數(shù)字電視原理與應(yīng)用.ppt

數(shù)字電視原理與應(yīng)用,Principle and Application of Digital Television,主講：張文軍 教授 上海交通大學(xué)圖像通信與信息處理研究所 Email： 20062007學(xué)年第一學(xué)期,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,2,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,課程安排,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,3,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,數(shù)字電視基本原理,視頻壓縮原理 第5章 MPEG-2視頻編碼部分及其測(cè)量 第4,6,11章 MPEG-2音頻編碼部分及其測(cè)量 第7章 MPEG-2系統(tǒng)部分及其測(cè)量 第3,9,10章 數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ) 第12章 數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理 補(bǔ)充,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,4,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,5,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,為了方便對(duì)差錯(cuò)編碼原理進(jìn)行敘述，下面先介紹一些基本術(shù)語(yǔ)： 信息碼元:指進(jìn)行差錯(cuò)編碼前送入的原始信息編碼 監(jiān)督碼元:指經(jīng)過(guò)差錯(cuò)編碼后在信息碼元基礎(chǔ)上增加的冗余碼元。,1、糾錯(cuò)編碼的基本原理基本概念,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,6,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,碼字（組）:由信息碼元和監(jiān)督碼元組成的，具有一定長(zhǎng)度的編碼組合。 碼集:不同信息碼元經(jīng)差錯(cuò)編碼后形成的多個(gè)碼字組成的集合。 碼重:碼字的重量，即一個(gè)碼字中“1”碼的個(gè)數(shù)。通常用W表示。 例如：碼字10011000的 碼重W=3，而碼字00000000的碼重W=0。同理：1001111001， 1100110111的碼重分別為W=6和W=7。,1、糾錯(cuò)編碼的基本原理基本概念,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,7,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,碼距:所謂碼元距離就是兩個(gè)碼組中對(duì)應(yīng)碼位上碼元不同的個(gè)數(shù)（也稱漢明距）。碼距反映的是碼組之間的差異程度，比如，00和01兩組碼的碼距為1；011和100的碼距為3。11000 與 10011之間的距離d=3。碼字10011001和11110101之間的碼距為4。 最小碼距:碼集中所有碼字之間碼距的最小值即稱為最小碼距，用dmin或d0表示。,1、糾錯(cuò)編碼的基本原理基本概念,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,8,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,例如：若碼集包含的碼字有10010，00011，和11000，則各碼字兩兩之間的碼距分別如下： 10010和00011之間d=2 10010和11000之間d=2 00011和11000之間d=4 因此該碼集的最小碼距為2，即dmin=2 000、001、110三個(gè)碼組相比較，碼距有1和2兩個(gè)值，dmin=1 最小碼距是碼的一個(gè)重要參數(shù)， 它是衡量碼檢錯(cuò)、糾錯(cuò)能力的依據(jù)。,1、糾錯(cuò)編碼的基本原理基本概念,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,9,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,分組碼一般可用(n,k)表示。其中，k是每組二進(jìn)制信息碼元的數(shù)目，n是編碼碼組的碼元總位數(shù)，又稱為碼組長(zhǎng)度，簡(jiǎn)稱碼長(zhǎng)。n-k=r為每個(gè)碼組中的監(jiān)督碼元數(shù)目。 簡(jiǎn)單地說(shuō)，分組碼是對(duì)每段k位長(zhǎng)的信息組以一定的規(guī)則增加r個(gè)監(jiān)督元， 組成長(zhǎng)為n的碼字。在二進(jìn)制情況下，共有2k個(gè)不同的信息組，相應(yīng)地可得到2k個(gè)不同的碼字，稱為許用碼組。其余 2n-2k個(gè)碼字未被選用，稱為禁用碼組。（7，4）（9，5）,1、糾錯(cuò)編碼的基本原理分組碼,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,10,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,編碼糾檢錯(cuò)能力與最小碼距之間的關(guān)系： 數(shù)字通信系統(tǒng)中送入信道的信息都是“0”“1”組合的數(shù)字信號(hào)，例如：待傳送的信息是“晴”和“雨”，則只需一位數(shù)字編碼就可以表示。若用“1”表示“晴”，“0”表示“雨”。當(dāng)“0”“1”形式的信息在信道中傳輸時(shí)將0錯(cuò)成1或?qū)?錯(cuò)成0時(shí)，由于發(fā)生差錯(cuò)后的信息編碼狀態(tài)是發(fā)送端可能出現(xiàn)的狀態(tài)，因此接收端無(wú)法發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)。,1、糾錯(cuò)編碼的基本原理,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,11,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,編碼糾檢錯(cuò)能力與最小碼距之間的關(guān)系： 但是如果發(fā)送信息送進(jìn)信道之前，在每個(gè)編碼之后附加一位冗余碼，變成用兩位編碼“11“表示”晴“，“00”表示“雨”，則在傳輸過(guò)程中由于干擾造成信息編碼中一位碼發(fā)生差錯(cuò)，錯(cuò)成“10”（或“01”）時(shí)，由于“10”或“01”都是發(fā)送端不可能出現(xiàn)的編碼，接收端就能發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，但此時(shí)并不能判斷出差錯(cuò)是第一比特還是第二比特，因此不能自動(dòng)糾錯(cuò) 許用碼組：00 ，11 禁用碼組 ：10，01,1、糾錯(cuò)編碼的基本原理,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,12,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,編碼糾檢錯(cuò)能力與最小碼距之間的關(guān)系： 若繼續(xù)增加冗余碼位數(shù)，用“111”表示“晴”，“000”表示“雨”，當(dāng)編碼在傳輸中出現(xiàn)1位或2位碼差錯(cuò)（如錯(cuò)成001或101等編碼）時(shí)，接收端都能檢測(cè)到，并能確定只有1位碼差錯(cuò)時(shí)錯(cuò)誤碼位的位置，此時(shí)這種編碼方式可以檢測(cè)1位或2位差錯(cuò)，并能糾正單個(gè)的誤碼。 許用碼組：000， 111 禁用碼組：001 010 011 100 101 110,1、糾錯(cuò)編碼的基本原理,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,13,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,由上例的分析可見(jiàn)，冗余碼位數(shù)增加后，編碼的抗干擾能力增強(qiáng)。 這主要是因?yàn)槿哂啻a位數(shù)增加后，發(fā)送端使用的碼集中，碼字之間最小碼距dmin增大。 由于dmin反映了碼集中每?jī)蓚€(gè)碼字之間的差別程度，如果dmin越大，從一個(gè)編碼錯(cuò)成另一個(gè)編碼的可能性越小，則其檢錯(cuò)、糾錯(cuò)能力也就越強(qiáng)。 因此最小碼距是衡量差錯(cuò)控制編碼糾、檢錯(cuò)能力大小的標(biāo)志。一般情況下，差錯(cuò)編碼的糾錯(cuò)能力及檢錯(cuò)能力與最小碼距之間的關(guān)系如下：,1、糾錯(cuò)編碼的基本原理,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,14,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,1、糾錯(cuò)編碼的基本原理檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力,碼的最小距離d0直接關(guān)系著碼的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力；任一(n,k)分組碼，若要在碼字內(nèi): (1) 檢測(cè)e個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤，則要求碼的最小距離d0e+1; A 0 1 2 3 B A 0 1 2 3e B,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,15,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,(2) 糾正t個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤， 則要求碼的最小距離d02t+1;,B,A0,1,1、糾錯(cuò)編碼的基本原理檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力,2,3,4,5,t,t,1,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,16,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,(3) 糾正t個(gè)同時(shí)檢測(cè)e個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤，則要求碼的最小距離d0t+e+1。 (e t) 例如 d03 檢出1位糾正1位 d04 檢出2位糾正1位 d05 檢2糾2,1、糾錯(cuò)編碼的基本原理檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,17,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,例：已知四個(gè)碼組為 （110001000） （100010111） （000101111） （001011110） 若將此碼用于檢錯(cuò)最多可以檢出多少位錯(cuò)碼？若用于糾錯(cuò)，最多糾正幾位？若同時(shí)用于檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，能檢出幾位，糾正幾位？,1、糾錯(cuò)編碼的基本原理檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,18,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,用差錯(cuò)控制編碼提高通信系統(tǒng)的可靠性， 是以降低有效性為代價(jià)換來(lái)的。 我們定義編碼效率R來(lái)衡量有效性: R=k/n 其中, k是信息元的個(gè)數(shù)，n為碼長(zhǎng)。 對(duì)糾錯(cuò)碼的基本要求是: 檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力盡量強(qiáng)； 編碼效率盡量高； 編碼規(guī)律盡量簡(jiǎn)單。 實(shí)際中要根據(jù)具體指標(biāo)要求，保證有一定糾、檢錯(cuò)能力和編碼效率，并且易于實(shí)現(xiàn)。,1、糾錯(cuò)編碼的基本原理編碼效率,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,19,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,20,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,2、常用的幾種簡(jiǎn)單分組碼,恒比碼,正反碼,群計(jì)數(shù)碼,奇偶 監(jiān)督碼,二維奇偶監(jiān)督碼,常用的幾種簡(jiǎn)單分組碼,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,21,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,是一種最簡(jiǎn)單的差錯(cuò)編碼，又稱奇偶檢驗(yàn)碼。 編碼方法： 奇偶監(jiān)督碼是在原信息碼后面附加一個(gè)監(jiān)督元，使得該碼字中連同監(jiān)督碼在內(nèi)的“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)（稱為奇校驗(yàn)）或偶數(shù)（稱為偶校驗(yàn)）。 或者說(shuō)，它是含一個(gè)監(jiān)督元，碼重為奇數(shù)或偶數(shù)的(n,n-1)系統(tǒng)分組碼。,（1）奇偶監(jiān)督碼,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,22,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,例如：對(duì)碼組01101001進(jìn)行偶校驗(yàn)的監(jiān)督碼位為0，對(duì)碼組10100000進(jìn)行奇校驗(yàn)的監(jiān)督碼為1。 設(shè) 是同一碼組內(nèi)各位碼元， 是監(jiān)督碼元，其余碼位都是信息碼元，則偶校驗(yàn)時(shí)應(yīng)滿足：,（1）奇偶監(jiān)督碼,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,23,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,接收端譯碼時(shí)，對(duì)各碼元進(jìn)行模二加運(yùn)算，其結(jié)果為0（偶監(jiān)督碼）如果傳輸過(guò)程中碼組任何一位發(fā)生了錯(cuò)誤，則收到的碼組不滿足偶檢驗(yàn)關(guān)系，因此就能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。 偶監(jiān)督碼的編碼規(guī)則可以用公式表示 （設(shè)碼組長(zhǎng)度為n，表示為 ） 監(jiān)督碼元a0的取值（0或1）可由下式?jīng)Q定,（1）奇偶監(jiān)督碼,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,24,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,對(duì)于奇校驗(yàn)碼必須保證 因此式中的監(jiān)督碼可以用下式求出 奇偶監(jiān)督碼的編碼效率R為,（1）奇偶監(jiān)督碼,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,25,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,（1）奇偶監(jiān)督碼,在接收端按照相同的規(guī)律進(jìn)行檢測(cè)，若檢測(cè)到與規(guī)律不符，則說(shuō)明傳輸中有差錯(cuò)產(chǎn)生。 奇偶監(jiān)督碼的檢錯(cuò)能力為只能檢出奇數(shù)位差錯(cuò)，不能檢測(cè)出偶數(shù)位差錯(cuò)，也不能判斷出差錯(cuò)的具體碼元，故奇偶檢驗(yàn)碼只有一定檢錯(cuò)能力而不具備糾錯(cuò)能力。 但利用奇偶檢驗(yàn)碼檢測(cè)單個(gè)差錯(cuò)的效果還是令人滿意的，因此在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸及SDH傳輸技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用,1 0 1 0 0 0 1 0 有錯(cuò) 1 1 1 0 0 1 1 0 有錯(cuò) 1 0 1 0 0 1 1 0 不能確定,1 0 1 1 0 0 1 0,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,26,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,又稱作行列奇偶校驗(yàn)碼或者水平垂直奇偶校驗(yàn)碼，還稱作方陣碼。 它是將若干信息碼字按照每個(gè)碼字一行排列成若干行，使每個(gè)碼字中相同的碼位均對(duì)齊在同一列中，形成矩陣形式。然后對(duì)每一行和每一列的碼元均進(jìn)行奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)，并將校驗(yàn)結(jié)果附加在每一行及每一列碼元之后。,（2）二維奇偶監(jiān)督碼,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,27,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,例如：對(duì)5個(gè)ASCII信息碼進(jìn)行行列奇偶校驗(yàn)的結(jié)果如下：,（2）二維奇偶監(jiān)督碼,方陣碼不但能檢測(cè)出某一行某一列所有奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤, 有時(shí)還能檢測(cè)出某偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤 信息碼元 監(jiān)督碼元 信息碼元 監(jiān)督碼元 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 監(jiān)督碼元 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 適用于檢測(cè)突發(fā)錯(cuò)誤 能糾錯(cuò):碼組中存在僅一行中有奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤時(shí),能夠確定錯(cuò)碼的位置,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,28,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,但對(duì)于以矩陣形式出現(xiàn)的偶數(shù)位差錯(cuò)，行列奇偶校驗(yàn)碼是檢測(cè)不出來(lái)的。此外，通過(guò)水平和垂直兩個(gè)方向上的校驗(yàn)，它能夠確定某一行或列中出現(xiàn)的單個(gè)差錯(cuò)碼位置，因此行列奇偶校驗(yàn)碼具有對(duì)單個(gè)差錯(cuò)的糾錯(cuò)能力。,（2）二維奇偶監(jiān)督碼,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,29,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,（3）恒比碼(等重碼),恒比碼的編碼原則是從確定碼長(zhǎng)的碼組中挑選那些“1”和“0”個(gè)數(shù)的比值一樣的碼組作為許用碼組。 這種碼通過(guò)計(jì)算接收碼組中“1”的數(shù)目是否正確，就可檢測(cè)出有無(wú)錯(cuò)誤。 如： 五單位數(shù)字保護(hù)電碼 碼字長(zhǎng)度為5，只選用碼字中含有三個(gè)“1”和兩個(gè)“0”的碼字作為許用碼字，來(lái)表示10個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字1，2，9，0 這種碼亦稱“5中取3碼”。,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,30,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,（3）恒比碼(等重碼),中文電報(bào)編碼首先將每一個(gè)單字編碼為四位十進(jìn)制數(shù)字，再將每一位十進(jìn)制數(shù)字用二進(jìn)制的五單位數(shù)字保護(hù)碼表示。 通 信 6639 0207 10101 10101 10110 10011 01101 11001 01101 11100,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,31,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,（3）恒比碼(等重碼),國(guó)際電報(bào)通信中廣泛采用的是“7中取3碼” 碼字長(zhǎng)度為7，碼字中“1”的個(gè)數(shù)為3 共有C73=35種碼字 這35種碼字分別代表26個(gè)英文字母和其他符號(hào)。,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,32,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,（4）正反碼,編碼的監(jiān)督位數(shù)目與信息位數(shù)目相同，監(jiān)督碼是信息碼的重復(fù)還是反碼，由信息碼中1的個(gè)數(shù)而定。 例：1011010110 （重復(fù)） 0011011001 （反碼） 譯碼：接收碼組中信息位和監(jiān)督位按位模2相加 若接收碼組的信息位中有奇數(shù)個(gè)1，則合成的碼組為檢驗(yàn)碼組 若接收碼組的信息位中有偶數(shù)個(gè)1，則合成的碼組的反碼為檢驗(yàn)碼組,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,33,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,（4）正反碼,檢驗(yàn)碼組全為0，無(wú)錯(cuò)碼 檢驗(yàn)碼組有4個(gè)1，1個(gè)0則信息碼組中有一位錯(cuò)碼，其位置對(duì)應(yīng)檢驗(yàn)碼組中0的位置 檢驗(yàn)碼組有4個(gè)0，1個(gè)1則監(jiān)督碼中有一位錯(cuò)碼，其位置對(duì)應(yīng)檢驗(yàn)碼組中1的位置 例：10010 （收到碼組為1001010110） 10110 00100 11011 00110 01001 01111 10000 其他組合，錯(cuò)碼多于一個(gè),數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,34,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,（4）正反碼,檢糾錯(cuò)能力： 長(zhǎng)度為10的正反碼有糾正一位錯(cuò)碼的能力，并能檢測(cè)出全部?jī)晌灰韵碌腻e(cuò)誤，和大部分兩位以上的錯(cuò)誤。 編碼效率： 5/10=1/2,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,35,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,（5）群計(jì)數(shù)碼,群計(jì)數(shù)碼是將信息碼元分組后，計(jì)算每組碼元中1的個(gè)數(shù)，然后將這個(gè)數(shù)目的二進(jìn)制表示為監(jiān)督碼元，一起送往發(fā)送端。 例：一組8位的信息碼元為10111001，其中1的個(gè)數(shù)為5個(gè)，于是將101作為監(jiān)督碼元。這樣傳輸?shù)拇a組為10111001101 收端只要檢測(cè)監(jiān)督碼元所標(biāo)示的1的個(gè)數(shù)與信息碼元的1的數(shù)目是否相同來(lái)判斷傳輸過(guò)程中有無(wú)錯(cuò)誤。 特點(diǎn)：群計(jì)數(shù)碼的檢錯(cuò)能力很強(qiáng)，它可以檢測(cè)除1變0和0變1成對(duì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤以外的其他形式的錯(cuò)誤。,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,36,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,37,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到干擾的影響，使信號(hào)波形變壞，發(fā)生誤碼，可以采用一些方法解決。同時(shí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，還要合理地選擇調(diào)制、解調(diào)、發(fā)送功率等因素，采用上述措施仍難以滿足性能要求，就要采用差錯(cuò)控制措施了。 數(shù)字電視糾錯(cuò)編碼的必要性： 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流產(chǎn)生誤碼 提高系統(tǒng)糾錯(cuò)能力 提高系統(tǒng)抗干擾能力,3、數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,38,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,差錯(cuò)編碼屬信道編碼 要求在滿足有效性前提下，盡可能提高數(shù)字通信的可靠性。 差錯(cuò)控制的目的是用信道編碼的方法檢測(cè)和糾正誤碼，降低誤比特率。 糾錯(cuò)編碼的開(kāi)銷： 信道編碼增加了傳輸數(shù)據(jù)量 降低傳送有用信息碼,3、數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,39,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,從差錯(cuò)角度來(lái)看，根據(jù)加性干擾引起的錯(cuò)碼分布規(guī)律的不同，把信道分為三類： 隨機(jī)信道 突發(fā)信道 混合信道 對(duì)不同類型的信道，采用不同的差錯(cuò)控制技術(shù)。 差錯(cuò)控制方法常用的有以下三種： 檢錯(cuò)重發(fā)法（ARQ） 前向糾錯(cuò)法（FEC） 反饋校驗(yàn)法,3、數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,40,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,信道 隨機(jī)差錯(cuò)信道：大氣 信 道 在惡劣的天氣條件下，如霧、雪、雨等引起的吸收、散射、折射，使得到達(dá)接收端的光功率發(fā)生了隨機(jī)的變化，這樣就產(chǎn)生了隨機(jī)差錯(cuò) 突發(fā)差錯(cuò)信道：由于近地表的大氣溫度不同，產(chǎn)生的湍流效應(yīng)會(huì)引起接收光功率的閃爍，還有日光、風(fēng)力、季節(jié)的變化引起建筑物的固定基座位置偏移、衛(wèi)星自身的抖動(dòng)、光學(xué)天線的機(jī)械震動(dòng)，使得接收端光功率在短時(shí)間產(chǎn)生了很大范圍的變化，從而產(chǎn)生成串的突發(fā)差錯(cuò) 既有隨機(jī)差錯(cuò)又有突發(fā)差錯(cuò)的混合信道,3、數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,41,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,冗余 噪聲信道上控制傳輸錯(cuò)誤的方法：在傳遞的信息上增加冗余。 1 若用所有長(zhǎng)度為3的二元序列: 000,100,010,001,011,101,110,111去傳輸不同的信息，則不能識(shí)別或糾正錯(cuò)誤。無(wú)冗余。 2 若僅使用：000,011,101,110，則可識(shí)別一個(gè)錯(cuò)誤但不能糾正錯(cuò)誤。因?yàn)?個(gè)不同的信息也可以用00,01,10,11表示，傳遞序列中有1/3是冗余。 3 若僅使用：000,111，則可識(shí)別兩個(gè)錯(cuò)誤，也能糾正一個(gè)錯(cuò)誤。因?yàn)?個(gè)不同的信息也可以用0,1表示，傳遞序列中有2/3是冗余。,3、數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,42,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,3、數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼,通信系統(tǒng)差錯(cuò)控制方法：,信源,加冗余編碼,信道,錯(cuò)誤識(shí)別,信宿,噪聲,請(qǐng)求 重傳,反饋重傳糾錯(cuò)(ARQ),數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,43,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,3、數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼,通信系統(tǒng)差錯(cuò)控制方法：,信源,加冗余編碼,信道,糾錯(cuò),信宿,噪聲,前向糾錯(cuò)(FEC),數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,44,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,3、數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼,通信系統(tǒng)差錯(cuò)控制方法：,信源,加冗余編碼,信道,錯(cuò)誤識(shí)別 和/或 糾錯(cuò),信宿,噪聲,請(qǐng)求 重傳,混合糾錯(cuò),數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,45,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,采用兩次附加糾錯(cuò)碼的前向糾錯(cuò)（FEC）編碼： 這種方式是發(fā)信端采用某種在解碼時(shí)能糾正一定程度傳輸差錯(cuò)的較復(fù)雜的編碼方法，在接收 端收到信碼解碼后，不僅可以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)碼，而且能夠判斷錯(cuò)誤碼元所在位置，并自動(dòng)糾正錯(cuò)碼。 采用前向糾錯(cuò)方式時(shí)，糾錯(cuò)碼信息不需存儲(chǔ)，不需要反饋信道，也無(wú)需反復(fù)重發(fā)而延誤傳輸時(shí)間，對(duì)實(shí)時(shí)傳輸有利，實(shí)時(shí)性好，但是糾錯(cuò)設(shè)備比較復(fù)雜。,3、數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼FEC,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,46,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,前向糾錯(cuò)碼的各種類型：,3、數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼FEC,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,47,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,RS編碼 第一個(gè)FEC附加糾錯(cuò)碼（外編碼） 卷積編碼 第二個(gè)FEC附加糾錯(cuò)碼（內(nèi)編碼） 級(jí)聯(lián)編碼 外編碼和內(nèi)編碼結(jié)合一起 級(jí)聯(lián)編碼后得到的數(shù)據(jù)流再按規(guī)定的調(diào)制方式對(duì)載頻進(jìn)行調(diào)制,3、數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼FEC,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,48,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,RS編碼 即里德所羅門碼，能夠糾正多個(gè)錯(cuò)誤 RS碼為（204，188，t=8），其中t是可抗長(zhǎng)度字節(jié)數(shù)，對(duì)應(yīng)的188符號(hào)，監(jiān)督段為16字節(jié)(開(kāi)銷字節(jié)段） 實(shí)際中實(shí)施（255，239，t=8）的RS編碼，即在204字節(jié)（包括同步字節(jié)）前添加51個(gè)全“0”字節(jié)，產(chǎn)生RS碼后丟棄前面51個(gè)空字節(jié)，形成截短的（204，188）RS碼 RS的編碼效率是：188/204,3、數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼FEC,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,49,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,卷積碼 卷積碼非常適用于糾正隨機(jī)錯(cuò)誤 解碼器可能會(huì)導(dǎo)致突發(fā)性錯(cuò)誤 所以卷積碼和RS碼結(jié)合在一起可以起到相互補(bǔ)償?shù)淖饔?基本卷積碼 ：編碼效率為，1/2, 編碼效率較低,優(yōu)點(diǎn)是糾錯(cuò)能力強(qiáng) 收縮卷積碼 ：如果傳輸信道質(zhì)量較好，為提高編碼效率，可以采用收縮截短卷積碼。有編碼效率為：1/2、2/3、3/4、5/6、7/8這幾種編碼效率的收縮卷積碼,3、數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼FEC,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,50,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,Turbo碼 1993 年誕生的Turbo 碼，單片Turbo 碼的編碼/解碼器，運(yùn)行速率達(dá)40Mb/s。該芯片集成了一個(gè)3232 交織器，其性能和傳統(tǒng)的RS 外碼和卷積內(nèi)碼的級(jí)聯(lián)一樣好。所以Turbo碼是一種先進(jìn)的信道編碼技術(shù)，由于其不需要進(jìn)行兩次編碼，所以其編碼效率比傳統(tǒng)的RS+卷積碼要好。,3、數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,51,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,交織碼 為了糾正這些成串發(fā)生的比特差錯(cuò)及一些突發(fā)錯(cuò)誤，可以運(yùn)用交織技術(shù)來(lái)分散這些誤差，使長(zhǎng)串的比特差錯(cuò)變成短串差錯(cuò)，從而可以用前向碼對(duì)其糾錯(cuò) 實(shí)現(xiàn)交織和解交織一般使用卷積方式 交織技術(shù)對(duì)已編碼的信號(hào)按一定規(guī)則重新排列，解交織后突發(fā)性錯(cuò)誤在時(shí)間上被分散，從而前向糾錯(cuò)編碼可以有效的進(jìn)行糾錯(cuò)，前向糾錯(cuò)碼加交積的作用可以理解為擴(kuò)展了前向糾錯(cuò)的可抗長(zhǎng)度字節(jié)。糾錯(cuò)能力強(qiáng)的編碼一般要求的交織深度相對(duì)較低。糾錯(cuò)能力弱的則要求更深的交織深度,3、數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,52,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,交織的原理圖,3、數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼,數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理, class 08,53,數(shù)字電視原理與應(yīng)用,偽隨機(jī)序列擾碼 采用擾碼技術(shù),使信號(hào)受到隨機(jī)化處理，變?yōu)閭坞S機(jī)序列，又稱為“數(shù)據(jù)隨機(jī)化”和“能量擴(kuò)散”處理 擾碼不但能改善位定時(shí)的恢復(fù)質(zhì)量，還可以使信號(hào)頻譜平滑，使幀同步和自適應(yīng)同步和自適應(yīng)時(shí)域均衡等系統(tǒng)的性能得到改善。 擾碼雖然“擾亂”了原有數(shù)據(jù)的本來(lái)規(guī)律，但因