（通信与信息系统专业论文）基于dmbth国标数字电视机顶盒前端设计与实现.pdf

2 0l0g r a d u a t es t u d e n td i s s e r t a t i o ns c h o o ln o ：10 2 6 9 n o ：5 1 0 7 1 2 0 2 0 6 5 e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y n a t i o n a ls t a n d a r db a s e do nd mb - - t h d i g i t a l t v s e tt o ob o xd e s i 2 ：a n d m p l e m e n t a t i o no ff r o n tendset-toob o xd e s i g na ni m o l e m e n t a t i o nf r o n t - e n d i n s t i t u t e ：i n f o r m a t i o ns c i e n c ea n dt e c h n o l o g yi n s t i t u t e m a j o r ：c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m r e s e a r c hf i e l d ：s i g n a ld e t e c t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m s p r o f e s s o r ：j i n g a ol i up r o f e s s o r g r a d u a t es t u d e n t ：x i a o r o n gc h a i 2 0 1 0a p r i l 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文幽吣- 1 h 凰碌燃阳赶幽如设汁乌受涩j ， 是在华东师范大学攻读硬元博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文小包含其他个人已经发表或 撰写过的研究成果。对奉文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说 明并表示谢意。 储躲2 ；烛是， 嗍础年兮月矽日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 差寺姗b 7 h 圈燃惋以顽釜赢蛾拍泛西i 系奉人在华东师范大学攻读 学位期间在导师指导下完成的颅左博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研究成果归华东 师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论文，并向主管 部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的印刷版和电子版；允 许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将学位论文加入 全国博士、硕十学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版， 采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) ( ) 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文 ， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 ( 、力2 彳i 保密，适用上述授权。 导师签名本人签名拉坠 妙年3 月，7 日 “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学位 论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学何论文“涉密”审批表方为有效) ，未经上 述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用 上述授权) 。 硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 薛燕陵教授华东师范大学信息学院通信工程系主席 刘一清高级工程师华东师范大学信息学院通信工程系 王蔚生副研究员华东师范大学信息学院通信工程系 论文摘要 模拟电视向数宁电视的转换是全球电视产业的发展的必然趋势。目前我国已 经全面启动了电视数字化的进程，计划到2 0 1 5 年我国将关停模拟电视信号。作 为数字电视传输方式中的数字地面广播，我国于2 0 0 6 年提出了拥有独立知识产 权的国家标准一d m b t h 。 本文论述了基于d m b t h 国标数字电视机顶盒前端设计与实现。数宁电视 机顶盒s t b ( s e tt o pb o x ) 是一个连接电视机与外部信号源的设备。它可以将压 缩的数字信号转成电视内容，并在电视机上显示出来。信号可以来自有线电缆、 卫星天线、宽带网络以及地面广播。本文主要实现了国标地面数字电视广播节目 的接收、解调、解码、播放等过程。数字电视机顶盒的前端设计包括调谐器的信 号接收，解调器的数据解调以及主芯片的数据流解复用等。本课题包括了前端的 方案选型、设计、调试等硬件制作过程，还实现了控制软件和解复用软件的编写。 文章依次介绍了数宁电视、国标数宁电视标准、系统总体方案、硬件设计、软件 设计等方面的内容。 最后在充分理解了数字电视接收的整个过程和原理的基础上，实现了一款 d m b t h 的数字电视接收前端板卡，实现了地面数宁电视的播放，达到了预期 的目标。 关键词：数字电视，d m b - - t h ，调谐器，解调器，解复用 a b s t r a c t a n a l o gt od i g i t a lt vc o n v e r s i o ni st h ew o r l d st e l e v i s i o ni n d u s t r yd e v e l o p m e n t t r e n d a tp r e s e n t ，c h i n ah a sl a u n c h e dap r o c e s so fd i g i t a lt vp l a n sb y2 015c h i n a w i l ls h u td o w na n a l o gt vs i g n a l s a sd i g i t a lt e l e v i s i o nt r a n s m i s s i o no fd i g i t a l t e r r e s t r i a lb r o a d c a s t i n g ，i n2 0 0 6c h i n ap u tf o r w a r da ni n d e p e n d e n tn a t i o n a ls t a n d a r d s f o rd m b t h t h i sa r t i c l ed i s c u s s e st h en a t i o n a ls t a n d a r db a s e do nd m b t hd i g i t a lt vs e t t o p b o xf r o n te n dd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n d i g i t a lt vs e t - t o pb o xs t b ( s e t t o pb o x ) i sac o n n e c t e dt vs e tw i t ha ne x t e r n a ls i g n a ls o u r c ee q u i p m e n t i tc a nb ec o n v e r t e d i n t oc o m p r e s s e dd i g i t a ls i g n a l st vc o n t e n t ，a n dt h et vd i s p l a y s i g n a lc a nc o m ef r o m c a b l e ，s a t e l l i t ea n t e n n a ，b r o a d b a n dn e t w o r k s ，a n dt e r r e s t r i a lb r o a d c a s t i n g t h i sp a p e r a c h i e v e dn a t i o n a l s t a n d a r dt e r r e s t r i a l d i g i t a l t e l e v i s i o n p r o g r a mr e c e p t i o n ， d e m o d u l a t i o n ，d e c o d i n g ，p l a y i n ga n do t h e rp r o c e s s e s d i g i t a lt vs e t - t o pb o xt u n e r f r o n t - e n dd e s i g ni n c l u d e sas i g n a lr e c e i v e r , d e m o d u l a t o r , a n dt h em a i nc h i pd a t a d e m o d u l a t i o nd a t as t r e a m d e m u l t i p l e x i n g ，e t c t h et o p i c si n c l u d eaf r o n t - e n d p r o g r a ms e l e c t i o n ，d e s i g n ，d e b u g g i n ga n do t h e rh a r d w a r ep r o d u c t i o np r o c e s sc o n t r o l s o f t w a r eh a sa l s oa c h i e v e dt h ep r e p a r a t i o no fr e c o n c i l i a t i o na n dr e c o v e r ys o f t w a r e a r t i c l ei nt u r ni n t r o d u c e dad i g i t a l t e l e v i s i o n ，t h en a t i o n a ls t a n d a r dd i g i t a lt v s t a n d a r d ，o v e r a l ls y s t e m ，t h eh a r d w a r ed e s i g n ，s o f t w a r ed e s i g na n do t h e ra s p e c t s f i n a l l y , t of u ll yu n d e r s t a n dt h ee n t i r ep r o c e s so fd i g i t a lt vr e c e p t i o no nt h eb a s i so f t h ep r i n c i p l e sa n da c h i e v e dad m b t hd i g i t a lt vr e c e i v e rf r o n t e n dc a r d st oa c h i e v e t h et e r r e s t r i a ld i g i t a lt vb r o a d c a s t ，t oa c h i e v et h ed e s i r e do b j e c t i v e s k e y w o r d ：d i g i t a lt v , d m b t h ，t u n e r , d e m o d u l a t o r , d e m u l t i p l e x e r 目录 1 第一章绪论1 1 1 研究背景及意义l 1 1 1 数字电视概念1 1 1 2 数字电视优点1 1 2 数字电视分类2 1 2 1 国标地面数字电视标准2 1 2 2 中国地面数字电视标准3 1 2 3 d m b - t h 的主要特点4 1 2 4 数字电视的发展s 2 第二章d m b - t h 地面数字电视标准嘲。6 2 1 综i 苤6 2 2 系统框图6 2 3 编码和调制7 2 3 1 加扰7 2 3 2 前向纠错7 2 3 3 符号星座映射8 2 3 4 符号交织8 2 3 5 频域交织9 2 4 j 自 帧9 2 4 1 复帧结构9 2 4 2 信号帧1 0 2 4 3 超帧l o 2 4 4 分帧l o 2 4 5 日帧l l 2 5 信号帧。l l 3 第三章系统原理与总体方案1 2 3 1 数字电视接收机系统原理1 2 3 2 数字电视接收机的硬件系统方案1 3 3 2 1 c e 3 1 0 0 芯片架构1 3 3 2 2 系统平台结构。1 5 4 第四章调谐解调器硬件设计1 7 4 1调谐器工作原理。1 7 4 2 调谐器的选用。1 7 4 3 系统信号连接。1 9 4 4调谐器电路设计2 0 4 5解调器的选用2 l 4 6 解调器电路设计2 3 4 7主机接口设计2 3 4 8 供电方案选择。2 4 5 第五章调谐解调器控制软件设计。2 7 5 1 软件平台。2 7 5 1 1 l i n u x 操作系统简介。2 7 5 2 调谐解调器软件设计。2 9 5 2 1 1 2 c 总线简介2 9 5 2 2调谐器软件设计。3 0 5 2 3 解调器软件设计。3 l 6 第六章传输流解复用软件设计3 4 6 1 系统播放软件软件。3 4 6 2 t s 传输流的形成3 4 6 3 t s 传输流格式3 5 6 4 p s i 节目特殊信息3 7 6 4 1 节目关联表p a t 3 8 6 4 2 节目映射表p m t 3 9 6 4 3条件访问表c a t 4 0 6 4 4 网络信息表n i t 4 0 6 4 5 各种表的关系4 0 6 5 解复用软件架构4 l 6 6 解复用软件流程4 2 6 6 1 打开数据流。4 z 6 6 2 创建f i l t e r 4 2 6 6 3 映射f i l t e r 到p i d 4 3 6 6 4调整p t s 策略。4 4 6 6 5 启动p i d 和f i l t e r 4 4 7 总结4 5 附录4 7 参考文献4 9 后记5 3 1 1研究背景及意义 第一章绪论 1 1 1 数字电视概念 在今年3 月份举行的2 0 1 0 年中国国际广播电视信息网络展览会c c b n ( c h i n ac o n t e n tb r o a d c a s t i n gn e t w o r k ) 主题报告会上，国家广电总局副局长张海 涛在主题报告会中表示，目前我国有线电视用广数己达到1 7 4 亿，在数量上是 美国有线电视用户的2 5 倍，是世界第一大规模。“数字电视【l 】”是指从节目源的 拍摄、编辑、到电视信号的传输、发射和接收过程中全部使用数字化处理的电视 系统或电视设备。简单的说，就是利用数字化的传播手段提供数字电视节日，从 而为用户带来集高品质图像质量和特色化服务内容于一身的数字电视服务。 1 1 2 数字电视优点 模拟向数字转换是全球电视产业的发展趋势。根据国家规划，目前已经在全 国范围内全面普及数字电视，到2 0 1 5 年全国将彻底关闭所有的模拟信号。数字 电视有两点好处，一是比模拟电视的图像更清晰，可以欣赏到d v d 甚至家庭影院 般的视听效果；二是观众选择节日的空间更大，还可以与电视进行互动，通过电 子节目指南( e p g ) 自主选择节目，满足收视方面的个性化需求。数字电视能够 节省出大量空间来提供大量新服务，主要是那些可自由选择的互动性质的服务， 比如点播服务和涉及很多有用信息的家庭综合信息服务，包括天气预报、路况信 息、还有互发短信和邮件以及各种小游戏等等。其主要优点概括如下： ( 1 ) 清晰度高、音频效果好 数宁电视信号的传输彳i 像模拟信号受在传输过程中噪声积累的影响，且不 受地理冈素的限制，几乎可以无限扩大覆盖面。在接收端收看到的电视图 像及收听到的声音质量非常接近演播室水平。此外，数字电视的音频效果 好，可支持五卢道的杜比数码( a c 一3 ) 5 1 环绕立体声家庭影院服务。 ( 2 ) 频带利用率高 现有模拟电视频道带宽为8 姗z ，只能传送一套普通的模拟电视节目，采 用数宁电视后一个频道可传送6 一1 0 套数字电视节日，随着编解码技术的 改进，传输数量还会进一步提高，电视频道利用率将大大提高。 ( 3 ) 抗干扰性能好 1 解决了模拟电视中的闪烁、蕈影、亮色互串等问题，可以实现城市楼群的 高质量接收，移动载体中也可接收到高清的数宁电视节目。 ( 4 ) 便于开展各种综合业务和交互业务 系统采用了开放的中间件技术，能实现各种互动应用，可与计算机及互联 网互连互通，开展上网、点播、远程教育的推广普及、电子商务、互动游 戏等应用。 ( 5 ) 可更好的进行节日的加密处理等。 1 2数字电视分类 数字电视按照信号传输方式，可以分为有线传输( 有线数宁电视如d v b c ) 、卫星传输( 卫星数宁电视如d v b s ) 和地面无线传输( 地面数字电视如 d v b t ) 。 1 2 1 国标地面数字电视标准 本文主要研究和论述地面数字电视的接收。地面数字电视是指“用地面广播 传播方式传输数字电视信号的一种电视系统。”这里说的“地面”和我们一般的 理解f i 一样，“地面数字电视”和我们脚底下的这个“地面”没有任何关系。地 面数字电视的电视信号是通过电视塔向空中广播，再由用户以天线的方式接收下 来。地面数宁电视是数字电视的三种传输方式之一。地面数字电视具有系统搭建 成本低，信号覆盖范围广，信号接收灵敏度高，接收方式灵活多样的优势，既支 持固定接收，也支持移动接收。 目前，国际上主要有3 种地面数宁电视传输标准。它们分别是美国基于残留 边带调制的a t s c ( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e mc o m m i t t e e ，先进电视系统委 员会) 、欧洲的d v b t ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ，数字视频广播) ，日本 的i s d b t ( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a lb r o a d c a s t i n g ，综合业务数字广播) 。 ( 1 ) 美国a t s c 标准隍1 a t s c 是由美国先进电视系统委员会( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m s c o m m i t t e e ) 开发的一系列数宁电视传输标准，最初计划于2 0 0 9 年6 月1 2 日在 美国，2 0 1 1 年8 月3 1 日在加拿大，2 0 2 1 年1 2 月3 1 日在墨西哥取代大部分模拟 n t s c 电视系统。a t s c 标准在上世纪9 0 年代初由g r a n da 1 l l a n c e 开发。g r a n d a l l l a n c e 是由一群电子和电信领域的公司组成，他们组织开发了一个h d t v ( h i g h d e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ，高清电视) 的标准。1 9 9 5 年发行的a t s c 标准a 5 3 ， 2 应用于g r a n da 1 1 i a n c e 开发的系统，该标准在1 9 9 6 年被美国联邦通信委员会 ( f e d e r a lc o m m u n i c a t i o n sc o m m i s s i o n ，简称f c c ) 采用。 ( 2 ) 欧洲d v b - t 标准【3 1 1 9 9 9 年欧洲电信协会提出了欧洲数宁电视视频地面广播标准d v b t ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g t e r r e s t r i a l ) 。它以c o f d m ( c o d e do r t h o g o n a l f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 为调制方式，先将并行的数据流通过变化形 成串行的数据流，然后进行q p s k 、q a m 多载波调制。d v b t 系统有2 k 模式和8 k 模式两种，在2 k 模式中8 m h z 带宽内有1 7 0 5 个载波，在8 k 模式中有6 8 1 7 个载 波，2 k 模式与8 k 模式的系统可以兼容。 ( 3 ) 日本i s d b - t 标准旧t 4 1 在美国、欧洲相继提出了自己的地面数宁电视标准后，日本与2 0 0 1 提出了 数字电视地面传输标准i s d b t ( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a lb r o a d c a s t i n g t e r r e s t r i a l ) 。i s d b t 标准是为在6 m h z 的带宽内不但可以用来传送数字电视， 而且还可用于传送独立数据广播与音频信号。信号调制方面，采用了b s t o f d m 技术( b a n ds e g m e n t e dt r a n s m is si o n ) 。这种技术是以d v b t 的多载波技术为 基本，增加了具有自主知识产权的频宽分段传输标准，使得在整个6 m h z 频带内， 可以传输在传输h d t v 服务的同时传输多节目服务。 1 2 2 中国地面数字电视标准 地面数字饽电视目前在美国、欧洲、日本、韩国等国家被广泛应用。由于无 线传输的地面电视广播系统除了商用之外，还肩负着更重要的战略使命，它是国 家视频信息传达最基本的途径，对于战争、自然灾害等突发事件具有良好的抗毁 性，不易遭受大规模的破坏攻击，所以世界各国大都是以国家立法的形式来确定 地面数字电视传输标准，并制订了一系列政策促进标准的强制实施和推广，而有 线和卫星电视传输标准则多为针对商用制定的标准。从卒十会发展和产业化的角度 来看，基于无线传输的地面数宁电视具有更大的国家战略意义。 中国从1 9 9 6 年开始对国际上的数宁电视地面广播技术进行跟踪研究。而经 过一段时间的发展和技术准备t 作，大约到了2 0 0 4 年的时候，清华大学的d m b t 方案和交大的a d t b t 方案逐渐成为国标的有力竞争者，而我国数字电视地面传 输标准的确定，也和这两个方案结下了不解之缘。 清华大学的d m b t 方案基本上是基于t d s - o f d m 调制技术的地面数字电视广 播传输系统，即地面数字多媒体电视广播( t e r r e s t r i a ld i g i t a lm u l t i m e d i a 3 t e l e v i s i o nb r o a d c a s t i n g ，d m b t ) 传输系统。清华d m b - t 方案的核心就是采用 了时域同步正交频分复用 ( t i m ed o m a i ns y n c h r o n o u so r t h o g o n a l f r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e x ，t d s o f d m ) 调制技术，其频谱利用率可高达 ( 4 b i t s ) h z 。冈此，每个频道有效净荷的信息传输码率在8 m h z 的带宽下可 高达3 3 m b s ，也就是说每个频道可以支持最高每秒3 3 兆的高码流高清节目。 上海交通大学的a d t b - t 方案是基于单载波调制技术，也就是将需要传输的 数据流调制到单个载波上进行传送，和清华大学的d m b t 有着本质上的不同。而 a d t b t 的单载波方案的优势则在于数据结构简洁，有利于接收系统的低成本实 现。相比于清华的d m b - t 方案，交大a d t b t 方案是采用q a m ，o q a m ，p s k 等星座 映射单载波调制技术，在最佳状态下，可以实现单个频道2 5 9 8 9 m b p s 的码率传 输，从这点上看，a d t b - t 方案要落后于清华的d m b t 方案，但是在信号接收的 灵敏度、抗同频邻频性能、峰均比等方面，a d t b t 方案还是存在一定的优势。 2 0 0 6 年8 月国家标准化管理委员会发布公告，中国数字电视地面广播传输 系统标准g b 2 0 6 0 0 - 2 0 0 6 数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制 拍，引，于2 0 0 6 年8 月1 8 日正式批准成为强制性国家标准，2 0 0 7 年8 月1 日起实 施。这个被业界称为d m b - t h 的标准强制性地成为了国家标准，国内已经使用欧 洲方案( d v b - t ) 、清华方案( d m b - t ) 和上海交大方案( a d t b t ) 的地区必须在转换成 新的d m b - t h 标准，长达5 年之久的数字电视地面传输标准之争由此告一段落。 d m b t h 地面国标在传输技术上采用先进的信道编码技术，结合了时域和频 域的信道同步和均衡技术，并采用巧妙的帧体数据结构，在多项技术上取得了创 新突破，是真正完整的自主知识产权创新体系。以t d s o f d m 刚技术为基础，以 多载波技术为主，融合了单载波技术，在作为强制性地面标准的同时，也可以用 于移动电视。 1 2 3d m b t h 的主要特点 d m b - t h 技术标准是我国拥有完全完整自主知识产权的地面数字电视广播技 术标准，国标d m b - t h 以时域同步正交频分复用( t d s 一0 f d m ) 调制为核心技术， 采用单频网( s f n ) 覆盖方式，适用于具有多径干扰和多普勒频移效应的地面无 线传输信道，能够满足高清数宁电视( h d t v ) 、标清数字电视( s d t v ) 点对多点 式单向广播和多媒体数据交互武双向通信的要求。基于国标d m b - t h 构建的地面 数宁电视广播系统，在一个8 m h z 模拟电视频道中，传送m p e g 一2t s 流格式数据 时最大净荷码率可达3 2 4 m b p s ，可传送1 套h d t v 节目或4 套以上s d t v 节日， 4 支持窜内室外用户采用固定接收终端实现固定接收或采用手持或便携移动接收 终端实现移动接收旧e 引。 d m b t h 技术标准兼容现有模拟电视广播传输技术，并且具有高清数宁电视、 标清数字电视和多媒体数据兼容传输能力和单频网组网能力，在单频网同步、抗 干扰能力、频谱利用率、覆盖网组网灵活性等关键技术性能方面与国外已有标准 相比，具有明显的综合技术优势和应用特点阳1 。 ( 1 ) 兼容m p e g 、a v s 等多种数据格式n o j “垤卜 ( 2 ) 较高的数据传输带宽 ( 3 ) 独特的q c - l d p c 前向纠错编码技术 ( 4 ) 较好的信道估计性能 ( 5 ) 较好地支持城域、省域单频网 ( 6 ) 较低的接收门限 ( 7 ) 较好的移动接收性能 1 2 4 数字电视的发展 目前我国有线电视用户数量达到1 7 4 亿，其中我国有线电视数宁化转换发 展速度很快，目前已有6 5 0 0 万数宁信号电视用户。据了解，今年1 月1 3 日国务 院常委会议通过了推进三网融合的总体方案，这标志着我国三网融合进入了 实质性推进阶段，而三网融合的全面展开对于广电总局来说具有重大意义。日前 我国电视节日基本处于公益性有偿服务，在收费方面低于市场化，而广电自身承 担了有线电视模拟转数字的工作，而三网融合的全面展开将为有线电视数宁化带 来历史性的机遇。 在d m b t h 地面数宁电视方面，2 0 0 8 年1 月1 日，香港特别行政区率先开 始了基于中国数宁地面电视传输标准的广播商业运营。2 0 0 8 年5 月1 日“央视 高清”高清频道的正式开播，标志着地面国标技术进入正式实施阶段。在广电总 局的指导下，包括北京、上海、深圳的“6 + 2 ”个奥运城市借鉴北京地面广播试 验测试和实践的经验，开展“央视高清”转播服务和本地的高清电视节日广播。 国内各电视机及机顶盒厂商在等待多年之后，终于开始相关产品的实质性产品化 设计及批量生产。未来数字电视技术将会朝着多标准化、大屏幕化、高清化、互 联网化等方向发展。 5 第二章d m b - t h 地面数字电视标准【6 】 2 1综述 数字电视地面广播传输系统是广播电视系统的重要组成部分，彳i 但必须具有 支持传统电视广播服务的基本功能，而且还要具有适应广播电视服务的可扩展功 能。数字电视地面广播传输系统支持同定( 含室内、外) 接收和移动接收两种模 式。在固定接收模式下，可以提供标准清晰度数字电视业务、高清晰度电视业务、 数字声音广播业务、多媒体广播和数据服务业务；在移动接收模式下，可以提供 标准清晰度数字电视业务、数字声音广播业务、多媒体广播和数据服务业务。 数字电视地面广播传输系统支持多频网和单频嘲两种组网模式，可根据应用 业务的特性和组网环境选择不同的传输模式和参数，并支持多业务的混合模式， 以达到业务特性与传输模式的匹配，实现业务运营的灵活性和经济性。 2 2系统框图 数字电视地面广播传输系统发送端完成从输入数据码流到地面电视信道传 输信号的转换。输入数据码流经过扰码器( 随机化) 、前向纠错编码( f e c ) ，然 后进行从比特流到符号流的星座映射，再进行交织后形成基本数据块。基奉数据 块与系统信息组合( 复用) 后，经过帧体数据处理形成帧体。而帧体与相应的帧 头( p n 序列) 复接为信号帧( 组帧) ，经过基带后处理转换为基带输出信号( 8 m h z 带宽内) 。该信号经正交上变频转换为射频信号( u h f 和v h f 频段范围内) 。系 统的发送端原理如图1 所示。 似州 、 琏j l ： 酉 舅l。r f r变 枞鼽- 吲6 每搿嬲j 卜复 体 j t j i ： i t 数 帧 处受 射 j | j 捌 剧 频 陋信息卜 处 州 图1 发送端原理框图 6 出 2 3 编码和调制 2 3 1 加扰 为了保证传输数据的随机性以便于传输信号处理，输入的数据码流数据需要 用扰码进行加扰。 扰码是一个最大长度二进制伪随机序列。该序列由图2 所示的线性反馈移 位寄存器生成。其生成多项式定义为： g ( x ) = 1 + x 1 4 + x l5 该l f s r 的初始相位定义为1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 。 输入的比特码流( 来自输入接口的数据宁节的m s b 在前) 与p n 序列进行逐位 模二加后产生数据扰乱码。扰码器的移位寄存器在信号帧开始时复位到初始相 位。 _ 避制伪隧机序列输出 o o o o o o l 卜” 韧始相位 + ! h ! ：h ：h ：h ! ：1 11 兰h ! ：h 竺h ! 陀! ! h ：! ! r t ：! 陀! m ：j - t ! lo oiol0ioooo0oo 图2 扰码器组成框图 2 3 z 前向纠错 扰码后的比特流接着进行前向纠错编码。前向纠错编码由外码( b c h 码) 和内码( l d p c ) 级联实现。 f e c 码的具体参数见表1 编号 块长 比特】 信息比特对应的编码效率 码率174 8 830 0 80 4 码率274 8 845 12o 6 码率3 74 8 8 60 1 6o 8 表1f e c 码参数 b c h ( 7 6 2 ，7 5 2 ) 码由b c h ( 1 0 2 3 ，1 0 1 3 ) 系统码缩短而成。在7 5 2 比特 数据扰乱码前添加2 6 1 比特0 成为1 0 1 3 比特，编码成1 0 2 3 比特( 信息位在前) 。 然后去除前2 6 1 比特0 ，形成7 6 2 比特b c h 码宁。该b c h 码的生成多项式为： g b c h ( x ) = l + x 3 + x 1 0 三种码率的前向纠错码使用同样的b c h 码。 7 2 - 3 。3 符号星座映射 前向纠错编码产生的比特流要转换成均匀的n q a m ( n ：星座点数) 符号流 ( 最先进入的f e c 编码比特作为符号码字的l s b ) 。本标准包含以下几种符号 映射关系：6 4 q a m 、3 2 q a m 、1 6 q a m 、4 q a m 、4 q a m - n r 。各种符号映射加 入相应的功率归一化冈子，使各种符号映射的平均功率趋同。 以1 6 q a m 映射为例说明 对于1 6 q a m ，每4 比特对应于1 个星座符号。f e c 编码输出的比特数据 被拆分成4 比特为一组的符号( b 3 b 2 b l b 0 ) ，该符号的星座映射是同相分量i = b l b 0 ；正交分量q = b 3 b 2 ，星座点坐标对应的i 和q 的取值为6 ，2 ，2 ，6 。其 星座映射见图3 。 j。够 1 0 0 01 0 0 1l o i l1 0 i 0 - 6 b 1 1 ( 西 l l o o1 1 0 ll l l l1 0 2 6- 226 0 l o o0 1 0 io i i l o l l o 。2 0 0 0 00 0 0 l0 0 1 io o l o - 6 图31 6 q a m 映射 2 3 4 符号交织 时域符号交织编码是在多个信号帧的基本数据块之间进行的。数据信号( 即 星座映射输出的符号) 的基本数据块间交织采用基于星座符号的卷积交织编码， 如图4 所示，其中变量b 表示交织宽度( 支路数目) ，变量m 表示交织深度( 延 迟缓存器尺寸) 。进行符号交织的基本数据块的第一个符号与支路0 同步。交织 去交织对的总时延为m ( b 1 ) b 符号。取决于应用情况，基本数据块间交 织的编码器有2 种工作模式： 模式l ：b = 5 2 ，m = 2 4 0 符号，交织解交织总延迟为1 7 0 个信号帧； 8 模式2 ：b = 5 2 ，m - 7 2 0 符号，交织解交织总延迟为5 1 0 个信号帧。 图4 卷积式数据块间交织 2 - 3 5 频域交织 频域交织仅适用于c = 3 7 8 0 模式，目的是将调制星座点符号映射到帧体包含 的3 7 8 0 个有效子载波上。3 7 8 0 个有效子载波的定义参见4 7 部分。频域交织为 帧体内的符号块交织，交织大小等于子载波数3 7 8 0 。 2 4 复帧 2 4 1 复帧结构 本系统的数据帧结构如图5 所示，是一种四层结构。其中，数据帧结构的 基本单元为信号帧，信号帧由帧头和帧体两部分组成。超帧定义为一组信号帧。 分帧定义为一组超帧。帧结构的顶层称为h 帧( c a l e n d a rd a yf r a m e ，c d f ) 。信 号结构是周期的，并与自然时间保持同步。 9 0 0 一 篡余 争锄8 7 0 i 3 一、 图5 复帧的四层结构 2 4 2 信号帧 信号帧是系统帧结构的基本单元，一个信号帧由帧头和帧体两部分时域信号 组成。帧头和帧体信号的基带符号率相同( 7 5 6 m s p s ) 。 帧头部分由p n 序列构成，帧头长度有三种选项。帧头信号采用i 路和q 路 相同的4 q a m 调制。 帧体部分包含3 6 个符号的系统信息和3 7 4 4 个符号的数据，共3 7 8 0 个符 号。帧体长度是5 0 0us ( 3 7 8 0x1 7 。5 61 ls ) 。 2 4 3 超帧 超帧的时间长度定义为1 2 5m s ，8 个超帧为1s ，这样便于与定时系统( 例 如g p s ) 校准时间。超帧中的第一个信号帧定义为首帧，由系统信息( 4 6 3 节) 的相关信息指示。 2 4 4 分帧 一个分帧的时间长度为lm i n ，包含4 8 0 个超帧。 1 0 2 4 5 日帧 日帧以一个公历自然日为周期进行周期性重复，由1 4 4 0 个分帧构成，时间 为2 4h 。在北京时间0 0 ：0 0 ：0 0a m 或其它选定的参考时间，日帧被复位，开始 一个新的日帧。 2 5 信号帧 数据帧结构的基本单元为信号帧，信号帧由帧头和帧体两部分组成，为适虑 不同应用，定义了三种可选帧头模式以及相应的信号帧结构，见图6 a ) ，b ) ，c ) 。 三种帧头模式所对应的信号帧的帧体长度和超帧的长度都保持不变。对于图6 a a ) 的帧结构，每2 2 5 个信号帧组成一个超帧( 2 2 5x4 2 0 0x1 7 5 6i xs = 1 2 5 m s ) ； 对于图6 ab ) ，每2 1 6 个信号帧组成一个超帧( 2 1 6 x 4 3 7 5 x1 7 5 6us = 1 2 5 m s ) ： 对于图6 ac ) ，每2 0 0 个信号帧组成一个超帧( 2 0 0 x 4 7 2 5 x1 7 5 6 l ls = 1 2 5 m s ) 。 信号帧包含帧头和帧体两个部分，根据帧头的不同，有三种结构。 帧头( 4 2 0 个符号)帧体( 含系统信息和数据)( 3 7 8 0 个符号) ( 5 5 6us ) ( 5 0 0us ) a ) 采用帧头模式l 的信号帧结构1 帧头( 5 9 5 个符号)帧体( 含系统信息和数据)( 3 7 8 0 个符号) ( 7 8 7us )( 5 0 0us ) b ) 采用帧头模式2 的信号帧结构2 c ) 采用帧头模式3 的信号帧结构3 图6 信