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数字电视传输技术摘要文章首先综述了数字电视在国内外的发展现状和发展趋势。详述数字电视DVB-T标准，MPEG-2 TS传输码流的形成;专门针对地面传播的信道编码技术和COMM调制方式。结合DVB-T的基本原理，设计出一种基于PDA数字电视接收的方案。前端数字电视接收部分由Freescale的调谐器(tuner) MC44DC02和DIBCOM的信道解调器DIB7000组成。调谐器将所接收的高频电视信号进行降频和频道选择，信道解调器进行信道解码，解调出符合MPEG-2标准的传输码流(TS)数据。信道解调器通过I2C总线对调谐器进行控制，对接收信号增益的放大通过AGC来调节，CPU通过SPI与信道解调器进行通讯，控制前端接收模块的运行状况。关键词：DVB-T，调谐器，解调器，PDADigital TV transmission technologyAbstractSummarized the digital TVs international development. depicted digital TV DVB-T criterion and the shape of MPEG-2 TS, the channel code method and COFDM modulation for terrestrial transmission.Then combining with DVB-T theory, it give a design about digital TV receiving on PDA. The front received part is composed of Freescales tuner MC44DC02 and DIBCOMs demodulator DIB7000. Tuner takes charge of lower frequence and select channel for high frequency TV signal. Demodulator demodulates the TS according to MPEG-2 criterion. Demodulator controls the tuner by I2C bus and magnifies the signal through AGC and CPU communicates with demodulator by SPI interface and control front receiving part.Key Words: DVB-T Tuner Demodulator PDA- 49 -第一章 绪论1.1 引言二十一世纪是信息技术飞速发展的时代，最基本的特征就是数字化、网络化和信息化。随着科学技术的发展，各行各业都发生了翻天覆地的变化。与此同时，广播电视领域也发生了质的变化，科学技术的进步和人类对高品质视听的追求，推动和加速了数字电视替代模拟电视的步伐。人们对生活方式要求的提高，和掌握信息的及时性和准确性的需要，结合数字电视本身的优势，在智能化设备上实现数字电视的收看，也成为市场上的一大亮点。电视数字化是广播发展的必然趋势，我国政府和广电总局已经把2015年实现全面数字化作为明确的发展目标.现在数字电视日益成为电视系统的主流。1.2 数字电视的发展数字电视与传统的模拟电视相比具有明显的优势:图像传输质量较高，抗干扰能力强、无信号失真和噪声积累，从而提高了图像和声音的质量;频谱资源利用率高，数字视频压缩技术的应用有效地减少传输频带，使得在有限的频带范围内传输更多的节目;多信息、多功能，方便的实现图像、语音和数据等多媒体信息的兼容传输:数字信号不受电源波动，器件非线性的影响，采用大规模集成电路处理数字信号，降低设备的功耗，减小体积，提高了设备的可靠性。1.2.1 世界上现有数字电视的标准20世纪90年代开始，数字电视技术得到了飞速发展，欧洲、美国，日本等技术先进的国家加入到数字电视的研究行列中。1995年9月15日，美国通过了ATSC( Advanced Television Systems Committee，高级电视制式委员会)数字电视国家标准，1998年11月美国开始数字电视广播，他是世界上第一个数字传输国际标准。 ATSC系统分为应用层、压缩层、传送层和传输层。压缩层对数据进行压缩编码，视频编码采用MPEG-2，音频编码采用AC-3标准。在地面广播调制方式采用8VBS, 6MHZ频带内可传送两套HDTV，传输比特率为13.39Mb/s；电缆电视用QAM或16VSB调制方式，6MHz频带可传输两路HDTV节目，传输比特率为38.78Mb/s;卫星广播采用QPSK调制方式。他的特点是:频谱效率高、功率峰均比低的特点。但它由于采用单载波调制技术，所以移动效果不好。日本的数字电视标准是:ISDB-T标准(Intergrated Services DigitalNetwork-Terrestrial.综合业务地面数字网)。采用频宽分段传输正交频分复用调制方式(OFDM)，提供几种调制方式的组合(DQPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM)和内编码编码率(1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8)。这些参数对每个OFDM段可以独立选择。欧洲成立了由30多个国家230多个成员组成的国际机构，即数字电视广播(DVB)联盟，共同制定了数字卫星广播(DVB-S)、数字有线广播(DVB-C)数字地面广(DVB-T). 1996年4月，法国第一个开始数字电视商业广播。DVB的全称是Digital Video Broadcast，意思是数字视频广播。DVB标准视频采用MPEG-2标准，音频采用MPEG-2第二层(MUSICAM)标准。DVB-S卫星广播采用QPSK调制方式，DVB-C有线电视广播采用QAM方式，DVB-T地面广播采用COMM方式。就DVB-T而言，在6MHz频带内传输速率为3.7-23.8Mb/s.8MHz带宽内，传输速率为4.9-31.7Mb/s。目前卫星(DVB-S)有线电视数字(DVB-C)视频广播从播出到接收的全部系统技术己经成熟。但地面广(DVB-T)由于受众多因素的影响，目前还存在一些问题，在提高固定接收的稳定性和移动接收性能等方面需进一步改善。我国采用欧洲现有的成熟的DVB数字电视标准，而且已经掌握了数字电视的关键技术，特别是在卫星广播和有线广播。1.2.2 地面广播技术的比较目前世界上地面广播具有很大影响的有:欧洲的DVB-T标准、日本的ISDB-T标准和美国的ATSC标准。表1-1是三种常用的地面广播一些技术的比较:表1- 1数字地面广播技术的比较DVB-TISDB-TATSC视频压缩MPEG-2视频编码音频压缩MPEG-2层IIMUSICAM音频编码MPEG-2层ACC音频编码Dolby AC-3音频编码复用方式MPEG-2系统TS码流信道外码RS码(204. 188， T-8)RS (208. 188)和RS (208. 200)外码交织12RS块交织52RS块交织信道内码卷积编码(1/2. 2/3. 3/4. 5/6. 7/8)网格编码(TCM )码率2/3内码交织卷积交织、频率文织卷积交织、频率交织、时间交织12: 1网格交织载波数2K, 8K2K, 4K, 8K单载波调制技术QPSK, 16AQM, 64QAMQPSK,DPSK,16QAM,64QAM8VSB, 16VSB传输方案COFDM传输方案分段COFDM传输8-V SB传输方案总码率4.98-31.67Mbps3.68-23.42Mbps19.28Mbps数据随机化16bitPRBS接收门限C/N 19dBC/N 15dB频道带宽6MHZ 7MHZ 8MHZ6MHZ1.3 数字电视关键技术介绍如图1-1所示，为数字电视系统的结构图。在数字电视系统中，主要的技术有:电视信号的数字化和压缩编码;信号的信道编码和调制。数字电视系统主要由信源编解码、多路复用/解多路复用、信道编解码和调制解调等部分组成。声音图像图像声音A/DA/DA/DA/D音频解码多路复用解多路复用信道解码解调和信道解码解调技术输入接口传输线路音频解码音频解码音频解码数据数据输出图1-1数字电视的结构图信源编码主要包括:视频编码、音频编码和数据编码，信源编码目的是为了降低信息码率。视频信号编码的依据有:利用图像信号的时间和空间性相关性;利用人类视觉系统的特性和图像的统计特性。音频信号压缩编码主要是利用人耳的听觉特性。复用设备是将信源编码器送来的视频、音频和辅助数据的数据比特流，处理复合成单路的串行比特流，送给信道编码系统，解复用端正好与此相反。信道编码是为了保证信号传输的可靠性，通过纠错编码、均衡等技术提高信号的抗干扰性能。随后送给调制设备，把调制的信号发送出去。信号的传输通道有三种:分别是卫星传输、地面开路传输和有线传输。接收端正好是发送端的逆过程.1.4 PDA的简介和结构1.4.1 PDA的特点PDA(Personal Digital Assistant)，即所谓的“个人数字助理”，实际上是一种比笔记本电脑还要小得多的“电脑”，可以用作电子笔记本处理简单日常业务，或传递电子信息。体积轻薄、操作简便，可以说是特殊功能性的小型电脑.而且一般都不配备键盘，而用手写输入或语音输入。当前PDA所使用操作系统主要有Palm OS. Windows CE, Linux, PPSM和EPOC等.广义所谓的PDA即通常所说的掌上电脑，兼有计算、网络、传真、电话等多种功能，网上冲浪、收发电子邮件都可以通过无线方式解决。由于现代信息技术的发展，已将GPS, BLOOTH, MP3和数码照相等新技术也逐渐融入PDA的设计中。狭义PDA可以称作电子记事本，功能比较单一，主要是管理个人信息，如通讯录、记事备忘、日程安排、便笺、计算器、录音和辞典等功能，而且这些功能都是固化的，不能根据用户的要求增加新的功能。1.4.2 PDA的结构设计者可以通过选择不同的Processor，如不同的CPU或DSP，根据自己的需要，裁剪相关的功能块、采用合适的操作系统，就可以得到许多种不同的应用方案，从电子词典到高端的应用，都可以实现的产品。1.4.3 PDA的发展趋势 PDA经过近些年的发展，技术更加先进，产品更加丰富，功能更加强大，仅有简单的记事本功能、使用简单、没有操作系统的PDA产品将很快退出市场。而未来的PDA市场将呈现以下特点：带有通信能力的智能化PDA将成为PDA产品市场上一个新的亮点。所以将数字电视在PDA上实现，也是目前许多厂家研究的方向。 以前的PDA功能相对简单，厂商可以自己完成软硬件开发和生产销售。但如今随着行业PDA时常和无线通讯PDA时常的启动，需要众多软件开发商、系统集成商、各种网站的介入。这也是PDA产业逐步走向成熟形成一个巨大产业的标志。因此，越来越多的上市公司、软硬件厂商、集成商、服务商纷纷进入PDA市场。1.4.4 课题设计及内容介绍 本次课题设计的主要目的是分析和研究DVB-T数字电视在智能化产品PDA上接收实现的研究。分析了数字电视传输实现的原理；研究数字电视基于PDA前端接收的技术及实现，和智能化产品PDA系统硬件及软件的设计。 本论文包括六章：第一章，前言，主要介绍数字电视发展的趋势、主要技术和本次课题设计的总体结构；第二章，DVB-T数字标准和信源编码技术，简单论述了DVB-T数字电视的标准，以及采用系统复用技术形成MPEG-2的TS传输码流。第三章，讲述DVB-T的信道编码和调制技术。编码与调制目的是为了提高信号传输的可靠性。DVB-T采用所特有的COFDM调制方式，提高了信号的抗干扰性，更有利于信号的移动接收。第四章，PDA前端接收数字电视的设计研究，由调谐器MC44DC02和信道解调器DIB7000所组成的前端接收部分，它们对信号进行选择并解调和信道解码，输出MPEG-2 TS流。给出了它们之间的硬件设计和控制方法；第五章，端对端DVB系统仿真电路图；第六章，目前设计中存在的问题和需要进一步改进的地方及展望。第二章DVB-T标准及其信源编码技术2.1 引言DVB标准是一套完整的数字电视方案，现已得到广泛的应用。它主要由三部分组成:信源编码、信道编码和信号的调制发射。信源编码是为了去掉数字信号中冗余数据，尽可能地降低其传输码率。它首先将输入的视频信号和音频信号经A/D转换变成适合数字系统处理的数字信号，接着对数字信号进行变换，以减少信号的冗余度，提高信号传输的效率，在保证传输质量的前提下，用尽可能少的数字信号来表示信息。2.2 DVB标准简介DVB是一个系列的标准，所有标准在信源编码和多路复用方案一样，不同之处在于所采用的传输系统方案不同。所以根据传输系统，DVB可分为三类:第一类适用于广播信道，有:DVB-S, DVB-C, DVB-T, DVB-CS, DVB-MC,DVB-MS等，此类系统要通过高频信道进行广播，所以传输系统有信道编码和调制两部分。第二类适用于PDH电信网络，有:DVB-PHD，此类通过基带传输，传输系统只有信道编解码部分。第三类适用于SDH电信网络，它也需要通过基带传输，但不需要传输系统。下面就列举DVB不同的传输标准: DVB-S :是通过11/12GHz频段的数字卫星系统进行传输，包括信道编码和调制技术。数据流调制采用QPSK方式，传输层的数码率最大为38.lMb/s。DVB-S标准几乎全球所有的数字电视卫星广播系统采用，我国也采用。DVB-C :采用16QAM,3 2QAM和64QAM三种调制方式，工作频率在在IOGHz以下，用于8MHz数字有线电视系统，与DVB-S兼容，传输层的数码率最大为38.lMb/s。DVB-T :数字电视地面广播标准.用于6MHz,7 MHz,8MHz地面数字电视系统，传输层的数码率最大为24Mb/s。调制方式采用COFDM，可在8MHz带宽内传送4套电视节目。DVB-C S:用于数字卫星共用天线电视(SMATV：Satellite Master AntennaTelevision)的标准，由DVB-C和DVB-S改变得出。 DVB- SI:服务信息系统。DVB- TXT:固定格式图文广播传送规范。DVB-M S:适用于基于DVB-S方式的高于IOGHz的数字广播多通道微波分配系统(MMDS:Multichannel Microwave Distribution System)标准.DVB-M C:适用于基于DVB-C方式的低于IOGHz的数字广播多通道微波分配系统标准.DVB-CI:用于条件接收及其他应用的DVB公共接口。DVB-DATA:用于数据广播的技术规范。2.3 信源编码2.3.1 MPEG-2编码技术DVB-T采用的是MPEG-2编码技术，MPEG-2是MPEG制定的国际标准，于1994年11月正式发行。它主要包括系统、视频、音频、一致性、参考软件、数字存储媒体的命令与控制、高级音频编码、lob视频编码和实时接口等9个部分组成。由于图像信号中存在着大量的冗余，主要包括有空间相关冗余、时间相关冗余、结构相关冗余、人眼视觉冗余和熵冗余等，使得图像的压缩具有可能性。MPEG-2采用预测编码、变换编码和统计编码技术等，减少传输信号的冗余。MPEG-2系统编码是将视频、音频和其它数据基本流合成一个或多个适宜于存储或传输的数据流，MPEG-2系统层框图如图2-1所示。在MPEG-2中定义了三种码流，基本码流ES (Elementary Stream)、节目码流PS (Program Stream)和传输码流TS( Transport Stream).视频编码音频编码打包打包PS复接TS复接视频数据音频数据视频PES音频PES节目码流PS传递码流TS图2-1 MPEG-2系统层框图节目码流(PS)由一个或多个PES包组成，是一组视频、音频和数据基本分量。节目码流中的各个包具有相同的时间基准，具有长度可变的数据包和包头。节目流通常用于基本无误码或误码比较小的环境下，用在光盘和硬盘间的数据传输。基本码流ES是在MPEG-2中，按照像块层、宏块层、像条层、图像层、图像组层和图像序列层的顺序依次编码，并在除像块和宏块外的每一层的开始处加上起始码和头标志，就形成了ES。其中打包的基本码流PES(Packetized Elementary Streams)是对压缩的基本码流ES进行打包后形成的码流。传输码流(TS)是将具有共同时间基准或具有独立时间基准的一个或多个PES组合而成的单一的数据流，TS是节目码流或和基本码流的集合，他们可以以非特定关系复接在一起。适用于误码较多的环境。另外，MPEG-2的系统层提供了有效的系统同步措施。在传输码流中MPEG-2主要使用了三个参数:节目参考时钟(PCR)、显示时间标记(PTS)和解码时间标记(DTS)来保证视频、音频和辅助数据之间的同步.PCR是编码器系统时钟某一时刻的值，它被周期性地插入到MPEG-2的输出比特流中。在解码器端，PCR被提取出来，用于更新内部时钟，作为解码器的时间基准，每个节目只有一个PCR.PTS和DTS也是编码器系统时钟某一时刻的值，通常和某个编码单元相联系(如视频序列中某个图像显示或解码的开始位置)。它们规定了数据在解码署中的预定显示时间和解码时间。2.3.2 多路复用和解复用原理在MPEG-2系统中，多路复用分为节目复用和系统复用。节目复用是将数字电视节目的视频、音频的ES流和其它辅助数据复用生成的单一的PS流或TS流，叫节目复用.系统复用是由多路TS流在复用形成一路TS流，实现节目间的动态分配，叫系统复用。相反的过程叫系统解复用简称解复用。2.3.3 节目复用器构成图2-2为节目复用器的框图。节目复用器的信号流程工作原理是这样的：其中，FIFO是先进先出的移位寄存器。复用器工作时，先向前面的视频、音频编码器发出系统编码开始的信号，同时发送27MHz的系统时钟，作为PES打包时PTS(Presentation Time Modulation，时间表示印记)和DTS (Decode Time Stamp，解码时间印记)的时间标记的计数时钟。经过编码器后所产生的视频、音频和辅助数据经过串/并转换后，分别在各自的FIFO中缓存.各个FIFO设有独立的双向计数器，指示各个FIFO中存储数据的字节数。DSP(数字处理器)采用轮询技术控制TS流中各种包的交织，因为视频PES (Packetized ES，分组基本码流)数据流的输入速率是可变的，而音频、辅助数据的速率是恒定的，采用轮询技术保证TS流中各种类型包的均匀性。DSP按视频、音频、辅助数据1和辅助数据2的次序对视频FIFO、音频FIFO,辅助数据XIFI FO、辅助数据X2FIFO进行轮询，即读取各FIFO的双向计数器的计数值，若大于预先确定的门限数值，则从相应的FIFO中读取184B，送入公共FIFO。对于两路辅助数据，在写入TS包头后，直接将184B送入传输缓存器。为了TS包与PES包的字头对齐，在对视频、音频184B的读取过程中，需要同时检测是否有PES起始码0x000001(视频PES起始码后面的steam ID为OxEO，音频PES起始码后面的steam ID为Oxcl)。若没有，则由DSP向传输缓存器写入相应的TS包头(4B，无调整字段)，再将公共FIFO中读取数据，而去读取公共FIFO中的NB数据。由于在这NB数据中包含4B PES字头，因此TS包的调整字段中要插入【184- (N-4)】个填充字节(即OxFF)，有效数据负荷为N-4。第二个TS包是一个新的PES数据包的开始，公共FIFO中还保留4B PES字头，所以还需从前面的FIFO读入(184-4)B的视频或音频数据。在向传输缓存器写入TS字头后，再将公共FIFO中的数据送入传输缓存器。这样，就可将TS包的字头与PES包的字头对齐。辅助数据2PES辅助数据1PES音频PES视频PES串并变换视频FIFO音频FIFOX1 FIFOX2 FIFO公共FIFO传输缓存器并串转换DSP系统图像系统图像图2-2 节目复用器框图在视频编码器中，任意两个PCR (Program Clock Reference,节目参考时钟)间的时间间隔为40ms, PMT (Program Map Table，节目映射表)之间的间隔也为40ms。复用器的输出速率是恒定的，所以在单位时间内的总TS包数也是恒定的。在DSP程序中设计了一个计数器，计数器的预置数值设定为“每秒总的TS包数目/25，复用器每产生一个TS包，计数器减1，当计数器减到零时，将时间间隔标志置位，从而使得PCR之间的时间间隔保持恒定。DSP在每次轮询打包TS数据之前，先检测时间间隔的标志位，若标志位已经置位，则在下一个视频TS包中插入PCR时间标记，当然这里只是在TS包头中将6B的PCR位置预留出来，没有真正插入PCR时间标记.在随后的两个TS包中放入节目关联表(PAT)和PMT表，并将计数器和时间间隔标志位复位.如果下一个复用的TS包为视频数据并且恰好需要插入PCR时间标记，则DSP从视频FIFO中读出的数据是176B而不是184B，是因为调整字段占用了8B(插入PCR时间标记，除了PCR是6B，还要增加调整字段长度1B，指示和标志IB，调整字段一共8B).如果该TS包为含有PES字头的视频TS包，则读入的数据字节为172B.另外，MPEG-2系统还要求PCR时间必须是PCR域最后一字节离开复用器的时间。在并/串转换的同时，还要完成PCR时间标记的插入。PCR信息只包含在特定的视频TS包中，DSP在写入该TS字头时，在调整字段中己预留了6B的PCR位置，在并/串转换时则进行字头检测，在满足PCR插入条件且在检测到TS包的同步字节以及调整字段标志位后，在相应时刻将PCR所存。2.3.4 系统复用系统复用最主要的工作是进行PSI(Program Specific Information,节目特定信息)信息的重构和PCR修正，图2-3为节目复用和系统复用框图。视频PES节目复用系统复用系统节目复用4音频PES辅助数据PES增值业务数据PESTS1TS4PSI和SI数据TS，包含PAT,PID=0增值业务数据TS图2-3节目复用和系统复用框图在系统复用过程中，常需要从多个节目TS流中各抽出一路或多路节目参与复用，生成的TS流仍然符合MPEG-2标准的系统层定义。PSI被分成节目关联表、节目映射表、网络信息表及条件接收表等，他们包含了进行多路解调和显示程序的必要和足够的信息。每个表可以被分成一段或多段置于TS流中.系统层解复用时首先要获取节目关联表PAT,PAT的PID(PacketIdentifier,包标识)值为0x0000，找到PID=O的TS包就能找到PAT表，PAT，表中包含了该TS流中所有节目的一个清单。通过PAT表，就可得到该TS流中包含的每个节目映射表。每个节目的PMT表中，有该节目的各个TS包的信息，包括PID, TS包类型以及该节目含有效PCR字段TS包的PID值。经过PAT，及PMT表的设置，就可完整描述TS流中各路节目以及每路节目中各TS包之间的关系.条件接收表CAT只有当TS流中TS包被加扰时才出现。每路TS流都有一个PAT和多个PMT，但最终合成的TS流只有一个PAT，和与之相对应的多个PMT;而且在不同的TS流中可能定义了相同的PID。在对各路TS流进行复用时，首先必须提取各节目中TS包的PID，称为TS包过滤;再重新标识PID，再对所有TS流中的PAT和PMT进行分析、整理，生成总的PA1，和PMT，作为合成TS流的PSI:最后将TS包交织后输出。PCR是编码端系统时钟的采样值，一路节目只有一个PCR时间基点与之关联。在PSI的PMT中，指出了每路节目中带有PCR字段的TS包的PID值，该PID值也称为PCR PID。时间标签一般为90KHz为单位，但PCR可以达到27MHz。PCR时序信息是将系统时间频率27MHz的1/300 (27MHz/300=90KHz)编成33位码并加上9位(2830029)余数。PCR字段被编码在TS包的调整字段中，其中以系统时钟频率27MHz的1/300 (90KHz)为单位的称为PCR_base，另一个以系统时钟27MHz为单位的称为PCR_ext。PCR_base(i) = 系统时钟频率Xt(i)/300% (2-1)PCR_esex t( i)=系统时钟频率Xt(i)%300 (2-2)其中，%表示模除，a%b表示b除a后的余数。MPEG-2标准中用TS系统目标解码器(T-STD)这个概念来定义字节的到达、解码事件以及他们发生的时间.数据从TS流进入T-STD的速率是一个分段常数，第i个字节在时间T(I)进入，这个字节进入T-STD的时间可以通过输入流的PCR的字段解码而恢复，编码在PCR(I)中代表了t(i), i指包含PCR_base字段的最后一位的字节。PCR(i) = PCR_base(i)X300+PCR_ext(i) (2-3)所以PCR指示PCR_base的最后一个字节预定达到目标解码器的时间.通过PCR值不但可以获得正确的解码时间，还可以计算传送速率等与时间相关的指示。PCR的是否正确传输影响着解码端的时钟恢复，每路的TS流都有各自的时钟，所以要对每路时钟都要进行PCR修正。根据PCR修正原理，数据从进入复用器至离开之间存在不确定的处理延迟，所以，要在原有PCR值基础上加上该字段在复用器中的等待延迟t.为了使时钟起始时间统一，把所有延迟后的PCR减去const。其中，const是任选的一个t，在选择点处修正值为0.因为只要有一个PCR考虑到这段延迟，不进行修正，其余的PCR均在此基础上进行相对不定延迟的修正，这就使得复用时不修正的PTS和DTS相对于PCR来说恢复了统一的时间起点。得到每个PCR的修正值为:PCR=PCR+t-const t=-其中, 是数据离开系统复用器的时间，是数据到达系统复用器的时间，const是任选一路节目的t.如图2-4TS流的结构图，每个包的长度为188个字节，其中包头的长度为4个字节。传输码流的第一个字节(8比特)为包同步，用于信道解码器的同步，误码指示和加扰控制，告诉解码器传输过程中是否有不可纠正的误码和信号是否被加扰。由于传输码流是复用后形成的，所以在一个传送流中会有多个码流，包识别符(PI功是解码器识别各种节目码流的识别标志，每个传输流包中均携带一个识别码(PID ).节目参考时钟(PCR)是解码器的定时基准。1Byte1Bit1Bit1Bit13Bits2Bits2Bits4Bits同步字节传输误码指示符有效载荷单元起始指示符传输优先PID传输加扰控制自适应控制连续计数器4B最大184Bytes自适应长度自适应区（可选）包数据1Byte1Byte最大182Bytes自适应区长度标志信息（与插入的标志有关）填充数据1Bit1Bit1Bit1Bit1Bit1Bit1Bit1Bit间断指示符随机存储指示符基本码流优化指示符PCR指示符节点标志传输专用数据标志自适应PCR标志自适应扩展标志图2-4 TS流结构MPEG-2中还定义了节目特定信息(PSI)，用于解码器的自动设置.PSI由4个表组成，分别是节目相关表(PAT)，节日映射表(PMT)、条件接收表(CAT)和网络信息表(NIT). PAT表说明传输码流中含有多少个节目及其相应PMT表的PID;PMT表说明一个节目中有多少种码流及其各自的PID; CAT表说明码流是否加密，解码器利用CAT表寻找加密控制信息(ECM)和加密管理信息(EMM);NIT表说明提供节目的网络信息。TS实际是面向数字化分配媒介(有线、卫星、地面网)的传输层接口。对具有共同时间基准的两个以上的PES先进行节目复用，然后再对相互可有独立时间基准的各个PS进行传输复用，也就是将每个PES再细分为更小的TS包。在系统中不允许直接传输PES，只允许传输PS和TS; PES只是PS转换为TS或TS转换为PS的中间步骤或桥梁，是MPEG数据流互换的逻辑结构，本身不能参与交换和互操作。2.4系统解码系统层解码的作用是将单一的传送流或节目流转换为视频流、音频流以及进行控制的时基信号，典型的传送流解码器如图2-5所示.传送流的速率可以是变化的或固定不变的。在这些情况下的语法和语义限制都是相同的。传送流速率由程序参考时钟(PCR)字段的位置和数值所决定，通常对于每个程序都有自己的PCR字段。当传送流有多道程序时，要构造一个所有的比特率都在变化的传送流是很困难的，因为对每道程序来说传送流速率是分段常数，而且当有复合程序时那些被检测的拐点不会在同一地方。传送流可以从原始的编码的数据流产生，可以从程序流产生，也可以从包含一个或多个程序的传送流产生。信道解码器传送流多路与选择解码器视频解码器时钟控制音频解码器信道解码后的视频解码后的音频包含一个或多个传送流图2-5 传送流解码器典型的节目流解码器如图2-5所示。节目流也可以有固定或变化的速率。语法和语义限制对每种情况来说都是相同的。节目流的速率由系统参考时钟(SCR)和mux_rate字段的位置和数值所决定。节目流解码器以节目流为输入，并依靠节目流解码器从输入流中提取时间信息，节目流解码器对输入流进行多路解调，产生作为音频、视频解码器输入的原始数据流。最后就是解码后的视频、音频信号.信道解码器节目流解码器视频解码器时钟控制音频解码器信道解码后的视频解码后的音频节目流图2-6 节目流解码器2.5 本章小结本章简单的介绍在DVB-T系统中，信源编码部分信号的处理，采用压缩编码技术分别将原始的数字电视图像信号和音频信号处理成PES流，为了接收端还原出原始信号，并且便于对信号的进行信道编码，根据不同的需要对信号进行节目复用和系统复用，处理成符合标准的ES流和TS流。第三章DVB-T数字电视信道编码和调制技术3.1引言由于DVB-T是采用地面广播进行传输的DVB系统标准，通过架设在电视塔上的发射天线，以辐射的方式，直接将数字电视信号发送到用户接收端的。传输环境相对于卫星传输和有线传输来讲非常复杂，地面上既有平坦的平原、湿地、湖泊，又有起伏的丘陵、山峰，树立的高楼，高低的房屋，还有对电波影响作用很大的云雾、森林等等一系列因素。这些情况都会对电波的正常传输造成严重的影响。为了进一步提高信号传输的可靠性，对信号的信道编码及其调制方式都有严格要求。3.2 DVB-T的信道编码所路视频音频数据复用MPEG-2TS流能量分散外编码外交织内编码内交织帧性成映射调制图3-1信道编码信号流程解调符号提取解映射解内交织解内编码解外交织解外编码码流恢复MPEG-2 TS码流图3-2信道解码信号流程图信道编码就是纠错编码，是对数字电视信号进行编码处理，使得编码后的传送码流与信道传输特性相匹配，就可以提高信息传输的可靠性，增强数字电视系统的抗干扰能力。为了在接受端检测和纠正传输中出现的错误，就在发送的信号中增加了一些冗余码，这些冗余比特与信息比特之间存在着特定的相关性。但这样做就会增大码率和频带，增大所需的信道容量。所以信道编码是通过牺牲信息传输的效率来换取可靠性的提高。信道编码采用级联编码方式，顺序进行外编码、外交织、内编码、内交织。图3-1、图3-2分别是信道编码和信道解码的信号流程图。下面分别对每个部分进行说明。3.2.1 能量分散在数字电视广播过程中，会出现码流中断或码流格式不符合MTEG-2的TS流结构等一些情况，会导致调制器发射未经调制的载波信号或码流中出现长串的连“0”或连“1”，给接收端恢复定时信息造成一定困难。为了信号传输及接收端恢复数据，需要对输入的码流进行随机化处理，即加扰，使能量扩散.能量扩散主要完成对输入码流用一个伪随机序列进行随机化处理。使用随机化电路实现对码流的随机化处理，这种电路称为伪随机码发生器或M序列发生器，由带有若干反馈线的m级移位寄存器组成。所产生的M序列所具有的特征是:(1) 由m级移位寄存器产生的M序列，其周期为-1。(2)除全0状态以外，m级移位寄存器可能出现的各种不同状态都在M序列的一个周期内出现一次;M序列中“0”、“l 出现的概率基本相同，在一个周期内，“l”码只比“0”码多一个。(3)如果将连续出现的“0” 或“l” 称为游程，则M序列一个周期中共有-1个游程，其中长度为1的游程占1/2，长度为2的游程占1/4，长度为3的游程占1/8，还有一个长度为m的连“l” 码流和一个长度为m-1的连“0”码游程。在DVB中，加扰器是由15个移位寄存器构成的，利用伪随机二进制序列(PRBS，Pseudo Random Binary sequence)实现，规定伪随机码生成多项式(3-1)为:G(x)=1+ (3-1)在DVB-T中，输入TS流是158字节的TS分组包，每个TS分组包的第一字节是SYNC同步字节，数值为(01000111).先将每8个TS分组包形成一个TS大分组包，之后再对输入码流进行随机化处理，从而实现能量扩散。它每隔第一个TS大包就初始化一次。TS流在图3-3所示的随机化电路中进行能量扩散。接收端的去随机化电路将PRBS与接收到的己随机化数据进行模2加，即可以恢复随机化以前的数据.所以随机化和去随机化电路是完全一样的。123456789101112131415异或PRBS与门异或随机化数据输出原数据输入使能图3-3数据流随机化电路8个TS流包为了区别初始化点，TS大包中第一个TS包的同步字节被取反码(10111000)随机序列发生器从取反的同步字节开始作用，经过8X188-1=1503字节，又重新初始化。也就是说PRBS的周期为1503字节.其余7个TS包的同步字节虽然参与运算，但输出仍取，是利用使能信号实现这一功能的。当调制器的输入码流断路或者码流格式不符合MPEG-2传送流结构时，随机化电路仍继续工作，以避免调制器发射未经调制的载波信号。经过随机化处理后的码流格式如图3-4.PRBS 周期=1503byte随机化 sync2 随机化 sync8 随机化187byte 187byte 187byteSyncl 随机化 187byte图3-4传输包的随机化处理格式3.2.2 外编码在DVB中，外编码采用的是(204,188,t=8)的RS( Reed-Sonlomon，里德一所罗门)编码技术，是一种纠错能力很强的编码技术。RS编码是以字节为单位进行前向误码纠正(FEC, Forward Error Correction)，具有随机误码及突发误码纠正能力。RS码是一种码元长度为n、信息位长度为k的(n,k)型线性形分组码。其中线性分组码是指分组码中校验码元与信息码元之间满足线性变换的关系，分组码是指k位信息码元的后面按编码规则附加r位校验码元而构成码长为n的码字，用(n,k)表示。在纠错编码中，码子距离特别是码子最小距离，是衡量这种码抗干扰能力大小的标准，码子最小距离越大，抗干扰能力越强。在所有线性分组码中，RS码的距离最大，所以RS码纠错能力最佳。RS编码以码组为基础，码组又称符号。RS码只处理符号，即使符号中只有一个比特出错，也会认为是整个符号出错。在RS(n,k)编码中，输入信号分成km比特一组，每组包括k个符号，每个符号由m比特组成，因此总码长n=k+r个符号，共有k个信息符号，r个监督符号，最小码距=2t+1个符号，RS码能够纠正t=r/2个符号的错误，通常一个可纠错t个误码字节的RS码可表示为(n,k,t)。一个能纠正t个码元错误的RS码主要参数有:(1)字长n=-1码元或m(-1)比特;(2)监督码元数n-k=2t码元或mX2t比特.(3)最小码距= 2t+1码元或mX(2t+1)比特。在DVB系统中，n=204字节，k=188字节，就是每188个信息符号要用16个监督符号，总码元数为204个符号，m=8比特(1字节)，监督码元长度为2t=16字节，纠错能力为一段码长为204个字节内的8个字节，此RS码的长度在原理上应为n=-1=255字节，实施上述RS编码时，先在188字节前加上51个全0字节，组成239字节的信息段，然后根据RS编码电路在信息段后面生成16个监督字节，就可得到所需的RS码.3.2.3 外交织 在外编码RS编码后，采用以字节为单位的交织，成为外交织。交织的作用是减小信道中错误的相关性，把长突发错误离散成为短突发错误或随机错误，使数据流具有抗突发干扰能力。交织深度越大，则离散程度越高。数据交织是在不附加纠错码子的前提下，利用改变数据码子传输顺序的方法，提高接收端去交织解码时的突发误码能力。在DVB-T中，采用的交织深度为12。如图3-5所示，它是DVB中所采用的交织器和去交织器。交织器由I=12个分支组成，在第j(j =0,I ,，11)分支上设有容量为jM个字节的先进先出(FIFO)移位寄存器，图中的M=17，交织器的输入与输出开关同时工作。接收端在去交织时，应使各个字节的延时相同，所以交织器结构类似但分支排列次序相反的去交织器。为了使交织与去交织开关同步工作，在交织器中要使数据帧的同步字节总是由分支0发送出去，这由下述关系式3-2可以得到保证:N=IM=12X17=204 ( 3-2 )即17个切换周期正好是纠错编码包的长度，所以交织后同步字节的位置不变。去交织器的同步可以通过从分支0识别出同步字节来完成。卷积器用参数(N,I)来描述，图3-5采用的是(204, 12)交织器。在交织器输出的任何长度为N的数据串中，不包含交织前序列中距离小于I的任何两个数据。I是交织深度。对于(204, 188) RS码，能纠正连续8B的错误，与交织深度1=12相结合，可最多纠正12X8=96Byte长的突发纠错能力。3.2.4 内编码在DVB中，内编码采用的是卷积编码技术，它是一种非分组编码技术，前后码字或码元之间有一定的约束关系。卷积编码器可有个输入，个输出，通常 。在任意时间内，编码器的个输出不仅与本时间单元的个输入有关，还与前面m个输入单元有关，一个(2, 1, 2)卷积编码器结构如图3-6.图中，(2, 1, 2)卷积编码器有一个输入1、两个输出，即=1, =2并通过开关使并行变串行输出，其中有两个移位寄存器和及三个模二加法器，寄存器数为m=2，因而此(, m)卷积编码器是(2, l, 2)卷积编码器，其任一输出码组与前后3个码组相关。若将序列= (11010),输入到图3-6的卷积编码器中，则寄存器的状态及编码输出为(,初始状态均为00): =(11010000), = (01101000)，输出端的编码关系为:= ,=.若输出为: =( ,，) = (10001100), =(,，) = (11100100)，则输出的序列为:C=(,，) =(1101010010110000)。实际中，为了保证全部数据通过寄存器，应在输入数据后面加3个“0”，所以输入数据由5位变成3位，输出卷积码也由8组组成。从上面分析可以看出，每一位数据影响(m+l)=3个输出码字，这就是这个编码器的约束度.输入一个码元，输出两个码元，则有约束关系得最大码元长度为(m+l) =6位，这个是编码约束长度.输出d1输入图3-5 ( 2,1,2 )卷积编码器在DVB-T中，采用的是(2,1,6 )卷积码实现的。系统通过1/2码率的主卷积码删余之后获得2/3，3/4，5/6,7/8各种码率的输出。1/2码率的主卷积码可由图3-7实现:不同码率的卷积码通过码率为1/2的主卷积码删余如下图3-8所示。经卷积编码后的两路码元XY通过删余变为一路码元输出.1bit延迟1bit延迟1bit延迟1bit延迟1bit延迟1bi