数字视频广播系统答案

7.1.3 ATSC信道编码与调制系统
ATSC信道编码与调制流程框图如图7-
2所示，下面分步骤予以说明。
图7-2ATSC信道编码与调制框图
1．
数据随机化的目的是打碎TS流包中可 能出现的长“ 1 ”、长“ 0 ”，避免信号在 低频段频谱上有大的能量，不适应信道的 传输特性。
2．RS
RS编码即里德－索罗门编码，它是以 字节为单位进行前向误码校正 ( FEC) 的纠 错编码方法，具有强的随机误码和突发误 码校正能力。
7.1.1 ATSC
ATSC 标准中规定了可以采用的 18 种 数字图像源格式，包括一帧图像的像素数 和扫描方式。
7.1.2 ATSC
ATSC 的信道编码器其输入是传送流 (TS)数据，TS流形成过程如图7-1所示，从 左到右分为应用层、压缩层、传送层和传 输层4层，传送层的输出即为传送流TS。
7.2.4 DVB-T信道编码与调制系统 1．
DVB-T的信道编码和调制系统框图如 图 7-25 所示。输入端是视频、音频和数据 等复用的传送流 TS，每个 TS 包由 188 字节 组成，经过一系列信号处理后输出 COFDM调制的载波信号。
图7-25 DVB-T的信道编码和调制系统框图
2．
4．
为提供抗突发干扰的能力，在RS编码 后采用字节为单元的交织，称为字节交织 或外交织，交织深度I=12字节。
5．
内码编码与外码编码相结合，构成了 DVB-S 中的级联编码，它增强了信道纠错 能力，有利于抗御卫星广播信道传输中干 扰的影响。 内码编码与外码编码相结合，构成了 DVB-S 中的级联编码，它增强了信道纠错 能力，有利于抗御卫星广播信道传输中干 扰的影响。
三是ATSC制式本身尚存在些问题。
7.2 DVB数字视频广播系统 7.2.1 MEPG-2系统标准在DVB
像 ATSC 系统一样， DVB 系统中最先 的参数规范是演播室参数标准和信源编码 标准。
7.2.2 DVB-S信道编码与调制系统 1．DVB-S
DVB-S是1994年12月由ETSI(欧洲电信标准 学会 ) 制定标准的，标准编号为 ETS 300 421。 DVB-S 系统定义了从 MPEG-2 复用器输出到卫星 传输通道的特性，总体上分成信道编码和高频调 制两大部分。系统功能框图如图7-13所示，左边 部分为 MPEG-2 信源编码和复用，右边部分为卫 星信道适配器，也即是信道编码和高频调制部分。
图7-22 字节到m符号变换框图
4．不同M值的MQAM
图 7-23 所示的为不同 M 值的 MQAM 星
座图，它们的实现都基于图 7-22 所示的符
号变换框图。
图 7 23 不 同 值 的
M MQAM
调 制 星 座 图
5．
如图 7-19 所示，在符号变换和差分编 码 ( IkQk) 之后是基带成形，采用式 (6-18) 所 示的升余弦平方根滤波函数，滚降系数α＝ 0.15。可见，由于有线信道质量好，因此α 值较小(DVB-S中α=0.35)，这有利于带宽利 用率的提高。
6．
前 面 已 述 及 ， DVB-C 的 调 制 方 式 为 MQAM， 可 以 是 1 6 ， 3 2 ， 6 4 ， 1 2 8 和 256QAM，典型值是64QAM。
7．
根据MQAM的M值和映射频道的带宽， 可以计算出一个 DVB-C 频道能传输的可用 比特率 Ru 值 ( Mbit/s) 和符号率 Rs 值 ( Mbaud)， 如表 7-7 所示，表中的值适合于 8 MHz 的信 道带宽。
由图7-19可见，发送端框图中的前4个 方框是与DVB-S一样的。
源自文库
3．字节到m
DVB-C中，符号交织(交织深度I=12字 节)之后没有级联的卷积编码，也即只有外 编码而无内编码，原因在于有线信道质量 较好，不必将FEC做得复杂化。
图7-19 DVB-C前端与接收端框图
图 7 21 64
QAM
调 制 星 座 图
3．
由图 7-2 可见， RS 编码之后是数据交 织，数据交织是在不附加纠错码字的前提 下用改变数据码字 ( 以比特或字节为单元 ) 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。传输过程中引入的 突发误码(连续的若干比特或若干字节的误 码)，经去交织解码而恢复成原顺序时将分 散开，使后面的RS解码更有能力予以纠正。
4．COFDM
(1)COFDM
ATSC 的 8 VSB 调制是传统的单载波调 制方式，而 COFDM 是数字通信中时兴的 多载波方式， OFDM 是正交频分复用的英 文缩写，全部载波频率有相等的频率间隔， 它们是一个基本振荡频率的整数倍。
(2)COFDM
与卫星传输信道和有线传输信道相比 较，地面开路传输信道环境差，电磁波信 号容易受到各种各样的外来杂散电磁波干 扰。 就地面开路接收时的传输信道种类而 言，有三种信道模型。 (1)高斯信道，这是天线接收信号只受 到高斯噪声 ( 随机噪声，白噪声 ) 干扰的信 道模型。
图7-1 传送流TS的形成
应用层(Application Layer)是演播室内 根据规定的视音频标准原始产生的、未压 缩的视音频数据流，例如视频是SDI或HDSDI 数据流，音频是立体声或环绕声的数 据流。 压缩层 ( Compression Layer) 中根据规 定的信源编码标准将输入的数据流予以码 率 压 缩 ， 产 生 出 视 频 基 本 流 ( Video Elementary Strenam，VES) 和音频基本流 (AES)。
批准为系统标准，名称为“ATSC数字电视
标准”。
标准扩展了ATSC的适用范围，使其 不仅应用于HDTV高清晰度电视中，也包 括了SDTV标准清晰度电视和计算机图形格 式等的参数规范。ATSC是美国“先进电视 制式委员会”组织机构的名称缩写，它制 定的包括SDTV和HDTV的标准也可以并称 为ATV(先进电视)或DTV(数字电视)的地面 广播标准。实际上，ATSC标准中容许18种
6．
图7-17所示的基带卷积输出X，Y输入 至收缩卷积码电路，实现2/3或3/4等编码效 率，而后再使该串行序列经串/并变换电路 形成I，Q两路并行输出。
7．
卫星接收端有确定的误码性能要求， 以确保接收信号质量。在传输信道中，对 于出现的相加性白高斯噪声 ( AWGN) 引起 的信号质量下降，通常以Eb/N0进行衡量。
6．
场同步段有下列作用。 (1)给出每个数据场的起始信息。 (2)PN511向接收端提供信道特性均衡 用的训练序列数据，使接收端得到时变的 信道特性信息，及时实现解码信道的特性 均衡。
(3)PN63供接收端实现重影补偿中作测 试序列使用，能补偿延时范围在63个符号 内即时间为63×93=5.86μs内的重影信号， 接收机设计人员可在5.86μs总量内任意分 (4)最后12符号供接收机中的梳状滤波 器(干扰抑制滤波器) (5) (6)可供接收机中的相位跟踪电路用来
7.2.3 DVB-C信道编码与调制系统 1．DVB-C
DVB-C系统定义了有线数字电视广播 系统的功能块组成，它使 MPEG-2 基带数 字电视信号与有线信道特性相匹配。DVBC的欧洲标准是由ETSI(欧洲电信标准学会) 于1994年12月制定的，标准编号为ETS 300 429。
2 ． DVB-C 信 道 编 码 与 DVB-S 的
5．
COFDM 中，调制每个载波的符号率 下降很多，可明显减少已调波频带内的符 号间干扰 ( ISI)。但存在较长延时的反射波 信号时，并不能完全消除符号间干扰。
6．帧自适应和导频及TPS
图 7-25 中，在 OFDM 调制之前有“帧 自适应”和“导频及 TPS 信号”两个信号 处理框，现在分别说明之。 (1) 帧自适应是指 OFDM帧的构成，它是 在OFDM符号的基础上组成的。
7．
ATSC 中高频调制采用 8 VSB 也即 8 电 平残留边带调幅方式，它不同于NTSC中高 频调制的VSB残留边带调幅方式。
8．
8 VSB 发射机像通常那样采用两级调 制方式，第一次将数据信号调制到一个固 定中频上，第二次再上变频到所需的电视 频道上。
7.1.4 ATSC
美国从20世纪末正式开始地面广播 HDTV后，在初期发展并不快速，原因一 是节目源欠丰富，二是接收机价格偏高，
图7-17 1/2编码率的基本卷积码
7．可用比特率与转换器带宽的关系
一个卫星转发器能以QPSK调制方式传输的 可用比特率值，除了决定于可选用的不同值的内 码编码率外，更加决定于卫星转发器本身的带宽。 由上面所述可以看出， DVB-S 的特点在于 卫星信道的带宽大 (>24 MHz)，但转发器的辐射 功率不高 (十几瓦至一百多瓦 ) ，传输信道质量不 够高 ( 传输路径远，特别是易于受雨衰影响 ) 。因 此，为保证接收可靠而采用了调制效率较低、抗 干扰能力强的QPSK调制。
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数字电视系统
7.1 ATSC数字电视系统
美国的 ATSC 数字电视标准是为其国 内的全数字化 HDTV 地面广播研究开发的
一种标准，1988年由FCC(美国联邦通信委
员会)提出设想，历经多年，于1996年正式
DVB-T 中高频载波采用 COFDM( 编码 正交频分复用 ) 调制方式，在 8 MHz 射频带 宽内设置1705(2k模式)或6817(8k模式)个载 波，将高码率的数据流相应地分解成 2 k 或 8 k 路低码率的数据流，分别对每个载波进 行QPSK，16QAM或64QAM调制。
3．
COFDM调制中，由每个V比特的符号 对 每 个 载 波 进 行 相 应 的 调 制 ， V=2 时 为 QPSK调制，V=4时为16QAM调制，V=6时 为64QAM调制。
(2)
OFDM中对每个载波的调制都是抑制 载波的，接收端的解调诸如对于 QAM的相 干解调是需要基准信号的，在这里称为导 频信号，它们在 OFDM 符号内分布于不同 的时间和频率上，具有已知的幅度和相位。 ① ② ③ TPS
图7-13 DVB-S系统功能框图
2．
输入 TS 流是 188 字节的包，其中第一
个字节是同步字节 ( SYNC)。在 DVB-S 中，
对TS流包的处理如图7-14所示。
图7-14 TS流包的加扰和RS编码
3．
外码编码即是 RS 编码，是在每 188 字 节后加入16字节的RS码(204，188，t=8)， 参见图7-14(b)。
(2)Ricean信道，这是天线接收信号接 收到直达波之外还接收到多个反射波的信 道模型，它对应于使用室外屋顶天线时还 会接收由到高楼等来的许多多径反射波。 (3)瑞利信道，其接收天线接收不到直 达波，只接收到许多反射波，对应于用室 内天线接收或室外便携和移动接收。接收 点直视不到发射天线，只有由大楼、山丘 等来的诸多反射波。
视频基本流由像块、宏块、像条、图 像(帧)、GOP(图像组)和序列等6个层次构 成。 传送层(Transport Layer)中将ES打包， 形成打包基本流(PES)，并实现视音频PES 的复用，组成复用的节目流(PS MUX)、传 送流(TS MUX)。 传输层(Transmission Layer)内包含信 道编码和载波调制，其输出是调制在中频 上的数字已调波，馈送至上变频器，经高 功放级后由天线发射。
4．
信道编码中，为了充分提高抗误码的 纠错能力，通常采用两次附加纠错码的 FEC编码。 格栅编码是1982年由Ungenboeck提出 的，它将卷积编码与调制技术结合一起， 可在不增加信道带宽和不降低信息速率的 情况下获得3～4dB的编码功率增益。
5．
原理上，图7-2中数据交织器后面的格 栅编码器 ( 图 7-7) 只需要一个。然而，虽然 格栅编码器有助于抗白噪声干扰 ( 随机干 扰)，但对于脉冲干扰和突发误码其抗御性 能并不好。为了改善这方面的性能，以及 为了使接收端的格栅解码器电路简化，编 码器中采用了 12 个同样的格栅编码器并行 地工作，它们接受经过块交织的、交织深 度I=12符号的数据符号。