第7章 数字视频广播系统

第7章 数字视频广播系统 • 7.1 ATSC数字电视系统 • 7.2 DVB数字视频广播系统 • 7.3 ISDB-T ISDB-T数字电视系统 • 7.4 国标数字电视系统
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我国现有以及未来电视收视群体分布
模拟有线电视 卫星数字电视 卫星数字电视 有线数字电视
整体平移，有线 车载电视 电视数字化
向 （收 ）
传 输 方 向 （发 发 ） 存 储 方
.. .. .. .. 617 661 . . . .
660 704
16 16
5. 段同步和场同步的加入
大中型城市
少量用户 约1.26亿户 城市及东部沿海， 节目>50套，清晰
分发为主，覆盖随政策 逐步放开
模拟地面电视
约2/3，约2.2亿户 ， 亿户 城郊及中西部地区， 城郊及中西部地区，节 目<5套，模糊，不稳定 套 模糊，
便携电视
大中型城市
地面数字电视
首要解决城郊和 农村固定覆盖
手机电视
标准制定
无线覆盖是最主要的接收方式。我国有约 的用户通过模拟无线方式接 无线覆盖是最主要的接收方式。我国有约2/3的用户通过模拟无线方式接 收电视号。全国共有3.5亿户家庭 其中有线接收为1.26亿户，无线接收超过 亿户家庭， 亿户， 收电视号。全国共有 亿户家庭，其中有线接收为 亿户 2亿户，他们大多分布在城郊和农村，这些用户迫切需要更多更稳定的电视 亿户， 亿户 他们大多分布在城郊和农村， 节目。解决广大中西部用户看电视难的首要问题。 节目。解决广大中西部用户看电视难的首要问题。同时也需要满足新媒体业 务需要，车载、楼宇、便携的商业模式正在形成。 务需要，车载、楼宇、便携的商业模式正在形成。
60I， 30P，24P ， ， 60P，30P，24P ， ， 60I， 60P，30P，24P ， ， ， 60I， 60P，30P，24P ， ， ，
HDTV：一帧图像207.36万像素、92.16万像素 ：一帧图像 万像素、 万像素 万像素 SDTV：一帧 ：一帧33.792万像素 、 万像素 第四行：计算机VGA格式，一帧 格式， 万像素， 第四行：计算机 格式 一帧30.72万像素， 万像素
一段 RS码 (每段 80 符号）
24.2 ms
12
12
2. RS编码 编码
• RS编码即里德－索罗门编码，以字节为单位进 编码即里德－索罗门编码， 编码即里德 行前向误码校正（ 行前向误码校正（FEC）的纠错编码方法，具有 ）的纠错编码方法， 强的随机误码和突发误码校正能力。 编码中 编码中， 强的随机误码和突发误码校正能力。RS编码中， 输入数据分成段，每段内k为符号数 每符号m 为符号数， 输入数据分成段，每段内 为符号数，每符号 比特。每段可纠错t个误码符号 比特。每段可纠错t个误码符号 • ATSC的RS码(n,k,t)取值为（207，187， 取值为（ 的 码 取值为 ， ， t=10），每段的总码长n=207个符号，有效数据 ），每段的总码长 个符号， ），每段的总码长 个符号 k=187符号，8比特 符号，监督段为 ＝20符号， 符号， 比特 符号，监督段为2t＝ 符号 比特/符号 符号， 符号 纠错能力为10个字节 个字节。 纠错能力为 个字节。
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信道特点
在地面广播传输环境下，除常规的干扰，如高斯白噪声 (电视屏产生雪花)、脉冲 (家电/汽车冲放电产生) 干扰等，其信道还具有以下几个特点： （1）多径干扰。射频 (RF) 信号会因山川、建筑物、移动物体的影响产生反射， 这样经不同路径到达接收机的信号相位相互影响，从而导致瑞利衰落 (快衰落)，同 时也会引起信号频谱的深度衰落 (频率选择性衰落)。多径传输干扰严重时，单靠增 加发射机功率提高接收时的信噪比并不能降低误码率。因此，克服多径干扰成为实现 地面数字电视广播的关键技术。 （2）多普勒频移。地面数字电视广播信道与接收方式有关，接收方式是指固定接 收、车载移动接收，还是便携手持接收。接收机或发射机的运动会产生多普勒频移。 例如，当接收机以速度ν 移动．并且其运动方向和入射波的夹角为θ ，此时的多普 勒频移由式给出 其中，其中λ 为载波的波长。 （3）由于同播的要求会受到常规电视干扰影响。同播时相邻服务区的同一频道的普 通电视节目将有可能进入HDTV 接收机，产生强同频干扰。而且在数字地面广播传输 UHF/VHF频段，还有诸如单载波干扰、邻频干扰等对传输信号迭加影响。信道均衡时 我们除了要考虑多径的影响之外，还必须考虑到如何对抗频带内的单频干扰和同频 PAL 模拟电视干扰。
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•在数字电视信号处理技术上，HDTV和 在数字电视信号处理技术上， 在数字电视信号处理技术上 和 SDTV的信道编码和调制方式是同样的； 的信道编码和调制方式是同样的； 的信道编码和调制方式是同样的 •经编码和调制后在美国频道规划的 经编码和调制后在美国频道规划的6MHz高 经编码和调制后在美国频道规划的 高 频频带内可传输的19.39Mbps码率； 码率； 频频带内可传输的 码率 •用于 用于HDTV时可传输一套高清电视节目 时可传输一套高清电视节目; 用于 时可传输一套高清电视节目 •用于 用于SDTV时可传输 至5套标清电视节目。 时可传输3至 套标清电视节目 套标清电视节目。 用于 时可传输
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ATSC的图像源格式 的图像源格式 ATSC标准中容许 种图像源格式： 标准中容许18种图像源格式 标准中容许 种图像源格式： 像素数 宽高比 扫描参数
（水平×垂直） 水平×垂直）
1920×1080 × 1280×720 × 704×480 × 640×480 ×
16:9 16:9 16:9/4:3 4:3
• 抗信道衰落能力 ：
– 在恶劣（频率选择性衰落）、动态（时变）信道情况下，数字电视接 收系统的灵敏度指标会有一定的恶化，甚至引起接收无条件失败。特 别在单频网环境中，将增加恶劣多径的可能性； – 在实验室中，常以抗多径的强度和长度能力来检验接收机抗恶劣信道 能力； – 在瑞利信道下，以可承受的最大多普勒速度来评判接收系统动态能力。
• 频率规划要求 ：
– 抗模拟同/邻频干扰能力、抗数字同/邻频干扰能力高低将决定频谱规 划的有效性，以及能否提高频谱的利用率。
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应用领域
各类用户接收终端 数字媒体平 台 DTMB
固定环境： 城市、郊区
机顶盒、一体机
笔记本电脑 便携式电视
电信网络
GSM / GPRS / CDMA 移 动 环 境
信 源
同同同同 信信 信源编编信 还还还模 模电电信 信 模/数 转转 解压 压 解复 复 纠纠 解编 解调 信信编编信
信 宿
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7.1 ATSC数字电视标准
ATSC :美国的数字地面电视广播标准， 美国的数字地面电视广播标准， 美国的数字地面电视广播标准 年正式批准系统标准， 于1996年正式批准系统标准， ATSC不仅应 年正式批准系统标准 不仅应 用于高清晰度电视HDTV ， 也包括标准清 用于高清晰度电视 晰度电视SDTV和计算机图形格式等的参 晰度电视 和计算机图形格式等的参 数规范。 数规范。 ATSC是美国“先进电视制式委员会”组织 是美国“ 是美国 先进电视制式委员会” 机构名称的缩写。 机构名称的缩写。
通过电信网络作为回传 通道，实现点播功能
车载终端
移动接收
手机
PDA
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数字电视概述
数字电视系统由信源、信源编码器、信道编码器、信道、信道解码器、 信源解码器、信宿等部分组成，其基本原理框图如图所示。
信源编编信 模模 电电 信信 模/数 转转 压压 编编 多多 复复 纠纠 编编 数数 调调 信信编编信
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ATSC信道编码与调制系统 信道编码与调制系统
可选用 测试信号 多 信源 数据流 数据 随机 化 RS 编 码 数 据 交 织 格 栅 编 码 路 复 用 导 频 加 入 预 均 衡 滤 波 VSB 调 制 RF 上变频
段同步
场同步
场同步
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ATSC的帧结构图 的帧结构图
4 828符号 场同步＃1（第一段） PRBS初始化（第一段段同步） 313 段 段 同 步 有效数据 （每段74 8符号） 场同步＃2（第二段） 313 段 段 同 步 PRBS初始化(第二段段同步） 有效数据 （每段748符号） RS码 (每段 80 符号） 一段 24.2 ms
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• 1080有效行，扫描总行数为1125行，图像信号取样 有效行，扫描总行数为 有效行 行 频率为74.25MHz，在60I扫描下每行取样点总数为 频率为 ， 扫描下每行取样点总数为 2200个，正程 个 正程1920个，行消隐期占 个 行消隐期占280个，行频 个 33.750kHz • 720有效行，扫描总行数为 有效行， 有效行 扫描总行数为750行，取样频率 行 74.25MHz，在60P扫描下，每行取样点总数为 扫描下， ， 扫描下 1650个，正程有效像素 个 正程有效像素1280个，行消隐期占 个 行消隐期占370个， 个 行频 45kHz。 。 • 24P扫描，用于 扫描， 节目制作， 扫描 用于HDTV节目制作，可通过磁转胶做电 节目制作 影片，或者经制式转换，用于DTV电视广播。 电视广播。 影片，或者经制式转换，用于 电视广播 • 704×480符合 符合720×480规范，在信源编码时每行 规范， × 符合 × 规范 内丢掉左侧右侧各8个像素 取用704像素。 个像素， 像素。 内丢掉左侧右侧各 个像素，取用 像素 • VGA图形格式，信号源通过合适的重取样转换成 图形格式， 图形格式 704×480格式成为 格式成为SDTV标准图像源。 标准图像源。 × 格式成为 标准图像源
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地面数字电视广播系统关键技术需求
• 覆盖范围要求பைடு நூலகம்：
– 接收系统的灵敏度指标：决定覆盖范围能力的基本指标。灵敏度越小 意味着能够有效地覆盖相同的面积的发射功率越小； – 发射信号峰均比指标：决定对发射机峰值功率的要求。该指标是实现 上述用较小功率数字信号发射来简单替换原有模拟覆盖的重要因素， 也是用同等发射功率来有效扩大覆盖的有利因素。