（通信与信息系统专业论文）一种基于dmbth的车载数字电视接收机的硬件实现.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 数字电视发展至今，技术发展已经相当成熟，在全球范围内数字电视将毋 庸置疑的取代模拟电视。在国内，数字电视更是在未来数年内将要完成全面覆 盖。数字电视将成为信息产业最庞大的支柱之一。地面数字电视广播是应用最 广也是最复杂的数字电视节目传输方式。现阶段国际上主要有四种数字电视地 面传输标准：美国的a t s c ，欧洲的d v b t ，日本的i d s b t 以及中国的d m b t h 。 面向市场，基于合适的标准，研发符合消费市场需求的数字电视接收设备是行 业企业追求市场占有率的重要依托。 本文基于国内市场调研，分析市场需求，选定基于d m b t h 的车载数字电 视接收机的硬件设计与实现为题撰写论文。首先介绍了数字电视的概况以及数 字电视优势和特点。接着介绍了四种数字电视地面传输标准，并比较分析了各 自的优缺点，重点阐述了中国数字电视地面传输标准d m b t h 应用的创新技术 和性能表现。然后就数字电视接收机的原理和市场概况做了介绍，并基于数字 电视接收机原理设计了一种车载数字电视接收机方案。重点对方案的各个模块， 如高频头模块，解调模块和解码模块等进行了原理，模块设计及部分硬件电路 设计做了阐述。另外就1 2 c 总线和一些其他模块做了简要的功能和设计的描述。 然后就该方案数字电视接收机的香港部分硬件测试报告作了分析，根据硬件测 试结果得出结论：本方案性能达到香港电讯管理局的要求。但是同时也发现了 一些需要改进的方案不足之处，比如在弱信号区域不能够稳定接收的问题以及 有马赛克现象出现的问题。最后，通过对方案性能改进方向的分析和数字电视 行业的发展趋势的预测，就车载数字电视接收机优化方案的研究方向做了展望。 总结本文完成的主要工作包括：比较分析四种数字电视地面传输标准的技 术优势和特点；设计了一种基于d m b t h 的车载数字电视接收机的硬件实现方 案，并分模块做了原理介绍和硬件设计描述；基于硬件测试结果分析，得出方 案总体性能的结论和需要改进的不足之处。 关键词：数字电视地面广播，d m b t h ，数字电视接收机，m p e g - 2 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to fd i g i t a lt vs of a r , t h et e c h n o l o g yi sa l r e a d yq u i t em a t u r e w i t hn od o u b t ，d i g i t a lt vw i l lr e p l a c et h ea n a l o gt vo nag l o b a ls c a l e i nc h i n a d i g i t a lt vs i g n a l se v e ni nt h en e x tf e wy e a r sw i l lc o v e r t h ee n t i r ec o u n t r y d i g i t a lt v w i l lb e c o m eo n eo ft h el a r g e s tp i l l a r so fi n f o r m a t i o ni n d u s t r y t e r r e s t r i a ld i g i t a lt v b r o a d c a s t i n gi st h em o s tw i d e l ya n dm o s tc o m p l e xd 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 n a t t h i s s t a g e ，t h e r e a r ef o u rk i n d so fm a j o ri n t e r n a t i o n a lt e r r e s t r i a l d i g i t a lt v t r a n s m i s s i o n s t a n d a r d ：a t s c ( u s a ) ，d v b - t ( e u r o p e a n ) ，i s d b - t ( j a p a n ) a n d c h i n e s ed i g i t a lt e l e v i s i o nt e r r e s t r i a lt r a n s m i s s i o ns t a n d a r d ( f o rs h o r t ：d m b _ t h ) m a r k e t - o r i e n t e d ，b a s e do na p p r o p r i a t es t a n d a r d ，d e s i g na n dm a n u f a c t u r ed i g i t a l t e l e v i s i o nr e c e p t i o ne q u i p m e n t st h a tm e e t c o n s u m e rd e m a n di st h ed i g i t a lt v c o m p a n i e ss h o u l db ed o i n g w h ot ob r i n gb e t t e rp r o d u c t st ot h em a r k e t ，w h ow i l l h a v eg a i n e dm a r k e ts h a r e b a s e do nt h ed o m e s t i cm a r k e tr e s e a r c ha n da n a l y z et h em a r k e td e m a n d ，t h i s p a p e rs e l e c t “h a r d w a r er e a l i z a t i o no f ad m b t h b a s e dd i g i t a lt e l e v i s i o nr e c e i v e ri n a u t o m o t i v ea p p l i c a t i o n a si t st h e m e f i r s t ，t h i sp a p e rg i v e sa no v e r v i e wo fd i g i t a l t e l e v i s i o n , i n t r o d u c e st h ea d v a n t a g e sa n dc h a r a c t e r so fd i g i t a lt e l e v i s i o n t h e nt h i s p a p e rd e s c r i b e st h ef o u rk i n d so ft e r r e s t r i a ld i g i t a lt vt r a n s m i s s i o ns t a n d a r d ，a n a l y z e s t h e i ra d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s ，a n de l a b o r a t e so ni n n o v a t i v et e c h n o l o g ya n d p e r f o r m a n c eo fc h i n a st e r r e s t r i a ld i g i t a lt vt r a n s m i s s i o ns t a n d a r d ( d m b - t h ) t h e nt h i sp a p e rd e s c r i b e st h ep r i n c i p l ea n dm a r k e to v e r v i e wo fd i g i t a lt vr e c e i v e r a n dd e s i g n sac a rd i g i t a lt vr e c e i v e rp r o g r a m p a p e ri nt h i ss e c t i o nf o c u s e so nt h e p r i n c i p l e ，s t r u c t u r ed e s i g na n d s o m ec i r c u i td e s i g no ft h em a i nm o d u l e s ，s u c ha st u n e r , d e m o d u l a t o ra n dd e c o d e r p a p e ra l s od e s c r i b e st h e1 2 cb u sw h i c hi su s e dt oc o n n e c t t h em o d u l e sa n dm a k et h e mc o o p e r a t ew i t l le a c ho t h e r , a n dd e s c r i b e r st h ef u n c t i o no f o t h e rm o d u l e s a tl a s t ，p a p e ra n a l y z e st h eh o n gk o n gh a r d w a r et e s tr e p o r to ft h e p r o g r a m a c c o r d i n gt ot h e h a r d w a r et e s tr e s u l t s ，w eg e tt h ec o n c l u s i o n s ：t h e p e r f o r m a n c e o ft h i s p r o g r a m a c h i e v e st h e r e q u i r e m e n t s o fo f f i c eo ft h e 武汉理工大学硕士学位论文 t e l e c o m m u n i c a t i o na u t h o r i t y , h o n gk o n g ( o f t a ) b u ti ta l s of o u n dan e e dt o i m p r o v es o m ei n a d e q u a c i e so ft h ep r o g r a m f o re x a m p l e ，i nw e a ks i g n a la r e a si tc a l l n o tr e c e i v e ss t a b i l i t ya n dm o s a i co c c u r s f i n a l l y , p a p e rg i v e ss o m ew a y st oi m p r o v e t h ep r o g r a m w h a tt h ew r i t e rh a sd o n ei sa sf o l l o w s ：i n t r o d u c e df o u rk i n d so ft e r r e s t r i a ld i g i t a l t vt r a n s m i s s i o ns t a n d a r d ，d e s c r i b e dt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fe a c h s t a n d a r d ；g a v eap r o g r a mo f d m b t h - b a s e dd i g i t a lt e l e v i s i o nr e c e i v e ri na u t o m o t i v e a p p l i c a t i o n ，d e s c r i b e dt h ep r i n c i p l ea n dc i r c u i to fe a c hm o d u l e ；a c c o r d i n gt ot h e h a r d w a r et e s tr e p o r te v a l u a t e dt h ep e r f o r m a n c eo ft h ep r o g r a ma n df o u n dt h en e e dt o i m p r o v ed e f i c i e n c i e s k e yw o r d s ：d i g i t a lt e l e v i s i o nt e r r e s t r i a lb r o a d c a s t i n g ，d m b - t h ， d i g i t a lt vr e c e i v e r , m p e g 一2 m 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名一蕴纽毛益一日期： 丝2 1 ：竺堡 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：叁秘獭 导师( 签名) 瀚；和期酬。取甥 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 论文的研究背景与意义 研究数字电视，首先得搞清楚数字电视的概念。数字电视是指电视节目从 演播室制作，到节目信号的发射，传输，以及接收的所有过程中都是使用的数 字信号或对该系统所有的信号传播都是通过由0 ，1 数字串所构成的数字流来传 递的电视系统【。数字电视是被行业公认的继机械电视，黑白电视和彩色模拟电 视后的下一代电视系统。 电视系统是一种典型的通信系统，如图1 1 所示为典型通信系统模型。电视 台采编并制作成电视节目即音频和视频信号，压缩，调制后，经由卫星，地面 无线广播或者有线电缆等方式传输到各种各样的接收设备( 电视机，机顶盒和 电视棒等) ，经解调解压缩后还原回音频和视频信号。数字电视系统便是指的整 个信号处理过程中使用的全为数字技术的电视系统。 信息源 还原信息 图1 1 ：典型通信系统模型 现在消费者在各大商场中可以看到很多新颖的概念，比如：“多媒体电视 ， “全媒体电视，“数码电视 等。这些名词使得消费者在购买电视产品时感到 相当困惑。其实这些概念都是没有经过标准定义的，只是商家为了达到推销效 武汉理工大学硕士学位论文 果而提出的吸引眼球的广告概念而已，普通消费者很容易被蒙蔽。普通消费者 还有一个理论误区就是数字电视并不是指的家用电器中的电视机，而是指电视 信号的制作，处理，发射，传输，接收过程中使用数字信号的电视系统。数字 电视机只是数字电视接收设备中的一种，其他如数字电视摄影机，数字电视发 射体，数字电视机顶盒，手持数字电视接收机，车载数字电视接收机，i p l v 等 也都属于数字电视系统设备。 数字电视的概念是相对模拟电视提出来的。介绍了数字电视的概念，很容 易得知模拟电视的概念，即是在整个电视系统中使用的是模拟信号的电视系统。 数字电视作为模拟电视的升级系统，相对模拟电视有着很多优点：清晰度高， 音频效果好；抗干扰性能好；频带利用率高；方便实现加密；便于开展综合业 务和交互业务等 2 1 。 ( 1 )清晰度高，音频效果好 清晰度高和音频效果好这个优点是广大消费者对数字电视机优于模拟电视 机最直接的感知。这一点也决定了数字电视有着可知的庞大前景市场。数字电 视按照清晰度分类可以分为标准清晰度数字电视( s d t v ) 和高清晰度电视 ( 瑚) t v ) 。标准清晰度显示格式有7 2 0 4 8 0 p 6 0 h z 逐行扫描，可达d v d 图像 画质。高清晰度电视的显示格式1 9 2 0 x 1 0 8 0 i 图像像素密度可达1 3 5 电影胶卷的 图像质量。数字电视还具有多种清晰度等级不同的图像显示格式。我国的高清 显示格式为1 9 2 0 x 1 0 8 0 u 5 0 h z 隔行扫描，而美国的高清晰度电视显示格式有 1 9 2 0 x 1 0 8 0 i 6 0 h z 隔行扫描，1 2 8 0 x 7 2 0 p 6 0 h z 逐行扫描。一般来说，模拟电视图 像的清晰度为3 0 0 线，标准清晰度的图像质量相当于5 0 0 线，高清晰度的图像 质量相当于1 0 0 0 线。这些都是模拟电视所达不到的。 ( 2 )抗干扰性能好 抗干扰性能好也是用户在体验数字电视时的直接感知之一。模拟电视在使 用中，容易受到回波干扰，天气情况等的影响，所以在观看模拟电视的时候会 出现雪花点，闪烁和重影等现象，这严重影响观看的效果。 数字电视因为使用的是数字信号，只有“0 ，“l ”两个电平，在抗干扰性 能方面相对模拟电视有着无可比拟的优势。简单的用个比喻来说明，一个人端 着一杯水在雨天从a 走到b 。模拟信号用一个杯子里的水量来表示，数字信号 用这个杯子里有没有水来表示，噪声就如同雨天的雨水。假如在a 时杯里有1 个单位的水，途中2 个单位的雨水落入杯中，到b 处时杯中就有了3 个单位的 2 武汉理工大学硕士学位论文 水。模拟信号按照水量来还原，便还原成了3 ，而数字信号按照有没有水来还原 便还原成了和a 一致的l 。可见数字信号的抗噪声干扰的能力要比模拟信号的强 很多。也许有人会说那么如果在a 的时候杯中没水，而雨水只落入了一点点， 那么模拟信号在还原b 的时候不就发生错误了吗? 其实数字信号的“0 并不是 代表完全没有，在使用中会有一个阈值，在没有超过这个阈值的范围内，数字 信号都认定为“o ”信号，反之则认定为“1 信号。所以上面那种情况下数字 信号照样可以准确的还原出a 的信号。简之，数字信号由于使用的只有“0 ，“l 两个电平，“l 电平的幅度大小只要满足处理电路中可能识别出是“l ”电平就可， 大一点、小一点无关紧要。电视信号经由数字化后便是由若干位二进制的两个 电平“0 ”和“1 ”来表示。 电视信号在连续的处理和长距离的传输中，噪声始终伴随整个过程。在连 续多次处理过程中或在长距离的传输过程中引入噪声后，其噪声幅度只要不超 过某一额定电平，通过数字信号再生，都可能把它清除掉，即使某一噪声电平 超过额定值，造成误码，也可以利用纠错编解码技术把它们纠正过来。所以， 在数字信号传输过程中，不会降低信噪比。也就是说数字信号噪声比和连续处 理的次数无关。而模拟信号在处理和传输中，每次都可能引入新的噪声，并且 噪声会不断的积累，降低信噪比。为了保证最终输出信号有足够的信噪比，就 必须对各种处理设备提出较高的信噪比要求。模拟信号一般要求s n 4 0 d b ， 而数字信号只要求s n 2 0 d b 。 ( 3 )频带利用率高 频带利用率高在应用上的体现就是，用户可以收看到比以前模拟电视多几 倍甚至几十倍的节目。数字信号的传输效率要比模拟信号高很多，一般可以达 到1 9 m b p s ，如此大的传输速率保证了数字电视的高清晰度，克服了模拟电视的 天生缺陷。同时还由于数字电视允许不同制式信号的同时存在，加之强大的传 输效率使得每个数字频道下又可以分为几个子频道或者二级频道，这样就使得 他可以使用一个频道传送1 9 m b p s 的信号，也可以在二级频道上传送几个速率稍 慢的信号。例如，分为3 个二级频道，每个频道传送6 3 3 m b p s 的信号。当然这 样清晰度会大打折扣，但是却可以增加信息的种类，满足不同的服务需求。举 个例子说当要播放的是一场精彩的n b a 时，用户肯定是希望看到球场上的每一 个细节。这时电视台就应采用一个频道传送1 9 m b p s 的信号。另一种情况，如果 要播放的是股市财经分析节目，这时候用户在意的是评论员所说的内容，而不 武汉理工大学硕士学位论文 是评论员的形象。那么这时电视台采用频道分级模式传送，比如使用一个二级 频道或子级频道传送3 m b p s 的信号就够了。剩下的1 6 m b p s 可以传送其他节目， 或者再继续分级传送数个其他节目。 ( 4 )方便实现加密 方便实现加密这点主要应用在收费电视领域。数字电视方便加密可以在技 术上有助于收费电视在中国的普及。不过由于现在国内收入水平，国民消费观 念，收费电视运营成本和收费标准等问题，收费电视在国内市场还出入初级阶 段，收费电视的普及还有待市场的发展。 ( 5 )便于开展综合业务和交互业务 便于开展综合业务和交互业务。传统观念的电视就是电视台什么时候播什 么节目，观众就看什么节目，观众所拥有的选择权只是看哪个电视台的节目而 已。数字电视提供的便不仅仅是这样的业务，用户使用数字电视可以使用p v r ( 个人视频录像机) 功能设定想要观看的节目，等有时间了才看，而不用被电 视台的播放时间约束；用户还可以将数字电视机和互联网连接在一起，实现电 视上网；用户还可以点播想要观看的节目，你想看什么电视台就播什么等等。 可见数字电视带给了用户的不仅仅是节目质量的提高，节目种类的增多，更主 要的是他带给了用户更加自由的选择。 普及数字电视有利于节省频谱资源，提高人民生活水平，拓展电视产业规 模，还有利于实现三网合一，发展交互式业务。可以说，数字电视必将全面取 代模拟电视，并给电视行业带来新一波的飞跃式发展。 1 2 数字电视的国内外现状 现今，数字电视在全球范围内迅速的普及，欧洲，日本以及稍晚发展数字 电视的美国都达到了相当的普及度。上世纪八十年代数字电视首先在德国提出 并研制，经过几十年的发展，现在几乎所有欧洲国家都已经开播数字电视。其 中较早发展的如德国，英国，法国等都已经基本达到数字电视全面覆盖的要求， 即覆盖9 5 以上的电视用户。英国是传统电视高度发达国家，在数字电视普及 即将完成的时候，英国开播了全球首个3 d 频道，在3 d 电视发展中获得了先发 优势。日本也是数字电视发展较早的国家，其根据自己实际情况研发了自己的 数字电视标准，多年的发展，数字电视普及迅速，日本按计划将在2 0 1 1 年完成 模拟电视向数字电视的全面过渡。美国虽然比欧洲和日本发展数字电视要晚， 4 武汉理工大学硕士学位论文 但是由于其在发展数字电视方面占优势，其数字电视的普及也已经基本完成。 我国的数字电视发展远远落后于发达国家，但是我国拥有4 亿多台的电视 机，每年电视机的销售量达4 0 0 0 万台，毫无疑问我国是世界第一电视大国。我 国正处在从模拟电视过渡到数字电视的革新阶段，就算只计算电视机行业的市 场，4 亿多台电视机更新换代，这便意味着一个上万亿元的市场正在诞生。任何 一个有商业嗅觉的电视行业企业都能探知得到这个庞大市场的利润气息。近几 年，各大电视厂家也正在疯狂的竞争市场地位。创维，康佳，t c l ，长虹传统电 视厂商在数字电视领域也己收获丰厚的利润。根据数字电视产业联盟预测，2 0 1 0 年中国数字电视行业销售收入将达到6 5 0 0 亿元。 庞大的统计数字证明了数字电视市场的发展前景，可是任何一种新事物替 代旧事物都不是一蹴而就的。数字电视虽然优点颇多，但是由于中国模拟电视 网络复杂，范围大，基础设施建设不可能在短时间内完成更新换代，数字电视 不能在短时间内达到现在模拟电视网络的普及程度。据调查，现阶段对数字电 视普及速度影响最大的就是数字电视信号的覆盖区域范围限制和数字电视节目 的开播种类及数量。在没有数字电视信号覆盖的地方，或者数字电视覆盖但是 数字电视节目寥寥无几的地方，消费者肯定不会愿意去花昂贵的代价购买数字 终端设备，然后回到家里享受却是模拟电视节目服务。现阶段实现d m b t h 覆 盖的只有大部分的一线城市和一部分的二线城市，而且播放的数字电视节目也 很有限。表1 1 为d m b t h 国内城市覆盖情况。表格不够完善，但是基本能够 体现d m b t h 的覆盖区域。 表1 1d m b t h 国内城市覆盖情况 规划节目情况规划节目情况 城市 城市 高清节目套数标清节目套数高清节目套数标清节目套数 北京 2 6 哈尔滨 03 大连 o3 青岛 1 2 苏州 o2 无锡 o3 常州o 1 香港 2l l 武汉 o3深圳 l6 广州 l6杭州o 6 宁波 02 义乌 o 2 武汉理工大学硕士学位论文 规划节目情况规划节目情况 城市城市 高清节目套数标清节目套数高清节目套数 标清节目套数 金华02温州o3 成都 08 德阳 02 石家庄 o1 南昌 o 3 厦门 o4 昆明 o3 0 南宁 07 呼和浩特 02 上海 l4 天津 l3 沈阳 14 秦皇岛 l6 太原 o3 西安 o1 重庆 o8 济南目前商用目前商用 另外据了解到的情况，江苏，四川和广东将由省台进行全省覆盖。表中信 息没有完善，有些省份覆盖情况没有体现出来，但是基本可以了解到：总体来 看全国数字电视覆盖区域相当有限，主要是在城区；局部来看目前华北，华东， 华南和东北的信号覆盖情况相对较好。 虽然目前覆盖区域有限，但是从国家对数字电视的政策和财政投入可以预 测到将来几年将是数字电视信号覆盖率突飞猛进的发展期。国家计划花费数十 亿元财政投入发展地面数字电视，在2 01 2 年前实现对全国地面数字电视信号的 覆盖，除边远山区外，覆盖9 0 的用户。可以预见，数字电视发展的黄金期将 要很快到来。 1 4 论文研究内容与章节安排 1 4 1 论文研究内容 基于对数字电视发展的黄金期将要很快到来的预测，数字电视消费产品市 场需求必定旺盛，这个时期谁能够提供高性能的产品并赢得消费者的喜爱，谁 就可以在市场竞争中拔得头筹。经过对数字电视产品消费市场的调查，并综合 考虑国内数字电视信号覆盖情况，得出一下判断：全国主要城市在近期会达到 数字电视信号全面覆盖；车载或便携式数字电视终端市场具有良好的前景；城 6 武汉理工大学硕士学位论文 市用户车载或便携式高性能数字电视终端产品目前市场上比较缺少。基于以上 判断，设计高性能城市用户车载或便携式数字电视接收机是很好的研究方向。 1 4 2 论文章节安排 本文紧紧围绕高性能车载或便携式数字电视终端设备的方向，最终决定选 择基于d m b t h 的车载数字电视终端设备设计方案为课题，主要进行了以下工 作： 第一章概述数字电视的定义与原理，介绍了论文的研究背景和意义，并对 数字电视国内外发展现状做了分析。 第二章对数字电视系统做了简要介绍，对现有国际上主要的三种数字电视 地面传输标准以及我国的国家数字电视地面传输标准d m b t h 做了介绍，并就 各自的技术优势和特点做了分析比较。 第三章介绍了数字电视接收机的原理及关键技术，对移动数字电视接收做 了技术分析，并对下一代数字电视接收机进行了展望。 第四章设计基于国家数字电视地面传输标准d m b t h 的高性能车载数字电 视接收机。本章对车载数字电视接收机各模块原理，模块设计及硬件设计做了 详细介绍，并介绍了用来联接各模块的i z c 总线。 第五章分析了本方案车载数字电视接收机的硬件测试报告，得出方案性能 的评价，并找出方案的不足之处。 第六章对全文进行总结，并对方案技术改进方向进行了分析和展望。 7 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章数字电视传输标准与技术分析 2 1 数字电视系统分类 数字电视系统按照不同的分类方式分为不同的类别。按清晰度分类：可以 分为低清晰度数字电视，标准清晰度数字电视，高清晰度数字电视。按信号传 输方式分类：可以分为地面无线传输( 地面数字电视) 、卫星传输( 卫星数字电视) 、 有线传输( 有线数字电视) 三类【3 】。d m b t h 也就是按信号传输分类中的地面无线 传输标准。地面传输相对卫星传输成本低廉，传输稳定，相对有线传输其网络 布设简单，不易受自然灾害和战争等的影响，受损后恢复便捷。地面传输方式 集这么多优点于一身，使得其成为现阶段应用最广的传输方式。 2 2 国际主要数字电视地面传输标准介绍及技术分析 目前国际上的数字电视地面传输标准主要有欧洲d v b 组织提出的以 c o f d m 为核心技术的d v b t 标准，美国大联盟提出的以8 v s b 为核心技术的 a t s c 标准和日本提出的以b s t - o f d m 为核心技术的i s d b t 标准【4 】。有了d v d 产业和数码相机产业受国外专利困扰的尴尬教训，经过不懈努力终于由清华大 学和北京凌汛华业科技有限公司在2 0 0 6 年8 月提出了有我国自主知识产权的以 t d s o f d m 为核心技术的数字电视地面传输标准d m b t h 。这为我国数字电视 标准做出了重要贡献，而且也为国际公认标准迈出了第一步。 2 2 1 美国a t s c t 标准 a t s c 的英文全称是a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e ( 美国高级电视 业务顾问委员会) 。该委员会于1 9 9 5 年9 月1 5 日正式通过a t s c 数字电视国家 标准。a t s c 标准设定信源编码采用m p e g 。2 视频编码和a c 3 音频编码；信道 编码采用v s b 调制。信道编码又提供了两种模式，地面广播模式和高数据率模 式。地面广播模式为a t s c t 标准，采用8 v s b 调制技术。高数据率模式采用 1 6 v s b 调制技术垆j 。 8 武汉理工大学硕士学位论文 8 v s b 全称叫做格形编码八电平残留边带调制系统。8 代表八个电平级数， 即+ 7 ，+ 5 ，+ 3 ，+ l ，1 ，3 ，5 ，7 。不同电平级上承载不同的数据信息。a t s c 数字电视标准由4 个分离的层级组成，相邻层级之间有清晰的界面。最高为图 像层，用以确定图像的形式，他包含的内容有象素阵列，幅型比和帧频。接着 是图像压缩层，采用m p e g 2 压缩标准。再下来是系统复用层，特定的数据被 纳入不同的压缩包中，同样采用m p e g 2 压缩标准。最后是传输层，确定数据 传输的调制和信道编码方案。 8 v s b 调制为具有导频信号的单载波调制，是现有的成熟a m 调制技术的极 致发展。a t s c 系统能够在6 m h z 带宽地面广播信道上传输1 9 m b p s 的数字信息， 在有线传输信道上传输3 8 m b p s 的数字信息，分辨率是常规电视的5 倍。其采用 的8 v s b 调制方式，适用于单发射机实现。不过为了弥补在抵抗多径和符号间干 扰尤其是动态多径，需要非常复杂的均衡器，因而导致其性能高度依赖于自适 应均衡器1 6 1 。 综合评价，a t s c 的优点是噪声门限低，传输容量大。缺点是强多径和动态 多径下，系统性能不稳定。另外a t s c 现只提供地面传输的固定接收。这使得 a t s c 标准与同时期产生的d v b 标准在全球市场的竞争中，颇显无力。 a t s c 现有成员3 0 个，其中有美国国内成员2 0 个，来自阿根廷，法国，韩 国等7 个国家的成员1 0 个，我国的广播科学院也参加了a t s c 组织。 2 2 2 欧洲d v b t 标准 d v b 的英文全称是d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ( 欧洲数字视频广播组织) 。 d v b 组织于1 9 9 3 年成立。d v b 的宗旨是要设计一个通用的数字电视系统，在 此系统内的各种传输方式之间的转换有最简单的方式，尽可能的增加通用性。 d v b 标准的核心有几点：1 ，系统采用m p e g 2 压缩的音频，视频及资料格式作 为资源；2 ，系统采用公共m p e g 2 传输复用方式；3 ，系统采用公共的用于描 述广播节目的系统服务信息；4 ，系统的第一级信道编码采用r s 前向纠错编码 保护；5 ，调制与其他附属的信道编码方式，由不同的传输媒介来确定；使用通 用的加扰方法及条件接收接口。d v b 组织正式在遵循这些宗旨和紧扣核心的过 程中一步步的完善了标准体系，现在对应的d v b 标准体系有d v b t ，d v b s ， d v b c ，d v b s m a t v ，d v b m s 和d v b m c 等。就体系完善度来讲，d v b 无 疑是数字电视标准中做得最成功的。这也使得d v b 成为现阶段世界范围内采用 9 武汉理工大学硕士学位论文 国家最多，应用范围最广的数字电视标准。 d v b t 数字地面广播系统标准于1 9 9 8 年通过，是最复杂也是普及最广的 d v b 传输标准。d v b t 的核心技术是编码正交频分复用调制技术( c o d e d o r t h o g o n a lf 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 ，c o f d m ) ，其基本原理就是将高速 数据流通过串并转换，分配到传输速率较低的若干子信道中进行传输【7 】。c o f d m 属于改进的多载波调制技术，他的特点是各载波相互正交，使扩频调制后的频 谱可以相互重叠，从而减少了子载波间的相互干扰，而且c o f d m 每个载波所 使用的调制方法可以不同。c o f d m 还采用了自适应调制，根据信道条件的好坏 来选择不同的调制方式【8 j 。 d v b t 放置大量的导频信号分布于数据之中，帮助完成系统同步，载波恢 复，时钟调整和信道估计。为抵抗多径造成的码间干扰，又使用了保护间隔技 术，即在每一个数据块之后加一定长度的重复数值。加之支持移动接收，这样 使得d v b 在抵抗强多径和动态多径方面相对美国a t s c 有了明显的优势。当然 d v b 也有其缺陷，在噪声门限和传输容量上d v b 达不到a t s c 的效果。另外他 在移动接收应用中有比特率折中，而且在手机电视应用中，其可扩展性有明显 的缺陷。 d v b 成员已经达到2 6 5 个( 来自3 5 个国家和地区) ，主要集中在欧洲并遍及 世界各地，亚太地区，中东及美国部分业者都遵循这个标准。全球已有2 1 0 个 国家和地区选用d v b 作为数字电视标准。 2 2 3 日本i s d b t 标准 i s d b 的英文全称是i n t e g r a t e ds e r v i c ed 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) 。i s d b t 标准于1 9 9 8 年公布，是在d v b 的c o f d m 基础上的根据日本国情 做的一种改进。改进主要针对多媒体广播和移动接收的需求。他的核心技术是 b s t - o f d m 调制技术，即频带分段传输正交频分复用调制技术。b s t - o f d m 的 基本原理是将整个6 m h z 频带分为一系列频率段( 称为o f d m 段) ，可以在6 m h z 带宽中传输h d t v 服务或多节目服务。i s d b t 提供几种调制方式的组合 ( d q p s k 、q p s k 、1 6 q a m 、6 4 q a m ) 和内编码的编码率( 1 2 ，2 3 ，3 4 ，5 6 ，7 8 ) ， 每个o f d m 段都可以对这些参数进行独立选择。i s d b 由于其主要根据日本本国 的情况而设计，所以也使得他的使用地区现阶段主要还是日本本国。 i s d b 筹划指导委员会委员1 7 个，其他成员2 3 个，其成员都是日本国内的 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 电子公司和广播机构。 2 3 数字电视地面传输国家标准d m b t h 技术分析 2 3 1d m b t h 的提出 中国是电视拥有量最大的国家，拥有世界最大的电视消费市场，不久的将 来也将成为数字电视最大的消费市场。研发拥有自主知识产权的数字电视技术 标准，不仅仅可以使数字电视行业避免如国内d v d 行业，数码相机行业受技术 专利困扰的尴尬局面；还可以带动相关行业的发展，如电影电视节目制作等； 还可以满足用户日益增长的物质文化需求。研发拥有自主知识产权的数字电视 标准有迫切的必要性。这种背景下，经过不懈努力终于由清华大学和北京凌讯 华业科技有限公司在2 0 0 6 年8 月提出了有我国自主知识产权的以t d s o f d m 为核心技术的数字电视地面传输标准d m b t h 。这为我国数字电视标准做出了 重要贡献，而且也为国际公认标准迈出了第一步。t d s o f d m 技术，即时域同步 正交频分复用技术是d m b t h 标准的核心技术。d m b t h 标准发挥后发优势， 吸取了已有的三种主要国际标准在应用的经验教训，针对其应用中出现的问题 进行科学创新研究，研发了新技术，解决了三种主要国际标准在应用中出现的 各种问题，并集成了三种主要国际标准的技术优势，是现阶段最有技术前景的 数字电视地面传输标准。 2 3 2d m b t h 标准原理 d m b t h 的核心技术就是t d s o f d m ，即时域同步正交频分复用。d m b t h 采用了p n 序列填充的时域同步正交频分复用多载波调制技术。这种独特的先进 技术将信号的时域和频域有机的结合在一起，在频域传送信息载荷，在时域通 过扩频的技术传送控制信号控制系统进行同步，信道估计，实现快速码字捕获 和稳健的同步跟踪【9 】。这样实现高度保护传输，并提高了系统的频谱利用效率和 抗噪声干扰性能。针对a t s c 实用过程中凸显的移动接收性能缺陷和d v b 实用 过程中凸显的移动接收不稳定的问题，发明了新的t d s o f d m 信道估计技术， 提高了系统的移动接收性能。t d s o f d m 技术和d v b t 使用的c o f d m 技术从 技术种类上说都属于o f d m 技术，针对使用c o f d m 调制技术的d v b t 噪声 门限比使用8 v b s 调制技术的a t s c 噪声门限差的现实，d m b t h 使用了新的 武汉理工大学硕士学位论文 前向纠错解码f e c 技术l d p c ( 低密度纠错解码技术) ，获得了甚至比a t s c 更 好的系统误码性能。另外，d m b t h 还前瞻性的进行了科学设计，使得其能够 支持互动业务和综合业务，方便业务拓展，增值。 电视系统是一种典型的通信系统，通信系统的一个特点就是前后的互逆对 称性。数字电视系统中数字信号的发射端和接收端有互逆对称性，为避免重复 描述，这里就发射端做个介绍。如图2 1 所示为d m b t h 系统发射端原理框图。 电视台制作好的t s 码流进入发射系统首先进行扰码，预编码，前向纠错编码， 经符号星座映射，时域频域交织，传输参数信令( t p s ) 插入，快速傅里叶逆变 换i f f t ，然后加入同步序列进行时分复接，形成复帧，最后经过脉冲整形和上 变换调制后转换成可发射的高频信号进入信道【lo j 。 l 时复脉 i i i 符号交 t p s 冲 l f f e星座 插入 整 一 f 1 c 映射织分帧形调 t 和 制 上输 同步序列 复形变出 ( 保护间隔) 换 调 接 成 制 图2 - 1 ：d m b t h 系统发射原理框图 2 3 3d m b t i - i 技术优势和特点 a t s c ，d v b 作为最早提出来的数字电视标准，当然是最早得到应用的。在 应用的过程中，凸显了其在移动接收，频谱效率，单频网，干扰，系统的灵活 性方面各自有着相应的不足之处和无法解决的问题。吸取了前者的经验和教训， 清华大学经过对数字电视技术发展方向，我国实际市场需求和实际应用需求的 综合考虑，发明了自主知识产权的最新的数字电视应用技术，融合了新的通信 成熟技术，使得d m b t h 集大成于一身，解决了前面标准不能解决的问题，弥 补了前面标准的不足之处。在进行的各种试验和测试中，也充分证明了这一点， d m b t h 的特点颇多：1 ，与现有的模拟电视传输频道制式兼容；2 ，具有高清 晰度电视，标准清晰度电视和多媒体数据兼容传输；3 ，支持移动和便携式接收； 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 4 ，快速同步性能好；5 ，抗干扰能力强；6 ，支持单频网；7 ，频谱利用率高；8 ， 组网灵活。 d m b t h 在各关键技术性能方面，于美国a t s c 标准，欧洲d v b t 标准以 及日本i s d b t 标准相比，有着明显的综合的技术优势和应用特点。根据测试结 果这里拿几个关键性能来和各方面性能也较好的欧洲d v b t 标准做个比较： ( 1 ) 数据传输带宽 由于欧洲d v b t 标准在使用导频信号进行同步和均衡时虽然获得了较好的 同步性能和均衡性能，但是于此同时也降低了载荷效率。而d m b t h 巧妙的运 用时域频域交织成功的提高了同步性能，避免了导频信号的浪费，提高了数据 传输能力，能够支持4 8 m b p s 到3 2 4 m b p s 的数据码流( 包括高清码流) 的可靠 传输。试验和测试的结果证明d m b t h 在同样条件下的有效载荷传输效率要比 欧洲d v b t 高出1 0 ，这也就是说在同样的频谱内能够传输更多的数据，提供 更高的数据带宽。 ( 2 )信号覆盖范围 欧洲d v b t 作为普及度最高的数字电视地面传输标准，其噪声门限却比美 国a t s c 高。针对这个现实，d m b t h 采用了最新的前向纠错解码技术l d p c ， 成功的获得了低的噪声