广告传媒-电视技术培训知识(ppt 84页)

计算机与通信学院 电视原理 4.1 数字彩色电视制式概述模拟彩色电视制式的缺陷 高清晰度电视的需求 数字技术的发展 国际电信联盟 (ITU)对高清晰度电视的定义： 垂直和水平方向的空间分解力大致是 CCIR601号建议 书中规定值的两倍，例如水平 1920像素，垂直 1080像 素； 宽高比为 16:9，屏幕对角线长度大于 1米，并配有多 声道优质伴音； 观看距离为屏幕高度的三倍时，图像的主观质量接近 或达到观看真实景物的效果，相当于 35mm电影放映的 图像质量。 4.1.1 多极化的传输标准 美国 1986年以前支持日本的 MUSE制 1987年提出发展 ATV(Advanced Television，高级电视 ) 1990年 5月 ,美国 GI公司正式发表全数字 HDTV传输制式 DigiCipher 1993年 5月成立 HDTV大联盟 (Grand Alliance, GA)，着手 制定统一的美国 HDTV标准 1995年 4月通过了 ATSC(Advanced Television System Committee)数字电视标准 欧洲 1981年英国独立广播公司研制出 C-MAC(Multipled Analogue Component)制 : 亮度、色差时分，两个色差逐行轮换，射频载波调频传送，视 频带宽 8.4MHz 1986年提出 HD-MAC制 受美国数字制式影响， 1993年开展 DVB(Digital Video Broadcasting)研究 1995年，欧洲成立了 DVB联盟，共同制定数字电视的 DVB标准： DVB-S(Satellite)、 DVB-C(Cable)、 DVB-T(Terrestrial) 日本 日本广播协会 (NHK)1970-80年代提出模拟高清晰度电视 制式 MUSE制（多重亚奈抽样编码）： 1125行， 60场，隔行扫描， 16:9幅型比；色度信号与 亮度信号时分复用： TCI（时间压缩合成）；多重亚奈 抽样压缩信号频带： 4场传送 1幅 HDTV图像； 8.1MHz带 宽，调频传送 1996年启动数字电视研制 1998年 9月制订 ISDB-T(Integrated Services Digital Broadcasting -Terrestrial)数字电视地面广播系统标准， 与欧洲的 DVB-T类似 中国 2002年组建音视频技术（ AVS）标准工作组 2006年视频部分正式颁布为国家标准 需要注意：上述标准适用于 HDTV和 SDTV 4.1.2 通用的压缩编码标准 数据压缩的必要性 4:2:2 ， PAL： 8646252528=216Mb/s(108MHz) 数字电视系统框图 通用的信源编码标准 MPEG-2 MPEG(Moving Pictures Experts Group)即活动图像专 家组，建立于 1988年 MPEG-1： 4:2:0采样压缩，每秒 1.5Mbps的传输码率 ，图像大小 352240，扫描频率 30场 /秒。图像质量 比电视略强，适合于非专业视频领域，如 VCD等。 MPEG-4：一种广域传输标准，传输码率 10kbps- 1Mbps，于 2000年正式成为国际标准 :内容的交互性 , 高效的压缩性，通用的访问性 MPEG-2： 1994-1996年提出的用于广播电视的 视频压缩标准。 “ Profile”和 “ Level”(“型 ” 和 “ 级 ” ) 按视频格式分 四个级 按编码工具分 五个型 “ 级 ” 与 “ 型 ” 的若干组合构成 MPEG-2视频 编码标准在某种特定应用下的子集：对某一输 入格式的图像，采用特定集合的压缩编码工具 ，产生规定速率范围内的编码码流。在 20种可 能的组合中，目前有 11种是已获通过的，称为 MPEG-2适用点 。 图像输入格式 最大输出码率 主型 高型 低级 LL ITU-R601标准的 1/4 4Mb/s 35224030pel/s 35228825pel/s 主级 ML 符合 ITU-R601标准 15Mb/s 20Mb/s 72048030pel/s 72057625pel/s 高 1440级 H14L ITU-R601标准的 4倍（ 4:3） 60Mb/s 80Mb/s 1440115230pel 高级 HL ITU-R601标准的 4倍 (16:9) 80Mb/s 100Mb/s 1920115230pel 码率 简单型 SP 主型 MP 信噪比可分 级型 SNRP 空间可分级 型 SSP 高型 H P 低级 LL 4 4 主级 ML 15 15 15 20 高 1440级 H14L 60 60 80 高级 HL 80 100 MPEG-2适用点 4.2.1 视频信源编码的理论依据 原始图像数据在空间及时间上的统计冗余度很大，存在 大量无需传送的多余信息： 图像的相邻像素、相邻行之间存在很强的相关性 空间相关性 相邻场或帧对应像素间存在相关性 时间相关性 信息保持无损压缩编码 人眼对图像细节、幅度的变化、图像的运动不同时具有 最高的分辨力： 信息非保持有损压缩编码 4.2 视频信源编码原理 4.2.2 预测编码原理 预测编码概述 预测编码也称为 差分脉冲编码调制 (DPCM， Differential Pulse Code Modulation)，使用已编码像素的线性组合对未编码像 素进行预测，传送其预测误差（残差）。 约 80%-90%以上的残差信号的绝对值落在 16-18个量化级以 内。可以用较少的比特表示差值，达到数据压缩的目的。 帧内预测采用 1阶前值预测，利用空间相关性；帧间预测采 用 1阶前向预测或 2阶双向预测，利用时间相关性。 预测编码的主要缺点是抗误码能力差。若传输中产生误码， 由于递归预测算法，对于帧内编码会使误差扩散到图像中一 个较大的区域，对于帧间编码会使误差扩散到后续的若干帧 中。 为便于联合运用帧内编码和帧间编码技术，把由 连续的电视画面组成的视频序列 （ sequence ） 划分为许多图像组（ GOP,Group of Picture）， 每个图像组由几帧或十几帧图像组成，这些图像 相互间存在预测和生成关系。 采用帧内预测编码的图像称为 I图像 (Intra-Coded Picture) 采用前向帧间预测编码的图像称为 P图像 (Predictively-Coded Picture) 采用双向帧间预测编码的图像称为 B图像 (Bidirectionally- Coded Picture) 下页为由 9帧图像组成的 GOP示意图 编码器输入端或解码器输出端的显示顺序 编码器输出端或解码器输入端的编解码顺序 视频数据结构 块 :Block 88 像素块 宏块 :Macroblock 1616 像素块 像条 :Slice 由多个 Macroblock组成 图像组： GOP 视频序列： Sequence 图像： Picture 宏块的组成 4:2:0格式的宏块 4:2:2格式的宏块 4:4:4格式的宏块 宏块的三种构成方式，其中 亮度块的数目均为 4，而色 度块的数目分别为 2、 4和 8 。 在对 I图像进行帧内预测编码之前，首先对每一个 88 的像块进行二 维离散余弦变换（ DCT， Discrete Cosine Transform），将像块变 换为由 88 个变换系数组成的系数块。 位于系数块左上角的第一个系数是像块中 88 个像素的平均值，代 表像块的直流分量，称为 DC系数 ，其余系数为 AC系数 。 帧 内预测编码是对各个系数块的 DC系数进行的，目的是去除在 相邻 像 块的直流分量之间较强的相关性。 帧内预测编码只在像条所在的区域进行。 帧内预测编码采用前值预测： 帧间预测编码是以图像组 GOP为单位进行的 I图像 帧内编码图像，其编码不依赖于其它图像，它 还是 P图像和 B图像编码、解码的参考图像。使用周期 性的 I帧便于初始化接收机和捕获频道。 I帧出现的频 度可以变化，由编码器选择。 P图像 前向编码预测图像，像素的预测值为其前面一 帧 I图像或 P图像中相应像素值，即帧间运动补偿前值 预测。 B图像 双向预测编码图像，像素的预测值为其前后相 邻帧相应像素值的加权平均。 B图像不能作为其它图 像的编码参考图像。使用 B帧可提高压缩效率，但需 要帧存储器。 帧间预测编码中的运动补偿 最简单的时域预测就是用前一 帧作为当前帧的预测参考帧。 一个视频序列里两个相邻帧如 右图所示。第一帧作为第二帧的 参考帧，残差是第二帧与参考帧之差。 在右图中，中间灰度代表差值为零，浅灰和深灰分别对 应正、负差值。这种简单预测的明显问题是残差帧中剩 余能量太多，也就是说预测后还有很多信息需要压缩。 多数残差是由于两帧之间物体运动引起的，所以更好的 预测是在两帧之间进行运动补偿。 运动补偿预测示意图 运动矢量 ：表示从编码帧到参考帧像素运动的 方向和距离。 运动估值 ：通过比较参考帧与编码帧中的图像 ，求出运动物体像素的运动矢量。 运动补偿 ：考虑了运动矢量的帧间预测称为具 有运动补偿的帧间预测。 采用 块匹配算法 进行运动估值 摄像机所摄取的景物的运动可能是十分复杂的，精 确对每个像素进行运动估值是十分困难的。 在许多情况下物体上的各个像素均做相同的 运动，这时只需估计其整体的运动就可以了。 块匹配算法：对每个编码帧宏块中的 1616 亮度块，在参考帧中一定搜索范围 内，搜索与它最相似的亮度块 匹配块，并根据匹配块与它的坐标差，确定 运动矢量。 像块匹配程度的判定常采用平均绝对差准则（ MAD， Mean Absolute Difference），即在搜索范围内按下式求帧间像素块亮度差的绝对值的平均 值。 当 MAD(i,j)达到最小时，两个像素块匹配。此时运动矢量为 MV（ i,j） 。 这种搜索方法称为全搜索，运算量相当大。为加快搜索过程，提出了三步法、 共轭方向法、正交搜索法等，但效果不如全搜索，全搜索仍然是通用的方法。 Hunan University of Technology MPEG-2中运动补偿的精度是半像素， H.264中运动补偿的精度是四分之一像素 ，都需要在参考帧中根据已知整像素值，用线性内插的方法得到半像素和四 分之一像素值以后，再进行块匹配计算。 Hunan University of Technology Hunan University of Technology B帧图像的帧间预测编码 预测值是其前面参考帧的前向预测值与其后面参考帧的后 向预测值的平均值 双向预测。 在进行运动补偿时，需要前向和后向两个运动矢量。 图 4-9 在图像序列中， P帧和 B帧传送的是像素值与 预测值的差值和每个宏块的运动矢量。考虑 到邻近宏块间运动矢量存在相关性，对运动 矢量也采用预测编码。 帧间预测模式 为了既能处理逐行扫描图像，又能处理隔行扫描图像， 数字电视的帧间预测编码主要有两类：帧预测和场预测。 帧预测：预测来自于最近的重构参考图像。 P帧预测示意 B帧预测示意 P场预测：预测来自于最近的重构参考图像。 编码帧中第一场 图像的预测 编码帧中第二场图 像为底场的预测 B场预测：用于预测的两个参考场来自于最近的解码参 考顶场和底场。 编码帧中第二场图 像为顶场的预测 B场图像或 B帧 图像的预测 4.2.3 变换编码原理 变换编码是为了将图像数据或运动补偿残差数据转换到 变换域，以去除空间相关性，对变换后的系数编码，达 到数据压缩的目的。 变换编码系统基本结构 离散余弦变换 (DCT， Discrete Cosine Transform) 考虑到空间相关性只在一定范围内存在，变换是以块为 单位进行的，采用 8 8块。 设由 8 8像素组成的像素块用矩阵 X表示，变换后的系 数块用矩阵 Y表示，则： 正向 DCT 反 DCT 其中 C表示 8 8的 DCT矩阵， CT是其转置矩阵 C满足正交矩阵性质 右图为 88DCT 基本图 像。任何 88 图像块 都可以用基本图像与 变换系数乘积的组合 来表示。 DCT系数矩阵左上角系 数 y00对应空间直流分 量，称为 DC系数，其 他 63个对应交流分量 ，称为 AC系数。 Hunan University of Technology 经过 DCT变换后， 64个样值仍然得到 64个系数。原样 值是 9比特，数据从 0 511；得到的直流系数的范围 是 0 4095，交流系数的范围是 -2048 2047；量化之 后大多数高频分量的系数变为 0。人眼对低频分量比 较敏感，对高频分量则不太敏感；因而量化的结果是 去掉了不太重要的高频分量，降低了码率。 I帧：系数矩阵左上角部位的系数对应空间低频分量 ，采用较小的量化间隔，位于右下角部位的系数采用 较大的量化间隔。 P帧和 B帧：是对帧间预测差值的变换， DCT系数不 仅仅决定于空间频率，故采用相同的量化间隔。 DCT系数的量化 8 1 6 1 9 2 2 2 6 2 7 2 9 3 4 1 6 1 6 2 2 2 4 2 7 2 9 3 4 3 7 1 9 2 2 2 6 2 7 2 9 3 4 3 4 3 8 2 2 2 2 2 6 2 7 2 9 3 4 3 7 4 0 2 2 2 6 2 7 2 9 3 2 3 5 4 0 4 8 2 6 2 7 2 9 3 2 3 5 4 0 4 8 5 8 2 6 2 7 2 9 3 4 3 8 4 6 5 6 6 9 2 7 2 9 3 5 3 8 4 6 5 6 6 9 8 3 Hunan University of Technology 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 对于 I帧的亮度和色度的量化 加权矩阵 对于 P帧和 B帧的亮度和色度 的量化加权矩阵 对自然景物图像的统计表明， DCT系数矩 阵的能量集中在反映水平和垂直低频分量 的左上角。 图 游程编码的方法是将扫描得到的一维序列 转化为一个由二元数组 (run,level)组成的数 组序列，其中 run表示连零的长度， level 表示紧接在这串连零之后出现的非零值。 当剩下的所有系数都为零时，用符号 EOB(End of Block)来代表。 游程编码 (RLC， Run Length Coding) 帧图像的 DCT系数分布（按 非零系数可能性画图） 场图像的 DCT系数分布（对照帧图像， 左侧有更多的非零系数，这是由于场图 像在垂直方向有更强的高频分量） 对应这两种图像结构，规定了两种扫描方式， Zigzag扫描与交替扫描。 Hunan University of Technology 经 DCT变换以后，系数大多数集中在左上角，即低频分量区，因此按 Zigzag扫描读出 实际上是按二维频率的高低顺序读出系数的。扫描后出现连零的机会比较多，特别到 最后，如果都是零，在读到最后一个数后，只要给出 “ 块结束 ” （ EOB）码，就可以 结束输出，因此节省了很多码率。 如图 Hunan University of Technology 4.2.4 熵编码原理 熵编码（ Entropy Coding）是一类无损编码 ，编码后的平均码长接近信源的熵。 霍夫曼 (Huffman)编码：变长编码，对出现概 率大的信源符号分配较短的码字，对出现概 率小的信源符号分配较长的码字，以获得较 短的平均码长。 运动矢量的熵编码：对运动矢量的水平和垂 直方向差值进行熵编码。 DCT系数的熵编码 4.2.5 MPEG-2视频编码器和解码器 Hunan University of Technology MPEG-2视频编码器 MPEG-2视频解码器 4.3 ATSC数字电视制式 水平 垂直有效像素 幅型 比 60/59.94逐行 60/59.94隔行 30/29.97逐行 24/29.97逐行 19201080 （方像素 ） 16:9 1280720 （方像素 ） 16:9 704480 （宽屏） 16:9 704480 （ CCIR 601 ） 4:3 640480 （ VGA，方 像素） 4:3 Hunan University of Technology ATSC制的视频格式 4.3.1 ATSC制概述 Hunan University of Technology 系统分为三部分： 信源编码和压缩、业务复用和传送、射频发送 。 信源编码和压缩 视频编码和压缩 MPEG-2 音频编码和压缩 Dolby AC-3(384Kb/s,5.1 声道 )， AAC 辅助数据 条件接收 (CA)等控制数据 业务复用和传送 把不同信息类型的比特流打成包 给每一个包以唯一的标识符 (ID) 将视频、音频和辅助数据比特流包时分复用组合成传送包 (TSP) 射频发送 对传送流进行信道编码和调制，形成用于发送的射频信号 调制系统的两种模式： 8VSB调制的地面广播模式 (19Mb/s) 16VSB调制的有线高比特率模式 (38Mb/s) Hunan University of Technology Hunan University of Technology 4.3.2 传送层的功能和格式 数字电视码流有多个不同的层次和类型： ES、 PES、 PS、 TS。 ES(Elementary Stream)基本流 ，是直接从编码器出来的数据流， 可以是视频数据流，音频数据流，或其他编码数据流。 PES(Packetized Elementary Stream)打包基本流 ， ES流经过 PES打 包器之后，被转换成 PES包。 PS(Program Stream)节目流 ，是将一个或几个具有公共时间基准 的 PES组合成的复用流。 PS流比较适用于相对误码率小的传输环 境中，如交互式多媒体环境和媒体存储管理系统。 TS(Transport Stream)传输流 ，是有一个或几个不同的 PES经传输 流打包后组成的复合流。 TS流更适合在有干扰或误码的环境中 传输。 Hunan University of Technology PES包 起始 码前 缀 比特 流 ID PES 包长 度 PES 包头 标志 PES 包头 长度 PES包头区 （可变长度） PES包数据块 （可变长度） PES包头标志（说明比特流特性的标识符）： 加扰指示，优先级指示，数据相配指示，有无版权，原版或复制，有无 PTS（显示时间标志）和 DTS（解码时间标志），包头是否含时钟基准，包头 是否含比特率，包头是否含说明流来源的 DSM (数字存储媒体 )模式的字段， 是否有 CRC（循环冗余校验），是否有扩展段。 PES包头区（各段可选）： PTS/DTS， DSM模式，附加复制信息，扩展数据，填充字节 PES包数据块： 有效负载数据，即来自相应编码器的一个连续的基本流。 TS包 固定长度（ 188字节）： 包头（ 4字节） 包同步，包识别（ PID），连续计数，加扰控制等 适配区（可变长度） 同步和定时 对 27MHz系统时钟（ STC）周期性抽样形成的节目时钟基准 (PSR)，每 100ms至少传送一次 基本流的随机进入点指示 频道切换用 本地节目插入指示 有效负载数据（最多 184字节） 包头 适配区 有效负载数据 视频 音频 视频 音频 视频 音频 视频 每一个新的 PES包需要启动一个新的 TS包 4.3.3 前向纠错信道编码 48个 0+187个信息字节 20个校验字节 Hunan University of Technology 去信道 能量 扩散 RS编 码 交织 卷积 编码 8VSB 调 制传送流包 ATSC制信道编码和调制 RS编码及其纠错译码 RS（ 207， 187）， 缩短的 RS（ 255， 235） 187个信息字节 20个校验字节1个同步字节 Hunan University of Technology 缩短的 RS（ 255， 235）对应于 域生成多项式： 中的元素由 0和 组成 是 的一个本原根。 加法：模 2加，即二进制异或运算 乘法： 元素 二进制 十进制 00000001 1 00000010 2 00000100 4 00001000 8 00010000 16 00100000 32 01000000 64 10000000 128 00011101 29 Hunan University of Technology 校验生成多项式： 187个信息字节 信息多项式： 校验多项式： 20个校验字节： A信息字节 B 152165 121 121 240 185174 A 0 B RS(207,187) RS(207,187)编码电路 RS(207,187)码： 码字多项式： 可纠正 t=10个字节或 80比特的误码 无误码时 c(x)能被 g(x)整除，有误码时 c(x)不 能被 g(x)整除，收端根据余式和商式确 定误码的位置和样式，实现纠错译码。 Hunan University of Technology 卷积编码及维特比译码基础知识 11 00 01 10 0/01 0/00 1/11 1/11 1/101/10 0/01 0/00 M2 M1 y1 y0 x 00 00 00 00 00 01 01 01 10 10 10 10 10 10 10 1000 00 00 01 01 01 01 11 11 11 1111 11 11 00 01 10 11 用于 ATSC制的 1/2比率 4状态反馈卷积编码器 (a)编码器结构图 (b) 状态图 (c) 格形图 （ 4-52） 对于长度为 L的 bit序列，由于误码，存在 条不同的可能路径。从这些可能的 不同路径中找到编码时走过的路径，进而推算出编码时的输入 bit。 维特比译码从所产生的各种可能路径中找出一条最大似然路径，使沿着这 条路径得到的序列与接收的码序列相同或差别最小。 设格形图上的序列为 ，接收到的幅度失真的码序列为 ，其判决再 生的序列为 ，则格形图序列与接收序列之间差别测度： 汉明距离（硬判决） 若发送端将码序列映射为电平序列 ，接收到的幅度失真的电平序列 量化编码为 ，格形图上的数字序列为 ，则格形图序列与接收序列 之间的差别测度： 欧 几里得距离（软判决） ATSC制维特比译码采用软判决，其最大似然路径是欧几里得距离为最小的 路径。 TCM-8VSB调制技术 从格形图上可以看出，在两个状态间至少需要 3个时间段 才有不同的编码路径，维特比译码从这些路径中选择与接 收到的幅度失真电平序列欧几里得距离为最小的路径，从 而实现纠错译码。这些路径之间的最小欧几里得距离越大 ，信号的抗噪能力越强。 ATSC制采用 ASK调制（幅移键控调制） 若将两比特数据映射为 4电平符号： Ai =-3,-1,1,3,分别调制 4 个不同幅度的高频信号，称为 4ASK调制。直接映射时，最 小欧几里得距离为 2，用平均功率归一化的最小欧几里得 距离为 D0=0.894， 8ASK归一化的最小欧几里得距离为 D0=0.436。 ATSC制采用 2/3比率的格形编码，格形图的欧几里得自由 距离为 dfree=3D0=30.436=1.31。 编码增益 G=20lg(1.31/0.894)=3.32dB 预编码器 格形编码器 D M2 M1 Z2Z1Z0 8VSB 0 0 0 -7 0 0 1 -5 0 1 0 -3 0 1 1 -1 1 0 0 +1 1 0 1 +3 1 1 0 +5 1 1 1 +7 8VSB X1 X2 Y1 Y2 Z1 Z2 Z0 (a) 8VSB格形编码器 (a)格形编码器、预编码器和符号映射器； (b) 格形图 (b) 8电平符号映射器 格形编码器 预编码器 000 100 010 110 100 000 001101 111 110 010 011 001 101 111 011 00 01 10 11 状态 Hunan University of Technology 预编码器 格形编码器 D M2 M1 Z2Z1Z0 8VSB 0 0 0 -7 0 0 1 -5 0 1 0 -3 0 1 1 -1 1 0 0 +1 1 0 1 +3 1 1 0 +5 1 1 1 +7 8VSB Y1 Y2 Z1 Z2 Z0 8电平符号映射器 格形编码器 预编码器 交织 通过交织 (interleaving)可使突发差错分散为随机差错，以充分发挥纠错编码的作用。 段间卷积字节交织器：由 I=52个分支组成，在第 j(j=0,1, I-1)分支上设有容量为 jM 个字节的移位寄存器， M=4 N=IM=524=208 即 4个切换周期正好是一个纠错编码包的长度。 交织器用参数 描述， 对于 (208,52)交织器交织前同一数据段的数据在交织后 将分散到 52个数据段中 (一个纠错编码包对应一个数据段 )。 段内交织：是与格形编码结合进行的，由每字节 1位置切换的 12个格形编码器组 成。 能量扩散（随机化）改善传输频谱特性 随机化电路是一个 16bit最大长度伪随机码发生器，其 生成多项式为 由它生成的伪随机二进序列（ PRBS, Pseudo-random Binary Sequence）与输入码流进行模 2加，使数据随机化。 d0 d1 d2 d7d3 d4 d5 d6 使能 D0 D1 D2 D7D3 D4 D5 D6 ATSC制的随机化电路 每个数据场的第一个数据段的段同步期间初始化 F180H VSB数据帧和 频谱 随 机 化 RS 编 码 器 交 织 器 格 形 编 码 器 复 用 器 导 频 信 号 插 入 VSB 调 制 器 射 频 上 变 频 器 段同步 场同步 VSB发射机框图 6 5.38 导频 抑制载波 1 0.7 ATSC制射频信号频谱 段 同 步 场同步 #1 场同步 #2 数据 +FEC 数据 +FEC313段 313段 828符号4 数据段 832符号（ 208字节） 数据段 同步 数据段 同步 4符号 4符号 数据 +FEC 24.2ms 24.2ms +5 +3 -1 +1 -3 -5 -7 +7 导频 1.25 1段（ 77.3um） PN 511 PN 63 PN 63 PN 63 模式 保 留 符号率 Rs=10.76MS/s 有效负载数据率 Rp=19.28Mb/s VSB数据帧结构 4.4 DVB制式 水平 垂直 有效像素 幅型比 50 逐行 60/59.94 逐行 25 逐行 25 隔行 30/29.97 24/23.976 逐行 30 隔行 29.97 隔行 29.97/23. 976 逐行 14401152 16:9 19201080 16:9 19201035 16:9 1280720 16:9 720576 4:3/16:9 544 480 576 352 4:3/16:9 720480 4:3/16:9 640480 4:3 544 480 480 352 4:3/16:9 352288 4:3/16:9 352240 4:3/16:9 Hunan University of Technology 4.4.1 DVB制的视频格式与接口 DVB制的视频格式 DVB设备的接口 SPI 同步并行接口，用在设备相距较近的场合。它有 11对 信号线，并行地发送时钟、数据（占 8对信号线）和同 步信号等。全部信号与时钟同步，它的频率随传送流 的码率而定。 SSI 同步串行接口，是同步并行接口的一种扩展。它的功 能与 SPI相当，只是在两端进行了并串的正、反变换。 这种接口使用的连接速率就是传送流的码率，传输介 质可以是电缆或光纤。 SSI目前用得较少。 ASI 异步串行接口，传输介质可以是电缆或光纤。它采用 固定的连接速率（ 270Mbps）。 按 DVB-T制采用的信道编码和射频信号形成 的特点，它又被称为编码正交频分复用 (COFDM， Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex)多载波制式。 采用 “ 数据容器 ” 模型，容纳各类数据， 在一个频道内实现准无误码传输。 适应 8MHz频道。 系统具有单频网运行能力。能够克服来自 采用相同频率的邻近发射机的类似回波的 同频道干扰。 4.4.2 DVB-T制概述 DVB-T系统功能框图 Hunan University of Technology 4.4.3 DVB-T的信道编码 能量扩散 PRBS生成多项式为 移位寄存器每 8个 MPEG-2数据包初始化一次，初始值为 100101010000000。 外编码 DVB-T的外码采用 RS(204,188)码，它是由 RS(255,239)码缩 短而成的。 外交织 数据流经外码编码后送到卷积交织器进行字节交织。 DVB- T采用 (204,12)交织器， M=17， I=12， N=IM=204，交织深 度为 12个纠错编码包。 内编码 基于 1/2比率 64状态的基本卷积码生成的收缩卷积码 编码比率 r 收缩图样 输出序列 路径的最小自由距离 1/2 X： 1 Y： 1 X1 Y1 10 2/3 X： 1 0 Y： 1 1 X1 Y1 Y2 6 3/4 X： 1 0 1 Y： 1 1 0 X1 Y1 Y2 X3 5 5/6 X： 1 0 1 0 1 Y： 1 1 0 1 0 X1 Y1 Y2 X3 Y4 X5 4 7/8 X： 1 0 0 0 1 0 1 Y： 1 1 1 1 0 1 0 X1 Y1 Y2 Y3 Y4 X5 Y6 X7 3 Hunan University of Technology 基本卷积编码器具有 6个移位寄存器，每输入 1个比特 输出 2 个比特 和 ： 卷积收缩码图样和输出序列 接收端使用 1/2比率的维特比译码器，在被收缩的位置上插入一个 特殊的符号 “”(=Dont Care）。 内交织 x0,x1,x2, 解 复 用 符 号 交 织 比特交织 I0 比特交织 I1 比特交织 I2 比特交织 I3 b0,0,b0,1, b1,0,b1,1, b2,0,b2,1, b3,0,b3,1, a0,0,a0,1, a1,0,a1,1, a2,0,a2,1, a3,0,a3,1, y0,y1, 映 射 I0,I1, Q0,Q1, 非分层 16-QAM的内交织和映射方框图 比特交织： 符号交织： 2K模式： 8K模式： QPSK： v=2 16-QAM： v=4 64-QAM： v=6 QPSK和 QAM调制 QPSK调制：一个符号包含 2bit即 映射到 星座图 生成 4种相位不同但幅度相同的调制载波： 、 、 称为四相键控调制即 QPSK。若原始数字序列的码率为 R，则经 QPSK调制后的符号率为 R/2，提高了信号传输的效率。 1 1 -1 -1 0010 0111 Iq Qq （对应 y0,q） （对应 y1,q） QPSK星座图（ bit顺序 y0,q y1,q） 1 1 -1 -1 00111011 01111111 Iq Qq （对应 y0,q y2,q） （对应 y1,q y3,q） 均匀 16-QAM星座图（ bit顺序 y0,q y1,q y2,q y3,q） 3-3 -3 3 10101000 1001 1101 1100 1110 0010 0000 0001 0101 0110 0100 M-QAM调制： 一个符号包含 bit， M种符号对应星座图上的 M个点 和 分别对正交的载波调制，生成 M种不同相位或不同幅度的调制载波，称为 M正交幅度调制即 M-QAM若原始数字序列的码率为 R，则经 M-QAM调制后的符号率为 。 M越大传输效率越高，但在相同的信号平均功率 S下，星座点的最小欧氏距离 越小 ，抗误码性能越差。 4.4.4 COFDM信号的形成与传输 在多径传播下，当多径延时 较大时，相关带宽 f =1/ 可能小于 信号带宽，造成频率选择性衰落，产生严重的码间干扰。正交频分 复用（ OFDM， Orthogonal Frequency Division Multiplexing） 是一种多载波并行传输方式， N路降码率的数据符号并行地在 N路 载波中传送，使每路载波的带宽小于 f ，有效地抑制码间干扰。 多