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电视图像的传送原理 一、像素的概念 根据人眼对细节分辨力有限的特点，将一幅图像可以看成是由许许多多的细小单元组成，在图像处理系统中，将这些组成画面的细小单元称为像素。 二、像素的传送同时传送顺序传送像素顺序传送示意图三、电子扫描四、光电与电光转换1.光电转换 光电转换是将图像各像素按顺序转换成为电信号的过程。完成光电转换任务的器件称为光电转换器件，主要有真空摄像管和固体摄像器件两大类。(1)真空摄像管(2)CCD器件 CCD（Charge Coupled Device）是电荷耦合器件的英文简称。CCD器件出现于20世纪70年代，由于其良好的性能，很快就得到了广泛的应用，目前已在很多领域取代了摄像管。具有一个电极的CCD结构2.电光转换 电光转换过程也就是显像过程，是在显示装置上完成的，其工作原理与显示材料及结构有关。目前用于电光转换的显示器件主要有CRT、LCD、PDP等几种。(1)CRT的电光转换原理 CRT（Cathode-Ray Tubes，阴极射线管）是一种传统的图像显示器件，它就是我们常说的显像管。下面以彩色CRT显像管为例，介绍其基本结构和工作原理。彩色显像管结构示意图（2）LCD的电光转换原理 LCD （Liquid-Crystal Display）是利用液晶材料的特性实现电光转换和图像显示的。其主要特点是重量轻、体积小、功耗低。（3） PDP的电光转换原理 PDP（Plasma Display Panels）是一种辐射光显示装置，主要利用了惰性气体放电时产生的紫外线辐射来诱发荧光粉发光。作为一项很有发展前景的技术，它已被彩色大屏幕HDTV显示器市场看好。五、电视图像基本参数 1.图像宽高比 图像宽高比也称幅型比。 根据人眼的视觉特性， 视觉最清楚的范围是垂直视角为15， 水平视角为20的一个矩形视野， 因而电视接收机的屏幕通常为矩形， 矩形画面的宽高比为43。 矩形屏幕的大小用对角线长度表示， 并习惯用英寸作单位， 一般家用电视机的35 cm（14英寸）、 46 cm（18英寸）、 51 cm（20英寸）、 74 cm（29英寸）等都是指屏幕对角线长度。 2.扫描频率 在我国模拟电视标准中， 每帧画面确定为625行。相应的，行频为15625Hz。场频选为50 Hz。 彩色电视信号的传输 一、兼容的含义 所谓兼容有两方面含义，一方面，彩色电视机应能接收黑白电视信号并显示黑白图像，另一方面，黑白电视机也能接收彩色电视信号并显示黑白图像。 二、兼容的必备条件1.彩色电视信号中必须包含亮度信号和色度信号两部分，且相互干扰要小；2.彩色电视信号只能占用和黑白电视信号相同的频带宽度（6MHz）； 3.彩色电视系统应具有与黑白电视系统相同的扫描参数 。 三、实现兼容所采取的措施1.将三基色电信号变换成一个反映亮度变化的亮度信号和一个反映色度的色度信号。 实际中采用Y、R-Y、B-Y 三、实现兼容所采取的措施 2. 依据“大面积着色”原理压缩色差信号的频带宽度。 3.利用“频谱交错”原理在亮度信号频谱间隙插入较窄频带的色差信号，使色差信号与亮度信号共占6MHz 带宽。 亮度及色度信号频谱 四、编码器 五、彩色全电视信号 亮度信号 色度信号（已调色差信号） 复合消隐信号 复合同步信号 色同步信号 六、模拟电视制式 模拟电视制式是指模拟彩色电视系统所采用的电视信号编码方式。主要有NTSC、PAL、SECAM三大制式。 1.NTSC制 NTSC（National Television System Committee）是指“美国国家电视系统委员会”。 NTSC制由美国研制，并于1954年正式在美国使用，它是世界上第一个成功地应用于电视广播的兼容制彩色电视制式。 2.PAL制 PAL是英文Phase Alteration Line的缩写，意思是逐行倒相。PAL制由原联邦德国研制并于1967年首先使用的。 英国、澳大利亚和我国都使用这种制式。 3.SECAM制 SECAM 是法文Sequentiel Couleur A Memoire的缩写，意思为“按顺序传送彩色与存储”，由法国研制、并于1966年首先使用的一种彩色电视制式。 世界上采用SECAM制的国家主要有俄罗斯、法国、埃及等国家。 广播电视系统一、地面广播 地面广播是相对于卫星广播而言的， 地面广播的发射天线常置于广播区域的制高点上， 例如山顶或高楼顶上， 以扩大电视广播的覆盖区域。二、卫星广播 卫星电视是利用位于赤道上空35 800 km的同步卫星作为电视广播站， 对地面居高临下， 不受地理条件限制， 其传送的图像质量高， 没有重影。1. 卫星电视广播系统的组成 卫星电视广播系统主要由上行站、 卫星、 接收站和遥测遥控跟踪站组成， 如下图所示。 2.卫星广播电视接收系统 卫星广播电视接收系统由卫星接收天线、卫星广播电视接收机及普通电视接收机组成。卫星电视接收设备抛物面天线馈源、高频头卫星电视接收机功率分配器及同轴电缆后馈天线三、有线电视广播 有线电视系统通常由前端设备、 传输系统、 信号分配三部分组成。 第1章 数字电视概述 一、数字电视广播系统的构成 标准清晰度电视 标准清晰度电视(SDTV， Standard Definition Television)是指质量相当于目前模拟彩色电视系统(PAL、 NTSC、 SECAM)的数字电视系统， 也称为常规电视系统。 高清晰度电视 高清晰度电视(HDTV， High Definition Television)是指水平清晰度和垂直清晰度大约为目前模拟彩色电视系统的2倍， 宽高比为169的数字电视系统。 数字电视与模拟电视数字化处理 数字电视是指从节目的制作到信号的发送、传输和接收全部采用数字处理的全新电视系统；模拟电视数字化处理是指对当前的模拟电视接收机进行的多种数字化处理技术，以提高接收图像和伴音的质量。 二、数字电视的优点1. 图像伴音传输质量高2. 频谱资源利用率高3. 多信息、多功能4. 设备可靠，维护简单5. 节省发射功率，覆盖范围广6. 易于实现条件接收 三、数字电视的发展1. 国际数字电视发展概况2. 我国数字电视发展概况 第2章 信源编码 2.1 视频压缩技术 2.1.1 视频信号压缩的可能性 视频数据中存在着大量的冗余， 即图像的各像素数据之间存在极强的相关性。 利用这些相关性， 一部分像素的数据可以由另一部分像素的数据推导出来， 结果视频数据量能极大地压缩， 有利于传输和存储。 视频数据主要存在以下形式的冗余: 1. 空间冗余 视频图像在水平方向相邻像素之间、 垂直方向相邻像素之间的变化一般都很小， 存在着极强的空间相关性。 特别是同一景物各点的灰度和颜色之间往往存在着空间连贯性， 从而产生了空间冗余， 常称为帧内相关性。 2. 时间冗余 在相邻场或相邻帧的对应像素之间， 亮度和色度信息存在着极强的相关性。 当前帧图像往往具有与前、 后两帧图像相同的背景和移动物体， 只不过移动物体所在的空间位置略有不同， 对大多数像素来说， 亮度和色度信息是基本相同的， 称为帧间相关性或时间相关性。 3. 结构冗余 在有些图像的纹理区， 图像的像素值存在着明显的分布模式。 如方格状的地板图案等。 已知分布模式， 可以通过某一过程生成图像， 称为结构冗余。 4. 知识冗余 有些图像与某些知识有相当大的相关性。 如人脸的图像有固定的结构， 嘴的上方有鼻子， 鼻子的上方有眼睛， 鼻子位于脸部图像的中线上。 这类规律性的结构可由先验知识得到， 此类冗余称为知识冗余。 5. 视觉冗余 人眼具有视觉非均匀特性， 对视觉不敏感的信息可以适当地舍弃。 在记录原始的图像数据时， 通常假定视觉系统是线性的和均匀的， 对视觉敏感和不敏感的部分同等对待， 从而产生了比理想编码(即把视觉敏感和不敏感的部分区分开来编码)更多的数据， 这就是视觉冗余。 2.1.2 视频信号的数字化 1. 取样 理想取样时， 只要取样频率大于或等于模拟信号中最高频率的两倍， 就可以不失真地恢复模拟信号， 称为奈奎斯特取样定理。 模拟信号中最高频率的两倍称为折叠频率。 2. 量化（1） 均匀量化 在输入信号的动态范围内， 量化间隔幅度都相等的量化称为均匀量化或线性量化。（2）非均匀量化 为改善弱信号时的信噪比， 量化间距应随输入信号幅度而变化， 大信号时进行粗量化， 小信号时进行细量化， 这就是非均匀量化(或称非线性量化)。 3. PCM编码全信号编码分量编码 4. ITU-R BT.601分量数字系统 1982年10月, 国际无线电咨询委员会(CCIR)通过了第一个关于演播室彩色电视信号数字编码的建议， 1993年变更为ITU-R(国际电联无线电通信部分)BT.601分量数字系统建议。 采用分量编码方式， 对不同制式的信号采用相同的取样频率，亮度信号Y为13.5 MHz，色度信号U和V为6.75 MHz。 每个数字有效行分别有720个亮度取样点和3602个色差信号取样点。 对每个分量的取样点都是均匀量化， 对每个取样进行8比特精度的PCM编码。 色度信号的取样率是亮度信号取样率的一半， 常称作422格式。 对于PAL制， 传输所有的样点数据， 大约需要200 Mbs的传输速率， 传输有效样点只需要160 Mbs左右的速率。 2.1.3 熵编码(Entropy Coding) 熵编码(Entropy Coding)是一类无损编码， 因编码后的平均码长接近信源的熵而得名。 熵编码多用可变字长编码(VLC， Variable Length Coding)实现。 其基本原理是对信源中出现概率大的符号赋以短码， 对出现概率小的符号赋以长码， 从而在统计上获得较短的平均码长。 2.1.4 预测编码和变换编码 DPCM 基于图像的统计特性进行数据压缩的基本方法就是预测编码。 它是利用图像信号的空间或时间相关性， 用已传输的像素对当前的像素进行预测， 然后对预测值与真实值的差预测误差进行编码处理和传输。 目前用得较多的是线性预测方法， 全称为差值脉冲编码调制(DPCM， Differential Pulse Code Modulation)， 简称为DPCM。 变换编码原理 图像变换编码是将空间域里描述的图像， 经过某种变换在变换域中进行描述。 这样可以将图像能量在空间域的分散分布变为在变换域的相对集中分布， 完成对图像信息的有效压缩。 混合编码 混合编码是近年来广泛采用的方法， 这种方法充分利用各种单一压缩方法的长处， 以期在压缩比和效率之间取得最佳的平衡。 如广泛流行的JPEG和MPEG压缩方法都是典型的混合编码方案。 静止图像是指内容不变的图像， 也可能是不活动场景图像或活动场景图像在某一瞬时的“冻结”图像。静止图像编码有以下要求： (1) 清晰度 (2) 逐渐浮现的显示方式 (3) 抗干扰 静止图像数字传输系统 JPEG标准 JPEG是国际标准化组织(ISO， International Organization for Standardization）国际电工技术委员会(IEC， International Electrotechnical Commission)和ITU-T的联合图片专家小组(Joint Photographic Experts Group)的缩写。 JPEG算法步骤 (1) 标准数字电视：图像分辨率720576 (2)会议电视：图像分辨率352288 (3)数字影碟机：图像分辨率352288 (4)可视电话：图像分辨率176144 (5)高清晰度电视：图像分辨率19201080 2. 帧间预测编码 帧间预测将画面分为三种区域： (1) 背景区 (2) 运动物体区 (3) 暴露区 空间分辨率和时间分辨率的交换 在传输静止图像或图像的静止部分时， 要有较高的分辨率，但可以减少传输帧数； 在传输图像中的运动部分时， 可以降低这部分图像的分辨率。 帧内帧间自适应编码 对于变化缓慢的图像， 帧间相关性强， 宜采用帧间预测；对于快速运动的物体，图像的高频成分减弱， 帧内相关性反而有所增加， 应采用帧内编码， 编码器应进行帧内帧间自适应编码。 运动补偿预测编码 对于运动的物体， 估计出物体在相邻帧内的相对位移， 用上一帧中物体的图像对当前帧的物体进行预测， 将预测的差值部分编码传输， 就可以压缩这部分图像的码率。 块匹配运动补偿预测 把一幅图像分为互相不重叠的NN个像素子块，对每个子块估计位移矢量，并将它们编码后传送到接收端。 混合编码 将变换编码和预测编码组合在一起，用变换编码进行空间冗余度的压缩，用预测编码进行时间冗余度的压缩。 3. MPEG-1标准 ISOIEC的联合技术委员会自20世纪90年代以来先后颁布的一系列图像和视频编码的国际标准促进了多媒体与图像业务的发展。 其中， MPEG-1建议用于VCD之类的视频家电设备和视频点播（VoD， Video on Demand）系统； MPEG-2的主要应用范围是数字电视广播和DVD系统。 MPEG-1是MPEG工作组制定的第一个标准（ISOIEC11172）， 标题是：信息技术具有1.5 Mbs数据传输率的数字存储媒体活动图像及其伴音的编码。 (1)图像格式SIF MPEG-1处理逐行扫描的图像时， 对隔行扫描的图像源应先转换为逐行扫描格式再编码； 输入的视频信号必须是数字化的一个亮度信号和两个色差信号(Y， CB， CR)， 要使码率为11.5 Mbs， 应该选择图像速率在每秒24、 25或30帧， 水平分辨率在250400像素， 垂直分辨率在200300线。 (2)图像组 MPEG-1提出了图像组(GoP， Group of Picture)的概念， 从视频编码算法的角度而言， MPEG-1(以及MPEG-2)将视频图像帧划分为三大类： I帧(Intra-coded picture帧内编码图像帧)： 不参考其他图像帧而只利用本帧的信息进行编码； P帧(Predictive-coded Picture预测编码图像帧)： 由一个过去的I帧或P帧采用有运动补偿的帧间预测进行更有效的编码； 通常用于进一步预测之参考。 B帧(Bidirectionally predicted picture双向预测编码图像帧)： 提供最高的压缩， 它既需要过去的图像帧(I帧或P帧)， 也需要后来的图像帧(P帧)进行有运动补偿的双向预测。 还有一种D帧（DC Coded Picture， 直流编码帧）仅用于快进或退回显示低分辨率图像。 (3)算法概述 对I帧的编码类似JPEG。 P帧编码利用过去的I帧或P帧进行运动补偿预测， 可得到更有效的编码。 B帧编码能提供最大限度的压缩， 它需要参考过去和将来的I帧、 P帧进行运动补偿， 但B帧不能用作预测参考。 4. MPEG-2标准 MPEG-2标准是MPEG工作组制定的第二个国际标准， 标准号是ISOIEC13818， 题目是：通用的活动图像及其伴音的编码。 作为一个通用的编码标准， 应用范围更广， 包括标准数字电视、 高清晰度电视和MPEG-1的工作范围。 2.2音频压缩的原理和标准 与视频信号的压缩一样， 只有当音频信号本身具有冗余， 才能对其进行压缩。 根据统计分析， 音频信号中存在着多种时域冗余和频域冗余， 考虑人耳的听觉机理， 也能对音频信号实行压缩。 一、MUSICAM编码 MUSICAM编码叫做掩蔽型自适应通用子频带综合编码与复用。 MUSICAM编码方法与MPEG-1标准中关于声音的部分ISOIEC11172-3是一致的, 欧洲的数字声广播及高清晰度电视都采用此标准。 MUSICAM编码的取样速率为32 kHz、 44.1 kHz与48 kHz三挡； 采用16比特均匀量化； 单音码率为32 kbs、 64 kbs、 96 kbs、 128 kbs、 192 kbs五挡； 立体声码率为128 kbs、 192 kbs、 256 kbs、 384 kbs四挡， 比只采用PCM编码的激光唱片数据率1.4 Mbs要低得多。 二、 AC-3编码 美国高级电视系统委员会(ATSC)规定电视伴音压缩标准为杜比实验室开发的AC-3系统。 该系统的音响效果为高保真立体环绕声。 目前市场流行的“家庭影院”的音响系统多数采用此标准。 杜比AC-3规定的取样频率为48 kHz， 音频系统接受的基带音频输入可做到每个音频节目的码流多达6个音频信道。 这6个信道是： 中心、 左(Left)、 右(Right)、 左环绕(Left Surround)、 右环绕(Right Surround)和低频增强(LFE， Low Frequency Enhancement)。 2.3 压缩技术的应用 2.3.1数码相机 可瞬时显示摄影效果 具有更宽的曝光控制范围 可进行图像处理 图像通信比便捷 可准确复制和长期保存 2.3.2 数字光盘视音频播放机1. CD 数字激光唱机简称CD（Compact Disc Digital Audio）。 它是用激光束读取CD唱片上数字化音频信号后， 再经数/模转换为模拟音频信号输出。2. VCD VCD(Video CD)是能放电视的CD机， 又称数字视音光盘， VCD采用MPEG-1标准， 存储了经压缩编码的彩色电视信号。3. DVD 数字电视光盘简称DVD(Digital Video Disc)。 它能存储和重放广播级质量的电视图像及伴音。 实际上DVD不仅能用来存放电视节目， 还可以存放数据信息， 所以DVD又称为数字多功能光盘(Digital Versatile Disc)。4. SVCD 1998年8月， SVCD(Super VCD)作为VCD更新换代产品的技术标准在北京正式制订完毕。 SVCD标准作为中国产业专利， 得到Philips、 Sony、 JVC、 C-Cube、 National等公司支持， 向ISOIEC申请为国际化标准。 5. EVD EVD(Enhanced Versatile Disc,增强型多功能光盘)，又称为新一代多媒体高清晰视盘系统，是中国自行研发、拥有自主知识产权的光盘和播放机工业标准。第三章 多路复用 在一条物理通信线路上建立多条逻辑通信信道，同时传输若干路信号的技术就叫做多路复用技术。 多路复用技术主要有频分多路复用、和时分多路复用。 频分多路复用（FDM, Frequency-Division Multiplexing）是将传输频带分成N部分，每一个部分均可作为一个独立的传输信道使用。这样在一对传输线路上可有N路信息传送，而每一路所占用的只是其中的一个频段。频分复用通常以载波调制的方式传输信号，它是模拟通信的主要手段。 时分多路复用（TDM, Time-Division Multiplexing）是指不同的信号在不同的时间轮流使用同一个物理信道。通信时把通信时间划分成为若干个时间片，每个时间片占用信道的时间都很短。这些时间片分配给各路信号，每一路信号使用一个时间片。在这个时间片内，该路信号占用信道的全部带宽。 另外，还有波分多路复用（WDM）和码分多址（CDMA）复用等方式。 例如，光的波分多路复用是指在一根光纤中传输多种不同波长的光信号，由于波长不同，所以各路光信号互不干扰，最后再用波长解复用器将各路波长分解出来。 码分多址通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。如果从频域或时域来观察，多个CDMA信号是互相重叠的。 3.1 节目复用 将一路数字电视节目的视频、音频及其他辅助数据按照一定的方法复用成为一个单一的数据流，称为节目复用。一、 打包基本流PES 视频、音频及其他辅助数据通过压缩编码后分别形成了视频基本流ES、音频基本流及其他辅助数据基本流。将这些基本流分别加包头打包就形成了打包基本流PES。打包基本流PES的结构二、传输流 TS 针对不同的应用环境， ISOIEC 13818-1规定了两种系统编码句法： 节目流PS和传输流TS。 PS适用于不容易发生错误的环境。 TS适用于容易发生错误的环境。MPEG-2中视频流和音频流的多路复用3.2 系统复用 系统复用是指对多路节目的复用，即将多路节目的TS流进行再复用，以适合传输的需要。 第四章 信道编码 4.1 概述 信道编码又称为纠错编码，是指将数字电视信号进行编码处理，以使编码后的传送码流与信道传输特性相匹配，其根本目的是为了提高信息传输的可靠性，即提高数字电视系统的抗干扰能力。 4.1.1 信道编码基础1. 差错种类 随机错误：它由信道中的随机噪声干扰所引起，由于噪声的随机性，因而误码的发生相互独立，不会出现成片错误。 突发错误：它由突发噪声干扰引起，如电火花等脉冲干扰，会使差错成群出现通常用突发持续时间与突发间隔时间分布来描述。 混合错误：既包括随机错误又包括突发错误，因而既会出现单个错误，也会出现成片错误。 2.信息码元与监督码元 信息码元是发送端由信源编码给出的信息数据。 监督码元又称校验码元，是为了检错、纠错而在信道编码中附加的校验数据，通常，对K个信息码元的码组附加r个监督码元，组成总码元数为n=k+r的码组。 3.准用码组与禁用码组 信道编码后总码长为n的不同码组有2n个，其中，发送的信息码组有2k个，称之为准用码组，其余的(2n-2k)个码组不予传送，称之为禁用码组，纠错编码的任务就是从2n个总码组中按照某种规则选择出2k种准用码组。 4.编码效率 每个码组内信息码元数k值与总码元数n值之比称为信道编码的编码效率，即=k/n=k(k+r)。编码效率是衡量信道编码性能的一个重要指标。一般来说，监督码元越多，检错、纠错能力就越强，但编码效率也相应降低。 5. 分组码和卷积码 分组码: 编码后的码元序列每n位为一组，其中k位是信息码元，r位是附加的监督码元，r=n-k， 通常记为(n，k)。 分组码的监督码元只与本码组的信息码元有关。 卷积码: 卷积码的监督码元不仅与本码组的信息码元有关， 还与前面几个码组有约束关系。 6. 线性码和非线性码 若信息码元与监督码元之间的关系是线性的，即满足一组线性方程， 称为线性码；反之， 两者若不满足线性关系，则称为非线性码。 7.系统码和非系统码 在编码后的码组中，信息码元和监督码元通常都有确定的位置，一般信息码元集中在码组的前k位，而监督码元位于后r=n-k位。如果编码后信息码元保持原样不变，则称为系统码； 反之称为非系统码。 8. 码长和码重 码组或码字中编码的总位数称为码组的长度，简称码长；码组中非零码元的数目称为码组的重量，简称码重。例如“11010”的码长为5， 码重为3。 9.码距和最小汉明距离 两个等长码组中对应码位上具有不同码元的位数称为汉明(Hamming)距离， 简称码距。 在由多个等长码组构成的码组集合中， 定义任意两个码组之间距离的最小值为最小码距或最小汉明距离。 10.线性分组码 线性分组码是指信息码元和监督码元之间的关系可以用一组线性方程来表示的分组码。 4.1.2 循环码 循环码是一种系统码，通常前k位为信息码元，后r位为监督码元。它除了具有线性分组码的一般性质以外， 还具有循环性， 也就是说当循环码中的任一码组循环移动一位以后， 所得码组仍为该循环码的一个准用码组。 循环码的编码规则是： 把k位信息码左移r位后被规定多项式除，将所得余数作校验位加到信息码后面。规定的多项式称为生成多项式。 4.1.3 前向纠错 信道编码常用的差错控制方式有前向纠错(FEC，Forward Error Correction)、检错重发（ARQ）、 反馈校验（IRQ）和混合纠错（HEC）。 1前向纠错(FEC) 信息在发送端经纠错编码后送入信道，接收端通过纠错解码自动纠正传输中的差错，这种方式称为前向纠错。前向表示差错控制过程单向，不存在差错信息反馈。 前向纠错具有无需反向信道、时延小、实时性好等优点，缺点是解码设备比较复杂，为提高纠错性能必须插入更多监督码元致使码率下降。最为关键的是：FEC纠错能力有限，当差错数大于纠错能力时就无法纠正。 数字电视中的差错控制采用前向纠错方式， 在这种方式中， 接收端能够根据接收到的码元自动检出错误和纠正错误。 数字电视的前向纠错包括四个部分，即能量扩散(Energy Dispersal)、 RS编码、交织(Interleaving)和卷积编码(Convolutional Coding)。 （1） 能量扩散 能量扩散也称为随机化、 加扰或扰码。 在数字电视广播过程中会出现码流中断的情况， 这种情况会导致调制器发射未经调制的载波信号。这种情况会引起对处于同一频段的其他业务的干扰超过规定值。 另外， 信源码流中可能会出现长串的连“0”或连“1”状况， 这将给接收端恢复位定时信息造成一定的困难。 为消除上述两种情况， 将基带信号在随机化电路中进行能量扩散， 信号扩散后具有伪随机性质， 其已调波的频谱将分散开来。 （2） RS编码 RS码即里德-所罗门码，它是能够纠正多个错误的纠错码，RS码为（204，188），对应的188符号，监督段为16字节(开销字节段）。 RS码特别适合于纠正突发错误， 如果与交织技术相结合， 它纠正突发错误的能力则会更强。 （3）交织(interleaving) 为了增强RS码纠正突发错误的能力常常使用交织技术， 交织的作用是减小信道中错误的相关性， 把长突发错误离散为短突发错误或随机错误。 交织深度越大， 则离散程度越高。 （4）卷积编码(Convolutional Coding) 卷积码编码延时小，特别适用于以串行形式传输信息。卷积码具有均化噪声的作用，对随机错误和突发错误都有较好的纠正能力。 “RS交织卷积编码”也称为级联编码。 2检错重发(ARQ) 发送端发送检错码，接收端通过解码器检测接收码组是否符合编码规律，从而判决该码是否存在传输差错，若判定码组有错，则通过反向信道通知发送端重发，如此反复直至接收端认为正确为止。 ARQ的优点是编解码设备简单，系统的误码率低，此外，ARQ系统检错码的检错能力与信道干扰基本无关，因此系统适应性强。ARQ广泛应用于数据通信网。其缺点是需要一条反馈信道来传输回音，并要求收发端均装备有大容量存储器以及复杂的控制设备。 3.反馈校验（IRQ） 反馈校验（IRQ）又称回程校验。收端把收到的数据序列全部由反向信道送回发送端，发送端比较发送数据与回送数据，从而发现是否有错误，并把认为错误的数据重新发送，直到发送端没有发现错误为止。 反馈校验不需要纠错、检错的编译器，设备简单。缺点是需要反向信道，实时性差，发送端需要一定容量的存储器。IRQ方式仅适用于传输速率较低、数据差错率较低的控制简单的系统中。 4.混合纠错（HEC） 混合纠错检错方式是前向纠错方式和检错重发方式的结合，发送端发出的码不但有一定的纠错能力，对于超出纠错能力的错误要具有检错能力。这种方式在实时性和复杂性方面是前向纠错和检错重发方式的折衷，因而在近年来，在数据通信系统中采用较多。第五章 调制技术 调制技术就是把基带信号变换成传输信号的技术。 基带信号是原始的电信号，一般是指基本的信号波形。在无线电技术中调制就是用基带信号控制高频载波的参数（振幅、频率和相位），使这些参数随基带信号变化。 用来控制高频载波参数的基带信号称为调制信号。未调制的高频电振荡称为载波。被调制信号调制过的高频电振荡称为已调波或已调信号。 用基带信号调制高频载波，在无线电传输中可以减小天线尺寸，并便于远距离传输。应用调制技术，还能提高信号的抗干扰能力。一、模拟调制 模拟调制一般指调制信号和载波都是连续波的调制方式。它有调幅、调频和调相三种基本形式。 1.调幅(AM) 用调制信号控制载波的振幅，使载波的振幅随着调制信号变化。调幅波的频率仍是载波频率，调幅波包络的形状反映调制信号的波形。调幅系统实现简单,但抗干扰性差,传输时信号容易失真。2.调频(FM) 用调制信号控制载波的振荡频率，使载波的频率随着调制信号变化。调频波的振幅保持不变，调频波的瞬时频率偏离载波频率的量与调制信号的瞬时值成比例。调频系统实现稍复杂，占用的频带远较调幅波为宽，但抗干扰性能好，传输时信号失真小，设备利用率也较高。3.调相(PM) 用调制信号控制载波的相位，使载波的相位随着调制信号变化。调相波的振幅保持不变，调相波的瞬时相角偏离载波相角的量与调制信号的瞬时值成比例。在调频时相角也有相应的变化，但这种相角变化并不与调制信号成比例。在调相时频率也有相应的变化，但这种频率变化并不与调制信号成比例。二、数字调制 数字调制一般指调制信号是离散的，而载波是连续波的调制方式。它有三种基本形式：幅移键控、频移键控和相移键控，分别对应于用正弦波的幅度、频率和相位来传递数字基带信号。 1.幅移键控 (ASK) 用数字调制信号控制载波的通断。如在二进制中,发0时不发送载波,发1时发送载波。有时也把代表多个符号的多电平振幅调制称为幅移键控。幅移键控实现简单，但抗干扰能力差。2.频移键控(FSK) 用数字调制信号控制载波的频率。例如，当数字信号为1时载波频率为f1，当数字信号为0时载波频率为 f2。有时也把代表两个以上符号的多进制频率调制称为频移键控。3.相移键控(PSK) 用数字调制信号控制载波的相位。例如，当数字信号为1时，载波起始相位取0；当数字信号为0时,载波起始相位取180。三、正交幅度调制(QAM) 正交幅度调制也称为正交幅移键控，是一种具有高频谱利用率的调制技术 。 正交幅度调制是用两路独立的信号分别去调制相互正交两个载波，已调信号在相同的带宽正交复用来实现两路数据并行传输。 正交幅度调制通常有2电平正交幅移键控(2-QAM或4QAM)、 4电平正交幅移键控(4-QAM或16QAM)、 8电平正交幅移键控(8-QAM或64QAM)等。 电平数m和信号状态M之间的关系是M=m2。四、四相相移键控(QPSK) QPSK的实质是一个四进制相位键控电路。多相调制与多电平调制相比，带宽、信息速率及频率利用率相同（在码流速率、进制数M相同时），而多相调制属恒包络调制，发射机功率能得到充分利用。因此它的平均功率大于多电平调制，相关误码率比多电平调制要小。 在QPSK中， 数字序列相继两个码元的4种组合对应着4个不同相位的正弦载波， 即00、01、 10、 11分别对应正弦载波的4个相位。 第6章 数字电视标准 一、模拟电视制式回顾 NTSC 制 彩色电视广播发展最早的国家是美国， 从1954年1月1日就开始用NTSC(National Television Systems Committee)制播送彩色电视。 采用NTSC制的还有日本、 加拿大、 墨西哥等国家。 NTSC制色度信号采用了正交平衡调幅调制方式， 因此又称为正交平衡调幅制。 PAL 制 PAL（ Phase Alteration Line ）制是为了克服NTSC制对相位失真的敏感性，在1962年，由前联邦德国在综合NTSC制的技术成就基础上研制出来的一种改进方案。PAL制对相位失真不敏感，图像彩色误差较小，与黑白电视的兼容也好，但PAL制的编码器和解码器都比NTSC制的复杂，信号处理也较麻烦，接收机的造价也高。 SECAM 制 SECAM制是法国工程师亨利弗朗斯于1956年提出的， 也是为了克服NTSC制的相位敏感性而研制的。 SECAM制根据时分原则， 采用逐行顺序传送两个色差信号的办法， 在传输通道中无论什么时间只传送一个色差信号， 这样就彻底解决了两个色度分量相互窜扰的问题。 二、主要数字电视标准 目前数字电视广播有三个相对成熟的标准制式： DVB(Digital Video Broadcasting) ATSC（Advanced Television Systems Committee） ISDB(Integrated Services Digital Broadcasting) 1. DVB DVB （Digital Video Broadcast）标准是1995年由DVB联盟共同制定，包括DVB-S、 DVB-C、 DVB-T，其中DVB-S和DVB-C标准已作为世界统一的标准被大多数国家接受，包括中国。 （1） DVB标准的信源处理 DVB直接采用了MPEG-2标准中的系统、 视频、 音频部分， 用于形成DVB的基本流(ES， Elementary Stream)和传送流(TS， Transport Stream)。 （2） DVB标准的信道处理 FEC编码 DVB-C：QAM调制 DVB-S：QPSK调制 DVB-T：COFDM调制 2. ATSC ATSC （Advanced Television Systems Committee）是指“美国高级电视业务顾问委员会”，该委员会于1995年9月15日正式通过ATSC数字电视国家标准。 （1）ATSC信源处理 ATSC制信源编码采用MPEG-2视频压缩和AC3音频压缩 。 （2）ATSC信道处理处理 FEC编码 VSB调制(Vestigial Side Band 残留边带) 3. ISDB ISDB （Integrated Services Digital Broadcasting综合业务数字广播）是1999年由日本的DIBEG（Digital Broadcasting Experts Group 数字广播专家组）制订的数字广播系统标准。 （1） ISDB标准的信源处理 采用了MPEG-2标准（2） ISDB标准的信道处理 FEC编码 OFDM调制 DVB成员已经达到265个(来自35个国家和地区)，主要集中在欧洲并遍及世界各地，我国的广播科学研究院也在其中。ATSC成员30个，其中有美国国内成员20个、来自阿根廷、法国、韩国等7个国家的成员10个，中国的广播科学研究院也参加了ATSC组织。ISDB筹划指导委员会委员17个，其他成员23个，其成员都是日本国内的电子公司和广播机构。 三、中国数字电视标准 我国数字电视自主研究开发是从地面无线广播技术入手，至今已有十多年的软硬件系统开发经验与成果积累，形成了集众家所长、具有自主知识产权的数字电视地面广播传输方案及标准。 1.我国自主制定传输方案的必要性 我国作为一个电视生产和消费大国，掌握和拥有HDTV关键技术后，能够自主研制数字电视(包括HDTV)系统，将为我国经济带来巨大发展空间。更重要的是，与其他国家在WTO的规则下，提高我国在数字电视市场上的竞争力。 2.我国传输标难方案的上要技术要求 (1) 尽量满足数字电视地面广播的需求条件，即系统具备固定接收和移动接收两种主要工作模式，在强多径和动态环境中稳定接收的同时，保证系统的传输数据容量不低于现有国外系统的对应值。 (2)系统应努力克服国外传输系统的不足，并尽可能多地绕开国外系统中的专利，特别是核心技术专利，形成具有自主知识产权的系统组成和数据结构。 (3)系统应及早形成接收芯片的设计方案，应以中国企业首先申请接收技术实现专利并研制成功符合标准方案的样片。 3.我国实现广播电视数字化的基本策略 2001年3月，国家广播电视总局提出了我国广播电视数字化的发展方向。 第一步：在2005年前全面启动和推进数字化进程，这主要有两个标志，一是卫星传输全部实现数字化，有线电视基本实现数字化；二是完成地面数字电视标准的制定，在大城市或有条件的地区开播数字电视，包括高清晰度电视。 第二步：在2010年前基本实现全国广播电视数字化，主要标志是广播影视节目制作、播出及卫星、有线传输数字化，地面电视基本实现数字化。 第三步：在2015年前全面实现数字化，即全面完成模拟向数字的过渡，逐步停止模拟电视的播出。 4.中国数字电视标准之争 我电视机拥有量超过3.7亿台，年销售量超过4000万台。但是，我国数字电视产业发展到现在还是一个极不成熟的产业，产业链的各个环节之间的关系还没有理顺，而“标准”无疑是最主要的问题之一。由于各方面的利益关系，标准之争旷日持久，这也大大阻碍了中国数字电视的发展。 我国数字电视的研发始于上世纪90年代，2000年前后开始自主开发数字电视地面传输标准系统。比较成熟的方案主要有两个：一是清华大学的DMB-T系统，一是上海交大的ADTB-T系统。 2003年国家主管部门委托中国工程院从中协调、评估，并对两种方案进行“融合”。 上海交大的ADTB-T方案和清华的DMB-T方案，双方争论的焦点就是，单载波调制性能优越还是多载波调制性能优越。 上海交大的ADTB-T方案选用的是单载波调制，清华的DMB-T方案选用的是多载波调制。 所谓单载波调制，就是将需要传输的数据流调制到单个载波上进行传送，如：4-QAM（QPSK）、8-QAM、16-QAM、32-QAM、64-QAM、128-QAM、256-QAM或8-VSB、16-VSB等都是单载波调制。 所谓多载波调制，就是将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的