第6章-數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)課件

第6章數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)6.1ATSC標(biāo)準(zhǔn)6.2DVB標(biāo)準(zhǔn)6.3ISDB-T標(biāo)準(zhǔn)6.4ADTB方案6.5DMB-T方案7/22/20231制定數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)的目的和意義20世紀(jì)末，數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致各種圖像壓縮技術(shù)的出現(xiàn)，特別是MPEG系列圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)的問世，使數(shù)字電視成為未來電視技術(shù)的發(fā)展趨勢。數(shù)字電視不僅能夠拉動電視制造業(yè)和信息化的發(fā)展，而且被各國看作新世紀(jì)的戰(zhàn)略技術(shù)和新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。因此美國、歐洲和日本先后制定了自己的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，我國也推出了自己的數(shù)字電視廣播方案。7/22/202326.1ATSC標(biāo)準(zhǔn)ATSC：高級電視系統(tǒng)委員會的英文縮寫。

1.ATSC系統(tǒng)

ATSC系統(tǒng)包括信源壓縮編碼、業(yè)務(wù)復(fù)用以及RF發(fā)送三部分。視音頻壓縮編碼：視頻壓縮采用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，支持18種掃描方式。音頻壓縮采用AC-3標(biāo)準(zhǔn)，但要按照MPEG-2規(guī)范形成PES包。業(yè)務(wù)復(fù)用：采用MPEG-2復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)。RF發(fā)送(信道編碼與調(diào)制)：包括數(shù)據(jù)隨機(jī)化，信道編碼(RS碼+卷積交織+TCM),調(diào)制(VSB)。7/22/20233工作模式：支持地面無線傳輸(8-VSB)和有線電纜傳輸(16-VSB)?；鶞?zhǔn)頻率：27MHz時鐘。ATSC以27MHz時鐘為基礎(chǔ)形成信源編碼參考時鐘(PTS)、信源解碼參考時鐘(DTS)、信道編碼比特流位定時信息以及調(diào)制符號流定時信息。即所有信號都要鎖定在27MHz時鐘上。說明：ATSC沒有規(guī)定衛(wèi)星電視傳輸模式，采用DVB-S標(biāo)準(zhǔn)。主要介紹地面廣播系統(tǒng)信道編碼與調(diào)制部分相關(guān)參數(shù)。7/22/202342ATSC系統(tǒng)的信道編碼與調(diào)制：主要討論地面?zhèn)鬏斈Ｊ?。傳輸比特率?9.39Mb/s。數(shù)據(jù)隨機(jī)化：每個TS傳送包被獨(dú)立地隨機(jī)化，同步字節(jié)除外。PN序列生成多項(xiàng)式G(x)＝x16+x13+x12+x11+x7+x6+x3+x+1RS編碼：以TS傳送包為單位進(jìn)行RS編碼，但不包括同步字節(jié)。采用RS(207，187，t=10)。生成多項(xiàng)式g(x)=(x+α)(x+α2)…(x+α20)域生成多項(xiàng)式P(x)＝x8+x4+x3+x2+1

7/22/20235卷積交織器：分支數(shù)I=52，交織深度M=4。每個RS碼誤碼保護(hù)包獨(dú)立完成交織。內(nèi)編碼器：包括三部分。(1)預(yù)編碼器：就是一個梳狀濾波器，作用是減弱對同頻道NTSC模擬電視信號的干擾。當(dāng)NTSC模擬電視停止廣播后，此類濾波器可以不再使用。(2)TCM編碼器：采用8-VSB調(diào)制，編碼碼率為2/3。(3)符號映射器(D/A變換器)：將3路并行二進(jìn)制數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成一路8電平符號流。7/22/20236場同步(1個段)有效數(shù)據(jù)(312個段)有效數(shù)據(jù)(312個段)場同步(1個段段同步第一場313個段第二場313個段832個符號/段ATSC系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)：一個編碼數(shù)據(jù)幀分成兩個數(shù)據(jù)場，每場又包括313個數(shù)據(jù)段。(1)數(shù)據(jù)場：每場第一個數(shù)據(jù)段是場同步，為接收機(jī)均衡器傳送訓(xùn)練序列；其余312個數(shù)據(jù)段每段傳送FEC編碼結(jié)果。(2)數(shù)據(jù)段：每段包含832個符號，前4個符號為數(shù)據(jù)段同步，其余828個符號對應(yīng)一個TS包再加上FEC的冗余數(shù)據(jù)。7/22/20237VSB頻譜與調(diào)制：(1)信道總帶寬6MHz，3dB帶寬5.38MHz。(2)過渡段：符合均方根升余弦特性。(3)VSB調(diào)制符號率：2×5.38=10.76MS/s。(4)VSB調(diào)制方框圖。7/22/202386.2DVB標(biāo)準(zhǔn)

DVB：數(shù)字電視廣播的英文縮寫。DVB由歐洲制定，是一套完整的數(shù)字電視解決方案，得到了廣泛的應(yīng)用。1DVB系列標(biāo)準(zhǔn)(1)DVB-S：衛(wèi)星傳輸標(biāo)準(zhǔn)，工作頻段為Ku頻段(11/12GHz)，傳輸比特率為38.1Mb/s。DVB-S已經(jīng)成為統(tǒng)一的衛(wèi)星數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)，其它國家沒有制定自己的標(biāo)準(zhǔn)。(2)DVB-C：用于8MHz數(shù)字有線電視系統(tǒng)，與DVB-S兼容，傳輸比特率38.1Mb/s。(3)DVB-T：用于6MHz、7MHz、8MHz地面數(shù)字電視系統(tǒng)，傳輸比特率24Mb/s。7/22/202392.系統(tǒng)組成信源壓縮：視音頻壓縮均采用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。業(yè)務(wù)復(fù)用：運(yùn)用MPEG-2的ES流和TS流進(jìn)行多級復(fù)用。信道編碼：包括數(shù)據(jù)隨機(jī)化，級聯(lián)碼方案(RS碼+卷積交織+卷積碼)，非級聯(lián)碼方案(RS碼+卷積交織)。調(diào)制技術(shù)：PSK，QAM和COFDM。下面重點(diǎn)介紹DVB-S，DVB-C和DVB-T的信道編碼和調(diào)制參數(shù)。7/22/2023103DVB-S信道編碼與調(diào)制

DVB-S是1994年12月由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)(ETSI)制定的，后成為ITU的標(biāo)準(zhǔn)。衛(wèi)星信道特性：轉(zhuǎn)發(fā)器輻射功率10W～100W，傳輸質(zhì)量差(傳輸路徑長、容易受雨衰影響)。因此采用帶寬效率低的調(diào)制方式和抗干擾能力強(qiáng)的編碼方案。下面具體討論各部分內(nèi)容。7/22/202311(1)能量擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)方法：以包組為單位。8個TS傳送包組成一個包組。但8個同步頭不被加擾。PBRS發(fā)生器：G(x)＝1+x14+x15

(2)RS碼：以一個TS包為單位編碼，包括包同步字節(jié)。使用RS(204,188，t＝8)，由原始RS(255,239)，t＝8截短而來。生成多項(xiàng)式g(x)=(x+α)(x+α2)…(x+α16)（α=02H）域生成多項(xiàng)式P(x)＝x8+x4+x3+x2+17/22/202312(3)卷積交織：分支數(shù)I=12，交織深度M=17，M×I=204。交織是在一個RS誤碼保護(hù)內(nèi)進(jìn)行。(4)內(nèi)編碼：采用(2，1，7)卷積碼，采用刪余處理可使編碼碼率在1/2～3/4范圍內(nèi)變化。(5)基帶成形濾波器：采用滾降系數(shù)為0.35升余弦平方根濾波器。(6)調(diào)制方式：采用格雷碼編碼的QPSK。7/22/2023134.DVB-C信道編碼與調(diào)制DVB-C標(biāo)準(zhǔn)于1994年制定，在我國使用作了相應(yīng)的調(diào)整。由于有線信道質(zhì)量要好于衛(wèi)星信道，因此DVB-C系統(tǒng)對FEC處理的要求可降低，可使用高帶寬效率的調(diào)制方式。信道編碼：數(shù)據(jù)隨機(jī)化+RS碼+卷積交織，去掉了DVB-S種的卷積碼。相應(yīng)參數(shù)與DVB-S相同。調(diào)制技術(shù)：采用頻譜效率高的MQAM調(diào)制技術(shù)，M=16，32，64，256。最常用M=64。7/22/2023145.DVB-T信道編碼與調(diào)制

DVB-T于1997制定。由于地面無線信道比衛(wèi)星信道要復(fù)雜得多，傳輸質(zhì)量最差，因此DVB-T采用更復(fù)雜的信道編碼和調(diào)制技術(shù)。信道編碼：仍采用DVB-S信道編碼框架，但作了一些改進(jìn)。(1)內(nèi)編碼碼率調(diào)整范圍更寬：1/2～7/8。(2)增加一級交織(比特交織):相當(dāng)于調(diào)制載波的頻率交織，而卷積交織相當(dāng)于時間交織。調(diào)制方式：采用COFDM編碼調(diào)制。具有很強(qiáng)的抗多經(jīng)干擾能力和適應(yīng)多普勒效應(yīng)能力。7/22/202315工作模式：2k模式－>1705個載波，8k模式->6817個載波。插入保護(hù)間隙：可以消除碼間串?dāng)_，但降低了頻譜利用率。插入導(dǎo)頻：目的是實(shí)現(xiàn)同步解調(diào)和估計信道信息。有兩種方法：連續(xù)導(dǎo)頻和散布導(dǎo)頻。(1)連續(xù)導(dǎo)頻：以恒定數(shù)量分布于OFDM符號內(nèi)。2k模式：1705個載波中安排了45個連續(xù)導(dǎo)頻載波。8k模式：6817個載波中安排了177個連續(xù)導(dǎo)頻載波。(2)散布導(dǎo)頻：在每12個載波中的第12個為導(dǎo)頻載波。兩種工作模式都一樣。插入導(dǎo)頻的缺點(diǎn)：導(dǎo)致載波使用效率下降。7/22/2023166.DVB設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)(1)異步串行接口(ASI):ASI采用270Mb／s的固定連接速率，適用于電纜傳輸和光纜傳輸。在用于電纜傳輸時，采用BNC連接器。(2)同步并行口(SPI)：用于較短距離的信號連接。接口連接器采用25針D型超小型連接器，提供11對信號線和3條地線，信號采用低電壓差分信號(LVDS)電平。11對信號線中有8對數(shù)據(jù)信號，1對時鐘信號，1對包同步信號和1對數(shù)據(jù)有效信號。接口數(shù)據(jù)流可以是TS傳送包(188B)，也可以是RS碼誤碼保護(hù)包(204B)。（3）同步串行口(SSI)：SSI可以看作是做了并/串轉(zhuǎn)換的SPI的擴(kuò)展，它使用的速率就是傳輸碼流的速率，傳輸介質(zhì)可以是電纜或光纜。采用電纜傳輸時采用BNC連接器。7/22/2023176.3ISDB-T標(biāo)準(zhǔn)ISDB-T是由日本制定的地面數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，可以在6MHz帶寬中傳遞HDTV服務(wù)(寬帶業(yè)務(wù))或語音數(shù)據(jù)服務(wù)(窄帶業(yè)務(wù))。ISDB-T所采用的信道編碼和調(diào)制技術(shù)同DVB-T類似，但也有自己的特點(diǎn)。ISDB－T的特點(diǎn)可以概括成以下兩條。

7/22/2023181.頻寬分段傳輸可選的載波調(diào)制方式：DQPSK、QPSK、16QAM、64QAM?？蛇x的內(nèi)編碼碼率：1／2、2／3、3／4、5／6、7／8。OFDM頻率段：ISDB-T標(biāo)準(zhǔn)將整個帶寬分割成一系列的頻率段。一個OFDM段由108個載波和204個符號構(gòu)成。每個OFDM段可以獨(dú)立選擇自己的調(diào)制方式和內(nèi)編碼碼率。每個OFDM段除了傳輸有效數(shù)據(jù)外，還可以傳送導(dǎo)頻信號、控制信號以及調(diào)制方式和編碼參數(shù)。寬帶ISDB-T：帶寬為5.6MHz，由13個OFDM段組成，適合數(shù)字HDTV廣播。窄帶業(yè)務(wù)：帶寬為430kHz，僅由一個OFDM段構(gòu)成，適合語音和數(shù)據(jù)廣。7/22/2023192高強(qiáng)度時間交織適應(yīng)移動接收

為實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視地面移動接收，ISDB-T采用了高強(qiáng)度時間交織技術(shù)，最大限度地緩沖突發(fā)誤碼對系統(tǒng)的影響。地面移動信道的動態(tài)多徑造成的誤碼具有強(qiáng)突發(fā)性質(zhì)，它的突發(fā)長度遠(yuǎn)大于脈沖干擾引起的突發(fā)長度，但靠RS碼難以糾正這樣的突發(fā)錯誤，這樣會產(chǎn)生誤碼累積效應(yīng)。采用時域數(shù)據(jù)交織技術(shù)將誤碼沿時間軸離散化，可以克服長突發(fā)干擾。7/22/2023206.4ADTB方案ADTB方案由國家高清晰度電視總體組提出，含義是“高級數(shù)字電視廣播系統(tǒng)”。這個方案是根據(jù)我國國情制定的，功能和性能均超過國外標(biāo)準(zhǔn)，是我國數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)候選方案之一。1ADTB系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)(1)我國室內(nèi)接收環(huán)境優(yōu)于美國美國的山脈和主要河流是南北走向，導(dǎo)致氣候相對干燥。房屋一般是木質(zhì)結(jié)構(gòu)，最外層是厚度達(dá)1～2mm的鋁皮，反射系數(shù)較大。室內(nèi)的熱屏蔽和電磁屏蔽導(dǎo)致電視信號嚴(yán)重衰減，室內(nèi)接收到的信號十分微弱，而且室內(nèi)的多經(jīng)傳播使本來已經(jīng)微弱的信號進(jìn)一步衰減，導(dǎo)致室內(nèi)接收效果極差。我國主要山脈和河流為東西走向，導(dǎo)致氣候相對潮濕。住房是磚結(jié)構(gòu)，磚的反射系數(shù)和吸收系數(shù)遠(yuǎn)小于鋁。導(dǎo)致室內(nèi)電視信號接收效果較好。

7/22/202321(2)我國城市環(huán)境中存在較嚴(yán)重的脈沖噪聲和多徑反射美國的電視發(fā)射天線一般都位于市區(qū)中心的高層建筑頂上，不同的電視臺可能還利用不同的地點(diǎn)發(fā)射。而我國的電視發(fā)射天線一般都位于市郊的山上，常常只有一個集中發(fā)射點(diǎn)。我國大城市樓群的數(shù)量較多且分布相對分散，樓內(nèi)的住戶密度較高。這些特點(diǎn)造成我國城市的多徑反射的強(qiáng)度和延遲情況較美國嚴(yán)重。另外建筑工程施工質(zhì)量的不穩(wěn)定，導(dǎo)致我國電視無線和有線廣播環(huán)境中存在較嚴(yán)重的脈沖噪聲和多徑反射。7/22/202322(3)單載波和多載波調(diào)制不是系統(tǒng)性能好壞的決定因素以美國ATSC為代表的單載波調(diào)制方式與以歐洲D(zhuǎn)VB-T為代表的多載波調(diào)制方式的性能之爭由來已久。國際組織的多次比較測試結(jié)果表明，除了ATSC標(biāo)準(zhǔn)沒有包含移動接收模式而無法判斷其移動性能外，兩個標(biāo)準(zhǔn)在室內(nèi)、室外接收效果相差不大。(4)多普勒頻率不是系統(tǒng)移動接收性能的決定因素在移動接收時，對系統(tǒng)性能造成影響的決定性因素并不是多普勒頻移，而是信號幅度的變化，即柵欄效應(yīng)。在移動接收時，信號時而可以直達(dá)，時而被擋住，接收到信號的幅度變化速度與程度是系統(tǒng)穩(wěn)定工作與否的決定因素。7/22/202323(5)接收機(jī)的三個關(guān)鍵部件(a)調(diào)諧器是數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)的物理瓶頸。(b)信號處理是數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)的核心。信號處理指載波恢復(fù)，時鐘恢復(fù)，系統(tǒng)同步和信道均衡。(c)信息處理必須與信號處理相結(jié)合。信息處理指信道編碼、交織以及數(shù)據(jù)隨機(jī)化。7/22/2023242ADTB系統(tǒng)系統(tǒng)組成：ADTB的系統(tǒng)框架與ATSC和DVB基本一樣，所不同的是調(diào)制方式使用偏置正交幅度調(diào)制(OQAM)。我們主要討論地面廣播模式和電纜模式。地面廣播模式信道編碼：采用RS碼+卷積交織+內(nèi)碼(TCM或分組碼)。電纜模廣播式信道編碼：RS碼+卷積交織。7/22/202325調(diào)制方式：均采用OQAM。OQAM特別之處在于I、Q信號的形成。OQAM調(diào)制過程：RRC→平方根升余弦。7/22/202326混合傳輸模式：地面廣播支持固定接收、移動接收和數(shù)據(jù)服務(wù)組成的混合傳輸模式。三種模式的碼流分別經(jīng)過獨(dú)立的信道編碼和插入系統(tǒng)信息后，以時分復(fù)用的方式混合發(fā)送。對于8MHz的頻道，三種模式的碼流可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要靈活配置。例如：固定模式傳輸碼率為15Mb/s的HDTV移動模式傳輸碼率為4Mb/s的SDTV數(shù)據(jù)模式傳輸碼率為512Kb/s。7/22/202327電纜模式調(diào)制參數(shù)：不支持混合傳輸，有三種調(diào)制方式。256OQAM模式碼率50Mb/s64OQAM模式碼率38Mb/s16OQAM模式碼率25Mb/s。7/22/202328基帶頻譜：頻譜寬度8MHz，有效帶寬7.14MHz，信道濾波器為12％的RRC濾波器。上下邊帶分別為0.43MHz，占有效帶寬的12％。在上下邊帶的中心各有一個0.15dB的導(dǎo)頻信號。下圖是OQAM信號的基帶頻譜。7/22/2023293.ADTB系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(1)適合中國國情(2)靈活的服務(wù)方式(3)能與模擬電視很好地兼容(4)高的帶寬使用效率和數(shù)據(jù)率(5)時鐘恢復(fù)和載波恢復(fù)迅速可靠(6)優(yōu)良的移動接收便攜接收性能(7)同步快、延遲短、噪聲影響小(8)系統(tǒng)信息保護(hù)好(9)與其它制式的兼容性好(10)自主知識產(chǎn)權(quán)7/22/2023306.5DMB-T方案DMT-T是由清華大學(xué)提出的地面數(shù)字電視廣播方案，稱為地面數(shù)字多媒體電視廣播，采用時域同步正交頻分復(fù)用(TDS-OFDM)調(diào)制方式。1.DMB-T系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)基本要求(設(shè)計目標(biāo)):(1)提供包括HDTV在內(nèi)的多媒體廣播和綜合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；(2)支持固定、便攜、移動等接收設(shè)備；

(3)高度靈活的頻率規(guī)劃和廣播覆蓋區(qū)域。7/22/202331地面無線廣播信道特征：(1)頻率選擇性：時延分布(DelaySpread)約為50μs。(2)時間選擇性：多普勒分布(DopplerSpread)約為100Hz。(3)信道模型：廣義平穩(wěn)并非相關(guān)散射(WSSUS)的多徑信道(4)噪聲干擾模型：加性高斯白噪聲(AWGN)、脈沖式干擾、單頻干擾等。根據(jù)上述要求和信道特征，DMB-T采用更合理的信道編碼方案和調(diào)制方式。7/22/2023322.DMT-T的技術(shù)特點(diǎn)(1)支持多媒體業(yè)務(wù)(2)采用先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)TDS-OFDM(時域同步OFDM)同步方式采用時域處理，DVB-T采用頻域處理。(3)時域信號處理與頻域信號處理相結(jié)合均衡技術(shù)采用時域均衡和頻域均衡相結(jié)合的方式。(4)采用先進(jìn)的信道編碼方式提出兩套信道編碼方案，一套是類似DVB-T的信道編碼方案，另一套是采用先進(jìn)的Turbo碼編碼方案。7/22/202333幾種數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的特點(diǎn)7/22/2023343.DMB-T系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)按照由底層到頂層的順序，DMT-T幀結(jié)構(gòu)包括信號幀，幀群，超幀和日幀。DMT-T幀結(jié)構(gòu)與絕對時間同步。(1)OFDM信號幀保護(hù)間隔+IDFT幀體＝OFDM信號幀保護(hù)間隔：插入PN碼幀頭，可作為訓(xùn)練序列來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)同步和信道估計。IDFT幀體：包含3744個復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)符號和36個符號傳輸參數(shù)信令(TPS)。TPS傳送系統(tǒng)配置信息。3744+36＝3780為IDFT幀體總符號數(shù)，或OFDM子載波個數(shù)。7/22/202335(2)幀群：由一個控制幀和隨后的252個信號幀構(gòu)成的。幀群中的第一個信號幀被定義為幀群頭(控制幀)，用于傳輸控制該幀群的信令。幀群中的每一個信號幀有惟一的幀號，它被編碼在幀頭的PN序列中。每個幀群的持續(xù)時間為139.15ms。7/22/202336(3)超幀：包含512個幀群。超幀中每個幀群由其幀群號惟一識別。超幀的第一個幀群編號為0，最后一個幀群編號為511。每個超幀的持續(xù)時間為71.2448s。(4)日幀：由1213個超幀組成，并以一個自然日為周期進(jìn)行周期性重復(fù)。比如：北京時間0∶0∶0am，DMB-T傳輸系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)被復(fù)位并開始一個新的日幀。7/22/2023374.DMB-T信道編碼

DMB-T包括兩種模式：電視模式和多媒體模式，它們的信道編碼方案不一樣。(1)電視模式：采用級聯(lián)的信道編碼方案。RS碼：采用RS(209，187，t=11)，由RS(255，233，t=11)截短而來。域生成多項(xiàng)式p(x)=x8＋x4＋x3＋x2＋1。碼生成多項(xiàng)式g(x)=(x?α)(x?α2)…(x?α22)。卷積交織器(頻域交織)：分支數(shù)I=19，交織深度M=22。7/22/202338內(nèi)編碼：采用碼率為2/3的TCM編碼，載波調(diào)制采用64QAM。7/22/202339(2)多媒體模式：采用多層分組乘積碼。分組乘積碼(BPC)：等效為兩個分組碼的級聯(lián)。多層分組乘積碼：多個BPC的級聯(lián)。