第5章 数字电视标准

15.1欧洲的数字电视传输标准(DVB)5.2美国的ATSC标准5.3日本的数字电视标准（ISDB）5.4我国数字电视地面广播传输标准第5章数字电视标准2数字电视标准（或称制式）是指数字电视采用的采样、压缩格式、传输方式和服务信息格式等的规定。数字电视相对模拟电视的巨大优势使之成为公认的下一代电视系统，而要将数字电视变成现实，需要完成复杂的系统性工作，其中最重要的一环就是数字电视标准的制定。标准的作用在于定义整个数字电视系统的具体实现细节，主要内容涵盖数字节目的前期制作、数字节目的显示格式、数字节目的传输几个方面。在所有这些标准确定之后，整套数字电视系统才可以组合并运转起来。

第5章数字电视标准3第5章数字电视标准目前世界上主要存在三种比较成熟的数字电视标准:美国的ATSC（AdvancedTelevisionSystemCommittee，先进电视制式委员会）制;欧洲的DVB（DigitalVideoBroadcasting，数字视频广播）制;日本的ISDB（IntegratedServicesDigitalBroadcasting，综合业务数字广播）制。其中欧洲的DVB制和美国的ATSC制占主导地位。4演播室里完成信号的抽样、量化、压缩编码的信源压缩部分;信道传输部分接收和显示部分等.因此数字电视制式是个庞大的标准体系。无论哪一种制式，从信号发射到落地，要有三套标准:第5章数字电视标准数字电视是一个复杂的系统，主要包括:卫星电视传输标准;有线电视传输标准;无线地面传输标准。5信源部分的标准主要是国际标准组织MPEG（活动图像专家组）提出的MPEG—1、MPEG—2、MPEG—4等视音频标准，以及ITUH.264/MPEGAVC、Microsoft/SMPTEVC1标准。信道部分的标准是最为核心的标准，每一种制式，根据传输媒介的不同又分为卫星、有线和地面三种不同的标准。比如，DVB传输标准包括卫星标准DVB—S、DVB—S2，有线传输标准DVB—C，地面传输标准DVB—T。DVB—S和DVB—C标准是最成熟的标准，目前已成为全球化的卫星和有线传输标准，大多数国家都在使用（包括中国）。第5章数字电视标准数字电视标准之争主要集中在地面数字广播系统。无论哪一种标准，它们的视频压缩技术都采用了MPEG-2标准。因此6我国对数字电视的发展十分重视，从“八五”和“九五”期间就设立了专项进行理论研究和技术攻关。1998年9月8日我国第一代高清晰度电视功能样机在中央电视台试用成功。1999年又研制成功了第二代高清晰度电视样机，10月1日在HDTV试播中成功地完成了国庆50周年庆典的实况转播。2000年成立了国家数字电视领导小组，决定自主制定我国数字电视标准。并于2000年1月3日发布了《信息技术运动图像及其伴音信息的通用编码第1部分：系统》标准（GB/T17975.1-2000），之后陆续在2000年7月14日发布了《信息技术运动图像及其伴音信息的通用编码第2部分：视频》标准（GB/T17975.2-2000）；第5章数字电视标准72002年5月8日《信息技术运动图像及其伴音信息的通用编码第3部分：音频》标准（GB/T17975.3-2002）；而对地面无线广播数字电视传输标准的制定较慢，原因是地面无线广播面对的是可以实现移动、便携接收以及中国广大农村无线电视用户，使用范围很大，地形情况复杂等因素，传输标准制定起来较困难。从2001年初全国广播电视标准化委员会就公开向国内征集我国数字电视地面广播传输方案，并于2001年4月和2001年10月收到HDTV总体组等国内五种不同的数字电视地面广播传输建议方案和样机，2002年上半年完成了对以上五个方案系统的测试。

第5章数字电视标准8根据地面数字多媒体电视广播的服务需求、传输条件和信道特征，清华大学提出的地面数字多媒体／电视广播（TerrestrialDigitalMultimedia/TVBroadcasting，DMB－T）多载波方案；上海交通大学的单载波高级数字电视地面广播系统ADTB-T（AdvancedDigitaltelevisionBroadcastingTerrestrial）方案较适合我国的国情。第5章数字电视标准92004年数字电视传输标准研发联合工作组按照知识产权含量、性能的先进性、实现技术的成熟性，在统一带宽、统一传输码率、统一时钟、统一系统信息四个统一的原则下，对单、多载波两种体制的原有方案的组成模块进行融合优化，形成了数字电视地面广播传输融合方案－－－－－－基本上倾向清华大学的多载波方案（DMB—T）和上海交通大学的单载波方案（ADTB—T）两大标准的融合体（DMB—TH）。

第5章数字电视标准102006年8月18日广电总局公布了数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制的国家标准（GB20600－2006）。同时还制定了与地面数字电视相关的17项配套标准。第5章数字电视标准第1个配套标准是地面数字电视广播标准实施指南，该标准主要规定了建立符合GB20600—2006地面数字电视传输标准的工作模式、组网模式选择以及工程实施等规范；

第2个则是地面数字电视广播系统测量方法；第3个是VHF/UHF频段地面数字电视广播的标准，这个标准主要适用于地面数字电视的频率规划；第4个标准则是中间件的标准，这个标准主要定义地面有线、卫星等数字广播电视系统等中间件系统的应用环境、传输协议等；11第5章数字电视标准第5个标准是地面数字电视广播单频网技术要求和实施指南；第6个标准是广播信号覆盖评估标准和测量方法。上述前六项标准属于地面数字电视网络和频率等方面的基础性标准。第7～10个配套标准则是发射机、接收机、接口等方面的技术要求和测量方法；第11～14个标准则是针对之前标准的测试标准细则，如第11个则是单频网规划准则；第15～17个标准都是修订标准。测试表明，国标系统的性能明显优于国外的DVB—T标准。12第5章数字电视标准2007年8月1日起强制执行地面数字电视国家标准（DMB—TH标准）。此前，使用欧洲方案（DVB—T）、清华大学方案（DMB—T）和上海交通大学方案（ADTB—T）的地区必须转换成新的国家标准DMB—TH标准。移动电视传输标准：2006年10月国家广电总局颁布了移动电视的传输标准——StiMi，2008年移动多媒体完成了为奥运会服务的任务。总之，制式的概念范围很大，可以是不同的系统，如模拟电视的三大兼容制式——NTSC制、PAL制和SECAM制；数字电视的三大标准——ATSC制、DVB制和ISDB制等。制式有时也称为标准，在没有管理权的情况下，有时标准又称为建议，如ITU的各种标准均称为建议。131995年欧洲的数字视频广播（DigitalVideoBroadcasting，DVB）计划开始。由电视工业界中150个组织成立了数字视频广播（DVB）联盟，目的是建立用于引入基于MPEG—2标准的数字电视服务的框架。1997年，DVB联盟发表了它的数字广播技术规范，包括卫星数字电视传输标准DVB—S、有线电视传输系统标准DVB—C和地面传输标准DVB—T，为卫星、有线和地面电视频道传送高速数据铺平了道路。其中，DVB—S规定了卫星数字广播调制标准，使原来传送一套PAL制节目的频道可以传播四套数字电视节目，大大提高了卫星的效率。DVB—C规定了在有线电视网中传播数字电视的调制标准，使原来传送一套PAL制节目的频道可以传播四至六套数字电视节目。5.1欧洲的数字电视传输标准(DVB)14

DVB制定了一系列的数字电视广播标准，其中很重要的一部分是数字电视的传输标准，这些标准已经在世界范围内得到大量推广。其中卫星传输标准被广泛采用，基本上已成为世界性的标准，有线传输标准也被大量采用。由于各方面原因，地面广播标准的推广不如卫星传输标准和有线传输标准，美国、日本和中国都已经制定了各自的标准。5.1欧洲的数字电视传输标准(DVB)15数字卫星电视（DVB—S）标准针对的业务是11GHz频段的固定卫星业务（FixedSatelliteService，FSS）和广播卫星业务（BroadcastSatelliteServiceBSS），用于实现多节目数字电视和高清晰度电视广播。比如：为综合接收设备提供卫星直播（DirectToHome，DTH）服务、用卫星向有线电视前端提供节目等。DVB—S主要描述了信道编码和调制的方法，即规定了卫星系统中从MPEG—2复用码流到卫星信道之间的部分如何来实现，完成从基带信号到高频信号之间的适配，DVB—S系统组成方框图如图5-1所示。

5.1欧洲的数字电视传输标准(DVB)5.1.1数字卫星电视1.数字卫星电视系统组成16图5-1DVB—S系统方框图图5-1DVB—S系统方框图5.1.1数字卫星电视17差错控制编码技术对改善误码率、提高信号传输的可靠性具重要作用。在DVB—S标准中，为了对信号进行抗干扰的编码和调制，采用了多重编码。多重编码的方法是：外码为既能纠正随机错误、又能纠正突发错误、具有很强纠错能力的RS码；内码为卷积收缩码。调制采用抗干扰能力较强的正交相移键控QPSK（或采用二相相移键控BPSK）。在接收信号信噪比高于所要求的门限时，系统中引入数据冗余性的信道编码技术——前向纠错（ForwardErrorCorrection，FEC）技术，籍此在接收端获得一定的纠错能力。5.1.1数字卫星电视18（1）复用适配和能量扩散传输复用器的输出是定长的传输包，根据MPEG—2的规定，包长度为188字节（包括1个同步字节），传输端对码流处理的顺序总是从同步字节（0b01000111）的最高位（0）开始。为提高卫星转发器的利用率和便于接收端恢复数据，需对输入码流进行随机化处理，以实现能量扩散，这一过程由图5-2所示。5.1.1数字卫星电视2.数据流需要经过的处理过程图5-2数据流随机化方案19这时采用的伪随机序列（PRBS）生成多项式为1＋X14＋X15。每隔8个传输包，初始化序列“100101010000000”必须重装一次，为区别初始化序列的重装点，每8个包中第一个包的同步字节被取反（即取为0xb8）。5.1.1数字卫星电视图5-2数据流随机化方案20经过能量扩散后的数据流要进行外码的编码，外码采用截短的里德-所罗门码RS(204，188,T=8)。它是由RS(255,239,T=8)作用于188个字节的传输包(后面加上51个零字节)，被截短后得到的。RS码的生成多项式为：码字生成多项式其中

λ=02（十六进制）域生成多项式

5.1.1数字卫星电视（2）外码的编码21所谓交织就是改变数据或数据块的发送顺序的技术，籍此使原本相邻的数据或数据块经受相对独立的信道畸变。这里对经过RS误码保护的包进行操作，交织所采用的交织深度为I=12，如图5-3所示。在交织操作前后，同步字节仍处于包的第一个字节，如图5-4所示。5.1.1数字卫星电视(3)交织图5-3交织和去交织框图22图10-4经过交织后的包(4)内码的编码系统要求内码可以采用一定范围内不同方式的卷积收缩码，允许的码率为1/2、2/3、3/4、5/6、7/8，以适应不同服务要求和数据码率，提供不同的误码保护程度。(5)基带成形经过内编码后的数据在进行QPSK调制前,I和Q信号要进行基带整形，如图5-5所示。图5-5内码编码、整形和调制5.1.1数字卫星电视23(6)QPSK调制卫星传输系统采用普通格雷码编码的QPSK（正交相移键控）调制，应采用绝对映射(不是差分编码)，信号空间中的位映射如图5-6所示。

5.1.1数字卫星电视它的实现方法，是将上面卷积收缩码输出的I、Q信号交替地合并成一个串行序列，作为BPSK的调制数据流。图5-6QPSK位映射(7)BPSK调制BPSK调制适用于某些QPSK不适合的场合.24DVB-C标准针对的业务是有线电视(CableTV，CATV)系统，它规定了从基带数字电视信号到CATV信道之间的适配方法，即信道编码及调制方法。它的输入数字电视信号可以是卫星接收到的节目、分配链路传来的节目或本地节目，其系统方框图如图5-7所示。5.1欧洲的数字电视传输标准(DVB)5.1.2数字有线电视(DVB-C)255.1.2数字有线电视(DVB-C)图5-7DVB-C系统方框图26在DVB-C系统中，采用RS码进行前向纠错，并采用交织抗突发误码。信道编码的许多部分采用了与DVB-S相同的方法。输入接口部分保证向系统输入的信号格式与MPEG-2传输复用输出的帧结构相同。输入的信号要进行随机化处理，再经过RS编码、交织，这些步骤与DVB-S相同。采用的方法也与DVB-S相同，即在经过交织后，这里的信号帧格式与DVB-S的帧格式完全兼容，这一点便于将按DVB-S标准调制的卫星节目进行解调和内码解码后，直接用于CATV广播。CATV的传输环境相对比较可靠，因此，在DVB-C中不再采用内码，以提高传输效率，而且调制方式也改用QAM(正交幅度调制)。由于DVB-C从随机化到卷积交织以前的部分与DVB-S相同，这里只对系统中卷积交织以后的部分，即字节到符号映射、差分编码、基带成形和调制部分进行介绍。5.1.2数字有线电视(DVB-C)275.1.3数字电视地面广播(DVB-T)

5.1欧洲的数字电视传输标准(DVB)图5-10DVB-T发送端系统方框图DVB-T发送端系统方框图28DVB-T系统的信号处理模块中，前面几个模块与DVB-S相同，与DVB-C也有部分是相同的，这是为了与后两者尽量兼容。由于地面广播的条件较差，而且要应付已有的PAL/NTSC/SECAM服务所产生的较大的同频和邻频干扰，DVB-T采用了更多的抗干扰和防误码的措施。系统中内码的码率和QAM符号的比特数，以及保护间隔是可以在一定范围内进行调整的，这样可以灵活地针对不同条件传输有效码率和可靠性之间的平衡。COFDM的载波数可有两种模式：2K模式和8K模式，用于不同的组网模式。DVB-T允许将输入码流分割成不同优先级的两个码流，在同一系统中进行传输，而对不同优先级的数据采用不同的误码保护措施，即对不同性质的数据流采取分层的编码方式。5.1.3数字电视地面广播(DVB-T)

29由于DVB-T系统模块中，能量扩散、外码编码、外交织、内码编码等与DVB-S及DVB-C中有关部分相同，因此主要讨论其特有的部分，即DVB-T中的内交织和COFDM调制。内交织主要分两步进行：先做位交织，再做符号交织。交织对分层的编码方式和不分层的编码方式是不同的。图5-11所示为一个采用QPSK调制的内交织的例子。图5-11采用QPSK调制的内交织方法5.1.3数字电视地面广播(DVB-T)

30DVB-T的优缺点（1）优点

DVB-T是欧洲数字电视广播传输系列标准中最复杂的DVB系统。它采用RS前向纠错系统，以及交织、卷积收缩码等信道保护编码。调制方式为多载波的COFDM调制，把传输比特分割到数以千计的副载波上。DVB-T根据副载波数目的不同分为2K模式(1705个载波)和8K模式(6817个载波)。其中2K模式由于子载波带宽较宽，抗多谱勒频移性能更好，因而适合于移动接收网络；而8K模式由于符号速率低，每个符号的时长更长，相应保护间隔更长，因而更适合于组建大型的地面广播单频网。5.1.3数字电视地面广播(DVB-T)

31

DVB-T系统中采用了大量的导频信号，穿插于数据之中，并以高于数据3dB的功率发送。这些导频信号完成系统同步、载波恢复、时钟调整和即时的信道估计。该系统还使用了保护间隔的技术，即在每个符号前加入一定长度的该符号后段重复数值，由此抵御多径的影响。可以认为，大量导频信号插入和保护间隔技术是欧洲数字电视地面广播系统的技术核心，正是这两项技术使欧洲系统能够在抗强多径和动态多径，以及移动接收的实测性能方面优于美国数字电视地面广播系统。另外，欧洲系统还对载波数目、保护间隔长度和调制星座数目等参数进行组合，形成了多种传输模式供使用者选择。多种模式中，常用的其实只有两种，分别对应固定接收和移动接收应用。5.1.3数字电视地面广播(DVB-T)

32（2）缺点

①频带损失严重，导频信号和保护间隔至少占据了有效带宽的14％左右，若采用大的保护间隔，此数值将超过30％，因此，DVB-T是以减小系统传输容量为代价来换取系统的抗多径性能的一个折中方案；

②在交织深度、抗脉冲噪声干扰及信道编码等方面的性能存在明显不足；

③覆盖面较小。5.1.3数字电视地面广播(DVB-T)

335.2美国的ATSC标准TSC(AdvancedTelevisionSystemCommittee先进电视制式委员会)，

ATSC数字电视标准由四个分离的层级组成，层级之间有清晰的界面。最高为图像层，确定图像的形式，包括象素阵列、幅型比和帧频。接着是图像压缩层，采用MPEG-2压缩标准。再下来是系统复用层，特定的数据被纳入不同的压缩包中，采用MPEG-2压缩标准。最后是传输层，确定数据传输的调制和信道编码方案。对于地面广播系统，ATSC采用的是VSB（残留边带）调制技术。VSB系统有两种模式：同播的地面8-VSB广播模式和高比特率的电缆16-VSB模式。两种模式的导频、符号速率、数据帧结构、交织、RS编码和同步脉冲都是相同的。5.2.1ATSC概述348-VSB传输模式，在6MHz地面广播频道上可实现19.3Mb/s的传输速率。有线电视系统高数据率的16-VSB传输模式，可在6MHz有线电视信道中实现38.6Mb/s的传输速率。下面两层共同承担普通数据的传输，上面两层确定在普通数据传输基础上运行的特定配置，如HDTV或SDTV，还确定ATSC标准支持的具体图像格式，共有18种(HDTV6种、SDTV12种)。为了使服务区尽可能地大，地面广播模式要用一个NTSC阻塞滤波器(在接收机中)和格形编码，以提高传输的可靠性。电缆模式则不需要。5.2美国的ATSC标准355.3日本的数字电视标准（ISDB）综合业务数字广播ISDB(IntegratedServicesDigitalBroadcasting)标准是日本1999年春季制定的地面广播标准，即ISDB-T，用于地面数字视频、数字音频与数据广播。ISDB-T在调制方面与DVB-T一样选择了多载波调制，但具体的技术与DVB-T不一样，它是将信道分成多个OFDM段。

5.3.1ISDB-T概述ISDB-T规定的内容主要包括再复用、信道编码、调制、传输与复用控制和接收机等部分。ISDB-T传输系统各部分的相互关系如图5-19(a)所示。图5-19(a)ISDB-T传输系统各部分的关系36ISDB-T中的复用与MPEG-2系统兼容，在分层时，也只有一个传输流在信道中传输。因此，发送端与接收端都要做相应的分割与合成。在ISDB-T中，对每一数据段能独立指定OFDM载波调制方式的传输参数、内码的编码速率和时间间隔的长度。通过在通道中传输具有不同传输参数的OFDM段组来获得ISDB-T的分层传输。一条通道中可同时传输三层。通过在段内限制频率间隔的范围，规定OFDM段中的中心段作为部分接收的专用段，在接收时用窄带接收机将其与其他段分离，从而实现部分接收。根据OFDM段中的载波间隔将ISDB-T的传输分成三种模式，采用的载波间隔分别为250/63kHz、125/63kHz、125/126kHz。图5-20所示为ISDB-T模式1的传输实例。5.3日本的数字电视标准（ISDB）375.3日本的数字电视标准（ISDB）图5-20ISDB-T模式1的传输实例图38

我国的数字电视地面传输标准规定了地面广播传输系统信号的帧结构、信道编码和调制方式，测试表明，国标系统的性能明显优于国外的DVB-T标准的性能，提高系统性能的关键技术有：能实现快速同步和高效信道估计与均衡的PN序列帧头设计和符号保护间隔填充方法、低密度校验纠错码(LDPC)、系统信息的扩频传输方法等。数字电视地面广播传输系统，不但必须具有支持传统电视广播服务的基本功能，而且还要具有适应广播电视的可扩展功能。数字电视地面广播系统支持固定（含室内、外）接收和移动接收两种模式。5.4

我国数字电视地面广播传输标准39在固定接收模式下，可以提供标准清晰度数字电视业务、高清晰度电视业务、数字声音广播业务、多媒体广播和数据服务业务；在移动接收模式下，可以提供标准清晰度数字电视业务、数字声音广播业务、多媒体广播和数据服务业务。数字电视地面广播传输系统支持多频网和单频网两种组网模式，可根据应用业务的特性和组网环境选择不同的传输模式和参数，并支持多业务的混合模式，以达到业务特性与传输模式的匹配。5.4

我国数字电视地面广播传输标准40(1)术语和定义加扰：用二进制伪随机序列与信息数据逐位模二相加的技术，籍此使数据呈现更强的随机性。前向纠错码：在发送端引入数据冗余性的信道编码技术，籍此在接收端获得一定的纠错能力。符号星座映射：将待传输的符号对应成星座图上的信号矢量的过程交织：改变数据或数据块的发送顺序的技术，籍此使原本相邻的数据或数据块经受相对独立的信道畸变。基本数据块：待传输的信源码流经过加扰码、前向纠错编码、映射与交织后形成的特定长度(3744个符号)数据块。5.4

我国数字电视地面广播传输标准5.4.1我国数字电视地面广播传输标准的技术特点1.术语、定义、符号、约定41

系统信息：系统信息为每个信号帧提供必要的解调和解码信息，包括符号星座映射模式、LDPC编码率模式、交织模式、帧体数据处理模式等的指示。帧体：基本数据块和系统信息组合后经帧体数据处理形成的3780个符号长度的数据块。帧头：一段已知的伪随机序列，可用于系统同步、信道估计与均衡。信号帧：帧头和帧体的组合后形成的数据块。5.4

我国数字电视地面广播传输标准42B卷积符号交织的交织宽度；b5b4b3b2b1b0星座映射比特数据；C系统子载波数；Fc射频载波中心频率；

FBdy(k)经帧体数据处理后的数据块；

Frame(t)组帧后的基带信号；GXXX()不同长度的最大长度伪随机二进制序列生成多项式GBCH()BCH编码生成多项式

；

W2nWalsh矩阵GqcLDPC编码生成矩阵；HWalsh矩阵的子矩阵

5.4

我国数字电视地面广播传输标准(2)符号和约定43I星座映射同向分量（实部）；Q星座映射正交分量(虚部)；M卷积符号交织的交织深度；H(f)成形滤波器频率响应；h(t)成形滤波器冲激响应；S(t)射频信号表达式；系统信息