后信噪比恶化;图像清晰度下降,信号波形畸变,相位失真、色彩失真;对设备的非线性失真十分敏感。模拟电视还具有稳定性差、可靠性低、调整繁杂、不便集成、自动控制困难。不能与IT接轨,业务受限。2.数字电视的发展历程与现状1994年,数字卫星电视启动;1998年,数字地面电视开始试播;欧、美、日发展较快;数字卫星电视出现最早,目前最为成熟与规范;数字有线电视和数字地面电视目前尚处于发展阶段。3.数字有线电视在我国面临良好的发展机遇(1)有线电视目前在中国有9000万以上用户,2005年将达到1.2亿。经济发达地区和城市的电视用户多数通过有线收看电视节目,同时有线电视数字化的技术基础也较成熟。有线电视数字化的发展将能够支持最全面的业务。(2)我国尚未放开个人和家庭直接接收卫星电视信号的限制,数字电视的地面广播,有关标准国际上正在制定中。实现数字有线电视广播在传输链路上的投资最少。目前最有条件发展的则是数字有线电视。二、数字通信基础知识2.1信道与带宽传输信息的通路称为信道,可以分为两种:传输模拟信号的称为模拟信道,传输数字信号的信道称为数字信道。信道所能传送信号的频率范围,称为带宽。传输信道的最小频道宽度应≥数字信号本身频谱的宽度。二、数字通信基础知识2.2数据传输速率比特率:是指二进制数码流的数据传输速率,单位是:bit/s简写b/s或bps,它表示每秒传输多少个二进制元素(每一个二进制的元素称为比特)。波特率:也就是符号率,又称调制速率,是针对模拟数据信号传输过程中,调制解调器输出的调制信号每秒钟载波调制状态改变的数值,单位是B/s,称为波特(baud)率。R=Blog2N(b/s),其中R是比特率,B是波特率,N是n比特的电平数(即,进制数)。log2N=n:比特数/符号二、数字通信基础知识2.3信源编码抽样:将时间上连续的取值变为有限个离散取值的过程。量化:将经抽样后幅度上无限多种连续的样值变为有限个离散值的过程。编码:把量化后的信号按照一定的对应关系转变成一系列数字编码脉冲的过程。信源数据压缩编码:降低传输数据率。二、数字通信基础知识--2.4信道编码纠错:在信道编码过程中将附加数据加于数据流之中,在接收端通过校验位来发现有错误的数据字,并给予纠正。交织:是对纠错过程的补充。其基本原理是在编码时将数码流按已定义的规则“搅乱”,在接受端再将那些“搅乱”的数据字按相反的规则重新排列,使之恢复出原始次序。三、数字有线电视前端硬件平台--3.1数字卫星接收机1.概述因为我国上星的数字电视节目的大部分采用的是QPSK调制方式,数字卫星接收机都是QPSK解调。数字卫星接收机也分为几种,有的虽然是接收卫星上的数字节目,但是输出的还是模拟的音视频信号,这就是目前大部分电视台前端系统所采用,还没有改造的。有的是直接是输出TS码流;还有一种就是既能输出模拟信号,又能输出数字的TS码流。数字调制信号的向量表示或星座图表示数字调制信号的一般描述在第n个符号间隔,发射的已调信号,可表示为一个向量。IjQ0AnφnInQn在所有时间上,发射的已调信号只有有限的若干种,可表示为若干个向量。若只画出向量的端点称为星座图。QPSK信号的正交调制IjQBPSK,载波cosωctBPSK,载波sinωct合成为QPSKA方式QPSK正交调制器B方式QPSK正交调制器星座图:调制载波变化状态的表示图a和b为数据率减半的bit序列,A/D后0以+1表示,1以-1表示,并用I(t)表示a;Q(t)表示b。平衡调幅器输出:I(t)sinωct=±sinωctQ(t)cosωct=±cosωct若载波为:sin(ωct-45)和cos(ωct+45)则星座图旋转45,见图中的标记“×”。三、数字有线电视前端硬件平台--3.1数字卫星接收机Q三、数字有线电视前端硬件平台--3.1数字卫星接收机恢复绝对NRZ码的0,1状态±1复用适配和能量扩散RS编码器(204,188)卷积交织器I=12字节到m位符号变换差分编码基带成形QAM调制至RF有线信道视频编码器音频编码器数据编码器节目复用器传送复用器12n有线前端MPEG-2源编码和复用IQSync1反转和去能量扩散RS码解码器卷积去交织器符号到字节映射差分解码器匹配滤波器与均衡RF物理接口QAM解码器接RF有线信道有线IRDIQ数据时钟载波、时钟和同步恢复DVB-C系统框图三、数字有线电视前端硬件平台编码调制系统去RF有线信道时钟数据*m基带接口:来自本地MPEG-2节目源,分配链路,再复用等基带物理接口Sync1反转和随机化卷积交织器I=12字节字节到m位符号变换差分编码基带成形时钟和同步生成器QAM调制器和IF或RF物理接口有线前端888mIQ*MPEG-2传送复用包RS编码器(204,188)对每符号的两个最高有效位进行差分编码,从而获得旋转不变的星座图。将m比特符号映射为I、Q信号,并进行滚降滤波。根据MPEG-2帧结构将SYNC1字节进行反转;对数据流进行随机化处理。使数据结构与信号源格式相适配。字节到符号的变换例:64QAM的字节m比特符号的变换,2m=64,m=6,3字节转换为4个符号b7b6b5b4b3b2b1b0字节v字节v+1字节v+2自交织器输出(字节)b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b5b4b3b2b1b0b5b4b3b2b1b0b5b4b3b2b1b0b5b4b3b2b1b0符号z符号z+1符号z+2符号z+3至差分编码器(6-bit符号)三、数字有线电视前端硬件平台--3.2QAM调制器1.调制方式的选择DVB-S中,采用的是QPSK调制解调方式;DVB-C中,采用的是QAM调制解调方式;DVB-T中,采用的是OFDM多载波调制,每个载波再采用QPSK或者QAM调制。QAM是用数字信号去调制载波的幅度和相位,常用有16QAM、32QAM、64QAM等。由于载波的幅度和相位都带有信息,比QPSK方式传输的数码率高。DVB-C多用64QAM的调制方式。QPSK方式具有较强的抗干扰能力,多用在双向网的回传。三、数字有线电视前端硬件平台--3.2QAM调制器2.调制速率16QAM调制中,一个符号用4个比特来表示;64QAM调制中,一个符号用6个比特来表示;256QAM调制中,一个符号用8个比特来表示。64QAM的调制符号率为6.89MBps时,它的最高数据传输速率为6.89×6=41.34Mbps,由于其中有RS编码,去掉冗余,有效传输数据速率为41.34×(188/204)=38.1Mbps。B:波特三、数字有线电视前端硬件平台--3.2QAM调制器3.QAM调制原理正交调幅(QAM)是幅度调制和相位调制的结合,既调幅又调相。QAM是将调制符号调制到一对正交载波上,是二维调制技术。数字比特序列被分成两个序列,以16QAM为例,每4个调制比特分为两组,每组两个比特,分别去调制同相正交载波,然后将两路已调信号相加发送。QAM的正交调制实现IQ4ASK,载波0相位IQ4ASK,载波900相位IQ三、数字有线电视前端硬件平台--3.2QAM调制器M-QAM由2路正交的L-ASK信号叠加而成,M=L2A/D三、数字有线电视前端硬件平台--3.2QAM调制器16QAM星座图差分编码的作用为了获得π/2旋转不变QAM星座图,每个符号的两个最高有效位应进行差分编码。复用适配和能量扩散RS编码器(204,188)卷积交织器I=12字节到m位符号变换差分编码基带成形QAM调制至RF有线信道视频编码器音频编码器数据编码器节目复用器传送复用器12n有线前端MPEG-2源编码和复用IQ差分编码规则和示意图两个MSB差分编码由下面的表达式给出)()()()()()()()(1111kkkkkkkkkkkkkkkkkkIBBAQBBAQQABAIABAI字节到m比特符号变换映射q个比特(bq-1,…,bo)Ak=MSBBk=bq差分编码QkIkQIq=2,16QAM时;q=3,32QAM时;q=4,64QAM时;差分编码规则和示意图两个MSB差分编码由下面的表达式给出)()()()()()()()(1111kkkkkkkkkkkkkkkkkkIBBAQBBAQQABAIABAI字节到m比特符号变换映射q个比特(bq-1,…,bo)Ak=MSBBk=bq差分编码QkIkQIq=2,16QAM时;q=3,32QAM时;q=4,64QAM时;QAM星座图系统采用16/32/64QAM举例:16QAM星座图IQ0000000100110010100010101011100111001110111111010100011001110101IkQk=00IkQk=10IkQk=11IkQk=01IkQk为每象限的两个MSB,象限MSBLSB旋转100210+π/2311+π401+3π/2星座图中的第1象限星座点到其它象限星座点的变换通过改变2个MSB位(即IkQk)并根据表中规则旋转q个LSB,可将第1象限中的星座点变换至第2、3、4象限。IQ载波相位旋转示意图载波相位旋转任意角度IQ0000000100110010100010101011100111001110111111010100011001110101IQ00000001001100101000101010111001110011101111110101000110011101010000000100110010100010101011100111001110111111010100011001110101载波相位旋转900IQ0000000100110010100010101011100111001110111111010100011001110101IQ00000001001100101000101010111001110011101111110101000110011101010000000100110010100010101011100111001110111111010100011001110101载波发生π/2,π,3π/2象位旋转时,q个LSB不会发生错误,而2个MSB经差分译码后也不会发生错误。符号率、带宽的关系对QAM信号,占用射频带宽B与符号率Rs的关系为:B=(1+α)Rs采用0.15滚降系数时,一个8MHz信道中理论上的最大符号率为6.96MBaud。(Baud=symbol/s)8MHzfc比特率与符号率的关系有用比特率Ru、总比特率Ru’、符号率Rs复用适配和能量扩散RS编码器(204,188)卷积交织器I=12字节到m位符号变换差分编码基带成形QAM调制至RF有线信道视频编码器音频编码器数据编码器节目复用器传送复用器12n有线前端MPEG-2源编码和复用IQRuRu’RsRu=Ru’(188/204)=(log2M)Rs(188/204)举例有用比特率Ru(MPEG-2传送层)[Mbit/s]总比特率Ru‘包含RS(204,188)[Mbit/s]有线符号速率Rs[MBaud]占用带宽[MHz]调制方案38.131.925.241.3434.6127.346.896.926.847.927.967.8664-QAM32-QAM16-QAM31.672PDH34.3676.877.9032-QAM18.916.012.820.5217.4013.923.423.483.483.934.004.0064-QAM32-QAM16-QAM9.68.06.
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