电视与视频技术第11章

第11章数字电视地面广播第11章地面数字电视广播系统本章主要内容：DVB-T数字电视广播系统ATSC数字电视广播系统DTTB数字电视地面广播传输标准第11章数字电视地面广播地面数字电视广播标准：标准制定国家/地区颁布时间使用国家/地区ATSC美国1996.12美国、加拿大、墨西哥、巴西、韩国等DVB-T欧洲1996.05欧洲各国、亚太地区、新加坡、澳大利亚等ISDB-T日本1999日本DTTB中国2006.8.18中国信源编码：MPEG-2主要差别是：信道编码和数字调制方式第11章数字电视地面广播§11.1DVB-T数字电视广播系统DVB-T信道编码和调制MPEG-2TS传送流信道编码：RS编码+数据交织+卷积码+数据交织数字调制：OFDM第11章数字电视地面广播一、COFDM调制OFDM：正交频分复用C：基带信号施加了纠错编码目的：解决高速率数据在通过开路传输时因多径效应引入的码间干扰。原因：视频信号的码率很高（几Mbit/s），符号周期很小（约为10-1至10-2微妙）；开路传输时反射波会比直射波延迟数个符号周期。解决的办法：增大符号周期（降低码率）第11章数字电视地面广播OFDM已调波的频谱1sfT符号持续时间sT1、COFDM基本原理•串并转换实现码率降低。•高频带宽B内均匀安排N个子载波，各载波信号频谱正交。•N路信号对N个子载波调制。QPSK、16QAM、64QAM•N路已调波混合，频分复用总带宽B。2mN'bbRRNbR'bR第11章数字电视地面广播2、实施方法调制利用IFFT运算，解调利用FFT运算，由专用集成芯片完成。同步检波第11章数字电视地面广播3、COFDM的应用非对称数字用户环路（ADSL）数字视频广播（DVB）无线局域网（WLAN）无线广域网（WWAN)新一代蜂窝移动通信等•2k模式适合高速移动接收•8k模式适合组建单频网SFNDVB-T系统中的应用：8MHz高频带宽模式模式理论载波数相邻频率间隔有效载波数实际传输数据的载波数2k20483096Hz170515128k8192976.5Hz68196048kN2NB第11章数字电视地面广播交织方法：二、内交织目的：提高COFDM信号解调时的纠错能力，在卷积编码后对数据进行内交织。不同的调制方法有不同的交织模式第11章数字电视地面广播00,01,02,03,0()bbbbb符号00,01,02,03,0()aaaaa符号00,01,02,03,0()yyyy符号Y比特交织器数据块的大小：126bit比特交织模式：,,()0,1,2,3,4,50,1,...125iiiHabi；；0123450:()1:()(63)mod1262:()(105)mod1263:()(42)mod1264:()(21)mod1265:()(84)mod126IHIHIHIHIHIH交织器的置换函数：()iH例：第11章数字电视地面广播符号交织器的数据块的大小：实际传输数据的载波数（符号数）2k模式：1512=12×126；8k模式：6048=48×126比特交织器重复12次比特交织器重复48次()maxmax;0,2,4,;1,3,5...1HqqqHqyaqNyaqN（）对偶数的符号对奇数的符号置换函数()Hq符号交织模式：第11章数字电视地面广播三、数据映射和星座图实部的调制:cos(2)qkIft虚部的调制:sin(2)qkQft第11章数字电视地面广播第11章数字电视地面广播四、保护间隔减小符号间干扰的方法：采取OFDM调制降低了符号率，减小了已调波频带内的符号间干扰。加入保护间隔，进一步减小OFDM符号间干扰。gTgTsTuTOFDM符号LOFDM符号L+1只要本符号的反射波与直射波的延时不超过保护间隔期，就不会干扰次一个符号，而本符号的反射波将增强直达波的接收功率带来增益。第11章数字电视地面广播8k模式和2k模式参数模式8k模式2k模式1/41/81/161/321/41/81/161/32符号有效持续期896224保护间隔22411256285628147符号总持续期11201008952924280252238231/gsTT()sTs()gTs()uTs2k模式和8k模式的OFDM参数Hz4464第11章数字电视地面广播五、帧自适应、导频和TPS信号1、帧自适应OFDM符号：在内，N（1705、6817）个已调载波的综合。OFDM帧：序号为0—67的OFDM符号构成。OFDM超帧：4个OFDM帧构成。sTTPS载波散布导频数据连续导频............................................................min0Nmax1704(6816)NOFDM符号的帧结构f第11章数字电视地面广播2、导频①连续导频“”作用：向接收机提供同步和相位误差估计信息。实现：在OFDM符号内，安排固定数量、位置固定的载波。2k模式：45个；8k模式：117个调制方式BPSK调制信号由PRBS序列确定DDDDDDDDDDD+kW初始状态11111111111载波序号：0，48，54，87，141，…，1704；…，8616第11章数字电视地面广播②散布导频“”作用：提供关于信道特性（频率选择性衰落、时间选择性衰落和干扰的动态变化等）信息，以便接收机及时实现动态信道均衡。实现：在OFDM一帧中，每12个载频中第12个为散布载频。散布载频和连续载频可能重叠。由于设置了导频载波，用于传输数据的载波数目减少，使得载波使用效率下降。2k模式的有效载波17058k模式的有效载波6816载波使用效率88.7%第11章数字电视地面广播③TPS信号“”作用：用于给出传输参数，即信道编码和调制有关的信令。实现：（2k模式）在一个OFDM符号中，设置17个固定载频。调制方式DBPSK，传送1bit调制信息。在一个OFDM帧中同一对应位置上68个bit构成一个TPS块，一帧中有17个相同的TPS块。每块中的比特序号为S0----S67，其信息内容及格式见书P.281。载波序号：34，50，209，246，…，16878k模式：在一个OFDM符号内设置68个固定载波。第11章数字电视地面广播3、超帧内的TS包4个OFDM帧组成一个超帧，在超帧内可以传输整数个204字节的RS码TS包。OFDM超帧内TS包数目如表所示：第11章数字电视地面广播六、DVB-T不同参数的频谱效率8MHz带宽内的有效码率（Mbit/s）一路HDTV第11章数字电视地面广播七、COFDM射频功率谱每个载波的频谱：sinkxAx总的功率谱为各载波功率谱的合成：2sin[]kxAx8M带宽内功率谱比较均匀，功率效率高，对外造成的干扰小。第11章数字电视地面广播§11.2ATSC数字电视广播系统ATSC：高级电视制式委员会特点：1996年批准的地面数字电视标准；6MHz高频带宽内可传输19.39Mbit/s的码率；每个频道可传输一套HDTV信号，3—5套SDTV节目。第11章数字电视地面广播一、数据随机化与RS编码1、数据随机化PRBS生成多项式：16131211763()1Gxxxxxxxxx+'4b4b+'5b5b+'6b6b+'7b7b+'3b3b+'2b2b+'1b1b+'0b0b初始化值：F180HEX初始化在每场中第二段的同步期间实施MPEG-2的TS流中的SYNC不进行随机化第11章数字电视地面广播2、RS编码RS（207，187，t=10)码长207字节信息段187字节，每字节8bit监督段20字节纠错能力为207字节中的10字节同步字节（SYNC）不进行RS编码第11章数字电视地面广播二、ATSC帧结构符号：2bit/符号，4符号/字节。段：同步+207=208字节，832符号/段，有效数据748个符号，监督码80个符号。场：313段/场，第一段为场同步，每场的传输时间24.2ms。帧：2场/帧。PRBS初始化在每场的第二段的同步字节期进行。段同步取代SYNC第11章数字电视地面广播交织深度B=52数据段，M=4字节数据块的大小N=B*M=208字节同步字节不参与交织段内交织和段间交织三、数据交织第11章数字电视地面广播四、格栅编码（TCM）1、TCM编码概述TCM是将编码和调制结合在一起的卷积码，以提高系统的抗干扰能力。可在不增加信道带宽和不降低信息速率下获得3dB---4dB的功率增益。编码效率n/(n+1)方法：编码码字和调制信号间映射原则：使已调信号星座图上信号点之间的空间距离（欧氏距离）最大。第11章数字电视地面广播2、ATSC中的格栅编码8VSB符号卷积编码和8-VSB相结合X1，X2→Z0，Z1，Z2符号干扰抑制滤波器（预编码器）作用：梳状滤波器，避免和NTSC同频道信号干扰。第11章数字电视地面广播格栅编码器8-VSB调制的信号集合星座点子集的划分原则为集合中星座点间的最小距离映射电平210210ZZZ1Z2Z0Z第11章数字电视地面广播六、导频的加入导频的作用：为接收端提供解调用的精确载波。方法：幅度为1.25信号对载波调制总频带：6MHz有效带宽：5.38MHzd=0.31MHz0.1152MHz第11章数字电视地面广播七、8-VSB调制VSB滤波保留上边带和部分下边带，部分下边带中传送载波信息（导频信号）形成残留边带信号。283kMMK；，()[7,5,3,1,1,3,5,7]gtMVSB高频调制效率：22122log(//)2log2(//)1bbRRBHzkMbitszkBMbitsHz8VBS6(//)bitsHz5.3(//)bitsHz第11章数字电视地面广播§10.3我国数字电视地面广播传输标准一、系统综述标准：GB20600-2006《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》，于2006年8月18日正式批准成为强制性国家标准，简称为DTTB。具有多项独立的自主知识产权的技术。DTTB支持4.81Mbit/s～32.486Mbit/s的净荷传输数据率。支持标准清晰度电视业务和高清晰度电视业务，支持固定接收和移动接收及多频组网和单频组网。第11章数字电视地面广播数据接口符合GB/T17975.1第一部分，即MPEG-2标准的第一部分（系统）。射频输出接口符合标准SJ/T10351电视发射通用技术标准。关键技术低密度校验纠错码系统信息的扩频传输帧结构设计等等第11章数字电视地面广播二、扰码与前向纠错码（FEC）1、扰码（数据随机化）伪随机序列：1415()1gxxx+bMPEG-TS流初始状态：100101010000000复位：信号帧开始时复位到初始状态第11章数字电视地面广播2、前向纠错（FEC）BCHLDPC外码内码①BCH码BCH码由三位学者相继提出的。BCH码有严格的代数结构，能够纠正多位错码的循环码，是循环码的重要子类。标记方法：（n，k，t）本原多项式不能再因式分解可整除不能整除最高幂次为m1;21nmxn1;qxqn()px本原BCH码→生成多项式中含有最高幂次为m的本原多项式。能除尽→非本原BCH码→中没有21mnm（为整数）()gxn21m()gx()px()px第11章数字电视地面广播38233217()(13)(1011)1mngxxx例1：（7，4，1）本原BCH码例2：（23，12，3）非本原BCH码118211976511218923()(5343)(101011100011)1mgxxxxxxxn，(n-k)，t