卫星数字电视编码调制

sMQAM(t)= [ ∑ Xn g t − nTS cos ϑ n ]cos wc t − [ ∑ Yn g t − nTS si n ϑ n ]si n wc t
n n
= X t cos wc t − y t si n wc t
QAM中的振幅Xn和Yn可以表示为
Xn=cnA
Yn=dnA
式中，A是固定振幅，cn、dn由输入数据确定。cn、dn决定 了已调QAM信号在信号空间中的坐标点。
QAM信号调制原理图如图 9 - 1 所示。图中，输入的二
进制序列经过串/并变换器输出速率减半的两路并行序列， 分别经过2电平到L电平的变换，形成L电平的基带信号。 再 为了
抑制已调信号的带外辐射，该L电平的基带信号还要经过预调制
低通滤波器，形成X(t)和Y(t)，再分别对同相载波和正交载波 相乘。 最后将两路信号相加即可得到QAM信号。
QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying ：四相／正 交移相键控，与四状态QAM相同 )
COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing：编码正交频分复用 )
正交振幅调制(QAM)
QAM(Quadrature Amplitude Modulation)是一种频谱利用率很 高的调制方式，其在中、大容量数字微波通信 系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信 系统等领域得到了广泛应用。在移动通信中， 随着微蜂窝和微微蜂窝的出现，使得信道传输 特性发生了很大变化。 过去在传统蜂窝系统中 不能应用的正交振幅调制也引起人们的重视。
数字电视信道编码技术
卷积编码技术
R S 编 码
卷 积 编 码 调 制
信
道
解 调
维 特 比 译 码
R S 解 码
图6 RS码与卷积码级联
如图6所示，卷积编码器可有k0个输入，n0个输 出，通常 k0<n0，且皆为小整数。
数字电视信道编码技术
卷积编码技术
在任意给定的时间单元内，编码器的no个输出不仅与本时间单 元的k0个输入有关，还与前面m个输入单元有关，一个典型的 (2，1，2)卷积编码器结构如图7所示。
MPEG（运动图像压缩编码）

1992年和1994年分别通过了MPEG－1和MPEG－2 压缩编码标准。
ห้องสมุดไป่ตู้

MPEG－1主要是针对运动图像和声音在数字存储时的 压缩编码，典型应用如VCD等家用数字音像产品，其 编码最高码率为1.5Mbps。
MPEG－2则针对数字电视的视音频压缩编码，对数字 电视各种等级的压缩编码方案及图像编码中划分的层 次作了详细的规定，其编码码率可从3Mbps到 100Mbps。
2到 L 电平变换
Am
预调制 LPF cos t
串 / 并变换 sin t 2到 L 电平变换 Bm 预调制 LPF
∑
已调信号输出 y(t)
图9-1 QAM信号调制原理图
信号矢量端点的分布图称为星座图。通常，可以用星座图来描述 QAM信号的信号空间分布状态。对于M=16 16QAM来说，有多种分布
JPEG（静止图像压缩编码）
JPEG是一种不含帧间压缩的帧内压缩编码方 法，其主要编码过程与H.261大致相同。 具体步骤如下： 输入信号经DCT变换后，按固定的亮度与色度 量化矩阵进行非线性量化。 对量化后的DCT直流系数进行差分编码，交流 系数进行行游程编码。 按霍夫曼码表进行变长编码后，送缓存器输出 。
对于星型16QAM，信号平均功率为
2 2 M A A 2 2 22 2 p ( s ) ( c d ) ( 4 2 . 61 8 4 . 6 ) 1 . 0 A n n M n 1 16
两者功率相差1.4dB。另外，两者的星座结构也有重要的差别。一是星型 16QAM只有两个振幅值，而方型16QAM 16QAM只 有8种相位值，而方型16QAM有12种相位值。这两点使得在衰落信道中，星型 16QAM比方型16QAM更具有吸引力。


MPEG－2的压缩编码及其标准码流的形成构成了数字 电视信源编码的核心。
数字电视信道编码技术
信道编码简介
信道编码是通过按一定规则重新排列信号码 元或加入辅助码的办法来防止码元在传输过程 中出错，并进行检错和纠错，以保证信号的可 靠传输。 信道编码是数字通信区别于模拟通信的显著 标志，其主要实现方法是通过增大码率或频带， 即增大所需的信道容量。这一点恰好与信源编 码为适应存储及信道传输要求而进行压缩码率 或频带而相反。
MQAM
正交振幅调制是用两个独立的基带数字信号对两个相互正交的同频载波进行 抑制载波的双边带调制，利用这种已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现 两路并行的数字信息传输。正交振幅调制信号的一般表示式为 sMQAM(t)=
An g t − nTS cos ∑ n
wc t ϑ n
式
式中，An是基带信号幅度，g(t-nTs)是宽度为Ts的单个基带信号波形。 (9.1 - 1)还可以变换为正交表示形式:
2 M A 2 2 p ( s ) ( c d ) n n M n 1
(0,4.61)
( －3,3)
(3,3)
(0,2.61)
( －3,1)
(3,1)
( －4.61,0)
( －2.61,0)
(2.61,0)
(4.61,0)
( －1,－1) ( －1,1) ( －3,－3) (3,－3) (0,－2.61)
M
M=4, 16, 32, …, 256
MQAM
所示。其中，M=4, 16,
64, 256 时星座图为矩形，而M=32, 128 时星座图为十字形。前者M为2的偶次方， 即每个符号携带偶数个比特信息；后者M为2的奇次方，即每个符号携带奇数个比 特信息。 若已调信号的最大幅度为1，则MPSK信号星座图上信号点间的最小距离为 dMPSK=2 sin
形式的信号星座图。 两种具有代表意义的信号星座图如图 9 - 2 所
示。在图 9 - 2(a)中， 信号点的分布成方型，故称为方型16QAM星 座，也称为标准型16QAM。在图 9 - 2(b)中，信号点的分布成星型，
故称为星型16QAM星座。
若信号点之间的最小距离为2A，且所有信号点等概率出现， 则平均发射信号功率为
数字视 频编码 节 目 流 多 路 复 用 传 输 流 多 路 复 用 外 码 R-S 纠 错 编 码 内 码 卷 积 交 织 内 码 卷 积 编 码
数字音 频编码 数据编码
能 量 扩 散
基 带 整 形
Q P S K 调 制
IF
图2 数字电视卫星传输系统
数字电视信源编码技术
信源编码是数字电视系统的核心技术，其本质就是通 过压缩编码技术来去除视频、音频、数据等原始信号的冗 余信息，以实现传输码率压缩与带宽减小。
图4 信道编码结构框图
数字电视信道编码技术
RS编码技术
里德一所罗门(Reed-Solomon)码，简称RS码，它 是广泛应用在数字电视传输系统中的一种纠错编码技 术。RS码以字节为单位进行前向误码纠正(FEC， Forward Error Correction)，它具有很强的随机误码 及突发误码纠正能力。 在RS(n，k)编码中，输入信号分成km比特一组， 每组包括k个符号，每个符号由m比特组成，因此总 码长n=k+r个符号，共有k个信息符号、r个监督符号， 最小码距d0=2t+1个符号，RS码能够纠正t=r／2个 符号的错误，通常一个可纠错t个误码字节的RS码可 表示为(n，k，t)。
图7 (2，1，2)卷积编码器
数字电视调制技术
在现代通信中，提高频谱利用率一直 是人们关注的焦点之一。近年来，随着通 信业务需求的迅速增长，寻找频谱利用率 高的数字调制方式已成为数字通信系统设 计、研究的主要目标之一。
常用的几种调制方式及其比较
数字电视系统常用基本调制方式有 QAM、 VSB、 QPSK。在具体应用中，根据不同的传输介质，采用了不 同的调制参数。 QAM ( Quadrature Amplitude Modulation:正交调幅； 16-QAM： 16状态/电平正交调幅 ) VSB ( Vestigial Side-Band：残留边带；8 -VSB：8 电平残留边带 )
• 图像压缩的主要技术与标准
目前有关图像压缩方面的主要标准包括CCITT的 H.261（针对电视电话图像） JPEG （针对静止图像） MPEG （针对活动图像） 这几种压缩标准虽然各自针对性不同，但压缩编码方法 大体相似。
H.261编码原理
图3 H.261压缩编码原理简图
图中，DCT变换的输入输出选择开关由帧内/帧间模式选 择电路控制。在帧内模式时，开关打到上面，输入信号经 DCT变换，线性量化和变长编码后输出，图像只进行帧内 压缩。在帧间模式时，开关打到下面，前一帧图像信号经 过预测环中的运动补偿后产生一个后帧的预测信号。后帧 的实际输入信号与其预测值相减后，在进行一个帧内压缩 编码的过程后输出。
数字电视信道编码技术
• 数字电视系统信道编码技术主要包括纠错编码技 术、数据交织技术、网格编码技术、均衡技术等， 它们可提高数字电视信号的抗干扰能力，再利用 调制技术即可将数字电视信号放在载波或脉冲串 上，从而为信号发射做好准备。
多路 视频 音频 数据 节目 复用 MPEG2TSl流 复用 匹配 能量 扩散 外 码 编 码 数 据 交 织 内 码 编 码 基 带 形 成 信 道 调 制
图5 数据交织技术纠正突发误码原理图
数字电视信道编码技术
• 由图5可见，mn个数据为一组，按每行 n比特，共m行方式读入寄存器，然后 以列的方式读出用于传输，接收端把数 据按列的方式写入寄存器后再以行方式 读出，得到与输入码流次序一致的输出， 由此实现了交织与解交织。
数字电视信道编码技术
卷积编码技术 卷积编码又称内码或循环码，它是一种 非分组码，其前后码字或码组之间有一定 约束关系。 卷积编码是RS编码与数据交织的有效补充， 当信道质量较差时，通常采用RS码与卷积 码相级联的形式作为信道编码方案。
sMQAM(t)=
An g t − nTS cos ∑ n
wc t ϑ n
sMQAM(t)= [ ∑ An g t − nTS cos ϑ n ]cos wc t − [ ∑ An g t − nTS si n ϑ n ]si n wc t
n n
令
Xn=An cosφn Yn=Ansinφn
则变为
卫星数字电视的 编码调制技术
083203车恒飞 083212曹丽娜
卫星数字电视简介
卫星数字电视，是从电视节目录制、播出 到发射、接收全部采用数字编码与数字传输 技术的新一代电视。 它具有许多优点：
可实现双向交互业务 抗干扰能力强 频率资源利用率高 可提供优质的电视图像和视频服务 (如远程教育、会议电视、电视商务、影视点播等)。
(0,－4.61)
(a )
(b )
图 9- 2
16QAM
(a) 方型16QAM星座； (b) 星型16QAM星座
对于方型16QAM，信号平均功率为
2 2 M A A 2 2 2 p ( s ) ( c d ) ( 4 2 8 10 4 18 ) 1 A n n M 16 n 1
数字电视信道编码技术
数据交织技术
数据交织是指在不附加纠错码字的前提下，利用改变 数据码字传输顺序的方法，来提高接收端去交织解码时的 抗突发误码能力。通过采用数据交织与解交织技术，传输 过程中引入的突发连续性误码经去交织解码后恢复成原顺 序，此时误码分散分布，从而减少了各纠错解码组中的错 误码元数量。
卫星数字电视系统
一个完整的数字电视系统包括数字电视信号的 产生、处理、传输、接收和重现。 数字电视信号在进入传输通道前的处理过程一 般如图1所示：
信 号 获 取 信 源 编 码 信 道 编 码 调
卫星传输 地面无线传输 有线传输
制
图1 数字电视信号传输前的处理过程
卫星数字电视系统
在数字电视卫星广播中，通过采用数字化技术，并利 用数据压缩编码技术，一颗大容量卫星可转播 100 ~ 500 套节目，其调制方式在世界范围内都统一采用QPSK(正交 移相键控)方式。我国的卫星数字电视选用DVB-S标准。