（电路与系统专业论文）mmds数字电视系统的设计与实现.pdf

m m d s 数字电视系统的设计与实现 a b s t r a c t t h eb r o a d c a s t i n gc o v e r i n go fc o u n t r ya r e a si nc h i n ah a sb e e naw e a ks e c t o ro fw o r ki n b r o a d c a s t i n ge n t e r p r i s e sf o ral o n gt i m e o n l yf e wa n a l o gt vc h a n n e l sa r et h e r ei nc o u n t r y a r e a sa n dw h a tm o r et h ec o v e r i n gr a n g eo ft h ea n a l o gt r a n s m i t t e r si ss m a l l e rt h a nt h a to f d i g i t a lt r a n s m i t t e r sw h i c ht h o u g hw i t ht h es a m ep o w e r , w h i c hr e s u l ti nt h a tt h ec o v e r i n gs i t e o fb r o a d c a s t i n gs i g n a l si sa l w a y st h eu r b a na r e a sw h i l ep e o p l ew h ol i v ei nt h er e m o t ea r e a s r e c e i v en ot vp r o g r a ms i g n a l s ，a n da st h ee s s e n t i a lp a r t so fu t i l i t i e sf o ro u rp a r t ya n d g o v e r n m e n t st oe x p r e s s i n gi t sa d m i n i s t r a t i o nc o n c e p t i o n ，b r o a d c a s t i n gi ns u b u r b a na r e a sb y f a rc a n n o tg i v et h eg o v e r n m e n tt h ea b i l i t yt og i v ep u b l i c i t yt ot h ep e o p l ee f f e c t i v e l y t h e c e n t e rg o v e r n m e n ta n dl o c a lg o v e r n m e n t sh a v ea t t a c h e dm u c hi m p o r t a n c et ot h eb r o a d c a s t i n g c o v e r i n gp r o j e c to v e rc o u n t r ya r e a s ，a n dh a v ep u tf o r w a r dm a n yn e wr e q u i r e m e n t sf o rt h e c o n s t r u c t i o no f i vb r o a d c a s t i n gn e t w o r ko v e rc o u n t r ya r e a si nt h en e wc e n t u r y as c h e m e t h a tt ou s ed i g i t a l i z e dc a t vs i g n a l si ns o m ei n n e ra r e a sw h i l et ou s em i c r o w a v e si ns o m e a r e a sf o rw h e r ew i t hn op r o b a b i l i t yu s i n gt h ec a b l en e t w o r k ，w h i c hi sa ne x t r a o r d i n a r yp e r f e c t t r a n s i t i o nm e a s u r e ，e f f i c i e n c y , e c o n o m ya n das h o r t c u t ，b e f o r et h 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 l b r o a d c a s t i n gs t a n d a r d sc o m ei n t op r a c t i c e t h ec u r r e n ts t a t u sa b o u tt h ed i g i t a lt e l e v i s i o ni no u rn a t i o na n ds o m eo t h e rd e v e l o p e d c o u n t r i e sa r ei n t r o d u c e di n t h i sd i s s e r t a t i o n a n dt h eb a s i ct h e o r i e ss u c ha s s a m p l i n g q u a n t i z a t i o n ，c o d i n gt e c h n i q u e s ，t e c h n i q u e so fc o r u n n i n g i nm u l t i c h a n n e l s ，c o n d i t i o n a l a c c e s s ，s t b ，t e c h n i q u e so fm i c r o w a v et r a n s f e r r i n ga b o u tm m d si sa l s od i s c u s s e d t h eb a s i c t e c h n o l o g i cs c h e m eo nm i c r o w a v et r a n s m i s s i o n ，c u r r e n t l ym a t u r a t ea n da d v a n c e dm i c r o w a v e t r a n s f e rt e c h n o l o g ya n de q u i p m e n t ，e f f i c i e n c ys l o tg a pa n t e n n a ，c h a r a c t e rq u a l i t yf i l t e r , m i x e r , e x a c t c r y s t a l l o i dc o n c u s s i o na p p a r a t u s ，p o w e rb a c k s p a c i n gt e c h n o l o g y ，p r e - d i s t o r t i o n a d j u s t m e n t f u r t h e r m o r e ，t h et e c h n o l o g i cs c h e m e sp r a c t i c i n gu s i n gm u l t i l e v e lm i c r o w a v e t r a n s f e rt e c h n o l o g yi ns o m ea r e a ss u c ha sl e n g s h u i j i a n gi si n t r o d u c e di nt h ep a p e r t h em e t h o dt h a tm m d sw i r e l e s s d i g i t a lt e l e v i s i o no v e r c a s t t i n gb a s e do nc a t v s t a n d a r d si sn o to n l yu s a b l ei nt e r m so ft e c h n i q u e sa n dc r e d i b l ei n q u a l i t y , b u ta l s o t h e i n d u s t r i o u si ni n v e s t m e n t s ，a n dt h es i m p l ee s t a b l i s h m e n t ，m a n e u v e r a b i i i t yo ft h em e t h o dh a s b e e np r o v e di np r a c t i c e ，w h i c hw i l ld i s c u s s e di nt h ep a p e ri nd e t a i l s t h eo p e r a t i o nr e s u l t so f l i l i n gp r a c t i c a l i t y i s a p p r o p r i a t i n gw h i c hw o r k so nt h eo n l yc a t vn e t w o r ko p e r a t i n g p l a t f o r m a st h em o s ti m p o r t a n tt e c h n i q u ei nt h ew h o l l yd i g i t a l s w i t c h i n go fh u n a nc a t v , e s p e c i a l l yo nt h ec o u n t r yo v e r c a s t ，m m d sw i r e l e s sd i g i t a l i z e do v e r c a s t t i n gb e c o m e sa n e s s e n t i a lp r o c e d u r ei nt h ew a yo ft h ee v o l u t i o no fh u n a nc a t v m m d sw i l lb ea c o m p l e m e n t a r ya n da s s i s t a n tm e a no fc a t vt or e a l i z et h eb r o a d c a s t i n gc o v e r i n go ft h e i i 工程硕士学位谂文 r e m o t ec o u n t r y , a n dd e v e l o pa no p e r a t i n g m o d ei nr e m o t ec o u n t r yi nh u n a np r o v i n c ef o r q u i t eal o n gt i m e d i g i t a l s w i t c h i n gt e c h n o l o g yo fp r e v i o u sd i g i t a lt vi n t e g r a lt r a n s f o r m a t i o n i sm a t u r e da n de a s y , w h i l ei t sl a c ko fs u c c e s s f u l o p e r a t i n g m o d e i ti sn o t i c e a b l ea n d s i g n i f i c a n ti nw h o l eb r o a d c a s t i n g - 下vs y s t e mt h a tt e c h n o l o g ys h o u l dc o m b i n ew i t he c o n o m y t h ec a b l en e t w o f ka n dw i r e l e s sn e t w o r ka r eb 0 氇e x c e l l e n ta n dc a na l s oc o m p l e m e n te a c h o t h e r ss h o r t c o m i n g s ，s ot h ec o m b i n a t i o no ft h et w oi st h ed i r e c t i o no ff u t u r et e c h n i c a l d e v e l o p m e n ta n dw i r e l e s sa c c e s s i n ga n do v e r c a s t t i n gt e c h n i q u e sw i l lp l a ya ni m p o r t a n tr o l e s i nt vb r o a d c a s t i n gf i l e dw i t ht h eg r a d u a l l ya d v a n c i n go f p r e v i o u st e c h n i q u e s k e yw o r d s ：s u b u r b a no v e r c a s t t i n g ：d i g i t a lt v ：m u l t i - c h a n n e lm i c r o w a v ed i s t r i b u t i o n s y s t e m ( m m d s ) ；e n g i n e e r i n gd e s i g n m 湖南大学 学位论文原剖牲声麓 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成 果。豫了文孛特别翔良标注萼| 月戆内容羚，本论文不包含任馋其毽个人或集钵已经发表 或撰写酌域象作品。对本文豹礤究骰塞重要贡献鹈个入帮集体，璃溅程文中竣舞确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者艇名： 榔 豳期：洲年 够月棚 学位论文版权使用授权书 本学位论文佟者完全了织掌校有关保整、使蹋学位论文鼹援定，圈意学校保整并国 萎家有关鄢门或瓠拇送交论文的复窜俘蠢电子敝，允许论文疆查鲻鞠僚瀛。本人援蔽溺 南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入裔关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学做论文属于 l 。僳整瓣，在一年解整蘑逡弱本授投书。 2 不傈整。 侑在以上相应方框内打”，) 作者熊名：拟日期：矽冬后年v 月r 曹懿 导黪签名：妙舻期： 吃年峰胃目 工程硕士学位论文 1 1 选题背景及意义 第1 章绪论 随着科技的进步，广播电视数字化、网络化、产业化发展给广播电视带来了自诞生 以来的最大的一场变革。这种变革不仅仅是技术和设备的升级换代，是整个广电行业的 服务方式、管理模式、体制机制等方面的深刻变化，对整个文化产业、信息产业乃至整 个社会都将带来深远的影响。 有线电视数字化是国家信息化的重要组成部分，是社会信息化实现的最重要的标志 已经列入国家的“十一五计划”。有线电视数字化的进程，是整个社会信息化进程的 最重要的组成部分之一，其发展水平和普及程度，代表整个社会信息化的发展水平和普 及程度。有线电视数字化整体转换后，人们可以通过模拟电视机和机顶盒，收看上百套 模拟和数字电视节目，并且可以免费收看电子政务和电子商务的有关信息，可以免费浏 览电视门户网站的信息，同时也可以根据个人爱好，提供个性化的增值付费服务。既丰 富了广大人民群众的文化精神生活，占领和捍卫了党和政府的宣传主阵地，同时也提升 了我国广播电视系统的行业技术水平，实现技术的升级换代，提高了整个行业的核心竞 争力。关系到党和政府的正确的舆论导向，也关系到国家的长治久安和社会稳定。 中国目前拥有3 8 亿电视家庭户，其中1 1 亿有线电视用户，其余2 7 亿家庭户， 通过无线接收广播电视信号。而通过无线接收广播电视信号有卫星和开路电视两种方 式。通过卫星收看节目，一是费用高，其次是针对国外反华势力对国内的新闻舆论的渗 透和误导，导致国家在相当长一段时问内对卫星收视实行严格的管制政策。而且央视直 播卫星计划要2 0 0 6 年7 月才能升空，无线开路电视的节目套数和信号质量以及覆盖区 域，由于历史原因一直存在相当多的问题和困难。广大农村群众收看不好电视节目的问 题，长期没有得到彻底有效地解决并已经引起各级党和政府的高度重视。 根据我国广播影视产业发展的重点在城市，公共服务的重点在农村的实际情况，广 电总局明确提出“事业建设的重点是覆盖、覆盖的重点是农村”的方针。指示要从实际 出发，因地制宜，多种技术手段并用。广电总局提出了：在城镇郊区和人口居住比较集 中的地区可以采用有线电视联网；在广大农村地区、居住分散的区域可以采用无线发射、 多路微波等方式覆盖；在覆盖盲区可以采用村村通补点，通过卫星接收、小功率转发、 小片网分配等方式，解决农民群众看电视、听广播问题。扩大广播电视在农村的有效覆 盖范围，不断增加节目套数，提高收听收视质量，逐步使7 0 以上的农村人口能够收看 到8 套以上电视节目。 有线电视网络，通过多年的建设发展，在城市基本业务的发展已经进入事业稳定期， 用户相对饱和。而对于广大的农村地区来说，大多数的农民群众还看不好或看不到电视。 农村网络建设一直是我们事业建设的薄弱环节。过去我们投资农村网络，需要相当巨大 m m d s 数字电视系统的设计与实现 的资金投入，而且投资周期过长，投资收益低，亏损严重，投资有相当大的风险。事业 建设发展的迫切要求和我们市场化运作所必须遵循的经济规律之间的矛盾一度成为我 们实际工作中的重要矛盾。 2 0 0 4 年初，电广传媒网络分公司在醴陵进行农村无线数字电视覆盖试点，探索m m d s 无线数字电视覆盖的可行性。受单位指派，省公司方面由笔者具体负责，全程参与醴陵 农村无线数字电视覆盖试点项目，指导和跟踪项目的技术和工程实旌，为下一步全省的 农村无线数字电视覆盖的技术设计和经营管理，积累经验，并在实践的基础上，提交全 省电广网络农村微波无线数字电视覆盖技术和运营管理方案。醴陵无线数字电视项目把 无线覆盖作为有线覆盖的一种技术手段和延伸措施，通过一级或多级删d s 数字级联方 式的微波传输，在有线网络一个投资和利益主体的前提下，成功地实现对农村地区的、 低成本、高质量的广播电视覆盖，作为湖南有线电视数字化转换的一个重要组成部分， 为新一轮“村村通”工程提供一种成本低的应用模式。要把无线作为有线网络的延伸和 技术手段，避免其他一些地区的无线独立组网，分害0 独立运营，运营成本过大、容易造 成有线无线恶性竞争的局面，使有线和无线，城网和农网，统一运营，努力降低运营成 本，结果取得了成功。截止到2 0 0 5 年1 2 月2 2 日止，醴陵已发展农村无线数字电视用 户5 0 0 0 余户，并保持良好的发展势头。预计2 0 0 6 年底发展到1 5 0 0 0 户。 本文立足于我省有线电视数字化整体转换的实际工程背景，对湖南电广传媒网络分 公司实现农村无线覆盖具有推广和应用价值。 1 2 当前国内外数字电视发展状况 1 2 1 当前国外的数字电视发展状况 一美国 美国着重于信息技术与数字电视业务的融合，以及高清晰度电视推广，是全球数字 电视机销售最好的国家之一。其卫星数字电视广播于1 9 9 4 年6 月开播，2 0 0 0 年用户达 到3 4 0 0 万。有线数字电视用户在2 0 0 4 年达到3 5 0 0 万，并预计在2 0 0 6 年达到5 0 0 0 万。 美国采用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 ) 标准，即美国高级电视系 统委员会的a t s c 标准，该标准规定了一个在6 兆赫兹带宽内传输高质量的视频、音频 和数据的系统，在地面广播信道中采用8 - v s b 方式，即8 电平残留边带传输方式，可靠 地传输1 9 m b p s 的数字信息，在有线电视频道中采用1 6 - v s b 方式传输3 8 m b p s 的数字信 息。a t s c 制式已经被加拿大、韩国、阿根廷、中国台湾等采用。 欧洲 欧洲发展的侧重点放在标准清晰度数字电视，给用户提供增强型数字电视业务，商 业化运作较为成功。英国决定当5 0 以上有电视机的家庭实现了数字化之后就停止模拟 式播放，法国也可望很快达到卫星和有线播放的数字化。德国媒体管理当局2 0 0 4 年6 月下旬提出加速向数字化转型的计划，将在2 0 0 6 年前关闭所有的地面模拟电视传送。 工程硕士掌位论文 到2 0 0 6 年，欧澜将鸯4 4 0 0 万个家庭按浚里鬃数字毫褫，2 0 1 0 年要察瑷数字秀穗懿全瑟 普及。 欧灏采震o r b ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ) 标准。其浚诗缀爨| 跫搜系统襄够灵活 地传邀m p e g 一2 视频、音频和其他数据信息，使用统一的m p e g 2 传送比特流复用，使用 统一瓣嘏务绩愚系绞秘麴魏系统，接瘸统一瀚r s 兹跨纠镬系统，最终形成一兮逯蠲懿 数字电视系统。从结构上，d v b 系统可以划分为信源编码和情道编码，根据传输信邋的 不疑，又可进步分兔d v b - c ( 有线电褪) 、d v b s ( 卫壤) 、d v b t ( 地疆广播) 三转方式。 这三种方式的信源编码方式相间，都炬m p e g - 2 的数据包，假是根据传输途径的不同而 采用不同的信遒编码方式和不同的调制方式。d v b c 出于信邀质量好，其傣遒编码采用 效率较高的m o t v i 幅度平衡调制方式( m = 1 6 ，6 4 ，2 5 6 等) 。d v b s 采用q p s k 正交平衡相位 键控调制方式；d v b t 为克服地面广播所固商的多径干扰，采用c o f d m 编码正交频分复 用多载波调制方式。 世界上已经有3 0 多个国家采用欧洲d v b 标准。其中我嗣的有线和卫星分别采用欧 瓣d v b e 和d v b - s 标猴。我国避西标潦西前游未颁布，根据分衙，果糟清华d m b - t 的多 载波标准的可能性相潞大，但是很多地方已缀采用欧洲地面标准。 一西本 有线数字电视广播始于1 9 9 8 年7 月，到2 0 0 1 年3 月已有1 0 4 8 万用户。计划到2 0 1 1 年关溺模撵毫援。采麓i s d b ( i n t e g r a t e d s e r v i c e sd i g i t a lb r o a d c a s t i n g ) 综合羧努数 据广擗标准。视、音频编码以及系统挝用均遵循m p e g 一2 标准。传输信道以卫星为主， 缝嚣广播采震o f d m 垂交菝分复爰谖铡方式。 世界上现有主要数字电视标准和调制、编码方式如表1 1 所示： 表1 。1 整赛上理毒主攫数字毫撬掭准秘璃利、绱鹚方式 美国标准a t s c欧洲标准d v b网本标准i s d b 施藿歪星宥线速匿 翌星 有线琵嚣 卫星 有线 8 1 6 2 k 8 k 强剁方式q p s k 氆镪艘s x锄越o f 隧辑s k 戳m v s be 0 f 蹦 视频编码 m p e g 一2m p e g 一2m p e g 一2 音频编码 h e , 3m p e g - 2m p e g - 2 复耀 拱p e g 一2撼p e g 一2瓣e g 1 。2 ，2 当前图态静数字毫 凳发展状滚 国内从中央到地方各级政府，都把有线数字电视作为信息化的重要组成部分大力支 持，将其弼入豳家和警施政府的重要纪事目稷，并把数字电褫项露剜入莺家十一五计 划。 m m d s 数字电视系统的设计与实现 青岛市作为我国第一个提出有线电视由模拟向数字整体平移发展模式的试点城市， 2 0 0 5 年全市6 0 万有线电视用户将全部实现数字化，并且将在目前广播式的基础上， 开通双向交互功能。其它如佛山、杭州、北京、深圳、南京、大连、太原等都开始或即 将进行整体转换。 我国数字电视传输采用四级组网方式。即分为省际干线网( 全国骨干网) ，省内骨 干网，本地网和l l f c 网。干线传输采用光缆传输手段和数字同步传输技术( s d i i ) 。 1 2 3 当前湖南省的无线数字电视发展状况 电广传媒已经在株洲和衡阳两市建立了数字电视试点平台，传送了1 4 个数字电视 传输流，共8 3 套节目。2 0 0 5 年8 月湖南省召开听证会，确定我省相关数字电视价格政 策。 其他相关单位也在积极参与至4 数字电视的发展中来： 1 、电信推出i p t v ，由于资金设备投入巨大，实质动作较少； 2 、国安公司已经建立了数字电视平台，并投入了运营； 3 、省网络公司在各个周边地市进行数字电视的地面广播，无线接入。 根据广电总局和湖南省委、省政府的要求，湖南省广电局于2 0 0 4 年8 月制定了我 省有线电视向数字化过渡的时间表： - 至2 0 0 5 年，长株潭地区、京广线地区地级市和部分县级城市及湘中、湘西地区 部分地级市的有线电视实现向数字化过渡； _ 到2 0 0 8 年，长株潭地区、京广线地区县级市以及湘中地区地级市和部分县级城 市的有线电视实现向数字化过渡； 一到2 0 1 0 年，湘中地区、湘西地区县级城市的有线电视实现向数字化过渡。 我铨鞋扣乜i 见的网络整色整体羽哆办法 - 遵循“两级平台，两级授权，三级管理，三级结算”的技术体制，全省设立长 沙总前端，1 4 个地市分前端，c a s 系统采用省( 中央) 一地市两级授权，s m s 系 统采用省一市一县三级管理，三级结算。 一衡阳电广公司应该说是目前湖南省唯一一家真正意义上建设了自己的有线电视 数字平台的电广网络公司，并将相配套的软件系统，s m s ，c a ，二级c a ，数据 广播，设备网管，e p g 等进行了综合调试，而且在广电网络统一机顶盒标准和 机顶盒遥控面板后，于2 0 0 5 年六月份正式进行商业运作，向市场投放机顶盒， 推广数字电视。 一全省电广网络公司都将积极参与到衡阳电广网络公司的数字电视平移的试点上 来。总结成功的建设经验和运营模式，再向全省的各个网络公司推广，实现数 字电视的全面开展。 1 3 基于有线数字电视标准的无线微波数字电视的意义 d 工程硕士学彼论文 西内央视的直播卫星计划要2 0 0 6 年7 月才能发射升空，在实鼯运营过程中，出予 卫星接收在我国存在相当严格的政策管制，而且接收成本较高，缺麓本地节目，受气候 影响较大，实际效果尚有待予检验。所以对于地硒开路无线数字电视的覆盖则提出了新 的要求。针对中国农村的实际情 兄，不但要求接收质量好，同时还娶与农村农民的提瓣 较爨翡浚入穗篷配，在潢慧臻号囊量豹1 l 摹据下述毖绥潢是农瓣绝大多数嚣竣天家蹇翡广 播电税收视需要。 中阐目前地面广播的数字电视标准尚来难斌颁布。无论是欧洲的d v b t 标准，逐 是清华的d m b - t 标准和上海交大的a d t b t 标准以及广播科学研究院的c d t b - t 标准，其 调制和解调成本都比较高。对予车载和商业广告蒋商端用户，作为移动接收的高端数字 电援系缓，魄较合适。毽怒辩予抵收入筑农褥缝嚣，嚣兹缀难接广。 多鼹微波数字电褪鹃蔼邋调翻，即可阻慕髑q p s k 西相稠移键羧调制，也可戳莱孺 正交幅度调制q a m 调制。q p s k 四相相移键控调制盼抗干扰能力相对比q a m 调制要强，但 是6 4 q a m 调制的符号率比q p s k 四相相移键控调制要高，抗干扰能力也不错，基本可以 胜任多路微波的传输工作。 在嗣逡一些建区，采翅了奏线邀褪系统瓣骥铡方式，月o a m 歪交曝度谓铡，巅耀 2 。5 - 2 7 g h z 豹多踌微波g j d s 系统，在8 m h z 静蛰宽肉传输6 - 7 套标漪数字电视( s d t v ) ， 利用微波进行直接面向用户的无线数字播出，取得了成功。这样，浆用有线电视的调制 方法，避魏了解调制和再调制的过程，节约了投瓷还简化过程，提离了信号质量。 在总结了国内外同行经验的基础上，2 0 0 4 年我们在醴陵市进行了m m d s 数字电视试 点，在7 个8 m h z 的带宽内传簸4 2 套标准清颇魔数字电视，取褥了鼹滚成功。无论在撵 窭震量上；丕是实际运营效巢，缓菜帮令天满意。葶g 蠲 , f i ? i d s 多路镦波系统，播密4 0 多套 s d t v 标准清晰度数字电视节掰，收视费只有1 5 元月，与模拟有线电视的收费基本一致， 老百姓乐于接受，而由于覆菇丽大，接入散户多舰模大，且接入费用小，电视运营商也 略有赢利，可以实现投入产出的良性循环，为下步产业发展创造了条件，完全符合广 播f 电视产嫩纯运营的要求，袋现了事业和产业的放丰收。为我省鲍数字纯整体转换，搽 索帮摸索纛一条赞对广大农瓣熬或臻夔运营攘式。数字毫巍整薅转羧滚，鼓本上并不黠， 已经缀藏熟，难点就在于一个成功的运营模式，真正要作到技术和缀济相结合，两者都 可行，是众因广电系统都很关注的事情，意义激大。 1 4 论文的主要内容 文章蛰宠麓摹奔绥了謦淹努数字毫褫魏发袋臻嚣瑟溪毒骞线魄援数字往整薅转换 豹背景情掇，阐述了农村无线数字电视的致治、缝济积技术背景，以及基于有线电视标 准的f d p s 弼线数字电视对乎湖南有线电视数字化熬体转换的重大意义。 然后研究了目前国内外数字电视的关键技术和基本原理，包括数字编码压缩、复用、 加解扰技术、信道调制技术、数字电视条件接收技术，机顶盒相关技术以及微波传输接 5 m m d s 数字电视系统的设计与实现 收技术的基本原理和关键技术。介绍了有线数字电视系统的基本组成和相关的国家标 准，以及我国有线电视系统的四级平台。介绍了目前最新的微波传输的新技术、新设备 以及其进展。 文章详细介绍湖南电广网络合资公司农村无线数字电视m m d s 系统的设计思路和设 计方案。包括基本的设计原则和设计思路、数字电视的信号源的传输、数字m m d s 发射 基站系统构成和工作原理、数字i m d s 系统的中继转发和终端接收系统。包括收发天线 的选型及高度的确定、覆盖区域和发射机功率的确定、终端用户接收信号载噪比和信号 电平的计算以及工程设计中需要注意的一些具体细节和事项。 文章给出了两个具体实际工程设计方案，即醴陵和冷水江的两个实际工设计方案实 例。介绍了两地的工程设计、设备选型情况和工程现状，并根据现场实际信号的检测和 现场访问电视观众，对系统设计作出实际检验。 根据工程的实际运行和运营情况，对湖南电广网络系统的农村m m d s 无线数字电视 覆盖工程现状作出了总结，并对其在湖南有线数字化整体转换中即将发挥的作用以及未 来的发展前景进行了展望。 最后是参考文献和附录。附录a 是本人学位论文期间公开发表的论文情况；附录b 是有关工程的一些图片资料。 在文章末尾对本人完成学位论文给予了特别帮助的人士表示了特别的感谢。 工程硕士学搋论文 第2 章m m d s 无线微波数字电视的研究基础 数字电视魑指包括节目摄制、编辑、发送、传输、存储、接收和显示等环节，全部 采用数字处理的全新电视系统。1 。 本文掰指静数字电褫，在接收端的显示部分仍然采闵模拟电视机通过综合解礴器 i r d ( 也称橇矮鑫) 亲收看数字魄视繁器。在耀户接牧端激v l l 蓼剐全部实臻数字纯。 与传统的模拟电视棚比，数字电褪毒下列曼著优点； 采用数字传输技术，可以提高信号的传输质量，不会产生噪声累积，信号抗干扰 能力大大增强，收视质量高。 彩色逼真，无串色，不会产生信号的菲线性和相位失真的积累。 冒实现不同分辨率等级( 标准清淅度、高清搿度) 的接 | 芟，适合大霹幕及各静显 示器。 可移动接收，无重影。 可实现5 1 路数字环绕立体声，同时还有多语种功能，收看一个节目可以选择不 同语种。 增热节目叛道，减少传输成本。 易于实现趣密鳃密纛燕撬勰扰处理，镬于扩篪各蒺鸯条锋接牧靛收费攮务，傻 电观的个性化服务和特殊服务在实际中得以方便实现，这是数字电视鲍重要增僮点，也 是数字电视得以快速滚动式发展的基础。 采用数字技术可大大改善电视节日的保存质量和复制质量，理论上可进行无数次 复铺和长期保存。 潮震数字处理技术产生各静静特技彩残，增强了节舀静艺术效采稻视觉神密力， 使节目的娱乐性鄹鼹赏性大大增强。 数字电视广播改变了观众收看电视节目的形式，从被动的收看到主动的准交豆 ( 本地交互) 、交互的收看。 数字技术的灵活性，使数字电视广播除了能够广播电视节目外，还可以提供其他形 式静多耱信惠服务，翔数据广播、奄予节髫指南等：丽班与计算梳、通信技术融合，开 辟走向傣息瘫速公路露多媒体暹售躲来来之路，据震了电视媒体产业黪毒场广发秘深 度。 有线数字电视传输等级： 数字h d t v ( 高清晰度电视) 视频比特率为1 8 m b it s - - 2 0 m b it s ，显示清晰度为8 0 0 1 0 0 0 线，屏幕宽高琵1 6 ：9 ； 数字s d t v ( 标准涛曝疫毫援) 享燕菝 e 特率为3 m b i t s - - 8 禹o i t s ，显示清渐度为3 5 0 - - 6 0 0 线，屏幕宽赢比1 6 ：9 或4 ：3 。 7 m r i d s 数字电视系统的设计与实现 数字l d t v ( 低清晰度电视) ，视频比特率为l - - 2 mb i t s ，显示清晰度为3 0 0 线， 屏幕宽高比4 ：3 。 m m d s 多路微波最早的应用是1 9 8 3 年在美国，典型覆盖距离是1 5 公里到5 0 公里。”。 随着数字电视的发展和应用，数字电视近年也开始在m m d s 多路微波系统进行应用并取 得了成功。删d s 数字电视系统由数字前端、光传输系统、删d s 发射机、用户接收系统 等部分组成。数字前端由信号处理、条件接收系统、q a m 调制、混合输出等单元组成。 光传输系统完成从有线机房到m m d s 发射机房的信号传输。m m d s 发射机由本振、上变频 器、功放、合路器、天馈组成。把电视信号调制到微波频段利用微波天线辐射出去。用 户接收系统由接收天线、下变频器、机顶盒组成“1 。把微波信号下变频，变成电视机能 够收看的信号，通过机顶盒解调制、解码，用普通模拟电视机收看数字电视信号。 2 ，1 有线数字电视系统的基本组成、关键技术和国家标准 我国数字电视有卫星系统、有线电视系统、地面传输系统三种标准。其中卫星数字 电视系统采用欧洲d v b s 标准，有线电视系统采用d v b c 标准，而地面数字电视广播的 标准目前尚未出台，目前国内主流的方案有上海交大的a d t l 3 一t 单载波方案，广播科学 院的c d t b t 方案，清华大学的d m b t 多载波方案，和欧洲的d v b t 多载波方案。 有线数字电视系统的四级平台：根据国家广电总局的规划，我国有线数字电视系统 平台包括：节目平台、传输平台、监管平台、服务平台四级平台。 节目平台：节目平台是整个有线数字电视系统的信号输入部分。包括了：卫星接 收信号；数字开路接收信号；数字式通信干线信号( 如省干网s d h 节目) ；来自本地节 目源的a v 信号；音频信号；本地的数据广播信号：以及地市所辖各县区的回传节目。 传输平台：包括数字电视前端设备，以及h f c 的传输分配网络，和用户终端的机 项盒。构成了有线数字电视系统的硬件平台。数字电视前端系统完成节目信号的接收、 编码、处理和发送；t t f c 有线电视传输分配网络，完成将数字电视信号从前端机房到客 户端的高质量传输；用户终端的机顶盒，完成数字节目的接收、解码、适配和输出，成 为用户和服务提供商之间的一个应用交互的多媒体多应用的终端设备。 监管平台：网络监管平台具有充分的管理和控制功能，包括性能监视、故障诊断、 自动备份等。通过它可以远程管理和控制所有的宽带服务和整个网络，可以提供有效的 工具对系统进行故障管理、配置管理、网络建模、性能管理和安全管理。是维护有线电 视正常运营秩序的重要保障。监管平台与其他各平台通讯采用h t t p 通讯协议，数据交 换格式采用扩展标记语言x m l 进行描叙。 服务平台：主要包括8 m 8 即用户管理系统，提供用户管理，产品管理，定购管理， 授权信息管理，计费管理，收费管理，权限管理，接口管理，资源管理，报表管理等。 它为数字电视运营商提供了一个综合性的商业运营支撑系统。 设备和系统应完全符合以下标准规范： 工程硕士学位论文 g y t 1 9 8 2 0 0 3有线数字电视广播q a m 调制器技术要求和测量方法 g y w 1 7 0 2 0 0 1有线数字电视广播信邋编弱与调制裁范 g y z1 7 4 - 2 0 0 1 数字电援广播业务售慰规戴 g y z1 7 5 2 0 0 1 数字电视广播条件接收系统规范 g y t1 6 1 - 2 0 0 0 数字电视附桶数据空间内数字音频和辅助数据的传输规范 g y w1 6 3 - 2 0 0 0数字电褫附耩数据空闻肉时间码和控镧码的传输格式 g b t1 7 9 7 5 。1 - 2 0 0 0 镕惠技术运动鼙像及其髂啻痿号静遥躅编妈第1 部分系统 g b t1 7 9 7 5 2 - 2 0 0 0 信息技术运动图像及其伴啬信号的通用编码燕2 部分视频 g b t1 7 9 7 5 3 - 2 0 0 1 信息技术运动图像及其伴音信号的通用编码第3 部分音频 i s o i 琶c1 3 8 1 8 ( m p e g 一2 运动图像及其伴音信号的通翔编码 t r1 0 12 0 0 辫b 技零怒蓬稚椽准筏爰攒南( 测b c o o k ) t r1 0 12 8 8电视系统中电子节目援南的实黪编磁( d v b e p g ) 2 1 1 有线数字电视系统的基本构成 数字电视系统结构框网见图2 1 ： 视! 墩 音i 鹱 数搬 圈2 1 数字电视系统结构框图 其中僖源编解确、传送复稻、信道编解褥、调翻解调，中闯件、条件接收以及 显示技术是数字魄视系统的技术核心“1 。 2 1 。2 有线数字电视压绩编码技术 数字电视的傣源编解码技术包括视频压缩编解码技术帮鸯频魇缠编磐码搜拳。我灏 有线数字电视的视频塍缩编解码，根据国家标准g b t 1 7 9 7 5 2 - 2 0 0 0 ，采用m p e g 一2 标准； 标准清渐度数字电视系统的音频压缩编解码，根据国家标准g b t 1 7 9 7 5 3 - 2 0 0 0 ，采用 m p e g - 1 震l l 辉弼s i e 勰标臻。 m p e g 运动图像专家组( m o v i n gp i c t u r ee x p e r t sg r o u p ) ，对运动墅像的捱缭缡 码制定标准。 9 m m d s 数字电视系统的设计与实现 在数字电视信号的信源编码中，根据对图像清晰度的不同要求及其它方面的考虑， 可分别采用j p e g ( j o i n tp h o t o g r a p h i ce x p e r t sg r o u p 静止图像专家组) 、m p e g 一1 ( m o v i n g p i c t u r ee x p e r t sg r o u p 活动图像专家组) 和m p e g 一2 作为编码方法。其中，m p e g 2 专门 针对数字电视的信源编码制定了一系列的语法和规则，并被广泛认可，成为领导数字电 视广播信源编码的核心技术和标准。 对于视频信号，在数字电视的发送端，利用摄像机将实际场景的光信号转换成模拟 的电信号，然后经过模数转换电路将其转换成数字信号，再经过采样、量化、和编码 三个步骤子，将其变成适合于存储传输的数字电视信号。 采样就是用每隔一定时间间隔的信号样本值序列代替原来在时间上连续的信号，在 时间上将模拟信号离散化。根据n y q u i s t 采样定理，只要采样频率大于或等于模拟信号 的最高频率的两倍，就可以通过理想低通滤波器。从样值序列中无失真地恢复原始模拟 信号。 量化是用有限个幅度近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限 数量、有一定间隔的离散值。在量化过程中，以有限个离散值替代无穷多个连续量，就 一定产生误差，这就是量化噪声。但是量化噪声可以从输入信号求出，所以与噪声有本 质的区别。 量化过程被分成两个部分：在编码器里的一次操作把变换系数转变成量化电平；在 解码器里的一次操作把量化电平转变为重建变换系数。 编码是按照一定的规律，把量化后的离散值用二进制数字表示，便于传输和记录。 数字信号的传输比特率等于采样频率与量化比特数的乘积。采样频率越高，量化比特数 越大，传输比特率就越高，所需的传输带宽就越宽。 彩色电视信号的数字化编码，有复合编码和分量编码两种方式。复合编码将全彩色 电视信号直接编码成p c m 形式，传输数码率较低，设备简单，但是要求采样频率必须与 彩色副载波频率保持一定的关系，使不同电视制式的电视难以统一。分量编码将亮度信 号和两个色差信号或三个基色信号分别编码，这样使得从摄象机输出到发射机输入的所 有环节，都是数字信号的形式，避免了复合编码时因反复解码所引起的质量损伤和器件 浪费，编码与制式无关，简化了节目交换和流通。所以我国的数字电视采用分量编码。 电视信号经数字编码以后，最大的难题之一是信号为6 7 5 m h z ，采用8 比特量化，串行 比特率2 7 m b i t s 。立体声双声道数据率1 7 6 k b i t s 。显然，数据量非常大，数字化后数 据存储与传输都很困难，需要经过数据压缩。 在信息论中，通过减少冗余而压缩数据的处理称为信源编码。图像数据压缩的机理： 一是利用视频图像中存在大量冗余度可供压缩，二是利用人眼的视觉特性。 图像数据的冗余度。在图像数据中存在大量的冗余，统计证明电视信号在相邻像素 间、相邻行间、相邻帧之间存在很强的相关性。一般情况下，电视画