数字电视传输和数字视频广播系统

数字电视原理主讲人：赵艳杰西安电子科技大学出版社内蒙古大学电子信息工程学院6.1数字电视传输系统6.2能量扩散、纠错编码、数据交织和解交织、格状编码（）6.3美国数字电视系统6.4数字视频广播系统6.5数字电视系统6.6我国标准第6章数字电视传输和数字视频广播系统§6.1数字电视传输系统数字电视信号是一种数字信号，数字电视传输系统归属于数字通信系统范筹，遵循数字通信系统的一般规律。一.数字通信系统数字通信系统的组成如图6.1.1所示。整个通信系统包括信源部分、信道部分和信宿部分。信源部分主要由信源编码组成，信道部分主要由信道编码、传输线路(也简称信道)、信道解码组成，信宿部分主要由信源解码组成。在数字电视传输系统中，信源部分又可细分为数字视频信源压缩编码、数字音频信源压缩编码、数据编码、节目流多路复用、传输流多路复用等，如图6.1.2所示。图6.1.1数字通信系统的组成图6.1-1数字电视广播系统组成框图节目流多路复用是将数字视频信源压缩编码、数字音频信源压缩编码、数据编码三种信号复用在一起成为节目流。传输流多路复用是将多个节目流复用在一起形成传输流。图6.1.2信源部分组成框图信源部分的反过程，如图6.1.3所示。首先将收到的信号进行传输流多路解复用，变成各个节目流，再从节目流中进行多路解复用，分解送出数字视频信号、数字音频信号、数据信号，最后分别进行解压缩，恢复得到原始的视频信号。图6.1.3信宿部分组成框图数字电视信号在经频带压缩编码（信源编码）进行数据压缩后，要通过信道传输给接收端。数字视频广播系统的传输信道主要有三种类型：即卫星（）、有线()和地面()信道。这三种信道都需要将基带数字电视信号调制在正弦载波上进行传输。为了节省频率资源。要求调制后的数字电视信号的带宽尽量窄。数字电视信号的带宽：（1）取决于基带电视信号的带宽，（2）取决于调制方式。基带电视信号的频带压缩靠信源编码实现，调制技术决定了数字电视信号的带宽。对全数字化的，以目前信源编码所达到的水平。只能将约1.5的数据率压缩到20，为使其能在带宽为6~8的模拟电视信道内高质量地传送，必须采取适当的数字调制技术。关于演播室参数和信源编码，由于它们与三种传播媒体没有必然对应的关联性，或者说它们对于不同的传输媒体是通用的。演播室参数主要分和两类，信源编码都采用2的国际通用标准。数字电视的信道编码：数字电视信号在信道传输中，往往要受到各种干扰和叠加上各种噪声，严重时在接收端会导致“l”，和“0”的错误判决，即产生误码。误码较轻时会引起图像的不稳定，严重时可能使图像根本无法接收。信源编码后还必须对数字电视信号进行具有差错控制功能的信道编码，才能在信道中传输，以确保传输的可靠性。数字电视中的差错控制采用前向纠错()方式，在这种方式中，接收端能够根据所接收到的码元自动检知错误和纠正错误。信道编码主要包括：能量扩散、纠错编码(循环码、卷积码)、数据交织和解交织、格状编码()。数字调制技术：包括：相移键控（）、正交幅度调制（）、格形编码调制（）、正交频分复用(）以及残留边带调制（）调制方式的选择应与信道的特点相匹配。传输线路包括括：卫星、微微波、光纤、、同轴电缆、、电话线和地地面广播等。。为了提高通信信的可靠性，，信道部分对对信号处理极极其严格，也也极其复杂，，处理方法也也较多。因此此，信道部分分又被细分为为外信道和内内信道，如图图6.1.4所示。。图6.1.4信道道部分详图发送端：外信信道包括外码码能量扩散、、外码纠纠错编码、外外码数据交织织；接收端：外信信道包括外码码数据解交织织、外码纠纠错解码、、外码解能量量扩散等。内信道：包括括内码卷积交交织、内码卷卷积编码、内内码数字调制制；接收端：内信信道包括内码码数字解调、、内码卷积解解码、内码卷卷积解交织等等。内码卷积编编码常采用用格状编码码。格状编编码往往又又和调制技技术有机地地结合起来来。格状编编码调制技技术又称码码调。内信道格状状编码的一一种是卷积积编码(卷积编编码的编码码方法可以以用卷积运运算形式表表达)，，经过卷积积编码后，，原来无关关的数字符符号序列前前后一定间间隔之内有有了相关性性。应用这这种相关性性根据前后后码符关系系来解码，，比起逐个个信号判决决解码性能能要好得多多。数字电视可可以通过数数字卫星、、数字微波波、数字光光纤网、数数字有线电电视网进行行传输，也也可以通过过地面广播播方式进行行传输。传传输方式不不同，传输输前对数字字电视信号号的处理方方式也有所所差异。本本节主要分分析各种不不同的传输输方式中信信号处理的的方法。二.数字字电视卫星星传输系统统数字电视卫卫星传输系系统发射侧侧电路框图图如图6.1.5(a)所所示。它它包括数字字视频编码码、数字音音频编码、、数据编码码、节目流流多路复用用、传输流流多路复用用、能量扩扩散、外码码纠错错编码、内内码卷积交交织、内码码卷积编码码、基带整整形、调调制等。经经调制制后的中频频()信号号再经频谱谱搬移到射射频上，经经卫星天线线发射到卫卫星上。数数字电视视卫星传输输系统(a)发发射侧电路路框图;接收侧电路路框图如图图6.1.5(b)所示，，它是发射射侧的反过过程。数数字电视视卫星传输输系统(b)接收收侧电路框框图卫星系统既既可以是一一个单载波波系统又可可以是多载载波系统。。数字电视视卫星传输输是为了满满足卫星转转发器的带带宽及卫星星信号的传传输特点而而设计的。。如果我们们将所要传传输的有用用信息称为为“核””，那么它它的周围包包裹了许多多保护层，，使信号在在传输过程程中有更强强的抗干扰扰能力，视视频、音频频以及数据据被放入固固定长度打打包的2传输流流中，然后后进行信道道处理。在在卫星系统统中，信道道处理过程程如下：(1)进进行行同同步步字字节节的的倒倒相相，，倒倒相相字字节节的的长长度度为为每每隔隔8个个同同步步字字节节进行行一一次次。。(2)进进行行数数据据的的能能量量扩扩散散(数数据据随随机机化化)，，避避免免出出现现长长串串的的0或或1。。(3)为为每每个个数数据据包包加加上上前前向向纠纠错错的的编编码码，，也也叫叫做做外外码码。。编编码码的的加加入入会会使使原原始始数数据据长长度度由由原原来来的的188字字节节增增加加到到204字字节节(见见标标准准)。。(4)进进行行数数据据交交织织。。(5)加加入入卷卷积积码码(格格状状编编码码)纠纠错错，，也也称称内内码码。。内内码码的的数数量量可可以以根根据信信号号的的传传输输环环境境进进行行调调节节。。(6)对对数数据据流流进进行行调调制制，，见见图。。为了了达达到到最最大大的的功功率率利利用用率率又又不不使使频频谱谱利利用用率率有有很很大大的的降降低低，，卫卫星星系系统统最最好好采采用用调调制制并并使使用用卷卷积积码码(格格状状编编码码)和和级级联联纠纠错错的的方方式式。。在接接收收端端，，内内码码输输入入端端有有很很大大的的误误码码率率，，但但经经内内码码校校正正输输出出更更低低的的误误码码率率，，这这一一误误码码率率相相当当于于外外码码输输出出近近似似无无误误码码。。传输系统统首先对对突发的的误码进进行离散散化，然然后加入入外外纠错码码保护，，内码纠纠错码(格格状编码码)可可以根根据发射射功率、、天线尺尺寸以及及码流率率进行调调节变化化。例如如，一个个36带带宽的卫卫星转发发器采用用¾的的卷积积码(格状状编码)可可以达到到的码流流率是39，，这这一码流流率可以以传送5或或6路路高质质量电视视信号。。三.数数字电视视有线传传输系统统数字电视视有线传传输系统统发射侧侧电路框框图如图图6.1.6(a)所所示。为为了使各各种传输输方式尽尽可能兼兼容，除除信道调调制外的的大部分分处理均均与卫星星中的处处理相同同，也即即有相同同的能量量扩散(伪随随机序列列扰码)、相相同的纠纠错错、相同同的卷积积交织，，随后进进行的处处理是专专门用于于电缆电电视的。。首先进行行字节()到到符号号的映射射，如64是是将8比比特数据据转换成成6比比特为为一组符符号，然然后前2比比特进行行差分编编码再与与剩余的的4比特特转换成成相应星星座图中中的点。。该方案案可以适适应16、32、64三种种调制方方式。数数字字电视视有线线传输输系统统(a)发发射射侧电电路框框图数数字字电视视有线线传输输系统统(b)接接收收侧电电路框框图有线网网络系系统的的核心心与卫卫星系系统的的相同同，但但数字字调制制系统统是以以正交交幅度度调制制()而而不不是以以为为基基础的的，而而且可可不需需要内内码(格格状状编码码)编编码。。该系系统采采用64，也也能够够使用用16和和32。。在每每一种种情况况下，，在系系统的的数据据容量量和数数据的的可靠靠性之之间进进行折折衷。。更多电平的的调制，例例如128和256，，也是可能能的，但它它们的使用用取决于有有线网络的的容量和解解码器的性性能。如果果使用64，那么么8频频道能够够容纳38.5的有有效载荷容容量。接收收侧电路框框图如图6.1.6(b)所示，，它是发射射侧的反过过程。四.数字字电视地面面广播传输输系统1.调制制方案对于欧洲数数字电视地地面广播传传输系统，，信源仍然然采用2数数字音频频、视频压压缩编码。。其它特点是是，采用编编码正交频频分多路调调制()方方式，它是是由内码编编码()和正交交频分多路路调制()相组组合起来的的一种数字字调制方式式，称做编编码正交频频分多路调调制()方方式。这种种调制方式式又可以分分成2K载波方方式和8K载波波方式。调制方式将将信息分布布到许多个个载波上面面，这种技技术曾经成成功地运用用到了数字字音、视频频广播上上面，用来来避免传输输环境造成成的多径反反射效应，，其代价是是引入了传传输“保保护间隔””。这些““保护间间隔”会会占用一部部分带宽，，通常的的载波数量量越多，对对于给定的的最大反射射延时时间间，传输容容量损失越越小。中各字母的的具体技术术含义如下下：(1)C为编码的的英文文缩写。为为了修正传传输中可能能出现的差差错，信源源编码输出出的比特流流通常要加加入冗余进进行差错保保护，即进进行纠错编编码。例如如，可采用用编码率可可变的卷积积编码———可删除型型卷积编码码，以适应应不同重要要性的数据据的保护要要求。(2)为为正正交交频频分分。。使使用用大大量量的的载载波波(即即副副载载波波)以以代代替替通通常常用用于于传传送送一一套套节节目目的的单单个个载载波波。。这些些副副载载波波有有相相等等的的频频率率间间隔隔，，所所有有副副载载波波的的频频率率都都是是一一个个基基本本振振荡荡频频率率的的整整数数倍倍，，在在频频谱谱关关系系上上是是彼彼此此正正交交的的。。这这些些副副载载波波尽尽管管靠靠得得很很近近，，且且有有部部分分频频谱谱重重叠叠，，但但它它们们携携带带的的信信息息仍仍然然可可以以彼彼此此分分离离。。要要传传送送的的信信息息(信信源源比比特特流流)，，按按照照一一定定规规则则被被分分割割后后，，分分配配在在这这些些副副载载波波上上，，每每一一个个副副载载波波可可采采用用四四相相差差分分相相移移键键控控(4)方方法法调调制制。。(3)M为为复用。是是一种宽带传传输方式，传传输的信息不不再是单一的的节目，而是是许多套节目目相互交织地地分布在上述述大量副载波波上，形成一一个频率块。。由于调制制方式的抗多多径反射功能能，它可以潜潜在地允许在在单频网中相相邻网络的电电磁覆盖重叠叠，在重叠的的区域内可以以将来自两个个发射塔的电电磁波看成是是一个发射塔塔的电磁波与与其自身反射射波的叠加。。但是如果两两个发射塔相相距较远，发发自两塔的电电磁波的时间间延迟比较长长，系统就需需要较大的保保护间隔。由由该种数字调调制方式组成成的数字电视视传输系统如如图6.1.7所示。。发射侧电路由由节目流多路路复用、传输输流多路复用用、能量扩散散、外码纠纠错编码、、外码交织织、内码卷积积交织、内内码卷积编码码、调制和和射频输出等等部分组成。。图6.1.7带有有正交频分多多路数字调制制的数字电视视传输系统(a)发发射侧电路框框图从前向向纠错错码来来看，，由于于传输输环境境的复复杂性性，数数字字电视视传输输系统统不仅仅包含含了内内、外外码纠纠错编编码，，而而且加加入了了内、、外码码交织织，，见图图6.1.7(a)。。带带有有正交交频分分多路路数字字调制制的数数字电电视传传输系系统(b)接接收侧侧电路路框图图接收部部分是是它的的反过过程，，见图图6.1.7(b)。。2.残残留边边带()调调制方方案1994年年美国国大联联盟方方案传传输部部分采采用残残留边边带()进进行高高速数数字调调制，，该地地面广广播收收、发发系统统如图所所示。。对于发发射机机部分分，图图像、、伴音音的打打包数数据先先送入入编编码码器，，再经经数据据交织织、格格状编编码、、多路路复用用(数数字视视/音音频数数据、、段同同步、、行同同步复复用)，，再插插入导导频信信号。。插入导导频信信号的的目的的是便便于接接收端端恢复复载波波时钟钟。然然后进进行残残留边边带()调调制，，最后后送往往发射射机，，发射射机输输出射射频。。接收收机机部部分分是是它它的的反反过过程程。。残残留留边边带带()调调制制数数字字电电视视传传输输系系统统(a)发发射射机机部部分分;残残留留边边带带()调调制制数数字字电电视视传传输输系系统统(b)接接收收机机部部分分数字字视视频频广广播播系系统统：：数字电视视的广播播方式根根据信号号传输媒媒体的不不同而有有卫星广广播、有有线广播播和地面面广播之之分。卫星广播播在世界界上已普普遍应用用，我国国也是这这样。地面开路路广播通通道的传传输媒体体的传输输特性与与卫星和和有线的的相比较较有较大大的不同同，随之之影响到到其信道道编码和和高频调调制的信信号处理理要求。。由于对地地面广播播数字电电视的性性能要求求方面各各国有不不同的侧侧重考虑虑，这又又影响到到信道编编码和高高频调制制的信号号处理方方式。现在，国国际上对对此有三三种制式式，即：：美国的的制制式、欧欧洲的制制式和和日本的的制制式。前前两种制制式于20世世纪末已已分别在在美国和和英国实实际应用用，取得得相当效效果，日日本的制制式预定定于21世纪纪初开播播。至于于我国，，也在努努力开发发有自主主知识产产权的全全数字地地面广播播制式。。数字电视视发展大大致分为为三个阶阶段：第一阶段段：电视视设备数数字化阶阶段，20世世纪70年代；；第二阶段段：全功功能数字字电视演演播室阶阶段，20世世纪80年代；；第三阶段段：数字字视频电电视演播播室阶段段，20世纪90年代代中期；；1.美美国的88年兼兼容、90年取取消、的的、96年通过过标准，，98年年试播。。2.欧欧洲的93年确确立，94年通通过、、标准准、96年通过过标准准。3.日本本的———99年提出出地面数数字电视视广播标标准。系统（欧洲）（美国）（日本）频道宽度66，7，86，7，8视频2视频2视频2视频音频2及332音频（）传输流2传输流2传输流2传输流外码(204,188，8)(207,187，10)(204,188，8)外码交织12块交织52块交织12块交织内码穿孔卷积码，码率1/2，2/3，3/4，5/6，7/82/3码率格形码穿孔卷积码，码率1/2，2/3，3/4，5/6，7/8内码交织比特交织和频率交织12比1格形码交织比特、频率交织和可选的频率交织数据随机化15比特伪随机二进制序列16比特伪随机二进制序列15比特伪随机二进制序列调制方式，，16，64分级调制：多分辨率；星座图：（16和64）8，1613个频率段的，，，16，64，分级调制：在每一频率段上可以有3种不同调制方式供选择总码率4.98～31.67(8)19～28(6)3.68～23.42(5.6)载波数2K，8K单载波2K，4K，8K接受门限191519传输方案8分频段特征克服多径干扰能力强，可做单频网，可用于移动接收抵御电器干扰能力强，有效的覆盖区域，不可用于移动接收克服多径干扰能力强，可用于移动接收§6.2美美国数数字电视视系统美国的数数字字电视标标准是为为其国内内的全数数字化地地面面广播研研究开发发的一种种标准，，1988年由由(美美国联邦邦通信委委员会)提出出设想，，历经多多年，于于1996年正正式批准准为系统统标准，，名称为为“数数字电电视标准准”。。标准扩展展了的的适用范范围，使使其不仅仅应用于于高高清晰度度电视中中，也包包括了标标准准清晰度度电视和和计算机机图形格格式等的的参数规规范。是是美国““先进电电视制式式委员会会”组织织机构的的名称缩缩写，它它制定的的包括和和的的标标准也可可以并称称为(先先进电视视)或或(数数字电视视)的的地面面广播标标准。实实际上，，标准中中容许18种种图像像源格式式的存在在。一.的的图像像源格式标准中规定定了可以采采用的18种数字图图像源格式式，包括一一帧图像的的像素数和和扫描方式式。对于图图像源来讲讲，主要有有两种格式式：①1080行，每行行1920像素，图图像速率（（指帧频或或场频）60（隔行行扫描）、、30或或24（逐行扫扫描）；②720行，每每行1280像素，，图像速率率60、、30或或24（（逐行扫描描）。两两种格式的的幅型均均为16﹕9，，均为方像像素格式。。对于图像像源来讲，，主要有两两种格式：：①704×480；16﹕9或4﹕﹕3；图像像速率（指指帧频或场场频）60（隔行扫扫描）、30或或24（（逐行扫描描）；②640×480，4﹕3；图图像速率60、30或24（逐逐行扫描））。二.的的系统复用用的信道编码码器其输入入是传送流流()数数据，流流形成过程程如图6.2.11所示示，从左到到右分为应应用层、压压缩层、传传送层和传传输层4层，传传送层的输输出即为传传送流。。传传送流流的形形成应用层：：是演播室室内根据规规定的视音音频标准原原始产生的的、未压缩缩的视音频频数据流，，例如视频频是或或数据据流，音频频是立体声声或环绕声声的数据流流。压缩层：根根据规定的的信源编码码标准将输输入的数据据流予以码码率压缩，，产生出视视频基本流流()和音频频基本流()。视频基本流流由像块、、宏块、像像条、图像像(帧帧)、(图像像组)和和序列等等6个个层次构成成。传送层：打打包，形形成打包基基本流()，，并实现视视音频的的复用，，组成复用用的节目流流()、传传送流()。传输层：包包含信道编编码和载波波调制，其其输出是调调制在中频频上的数字字已调波，，馈送至上上变频器，，经高功放放级后由天天线发射。。三.信信道编码与与调制系统统美国数字电电视标准地地面广播选选用的是调调制，，地面广播播模式是追追求最大的的服务区，，在一个6信信道中支持持一路信信号(即一路路高清晰度度电视信号号)。。信道编码与与调制流程程框图如图所所示，下面面分步骤予予以说明。。经2压压缩编码后后的数字视视、音频信信号输入到到数据随机机化器。1.数数据随机化化数据随机化化的目的：：是打碎流流包中可能能出现的长长“1””、长““0”，避避免信号在在低频段频频谱上有大大的能量，，不适应信信道的传输输特性。数据随机化化可起两个个作用：（1）可对对信号进行行加密；（（2）第第二，进行行能量扩散散。信信道编编码与调制制框图(a)发发射机电路路框图接接收机框框图(b)接接收机电路路框图2.编编码编码即里德德－索罗门门编码，它它是以字节节为单位进进行前向误误码校正()的纠错错编码方法法，具有强强的随机误误码和突发发误码校正正能力。编码器采用用的是(188，208)格格式，即188B有用用数据(其中包包括1B同步步)，20B附附加字节，，可纠正10B错误。3．数据交交织编码之后是是数据交织织，数据交交织是在不不附加纠错错码字的前前提下用改改变数据码码字(以以比特或或字节为单单元)传传输顺序序的方法来来提高接收收端去交织织解码时的的抗突发误误码能力。。传输过程中中引入的突突发误码(连续续的若干比比特或若干干字节的误误码)，，经去交织织解码而恢恢复成原顺顺序时将分分散开，使使后面的解解码更更有能力予予以纠正。。数据交织也也称数据交交织编码，，交织编码码是通过交交织与解交交织将一个个有记忆的的突发差错错信道改造造为基本上上是无记忆忆的随机独独立差错的的信道，然然后再用纠纠随机独立立差错的码码来纠错。。交织可分分为块交织织和卷积交交织。交织器就是是使数据顺顺序随机化化，它分为为周期交织织和伪随机机交织两种种。信道之之中加上交交织与解交交织，系统统的纠错性性能可以提提高好几个个数量级。。设分组长度度×N，即由M列到到N行行的矩阵构构成，其中中交织存储储器是按列列写入按行行读出，然然后送入信信道，进入入解交织矩矩阵存储器器，其中解解交织矩阵阵存储器是是按行写入入按列读出出。利用这这种行、列列倒换，可可将突发信信道变换为为等效的随随机独立信信道。这类类交织器属属于分组周周期性交织织器。4.格栅栅编码()格栅编码是是1982年由由提出出的，格状状编码调制制技术(又称码码调)将将编码和和调制技术术有机地结结合起来。。其中内信道道编码的一一种是卷积积编码(格状编编码)。。经过卷积积编码后，，原来无关关的数字符符号序列前前后一定间间隔之内有有了相关性性。应用这这种相关性性根据前后后码符关系系来解码，，通常是根根据收到的的信号从码码符序列可可能发展的的路径中选选择出最似似然的路径径进行译码码，比起逐逐个信号判判决解调性性能要好得得多。可在在不增加信信道带宽和和不降低信信息速率的的情况下获获得3～～4的编编码功率增增益。5．格栅编编码交织器器原理上，数数据交织器器后面的格格栅编码器器只需要要一个。然然而，虽然然格栅编码码器有助于于抗白噪声声干扰(随机干干扰)，，但对于脉脉冲干扰和和突发误码码其抗御性性能并不好好。为了改改善这方面面的性能，，以及为了了使接收端端的格栅解解码器电路路简化，编编码器中采采用了12个同样的的格栅编码码器并行地地工作，它它们接受经经过块交织织的、交织织深度I=12符号号的数据符符号。格状状编码器采采用(2，1，3)格式式，即输入入1信信息，输输出2编编好的的栅状编码码。6．段同步步和场同步步的加入场同步段有有下列作用用：(1)给给出每个数数据场的起起始信息；；(2)向向接收端提提供信道特特性均衡用用的训练序序列数据;(3)供供接收端实实现重影补补偿中作测测试序列使使用；最后12符符号供接收收机中的梳梳状滤波器器(干扰抑抑制滤波器器)使用;(5)可可用于接收收信号信噪噪比的测量量；(6)可可供接收机机中的相位位跟踪电路路用来使电电路复位，，并确定跟跟踪环路参参数。数数据帧帧表表示了用于于传送的数数据结构。。各数据帧帧包含两个个数据场，，每场包含含313个数据段段。每场的第一一段是一个个单一的同同步信号(数据据场同步)，还包包括用于接接收机均衡衡器的训练练序列。余下的312个数数据段各载载有等效于于一个188B传输包包加上辅助助的前向纠纠错()字字节的数据据。实际上各段段的数据是是来自若干干个传输包包，因为数数据的交织织，各数据据段由832个符符号组成。。前面4个个符号以二二进制格式式传送并提提供段同步步，这个数数据段同步步信号也代代表188B的的兼兼容传输包包的同步字字节。各数据段余余下的828个个符号承担担的数据等等效于传输输包余下的的187B和它它辅助的字字节。。这些828个符号号是以8电平信号号发送即每每个符号3。828×3＝2484的的数据在在每个数据据段中传送送，这和传送有有了保护的的传输包的的要求精确确地一致，，如下面计计算所示：：187B(数数据)+20B(附加加位)＝＝207B207B×816562/3格形形编码需：：(1)精精确的符号号速率由下下式决定：：832×626÷48.4××10－3=10.76×106符符号/秒(符号号速率必须须在频率上上和传输码码率锁相。。)(2)发发送子系统统的每个格格状编码符符号携带2个信息息比特，故故总的负荷为：10.76××2＝21.52(3)对对于8的的发送子子系统净负负荷比特率率为：312/313是是计入每场场一个数据据段的同步步字段的开开销，828/832是计计入每个数数据字段中中数据字段段同步4个符号号间隔的开开销，187/207是计计入每个数数据字段中中码的的20B的的开销。。7.导频频的加入中高频调制制采用8也即8电平平残留边带带调幅方式式，它不同同于中中高频调制制的残残留边带调调幅方式。。8.上变变频器和射射频载波偏偏置8发射机机像通常那那样采用两两级调制方方式，第一一次将数据据信号调制制到一个固固定中频上上，第二次次再上变频频到所需的的电视频道道上。多路复用完完成测试信信号、段同同步、场同同步和经格格状编码后后数据的复复用。导频频信号插入入的目的有有利于接收收端载频恢恢复。8调调制器的的频谱利用用系数可达达5.3(s·)。经经8调调制器调制制后的信号号为中频信信号()，该该信号经射射频上行转转换器上变变频并经功功率放大后后发射出去去。经数字调制制后的带宽宽计算：设加到8数字调调制器输入入端的数据据速率为：：(10.76符符号)××3b/符符号=32.28调制后的带带宽为：我们知道6带带宽正是是美国原来来传一套模模拟电电视的带宽宽，现在可可传一路全全数字电电视节目目。§6.3数数字视视频广播系系统在确定系系统演播播室参数标标准和规定定2信信源编码压压缩后，根根据卫星、、有线、地地面三种不不同的传输输媒体特性性制定了、、和三三个标准准。正式的标标准公布布于1996年5月。一.2系系统标准在在中的实实施像系统一样样，系统中中最先的参参数规范是是演播室参参数标准和和信源编码码标准。目目标是，其其图像格式式为：720×576/50/2﹕1，，一帧625行行，数字场场消隐期24+25=49行，4﹕2﹕2取样模模式，串行行接口数据据率为270。。视频信源编编码采用2中的的@标标准。二.信信道编码码与调制系系统1．简介介是1994年12月由(欧洲洲电信标准准学会)制定标标准的。系系统定义义了从2复用器器输出到卫卫星传输通通道的特性性，总体上上分成信道道编码和高高频调制两两大部分。。系统功能框图图如图6.3.1所示示，左边部分分为2信源编编码和复用，，右边部分为为卫星信道适适配器，也即即是信道编码码和高频调制制部分。在卫星传输系系统中（），，使用即即四相相移键键控调制方式式。这种方式的调调制度不高，，理论值为每每符号2；；适用于发射射功率较小的的卫星信道、、由于其幅度度不携带信息息，即使接收收到电平有失失真的微弱信信号，仍能从从相位变化中中恢复原始信信号。系系统功能框图图2.复用适适配和能量扩扩散输入流是188字字节的包，其其中第一个字字节是同步字字节()。在中中，对流流包的处理所所示。流流包的加扰和和编码3.外码编编码外码编码即是是编码，，是在每188字节节后加入16字节的码码(204，188，t=8)，参见图6.3.4(b)。。4.外交织织为提供抗突发发干扰的能力力，在编编码后采用字字节为单元的的交织，称为为字节交织或或外交织，交交织深度I=12字字节。5.卷积内内编码内码码编编码码与与外外码码编编码码相相结结合合，，构构成成了了中中的的级级联联编编码码，，它它增增强强了了信信道道纠纠错错能能力力，，有有利利于于抗抗御御卫卫星星广广播播信信道道传传输输中中干干扰扰的的影影响响。。内码码编编码码与与外外码码编编码码相相结结合合，，构构成成了了中中的的级级联联编编码码，，它它增增强强了了信信道道纠纠错错能能力力，，有有利利于于抗抗御御卫卫星星广广播播信信道道传传输输中中干干扰扰的的影影响响。。6.收收缩缩卷卷积积码码和和基基带带成成形形基带带卷卷积积输输出出X，，Y输输入入至至收收缩缩卷卷积积码码电电路路，，实实现现2/3或或3/4等等编编码码效效率率，，而而后后再再使使该该串串行行序序列列经经串串/并并变变换换电电路路形形成成I，，Q两两路路并并行行输输出出。。7.误误码码性性能能要要求求卫星星接接收收端端有有确确定定的的误误码码性性能能要要求求，，以以确确保保接接收收信信号号质质量量。。在在传传输输信信道道中中，，对对于于出出现现的的相相加加性性白白高高斯斯噪噪声声()引引起起的的信信号号质质量量下下降降，，通通常常以以0进进行行衡衡量量。。8.可可用用比比特特率率与与转转换换器器带带宽宽的的关关系系一个个卫卫星星转转发发器器能能以以调调制制方方式式传传输输的的可可用用比比特特率率值值，，除除了了决决定定于于可可选选用用的的不不同同值值的的内内码码编编码码率率外外，，更更加加决决定定于于卫卫星星转转发发器器本本身身的的带带宽宽。。的频谱谱利用用率为为2M(s··)。。M＝4时时，即即的频频谱利利用率率为2(s·)。由上面面所述述可以以看出出，的的特特点在在于卫卫星信信道的的带宽宽大(>24)，但但转发发器的的辐射射功率率不高高(十十几瓦瓦至一一百多多瓦)，，传输输信道道质量量不够够高(传传输输路径径远，，特别别是易易于受受雨衰衰影响响)。因因此，，为保保证接接收可可靠而而采用用了调调制效效率较较低、、抗干干扰能能力强强的调调制。。三.信信道编码码与调制系系统1.简简介系统定义了了有线数字字电视广播播系统的功功能块组成成，它使2基带带数字电视视信号与有有线信道特特性相匹配配。的欧欧洲标准是是由(欧洲电电信标准学学会)于于1994年12月制定的的。2.信信道编码码与的的共通部分分可可见，发发送端框图图中的前4个方框是是与一一样的。数字有线电电视采用与与卫星同样样的2压压缩编码码的传输流流。由于传传输媒介采采用的是同同轴线，与与卫星传输输相比外界界干扰小，，信号强度度相对高些些，所以前前向纠错码码保护中可可以取消内内码编码。。3.字节节到m位位符号变变换中，符号交交织(交交织深度度12字字节)之后没没有级联的的卷积编码码，也即只只有外编码码而无内编编码，原因因在于有线线信道质量量较好，不不必将做得得复杂化。。图6.3.5(a)前前端框图图6.3.5(b)接接收端框图图字字节到m符号变变换框图卷卷积格格雷码调调制4.基带带成形所所示，在在符号变换换和差分编编码()之之后是基带带成形，采采用升余弦弦平方根滤滤波函数，，滚降系数数α＝0.15。可可见，由于于有线信道道质量好，，因此α值值较小(中αα=0.35)，，这有利于于带宽利用用率的提高高。5.调制制传输前面已述及及，的调调制方式为为，可以以是16，，32，64，128和256，，典型值值是64。(正正交交幅幅度度调调制制)是是一一种种节节省省频频带带的的数数字字调调幅幅方方法法，，在在2400以以上上的的中中、、高高速速调调制制中中常常被被采采用用，，广广泛泛应应用用于于有有线线电电视视的的下下行行传传输输及及的的地地面面广广播播传传输输中中。。有有较较高高的的频频带带利利用用率率，，同同时时有有较较高高的的信信噪噪比比。。在有有线线传传输输系系统统中中()，，使使用用调调制制方方式式。。这主主要要是是考考虑虑到到电电缆缆信信道道的的误误码码性性能能较较好好，，信信号号的的发发射射功功率率较较大大，，用用调调制制度度较较高高的的方方式式可可在在高高质质量量接接收收条条件件下下较较大大幅幅度度地地压压缩缩传传输输带带宽宽。。信信号号的的幅幅度度和和相相位位均均携携带带信信息息，，16的的理理论论值值为为每每符符号号4，，在在使使用用64时时，，一一个个6的的信信道道能能传传输输27的的信信息息。。和和高高频频调调制制效效率率：：16调调制制理论论上的的频谱谱利用用系数数为4b/(s··)，，即16=24。。64中中，64=26，则则它的的频谱谱利用用系数数为6b/(s·)；128的的频谱谱利用用系数数为7(s·)；256的频频谱利利用系系数为为8(s··)；；而而调调制相相当于于4，，所以以它的的频谱谱利用用系数数应为为2(s··)。。6.不同同M值值的星星座图图6.3.7所示示的为不同同M值值的星星座图，它它们的实现现都基于图所所示的符号号变换框图图。7.传输输比特率对于调调制而言，，传输信息息量越高，，抗干扰能能力越低。。在一个8标标准电视频频道内，如如果使用64，则则所传输的的数据速率率为38.5。。在网中的应应用实例见。。根据的的M值值和映射频频道的带宽宽，可以计计算出一个个频道道能传输的的可用比特特率值值()和符符号率值值()，，表中的值值适合于8的信信道带宽。。调调制星星座图图6.3.8(a)不同同M值的的调制制星座图图6.3.8(b)不同同M值的的调制制星座图图6.3.8(c)不同同M值的的调制制星座图四.信信道编码码与调制系系统的信道编码码和调制系系统框图如所所示。输入入端是视频频、音频和和数据等复复用的传送送流，每每个包由由188字节组组成，经过过一系列信信号处理后后输出调调制的载载波信号。。的的信道道编码和调调制系统框框图欧洲标准的的：欧洲数数字电视开开路标准采采用了正交交频分复用用调制()。。在这种调调制方式内内，可以分分成适用于于小范围的的单发射机机运行的2k载载波方式，，适用于大大范围多发发射机的8k载载波方式。。在进行之之前，往往往还采用内内码编码(卷积积编码)。这样，，编码和调调制合起来来又称为。。调制方式将将信息分布布到许多个个载波上面面，这种技技术曾经成成功地运用用到了数字字音、视频频广播上面面，用来避避免传输环环境造成的的多径反射射效应，其其代价是引引入了传输输“保护间间隔”。这这些“保护护间隔”会会占用一部部分带宽，，通常的的载波数量量越多，对对于给定的的最大反射射延时时间间，传输容容量损失就就越小。但但是总有一一个平稳点点，增加载载波数量会会使接收机机复杂性增增加，破坏坏相位噪声声灵敏度。。1.内交交织中高频载载波采用用(编编码正正交频分分复用)调调制方式式，在8射射频带带宽内设设置1705(2k模模式)或或6817(8k模模式)个载波波，将高高码率的的数据流流相应地地分解成成2k或8k路路低码码率的数数据流，，分别对对每个载载波进行行，16或或64调制制。2.映映射和星星座图调制中，，由每个个V比比特的符符号对每每个载波波进行相相应的调调制，2时为为调制制，4时时为16调调制，，6时时为64调制制。3.调调制的8调调制是是传统的的单载波波调制方方式，而而是数数字通信信中时兴兴的多载载波方式式，是正正交频分分复用的的英文缩缩写，全全部载波波频率有有相等的的频率间间隔，它它们是一一个基本本振荡频频率的整整数倍。。4.保保护间隔隔中，调制制每个载载波的符符号率下下降很多多，可明明显减少少已调波波频带内内的符号号间干扰扰()。。但存在在较长延延时的反反射波信信号时，，并不能能完全消消除符号号间干扰扰。5.帧帧自适应应和导频频及信信号图6.3.9中中，在在调调制之前前有““帧自适适应”和和““导频及及信号号”两两个信号号处理框框：(1)帧帧自适适应：帧帧自适应应是指帧帧的的构成，，它是在在符号的基础础上组成成的。(2)导导频：：中对每每个载波波的调制制都是抑抑制载波波的，接接收端的的解调诸诸如对于于的相相干解调调是需要要基准信信号的，，在这里里称为导导频信号号，它们们在符符号内内分布于于不同的的时间和和频率上上，具有有已知的的幅度和和相位。。是传输参参数信令令的英文文缩写，，用于给给出与传传输参数数也即与与信道编编码和调调制参数数有关的的信令。。(3)超超帧内内包包数目定义4个帧帧组组成一个个超帧，，在超帧帧内可以以传输整整数个204字字节的的码码包包，而无无论信道道内码编编码率和和调制模模式如何何，超超帧内包包数数目也不不同。6.不不同参数数的频谱谱效率要在8内内传输一一路信信号，，合适的的参数是是64调制，，内码编编码率2/3和保保护间隔隔1/8，这这时的有有效码率率为22.12。。7.的的射频功功率谱射频频道道内电视视信号的的功率谱谱是衡量量例如8高高频频带带内功率率分布均均匀情况况的重要要参数。。8.的的频谱谱利用率率由于N个个子载载波用调调制制，的的频谱利利用率为为2M，，因此，，系统统的频谱谱利用率率为：在系统中中，要想想获得较较高的频频谱利用用率，应应选择较较大的N值值，同时时应尽可可能使滚滚降系数数α小一一些。、、、、小结针对数字字电视传传输系统统中常用用的几种种数字调调制方式式的功率率谱特性性及其频频谱利用用率进行行了数学学分析，列列出了各各种数字字调制技技术频谱谱利用率率的理论论值和实实用值。。例7.1.1设HDTV未经压缩时的数码率为663.5Mb/s，经数据压缩后为31.8Mb/s

(压缩比为20.8∶1)，又设采用8-VSB数字调制，此时的频谱利用系数为5.3b/(s·Hz)，则调制后信号的带宽为:

这说明在6MHz模拟带宽范围内可传一路数字HDTV信号。

设有2主级级图像质质量()的的信号，，其速率率为8.448(相当当于目前前演播室室的图图像质质量)，采用用64数字字调制，，频谱利利用系数数理论值值为6(s·),则则经调制制后信号号的带宽宽为:在500带宽宽的传输线线路中可传传输的节目目数为(1)采采用不同压压缩标准的的数字电视视信号，在在选用同一一种调制情情况下，调调制后信号号的带宽不不同。设经1标标准压缩缩后的数字字电视信号号速率为2，经经64调调制后后(频频谱利用系系数理论值值为6(s·)，信号的的带宽为：：设经2标标准压缩缩后的数字字电视信号号速率为8，经经64调制制后(频谱谱利用系数数理论值为为6(s·)，，信号的带带宽为：采用的调制制方式相同同(64)，，但压缩标标准不同(1、、2)，，调制出来来的信号带带宽就不同同。(2)同同一种速率率的数字电电视信号，，在选用同同一种调制制但频谱利用系数数不同的情情况下，调调制后信号号的带宽就就不同。设经2标准准压缩后的的数字电视视信号速率率为8，，经8(频频谱利用系系数值为5.3(s·)调制制后，信号号的带宽为为：设数字电视视速率仍为为8，，经16(频谱利利用系数值值为7.1(s·)调调制后,信信号的的带宽为：：采用的调制制方式相同同()，但频谱谱利用系数数不同(5.3/(s·)、、7.1(s··))，，调制出来来的信号的的带宽就不不同。(3)同同一种速率率的数字电电视信号，，在选用不不同的调制制方式的情况况下，调制制后信号的的带宽不同同。设数字电视视速率为8，选选用调调制(频频谱利用用系数理论论值为2(s·)后，信信号的的带宽为：：设数字电视视速率仍为为8，，选用64调制制(频频谱利用用系数理论论值为6(s·)后后，信号号的带宽为为：数字字电电视视信信号号的的速速率率相相同同(8)，，但但调调制制方方式式不不同同(、、64)，，调调制制出出来来的的信信号号带带宽宽就就不不同同。。(4)数数字字电电视视信信号号经经数数字字调调制制后后，，相相当当于于模模拟拟信信号号，，可以以在在模模拟拟信信道道中中传传输输。。经压压缩缩后后的的数数字字电电视视信信号号速速率率以以为为单单位位，，再再经经数数字字调调制制后后信信号号的的单单位位变变成成了了，，单单位位是是惯惯用用的的模模拟拟信信号号带带宽宽单单位位。。所以以，，可可以以说说数数字字电电视视信信号号经经数数字字调调制制后后，，相相当当于于模模拟拟信信号号，，可可以以在在模模拟拟信信道道中中传传输输。。§6.4数数字字电电视视系系统统一.系系统统概概述述日本本采采用用的的地地面面传传输输制制式式不不限限于于单单独独传传输输数数字字电电视视(图图像像和和声声音音)，，也也包包括括了了独独立立的的声声音音和和数数据据广广播播，，这这几几者者可可以以单单独独存存在在或或任任意意地地组组合合，，构构成成在在带带宽宽6内内的的一一路路节节目目或或多多路路节节目目。。的信源源编码码中，，图像像信号号也按按照2压压缩缩标准准，其其图图像像源格格式为为：720(704)×480像素素数，，采样样标准准为4∶∶2∶∶0模模式式。声音信信号的的信源源编码码采用用基于于4的的(高高级)压压缩方方式。。图6.4-1的的系统统框图图1.的的传传送带带宽为了与与地面面电视视广播播的原原频道道规划划(每每频道道6)相相适适配，，中中每个个频道道的传传送带带宽为为：(432×13＋＋4)=5.62或(432×13＋＋1)=5.617。。2.传传送送信号号形式式中，根根据13818-1(2，，系统统)实实施传传送信信号的的复用用。每每一个个物理理通道道(6)为为一一个基基本流流(传传送流流)，，其中中13个个段段可可构成成具有有统一一参数数值的的单一一个大大块，，也可可以分分为具具有不不同参参数值值的几几个块块层，，最多多为4个块块层。。二.系系统传传送参参数的每432内内载波波间隔隔有4与与1两两种种。另外，，为了了接收收端能能抗多多径干干扰，，在每每个有有效符符号持持续期期(＝＝1/载载波间间隔)上上增增加一一个保保护间间隔持持续期期Δ，，按规规定ΔΔ的的取值值有4种种(1/4，，1/8，，1/16或或1/32)。。导频信信号：：（散散布布导频频）和和（连连续导导频））是供供同步步、解解调和和信道道均衡衡等用用而加加入的的导频频信号号。（传输输和复复用配配置控控制））是为为传输输控制制信息息而加加入的的导频频信号号。一一个段段的传传送参参数值值传传送送参数数值§6.5我我国国地面面数字字电视视标准准三大国国际标标准均均诞生生于二二十世世纪90年年代，，由于于当时时的条条件、、使用用环境境、技技术水水平和和硬件件等相相关因因素，，三者者各有有其局局限性性。目前我我国卫卫星广广播标标准已已采用用，，有线线广播播已经经事实实上采采用，，标标准是是仅存存的对对抗国国外标标准入入侵的的阵地地。同同时，，在中中国这这种地地域广广大、、广播播网较较复杂杂的国国家，，是使使用最最广泛泛的电电视广广播方方式，，据估估计我我国有有60%以以上的的电视视机接接收地地面广广播信信号。。因此此，制制定中中国自自己的的标标准准就更更显得得意义义重大大。在国标标制定定的过过程中中，清清华大大学提提出了了一种种新颖颖的、、适合合我国国国情情的地地面数数字电电视技技术方方案，，称为为地面面数字字多媒媒体电电视广广播协协议——，其其核心心采用用了时时域同同步正正交频频分复复用()调调制技技术和和独具具特色色的与与自然然时间间同步步的可可寻址址多层层帧结结构。。在2006年8月30日，国国家标准准化管理理委员会会正式批批准了此此标准。。此后，，成为了了中国地地面数字字电视广广播传输输系统标标准—20600-2006《数字字电视地地面广播播传输系系统帧结结构、信信道编码码和调制制》的基基础框架架。为了兼容容我国的的制制模拟电电视频率率规划，，方案案也采用用8频频率率带宽，，采用调调制方方式，以以有效对对抗中中复杂的的多径衰衰落环境境并获得