電視與視頻技術(shù)第11章

第11章地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)

本章主要內(nèi)容：DVB-T數(shù)字電視廣播系統(tǒng)ATSC數(shù)字電視廣播系統(tǒng)DTTB數(shù)字電視地面廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)

地面數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)制定國(guó)家/地區(qū)頒布時(shí)間使用國(guó)家/地區(qū)ATSC美國(guó)1996.12美國(guó)、加拿大、墨西哥、巴西、韓國(guó)等DVB-T歐洲1996.05歐洲各國(guó)、亞太地區(qū)、新加坡、澳大利亞等ISDB-T日本1999日本DTTB中國(guó)2006.8.18中國(guó)信源編碼：MPEG-2主要差別是：信道編碼和數(shù)字調(diào)制方式§11.1DVB-T數(shù)字電視廣播系統(tǒng)DVB-T信道編碼和調(diào)制MPEG-2TS傳送流信道編碼：RS編碼+數(shù)據(jù)交織+卷積碼+數(shù)據(jù)交織數(shù)字調(diào)制：OFDM一、COFDM調(diào)制OFDM：正交頻分復(fù)用C：基帶信號(hào)施加了糾錯(cuò)編碼目的：解決高速率數(shù)據(jù)在通過(guò)開(kāi)路傳輸時(shí)因多徑效應(yīng)引入的碼間干擾。原因：視頻信號(hào)的碼率很高（幾Mbit/s），符號(hào)周期很?。s為10-1至10-2微妙）；開(kāi)路傳輸時(shí)反射波會(huì)比直射波延遲數(shù)個(gè)符號(hào)周期。解決的辦法：增大符號(hào)周期（降低碼率）OFDM已調(diào)波的頻譜

符號(hào)持續(xù)時(shí)間1、COFDM基本原理串并轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)碼率降低。高頻帶寬B內(nèi)均勻安排N個(gè)子載波，各載波信號(hào)頻譜正交。N路信號(hào)對(duì)N個(gè)子載波調(diào)制。QPSK、16QAM、64QAMN路已調(diào)波混合，頻分復(fù)用總帶寬B。2、實(shí)施方法調(diào)制利用IFFT運(yùn)算，解調(diào)利用FFT運(yùn)算，由專用集成芯片完成。同步檢波3、COFDM的應(yīng)用非對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)路（ADSL）數(shù)字視頻廣播（DVB）無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）無(wú)線廣域網(wǎng)（WWAN)新一代蜂窩移動(dòng)通信等2k模式適合高速移動(dòng)接收8k模式適合組建單頻網(wǎng)SFNDVB-T系統(tǒng)中的應(yīng)用：8MHz高頻帶寬模式交織方法：二、內(nèi)交織目的：提高COFDM信號(hào)解調(diào)時(shí)的糾錯(cuò)能力，在卷積編碼后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)交織。不同的調(diào)制方法有不同的交織模式比特交織器數(shù)據(jù)塊的大?。?26bit比特交織模式：交織器的置換函數(shù)：例：符號(hào)交織器的數(shù)據(jù)塊的大小：實(shí)際傳輸數(shù)據(jù)的載波數(shù)（符號(hào)數(shù)）2k模式：1512=12×126；8k模式：6048=48×126比特交織器重復(fù)12次比特交織器重復(fù)48次置換函數(shù)符號(hào)交織模式：三、數(shù)據(jù)映射和星座圖實(shí)部的調(diào)制虛部的調(diào)制四、保護(hù)間隔減小符號(hào)間干擾的方法：采取OFDM調(diào)制降低了符號(hào)率，減小了已調(diào)波頻帶內(nèi)的符號(hào)間干擾。加入保護(hù)間隔，進(jìn)一步減小OFDM符號(hào)間干擾。OFDM符號(hào)LOFDM符號(hào)L+1

只要本符號(hào)的反射波與直射波的延時(shí)不超過(guò)保護(hù)間隔期，就不會(huì)干擾次一個(gè)符號(hào)，而本符號(hào)的反射波將增強(qiáng)直達(dá)波的接收功率帶來(lái)增益。8k模式和2k模式參數(shù)模式8k模式2k模式

1/41/81/161/321/41/81/161/32符號(hào)有效持續(xù)期896224

保護(hù)間隔22411256285628147

符號(hào)總持續(xù)期112010089529242802522382312k模式和8k模式的OFDM參數(shù)五、幀自適應(yīng)、導(dǎo)頻和TPS信號(hào)1、幀自適應(yīng)OFDM符號(hào)：在內(nèi)，N（1705、6817）個(gè)已調(diào)載波的綜合。OFDM幀：序號(hào)為0—67的OFDM符號(hào)構(gòu)成。OFDM超幀：4個(gè)OFDM幀構(gòu)成。OFDM符號(hào)的幀結(jié)構(gòu)f2、導(dǎo)頻①連續(xù)導(dǎo)頻“”作用：向接收機(jī)提供同步和相位誤差估計(jì)信息。實(shí)現(xiàn)：在OFDM符號(hào)內(nèi)，安排固定數(shù)量、位置固定的載波。

2k模式：45個(gè)；8k模式：117個(gè)調(diào)制方式BPSK調(diào)制信號(hào)由PRBS序列確定載波序號(hào)：0，48，54，87，141，…，1704；…，8616②散布導(dǎo)頻“”作用：提供關(guān)于信道特性（頻率選擇性衰落、時(shí)間選擇性衰落和干擾的動(dòng)態(tài)變化等）信息，以便接收機(jī)及時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)信道均衡。實(shí)現(xiàn)：在OFDM一幀中，每12個(gè)載頻中第12個(gè)為散布載頻。散布載頻和連續(xù)載頻可能重疊。

由于設(shè)置了導(dǎo)頻載波，用于傳輸數(shù)據(jù)的載波數(shù)目減少，使得載波使用效率下降。2k模式的有效載波17058k模式的有效載波6816載波使用效率88.7%③TPS信號(hào)“”作用：用于給出傳輸參數(shù)，即信道編碼和調(diào)制有關(guān)的信令。實(shí)現(xiàn)：（2k模式）在一個(gè)OFDM符號(hào)中，設(shè)置17個(gè)固定載頻。調(diào)制方式DBPSK，傳送1bit調(diào)制信息。在一個(gè)OFDM幀中同一對(duì)應(yīng)位置上68個(gè)bit構(gòu)成一個(gè)TPS塊，一幀中有17個(gè)相同的TPS塊。每塊中的比特序號(hào)為S0----S67，其信息內(nèi)容及格式見(jiàn)書(shū)P.281。載波序號(hào)：34，50，209，246，…，16878k模式：在一個(gè)OFDM符號(hào)內(nèi)設(shè)置68個(gè)固定載波。3、超幀內(nèi)的TS包4個(gè)OFDM幀組成一個(gè)超幀，在超幀內(nèi)可以傳輸整數(shù)個(gè)204字節(jié)的RS碼TS包。OFDM超幀內(nèi)TS包數(shù)目如表所示：六、DVB-T不同參數(shù)的頻譜效率8MHz帶寬內(nèi)的有效碼率（Mbit/s）一路HDTV七、COFDM射頻功率譜每個(gè)載波的頻譜：總的功率譜為各載波功率譜的合成：8M帶寬內(nèi)功率譜比較均勻，功率效率高，對(duì)外造成的干擾小?！?1.2ATSC數(shù)字電視廣播系統(tǒng)ATSC：高級(jí)電視制式委員會(huì)特點(diǎn)：1996年批準(zhǔn)的地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)；6MHz高頻帶寬內(nèi)可傳輸19.39Mbit/s的碼率；每個(gè)頻道可傳輸一套HDTV信號(hào)，3—5套SDTV節(jié)目。一、數(shù)據(jù)隨機(jī)化與RS編碼1、數(shù)據(jù)隨機(jī)化PRBS生成多項(xiàng)式：初始化值：F180HEX初始化在每場(chǎng)中第二段的同步期間實(shí)施MPEG-2的TS流中的SYNC不進(jìn)行隨機(jī)化2、RS編碼RS（207，187，t=10)碼長(zhǎng)207字節(jié)信息段187字節(jié)，每字節(jié)8bit監(jiān)督段20字節(jié)糾錯(cuò)能力為207字節(jié)中的10字節(jié)同步字節(jié)（SYNC）不進(jìn)行RS編碼二、ATSC幀結(jié)構(gòu)符號(hào)：2bit/符號(hào)，4符號(hào)/字節(jié)。段：同步+207=208字節(jié)，832符號(hào)/段，有效數(shù)據(jù)748個(gè)符號(hào)，監(jiān)督碼80個(gè)符號(hào)。場(chǎng)：313段/場(chǎng)，第一段為場(chǎng)同步，每場(chǎng)的傳輸時(shí)間24.2ms。幀：2場(chǎng)/幀。PRBS初始化在每場(chǎng)的第二段的同步字節(jié)期進(jìn)行。段同步取代SYNC交織深度B=52數(shù)據(jù)段，M=4字節(jié)數(shù)據(jù)塊的大小N=B*M=208字節(jié)同步字節(jié)不參與交織段內(nèi)交織和段間交織三、數(shù)據(jù)交織四、格柵編碼（TCM）1、TCM編碼概述TCM是將編碼和調(diào)制結(jié)合在一起的卷積碼，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力?？稍诓辉黾有诺缼捄筒唤档托畔⑺俾氏芦@得3dB---4dB的功率增益。編碼效率n/(n+1)方法：編碼碼字和調(diào)制信號(hào)間映射原則：使已調(diào)信號(hào)星座圖上信號(hào)點(diǎn)之間的空間距離（歐氏距離）最大。2、ATSC中的格柵編碼符號(hào)卷積編碼和8-VSB相結(jié)合X1，X2→Z0，Z1，Z2符號(hào)干擾抑制濾波器（預(yù)編碼器）作用：梳狀濾波器，避免和NTSC同頻道信號(hào)干擾。格柵編碼器8-VSB調(diào)制的信號(hào)集合星座點(diǎn)子集的劃分原則為集合中星座點(diǎn)間的最小距離映射電平③ATSC在6M帶寬內(nèi)可攜載信息量的基本參數(shù)有效符號(hào)率：數(shù)據(jù)段速率：8-VSB帶寬計(jì)算：MPEG-2恒定碼率：幀速率：六、導(dǎo)頻的加入導(dǎo)頻的作用：為接收端提供解調(diào)用的精確載波。方法：幅度為1.25信號(hào)對(duì)載波調(diào)制總頻帶：6MHz有效帶寬：5.38MHzd=0.31MHz

七、8-VSB調(diào)制

VSB濾波保留上邊帶和部分下邊帶，部分下邊帶中傳送載波信息（導(dǎo)頻信號(hào)）形成殘留邊帶信號(hào)。MVSB高頻調(diào)制效率：8VBS§10.3我國(guó)數(shù)字電視地面廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)一、系統(tǒng)綜述標(biāo)準(zhǔn)：GB20600-2006《數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制》，于2006年8月18日正式批準(zhǔn)成為強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱為DTTB。具有多項(xiàng)獨(dú)立的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。DTTB支持4.81Mbit/s～32.486Mbit/s的凈荷傳輸數(shù)據(jù)率。支持標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視業(yè)務(wù)和高清晰度電視業(yè)務(wù)，支持固定接收和移動(dòng)接收及多頻組網(wǎng)和單頻組網(wǎng)。數(shù)據(jù)接口符合GB/T17975.1第一部分，即MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的第一部分（系統(tǒng)）。射頻輸出接口符合標(biāo)準(zhǔn)SJ/T10351電視發(fā)射通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵技術(shù)低密度校驗(yàn)糾錯(cuò)碼系統(tǒng)信息的擴(kuò)頻傳輸幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等等二、擾碼與前向糾錯(cuò)碼（FEC）1、擾碼（數(shù)據(jù)隨機(jī)化）偽隨機(jī)序列：初始狀態(tài)：100101010000000復(fù)位：信號(hào)幀開(kāi)始時(shí)復(fù)位到初始狀態(tài)2、前向糾錯(cuò)（FEC）①BCH碼BCH碼由三位學(xué)者相繼提出的。BCH碼有嚴(yán)格的代數(shù)結(jié)構(gòu)，能夠糾正多位錯(cuò)碼的循環(huán)碼，是循環(huán)碼的重要子類。標(biāo)記方法：（n，k，t）本原多項(xiàng)式不能再因式分解可整除不能整除最高冪次為m

本原BCH碼→生成多項(xiàng)式中含有最高冪次為m的本原多項(xiàng)式。能除盡→非本原BCH碼→中沒(méi)有例1：（7，4，1）本原BCH碼例2：（23，12，3）非本原BCH碼n，(n-k)，t之間的關(guān)系：對(duì)于任一正整數(shù)m和糾錯(cuò)數(shù)t≤m/2，可構(gòu)建，的BCH碼，可糾錯(cuò)t個(gè)誤碼。若能除盡，可構(gòu)成非BCH碼。碼生成多項(xiàng)式的獲得：

對(duì)進(jìn)行因式分解，獲得次多項(xiàng)式作為生成多項(xiàng)式。n≤31的BCH碼生成多項(xiàng)式BCH碼編碼原理：（15，7）碼生成多項(xiàng)式：BCH碼組：監(jiān)督碼元BCH解碼原理：（15，7）若：，則無(wú)誤碼。若：，則有誤碼。根據(jù)的值確定誤碼的位置。由的余數(shù)確定誤碼的位置BCH碼在DTTB中的應(yīng)用BCH碼生成多項(xiàng)式為：BCH碼（1023，1013，1）形成：752信息比特前添加261比特0成為1013比特，然后進(jìn)行（1023，1013）BCH編碼，編碼結(jié)束后去掉前面的261比特0，產(chǎn)生BCH縮短碼（762，752），監(jiān)督碼長(zhǎng)不變。②LDPC碼（低密度奇偶校驗(yàn)碼）LDPC碼是（R.Gallager）加拉格于1962、1963年在其兩篇論文“基于稀疏矩陣的好碼”中提出的。1995年才進(jìn)入實(shí)用階段。LDPC碼是一種“線性分組碼”，性能接近香農(nóng)理論界限。應(yīng)用：2004年6月，在DVB-S2中應(yīng)用（BCH+LDPC)；2006年在DTTB中應(yīng)用（BCH+LDPC）；移動(dòng)通信系統(tǒng)中信道編碼的主要備選方案之一；當(dāng)前編、解碼領(lǐng)域的一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。監(jiān)督矩陣與生成矩陣?yán)海?，4）漢明碼A：編碼輸出矢量H：監(jiān)督矩陣，r×nP：信息矩陣，r×kIr：?jiǎn)挝环疥?，r×r

監(jiān)督矩陣可以計(jì)算在給定信息碼元時(shí)計(jì)算監(jiān)督碼元，完成編碼。監(jiān)督方程式生成矩陣G：生成矩陣，k×nPT：信息矩陣轉(zhuǎn)置，k×rIk：?jiǎn)挝环疥?，k×k

在已知碼生成矩陣時(shí)，可根據(jù)上式得到編碼輸出，完成編碼。LDPC的H矩陣（n，k）→（12，6），編碼效率0.5。H矩陣中每行“1”的個(gè)數(shù)相同---6，每列“1”的個(gè)數(shù)相同---3，由此構(gòu)成的LDPC碼為規(guī)則LDPC碼。否則為不規(guī)則LDPC碼。LDPC編碼關(guān)鍵是H或G矩陣的確定。DTTB中的LDPC的生成矩陣..................I：b×b階單位矩陣O：b×b階零矩陣：b×b階循環(huán)矩陣可編碼得到（7493，3048）LDPC碼P26P80

的特點(diǎn)：每一行是上一行向右循環(huán)移位一位。第一行是最后一行向右循環(huán)移位一位。

Gqc、Hqc矩陣見(jiàn)國(guó)標(biāo)

GB20600-2006DTTB中的LDPC編碼

塊長(zhǎng)信息比特編碼效率編碼參數(shù)編碼方法kcbLDPC（n,m)碼率1748830080.42435127（7493，3048）監(jiān)督位在前，LDPC編碼后刪除前5個(gè)校驗(yàn)位。碼率2748845120.63623127（7493，4572）碼率3748860160.84811127（7493，6096）前向糾錯(cuò)編碼效率：（762，752）碼率1：4個(gè)BCH碼和LDPC級(jí)聯(lián)，762*4=3048bit碼率2：6個(gè)BCH碼和LDPC級(jí)聯(lián)，762*6=4572bit碼率3：8個(gè)BCH碼和LDPC級(jí)聯(lián)，762*8=6096bit三、符號(hào)星座映射與符號(hào)交織①64QAM映射I、Q的取值{-7，-5，-3，

-1，1，3，5，7}64QAM、32QAM支持高清晰度電視和多路標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視廣播等高碼率服務(wù)業(yè)務(wù)的需求。②32QAM映射I、Q的取值{-7.5，-4.5，

-1.5，1.5，4.5，7.5}1、符號(hào)星座映射糾錯(cuò)編碼比特流MQAM符號(hào)③

16QAM映射I、Q的取值{-6，-2，2，6}④

4QAM映射I、Q的取值{-4.5，4.5}4QAM、16QAM與32QAM符號(hào)映射可對(duì)應(yīng)于中碼率服務(wù)業(yè)務(wù)的需求，可以支持多路標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視廣播，能夠兼顧覆蓋范圍和頻率資源利用的服務(wù)需求。⑤4QAM-NR映射4QAM與4QAM-NR的符號(hào)映射對(duì)應(yīng)于高速移動(dòng)服務(wù)業(yè)務(wù)的需求，可以支持標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視廣播，能夠兼顧覆蓋范圍和接收質(zhì)量的服務(wù)需求。X：信息比特Y：衍生比特2、符號(hào)交織時(shí)域交織目的：抵御時(shí)域中可能出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的深度衰落。交織方法：卷積交織交織對(duì)象：星座映射后的多個(gè)信號(hào)幀間的符號(hào)塊。卷積交織的實(shí)現(xiàn)：交織/解交織的總延時(shí)：交織模式：模式1（短交織）：B=52，M=240符號(hào)交織/解交織的總延時(shí)：模式2（長(zhǎng)交織）：B=52，M=720符號(hào)交織/解交織的總延時(shí)：510個(gè)信號(hào)幀3744：一個(gè)信號(hào)幀中的數(shù)據(jù)量（符號(hào)）頻域交織目的：抵御頻域中可能出現(xiàn)較寬頻率范圍的深度衰落，將相鄰的符號(hào)數(shù)據(jù)分散到盡量遠(yuǎn)的載波上。適用于多載波（C=3780）模式交織范圍：信號(hào)幀體內(nèi)的符號(hào)交織（36+3744）36個(gè)系統(tǒng)信息的插入位置

{0，140，279，…，3639，3779}

目的是使交織后的系統(tǒng)信息在每個(gè)信號(hào)幀的前面集中放置。四、復(fù)幀數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)分為信號(hào)幀、超幀、分幀、日幀。信號(hào)幀是系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)的基本單元；225/216/200個(gè)信號(hào)幀組成超幀；480個(gè)超幀組成分幀；1440個(gè)分幀組成日幀。五、信號(hào)幀信號(hào)幀結(jié)構(gòu)（幀頭、幀體）基帶信號(hào)符號(hào)率：

7.56Msps調(diào)制方式：幀頭、系統(tǒng)信息：I、Q相同的4QAM數(shù)據(jù)體：64QAM,32QAM,16QAM,4QAM,4QAM-NR1、系統(tǒng)信息作用：為每個(gè)信號(hào)幀提供必要的解調(diào)和解碼信息，包括符號(hào)星座模式、LDPC編碼的碼率、交織模式、幀體信息模式等。信息比特的定義：（s5s4s3s2s1s0）

和DVB-T中的傳輸參數(shù)信令TPS的作用相同，但處理方法不同。64種不同的信息模式4QAM映射I、Q相同采用擴(kuò)頻技術(shù)保證系統(tǒng)信息的可靠傳輸6bit系統(tǒng)信息32bit系統(tǒng)矢量擴(kuò)頻32個(gè)復(fù)符號(hào)幀體模式符號(hào)：傳遞單載波和多載波模式C=1模式“0000”C=3780模式“1111”4個(gè)復(fù)符號(hào)4QAM映射I、Q相同系統(tǒng)信息結(jié)構(gòu)2、幀體信號(hào)處理

映射后的3744個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)復(fù)接36個(gè)系統(tǒng)信息符號(hào)后，形成幀體，用C個(gè)子載波調(diào)制。C=1單載波模式，時(shí)域信號(hào)為：C=3780多載波方式，時(shí)域信號(hào)為：X(n)為幀體信息符號(hào)X(k)頻域交織后得到3、幀頭幀頭模式1（PN420）

由PN序列組成，I、Q相同的4QAM調(diào)制，用于信號(hào)幀的識(shí)別、同步等。作用相當(dāng)于DVB-T中的連續(xù)導(dǎo)頻和散布導(dǎo)頻。PN255定義為8階m序列PN255序列：序列周期初始狀態(tài)255個(gè)可以產(chǎn)生255個(gè)不同相位的序列前同步和后同步為PN255序列的循環(huán)擴(kuò)展。每個(gè)超幀中的225個(gè)信號(hào)幀的幀頭選用不同相位的PN420序列。每個(gè)超幀開(kāi)始時(shí)復(fù)位。幀頭信號(hào)的平均功率是幀體信號(hào)功率的2倍。適用于多載波模式，幀頭相當(dāng)于保護(hù)間隔：例：P88幀頭模式2（PN595）采用10階最大長(zhǎng)度的m序列的截短，是長(zhǎng)度為1023的m序列的前595個(gè)碼片。

初始相位為0000000001，在每個(gè)信號(hào)幀開(kāi)始時(shí)復(fù)位。每個(gè)超幀中各信號(hào)幀的幀頭采用相同的PN序列。幀頭信號(hào)的平均功率與幀體