第七章+数字电视系统

2009-12-30浙江传媒学院zlh1数字电视系统2009-12-30浙江传媒学院zlh2现行的数字电视系统广泛使用的数字电视系统美国的ATSC　欧洲的DVB（DVB-S，DVB-C：DVB-T）　日本的ISDB－T新一代数字电视系统卫星DVB-S2(一般兼容DVB-S)■信源、信道BCH+LDPC；调制APSK名星型QAM■与DVB-S相比，在相同的传输条件下，DVB-S.2传输容量提高约30%以上DVB-T2DTMB(中国地面数字多媒体电视广播)■信源、信道BCH+LDPC；调制COFDM2009-12-30浙江传媒学院zlh3美国ATSC欧洲DVB日本ISDB调制方式地面卫星有线地面卫星有线地面卫星有线8VSB/16VSBQPSKQAM/VSB2K/8KCOFDMQPSKQAM分段COFDMQPSKQAM视频编码MPEG-2MPEG-2MPEG-2音频编码AC-3MPEG-2MPEG-2复用方式MPEG-2MPEG-2MPEG-22009-12-30浙江传媒学院zlh4我国数字电视系统标准卫星：国家标准，GB/T17700-1999卫星数字电视广播信道编码和调制标准，基本等同于DVB-S有线：行业标准，GY/T170-2001有线数字电视广播信道编码与调制规范，基本等同于DVB-C地面：DTMB(地面数字多媒体电视广播)■信源、信道BCH+LDPC；调制COFDM标准号：GB20600-2006标准名：《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》国家标准（强制性国家标准）批准时间：2006年8月18日正式实施：2007年8月01日2009-12-30浙江传媒学院zlh5DVB标准DVB标准是以欧洲为主是一套完整的数字电视解决方案，得到了广泛的应用。DVB系统的主要标准有：　(1)DVB-S：用于11／12GHz频段的数字卫星系统，适用于多种转发器带宽与功率，传输层的数码率最大为38.1Mb/s。　(2)DVB-C：用于8MHz数字有线电视系统，与DVB-S兼容，传输层的数码率最大为38.1Mb/s。(3)DVB-T：用于6MHz、7MHz、8MHz地面数字电视系统，传输层的数码率最大为24Mb/s。2009-12-30浙江传媒学院zlh6(4)DVB-CS：用于数字卫星共用天线电视系统（SMATV），由DVB-C和DVB-S改变得出，用于共用天线电视系统安装。(5)DVB-SI：服务信息系统。(6)DVB-TXT：固定格式图文广播传送规范。(7)DVB-CI：用于条件接收及其它应用的DVB公共接口。(8)DVB-DATA：用于数据广播的技术规范。　(9)DVB-RCC/RCT／NIP：用于交互电视回传信道。2009-12-30浙江传媒学院zlh7DVB与MPEG-2的关联1、DVB直接采用了MPEG-2标准中的系统、视频、音频部分，用于形成DVB的基本流ES和传送流TS。2、DVB定义了MPEG-2可以使用的语法子集和参数等。3、DVB还在TS流中定义了许多辅助信息，称为服务信息SI以便于选择节目.4、DVB在MPEG-2的节目特定信息PSI基础上，补充规定了一系列SI表格，并规定了一些表格的PID值。2009-12-30浙江传媒学院zlh8DVB-S的信道编码与调制2009-12-30浙江传媒学院zlh9DVB-S的信道编码与调制DVB-S在欧洲电信标准学会标准编号为ETS300421DVB-S在ITU(国际电信联盟)的相应标准号是ITU-RBO.1211DVB-S在我国相应的国家标准号是GB/T17700-1999我国国家标准与上述两个国际标准的差异是：■①我国将使用范围扩展到了C波段（4／6GHz）固定卫星业务中的相应业务；■②DVB-S系统使用QPSK调制方式、BPSK调制方式，而我国国家标准主要使用QPSK调制方式2009-12-30浙江传媒学院zlh102009-12-30浙江传媒学院zlh11图7-9DVB-S系统功能方框图复用适配和能量扩散视频编码器RS(204,188)卷积编码卫星信道适配器12nMPEG-2信源编码和复用音频编码器数据编码器节目复用器…传送复用器外编码器卷积交织器内编码器基带成形QPSK调制2009-12-30浙江传媒学院zlh12复用适配和能量扩散原因：序列随机化具体方法■用PRBS加扰数据PRBS发生器如图所示：2009-12-30浙江传媒学院zlh13在DVB-S中，将8个TS包组成一个包组，每个包组中第一个TS包的同步字节取47H的反码B8H，其余7个同步字节仍为47H在数据随机化时，以包组作为PRBS加扰的循环周期DVB帧结构2009-12-30浙江传媒学院zlh14PRBS发生器如图所示：当无输入比特流或者比特流不符合TS流格式时,扰码处理仍然进行，以避免调制器发射未经调制的载波信号。在每个包组的Sync1期间，PRBS发生器实现初始化，初始化值为100101010000000B，经过1503字节后又重新初始化。每个包组内其余7个Sync期间PRBS发生器继续工作，但使能信号无效，与门输出为0，这些同步字节不被加扰。2009-12-30浙江传媒学院zlh15外码编码外码编码是RS编码。用截短的RS(204，188，t＝8)生成一个误码保护数据包，在每188B后加入16B的RS码。■数据包同步字节，不论是未取反的47H还是取反后的B8H都参与RS编码处理。　RS(204，188，t＝8)是由原始的RS(255，239，t＝8)截短得到的，其生成多项式■g(x)=(x+α)(x+α2)…(x+α16)（α=02H=00000010）。■GF(28)域生成多项式P(x)=x8+x4+x3+x2+1。■编码时在数据包204B前要添加51个全“0”字节，产生RS码后丢弃前面51个空字节，形成截短的(204，188)RS码。2009-12-30浙江传媒学院zlh16卷积交织卷积交织器L=12（12条支路），每个支路上有一个Mj单元的FIFO（先入先出）移位寄存器，M（交织深度）=204/12=17，每个单元包含1Byte。为了同步，每个同步Byte（即SYNC1或SYNCn）应在支路0上通过。交织不改变数据包的长度。2009-12-30浙江传媒学院zlh172009-12-30浙江传媒学院zlh18内码编码采用卷积编码卷积码的约束长度k=7，编码率为1/2，编码器为（2，1，7），输入1比特，输出2比特。2009-12-30浙江传媒学院zlh19收缩（压缩）：卷积编码后，去除不传送的比特，这过程称收缩，可以看成编码率的调整。DVB系统可以根据可得到数码率和信道情况使用不同编码效率的压缩（也叫可删除）卷积码（PunturedConvolutionalcodes）来选择相应的误码纠错能力。2009-12-30浙江传媒学院zlh20Y串行比特流去变频卷积编码X收缩QI基带成形QIQPSK调制卷积率R=1/2、2/3、3/4、5/6、7/82009-12-30浙江传媒学院zlh21基带成形和调制DVB-S采用常规的格雷码编码的QPSK调制，采用不进行差分编码的绝对映射。卫星功率是否充分利用对接收天线的尺寸有直接的影响，功率利用率越高，接收天线的尺寸就可以更小。为了达到最大的功率利用率而又不使频谱利用率有较大的降低，卫星系统最好采用QPSK调制并使用收缩卷积码和RS级联纠错的方式，可以取得较好的效果。I=0Q=0I=0Q=1I=1Q=1I=1Q=02009-12-30浙江传媒学院zlh226.2.2DVB-C的信道编码与调制2009-12-30浙江传媒学院zlh23DVB-C信道编码与调制系统DVB-C　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ETS300429。DVB-C在ITU（国际电信联盟）的相应标准为ITU-TJ.83建议书。DVB-C在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GY／T170-2001。我国有线数字电视广播系统：传输信道的带宽窄（8MHz）2009-12-30浙江传媒学院zlh24DVB-C信道的一些特征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。DVB-C传输信道质量好，光缆和电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／(s·Hz))可提高。2009-12-30浙江传媒学院zlh25图7-12DVB-C有线前端与接收的原理框图基带接口：来自本地MPEG-2节目源、分配链路再复用等8数据时钟去RF有线信道有线前端来自RF有线信道IQ88数据时钟有线IRD基带物理接口Sync1反转和随机化RS编码(204,188)8卷积交织器I＝128字节到m位符号变换m差分编码m基带成形IQQAM调制器和IF或RF物理接口时钟和同步生成器基带物理接口Sync1反转和去随机化RS解码(204,188)8卷积去交织器I＝128符号到字节映射m差分解码m匹配滤波器与均衡RF物理接口与QAM调制器载波时钟和同步恢复DVB-C原理框图2009-12-30浙江传媒学院zlh26DVB-C框图的一些特征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。MQAM调制■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。2009-12-30浙江传媒学院zlh27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。2mQAM调制的情况下，将字节映射到n个符号图是64QAM情况下字节到符号变换的示意图，这时m＝6。符号Zb1b0b7b6b5b4b3b2MSB自交织器输出(字节)字节Vb7b6b3b2b1b0b7b6b5b4b5b4b3b2b1b0b5b4b3b2b1b0b5b4b3b2b1b0b5b4b3b2b1b0b5b4b3b2b1b0LSB字节V＋1字节V＋2符号Z＋1符号Z＋2符号Z＋3至差分编码器(6b符号)2009-12-30浙江传媒学院zlh28差分编码映射后的符号的最高两比特要进行差分编码(DifferentialCode)。■图是字节到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。字节到m位符号变换差分编码Bk＝bqIkQk映射q个比特(bq－1～b0)IQ来自卷积交织8Ak＝MSB16QAM时，q＝232QAM时，q＝364QAM时，q＝4128QAM时，q＝5256QAM时，q＝6Ak为符号最高位；Bk为符号次高位QAM调制时■Ik、Qk=00，10，11，01决定了星座图中星座点的象限位置。■其余的q=m-2个比特形成2q个星座点，在四个象限内各配置一组。2009-12-30浙江传媒学院zlh292009-12-30浙江传媒学院zlh30差分由下面的布尔表达式给出：前一输入AK-10011BK-10110当前输入AK0011001100110011BK0110011001100110当前输出IK0011100111000110QK01100011100111001111kkkkkkkkkkkkkkkkkkIBBAQBBAQQABAIABAI2009-12-30浙江传媒学院zlh31由布尔表达及真值表可知Ik、Qk是根据Ak、Bk于Ak-1、Bk-1的变化得到的。■Ik、Qk使2q个星座点按照一定的相位差值处于确定的象