第6章 数字电视标准

2020/5/27,1,第6章数字电视标准,6.1ATSC标准6.2DVB标准6.3ISDB-T标准6.4ADTB方案6.5DMB-T方案,2020/5/27,2,制定数字电视标准的目的和意义20世纪末，数字信号处理技术的发展导致各种图像压缩技术的出现，特别是MPEG系列图像压缩标准的问世，使数字电视成为未来电视技术的发展趋势。数字电视不仅能够拉动电视制造业和信息化的发展，而且被各国看作新世纪的战略技术和新的经济增长点。因此美国、欧洲和日本先后制定了自己的数字电视标准，我国也推出了自己的数字电视广播方案。,2020/5/27,3,6.1ATSC标准,ATSC：高级电视系统委员会的英文缩写。1.ATSC系统ATSC系统包括信源压缩编码、业务复用以及RF发送三部分。视音频压缩编码：视频压缩采用MPEG-2标准，支持18种扫描方式。音频压缩采用AC-3标准，但要按照MPEG-2规范形成PES包。业务复用：采用MPEG-2复用标准。RF发送(信道编码与调制)：包括数据随机化，信道编码(RS码+卷积交织+TCM),调制(VSB)。,2020/5/27,4,工作模式：支持地面无线传输(8-VSB)和有线电缆传输(16-VSB)。基准频率：27MHz时钟。ATSC以27MHz时钟为基础形成信源编码参考时钟(PTS)、信源解码参考时钟(DTS)、信道编码比特流位定时信息以及调制符号流定时信息。即所有信号都要锁定在27MHz时钟上。说明：ATSC没有规定卫星电视传输模式，采用DVB-S标准。主要介绍地面广播系统信道编码与调制部分相关参数。,2020/5/27,5,2ATSC系统的信道编码与调制：主要讨论地面传输模式。传输比特率：19.39Mb/s。数据随机化：每个TS传送包被独立地随机化，同步字节除外。PN序列生成多项式G(x)x16+x13+x12+x11+x7+x6+x3+x+1RS编码：以TS传送包为单位进行RS编码，但不包括同步字节。采用RS(207，187，t=10)。生成多项式g(x)=(x+)(x+2)(x+20)域生成多项式P(x)x8+x4+x3+x2+1,2020/5/27,6,卷积交织器：分支数I=52，交织深度M=4。每个RS码误码保护包独立完成交织。内编码器：包括三部分。(1)预编码器：就是一个梳状滤波器，作用是减弱对同频道NTSC模拟电视信号的干扰。当NTSC模拟电视停止广播后，此类滤波器可以不再使用。(2)TCM编码器：采用8-VSB调制，编码码率为2/3。(3)符号映射器(D/A变换器)：将3路并行二进制数据流转换成一路8电平符号流。,2020/5/27,7,ATSC系统帧结构：一个编码数据帧分成两个数据场，每场又包括313个数据段。(1)数据场：每场第一个数据段是场同步，为接收机均衡器传送训练序列；其余312个数据段每段传送FEC编码结果。(2)数据段：每段包含832个符号，前4个符号为数据段同步，其余828个符号对应一个TS包再加上FEC的冗余数据。,2020/5/27,8,VSB频谱与调制：(1)信道总带宽6MHz，3dB带宽5.38MHz。(2)过渡段：符合均方根升余弦特性。(3)VSB调制符号率：25.38=10.76MS/s。(4)VSB调制方框图。,2020/5/27,9,6.2DVB标准,DVB：数字电视广播的英文缩写。DVB由欧洲制定，是一套完整的数字电视解决方案，得到了广泛的应用。1DVB系列标准(1)DVB-S：卫星传输标准，工作频段为Ku频段(11/12GHz)，传输比特率为38.1Mb/s。DVB-S已经成为统一的卫星数字电视传输标准，其它国家没有制定自己的标准。(2)DVB-C：用于8MHz数字有线电视系统，与DVB-S兼容，传输比特率38.1Mb/s。(3)DVB-T：用于6MHz、7MHz、8MHz地面数字电视系统，传输比特率24Mb/s。,2020/5/27,10,2.系统组成信源压缩：视音频压缩均采用MPEG-2标准。业务复用：运用MPEG-2的ES流和TS流进行多级复用。信道编码：包括数据随机化，级联码方案(RS码+卷积交织+卷积码)，非级联码方案(RS码+卷积交织)。调制技术：PSK，QAM和COFDM。下面重点介绍DVB-S，DVB-C和DVB-T的信道编码和调制参数。,2020/5/27,11,3DVB-S信道编码与调制DVB-S是1994年12月由欧洲电信标准学(ETSI)制定的，后成为ITU的标准。卫星信道特性：转发器辐射功率10W100W，传输质量差(传输路径长、容易受雨衰影响)。因此采用带宽效率低的调制方式和抗干扰能力强的编码方案。下面具体讨论各部分内容。,2020/5/27,12,(1)能量扩散实现方法：以包组为单位。8个TS传送包组成一个包组。但8个同步头不被加扰。PBRS发生器：G(x)1+x14+x15(2)RS码：以一个TS包为单位编码，包括包同步字节。使用RS(204,188，t8)，由原始RS(255,239)，t8截短而来。生成多项式g(x)=(x+)(x+2)(x+16)（=02H）域生成多项式P(x)x8+x4+x3+x2+1,2020/5/27,13,(3)卷积交织：分支数I=12，交织深度M=17，MI=204。交织是在一个RS误码保护内进行。(4)内编码：采用(2，1，7)卷积码，采用删余处理可使编码码率在1/23/4范围内变化。(5)基带成形滤波器：采用滚降系数为0.35升余弦平方根滤波器。(6)调制方式：采用格雷码编码的QPSK。,2020/5/27,14,4.DVB-C信道编码与调制DVB-C标准于1994年制定，在我国使用作了相应的调整。由于有线信道质量要好于卫星信道，因此DVB-C系统对FEC处理的要求可降低，可使用高带宽效率的调制方式。信道编码：数据随机化+RS码+卷积交织，去掉了DVB-S种的卷积码。相应参数与DVB-S相同。调制技术：采用频谱效率高的MQAM调制技术，M=16，32，64，256。最常用M=64。,2020/5/27,15,5.DVB-T信道编码与调制DVB-T于1997制定。由于地面无线信道比卫星信道要复杂得多，传输质量最差，因此DVB-T采用更复杂的信道编码和调制技术。信道编码：仍采用DVB-S信道编码框架，但作了一些改进。(1)内编码码率调整范围更宽：1/27/8。(2)增加一级交织(比特交织):相当于调制载波的频率交织，而卷积交织相当于时间交织。调制方式：采用COFDM编码调制。具有很强的抗多经干扰能力和适应多普勒效应能力。,2020/5/27,16,工作模式：2k模式1705个载波，8k模式-6817个载波。插入保护间隙：可以消除码间串扰，但降低了频谱利用率。插入导频：目的是实现同步解调和估计信道信息。有两种方法：连续导频和散布导频。(1)连续导频：以恒定数量分布于OFDM符号内。2k模式：1705个载波中安排了45个连续导频载波。8k模式：6817个载波中安排了177个连续导频载波。(2)散布导频：在每12个载波中的第12个为导频载波。两种工作模式都一样。插入导频的缺点：导致载波使用效率下降。,2020/5/27,17,6.DVB设备接口标准(1)异步串行接口(ASI):ASI采用270Mbs的固定连接速率，适用于电缆传输和光缆传输。在用于电缆传输时，采用BNC连接器。(2)同步并行口(SPI)：用于较短距离的信号连接。接口连接器采用25针D型超小型连接器，提供11对信号线和3条地线，信号采用低电压差分信号(LVDS)电平。11对信号线中有8对数据信号，1对时钟信号，1对包同步信号和1对数据有效信号。接口数据流可以是TS传送包(188B)，也可以是RS码误码保护包(204B)。（3）同步串行口(SSI)：SSI可以看作是做了并/串转换的SPI的扩展，它使用的速率就是传输码流的速率，传输介质可以是电缆或光缆。采用电缆传输时采用BNC连接器。,2020/5/27,18,6.3ISDB-T标准,ISDB-T是由日本制定的地面数字电视广播标准，可以在6MHz带宽中传递HDTV服务(宽带业务)或语音数据服务(窄带业务)。ISDB-T所采用的信道编码和调制技术同DVB-T类似，但也有自己的特点。ISDBT的特点可以概括成以下两条。,2020/5/27,19,1.频宽分段传输可选的载波调制方式：DQPSK、QPSK、16QAM、64QAM。可选的内编码码率：12、23、34、56、78。OFDM频率段：ISDB-T标准将整个带宽分割成一系列的频率段。一个OFDM段由108个载波和204个符号构成。每个OFDM段可以独立选择自己的调制方式和内编码码率。每个OFDM段除了传输有效数据外，还可以传送导频信号、控制信号以及调制方式和编码参数。宽带ISDB-T：带宽为5.6MHz，由13个OFDM段组成，适合数字HDTV广播。窄带业务：带宽为430kHz，仅由一个OFDM段构成，适合语音和数据广。,2020/5/27,20,2高强度时间交织适应移动接收为实现数字电视地面移动接收，ISDB-T采用了高强度时间交织技术，最大限度地缓冲突发误码对系统的影响。地面移动信道的动态多径造成的误码具有强突发性质，它的突发长度远大于脉冲干扰引起的突发长度，但靠RS码难以纠正这样的突发错误，这样会产生误码累积效应。采用时域数据交织技术将误码沿时间轴离散化，可以克服长突发干扰。,2020/5/27,21,6.4ADTB方案,ADTB方案由国家高清晰度电视总体组提出，含义是“高级数字电视广播系统”。这个方案是根据我国国情制定的，功能和性能均超过国外标准，是我国数字电视标准候选方案之一。1ADTB系统的设计依据(1)我国室内接收环境优于美国美国的山脉和主要河流是南北走向，导致气候相对干燥。房屋一般是木质结构，最外层是厚度达12mm的铝皮，反射系数较大。室内的热屏蔽和电磁屏蔽导致电视信号严重衰减，室内接收到的信号十分微弱，而且室内的多经传播使本来已经微弱的信号进一步衰减，导致室内接收效果极差。我国主要山脉和河流为东西走向，导致气候相对潮湿。住房是砖结构，砖的反射系数和吸收系数远小于铝。导致室内电视信号接收效果较好。,2020/5/27,22,(2)我国城市环境中存在较严重的脉冲噪声和多径反射美国的电视发射天线一般都位于市区中心的高层建筑顶上，不同的电视台可能还利用不同的地点发射。而我国的电视发射天线一般都位于市郊的山上，常常只有一个集中发射点。我国大城市楼群的数量较多且分布相对分散，楼内的住户密度较高。这些特点造成我国城市的多径反射的强度和延迟情况较美国严重。另外建筑工程施工质量的不稳定，导致我国电视无线和有线广播环境中存在较严重的脉冲噪声和多径反射。,2020/5/27,23,(3)单载波和多载波调制不是系统性能好坏的决定因素以美国ATSC为代表的单载波调制方式与以欧洲DVB-T为代表的多载波调制方式的性能之争由来已久。国际组织的多次比较测试结果表明，除了ATSC标准没有包含移动接收模式而无法判断其移动性能外，两个标准在室内、室外接收效果相差不大。(4)多普勒频率不是系统移动接收性能的决定因素在移动接收时，对系统性能造成影响的决定性因素并不是多普勒频移，而是信号幅度的变化，即栅栏效应。在移动接收时，信号时而可以直达，时而被挡住，接收到信号的幅度变化速度与程度是系统稳定工作与否的决定因素。,2020/5/27,24,(5)接收机的三个关键部件(a)调谐器是数字电视地面广播系统的物理瓶颈。(b)信号处理是数字电视地面广播系统的核心。信号处理指载波恢复，时钟恢复，系统同步和信道均衡。(c)信息处理必须与信号处理相结合。信息处理指信道编码、交织以及数据随机化。,2020/5/27,25,2ADTB系统系统组成：ADTB的系统框架与ATSC和DVB基本一样，所不同的是调制方式使用偏置正交幅度调制(OQAM)。我们主要讨论地面广播模式和电缆模式。地面广播模式信道编码：采用RS码+卷积交织+内码(TCM或分组码)。电缆模广播式信道编码：RS码+卷积交织。,2020/5/27,26,调制方式：均采用OQAM。OQAM特别之处在于I、Q信号的形成。,OQAM调制过程：RRC平方根升余弦。,2020/5/27,27,混合传输模式：地面广播支持固定接收、移动接收和数据服务组成的混合传输模式。三种模式的码流分别经过独立的信道编码和插入系统信息后，以时分复用的方式混合发送。对于8MHz的频道，三种模式的码流可以根据业务需要灵活配置。例如：固定模式传输码率为15Mb/s的HDTV移动模式传输码率为4Mb/s的SDTV数据模式传输码率为512Kb/s。,2020/5/27,28,电缆模式调制参数：不支持混合传输，有三种调制方式。256OQAM模式码率50Mb/s64OQAM模式码率38Mb/s16OQAM模式码率25Mb/s。,2020/5/27,29,基带频谱：频谱宽度8MHz，有效带宽7.14MHz，信道滤波器为12的RRC滤波器。上下边带分别为0.43MHz，占有效带宽的12。在上下边带的中心各有一个0.15dB的导频信号。下图是OQAM信号的基带频谱。,2020/5/27,30,3.ADTB系统的优点(1)适合中国国情(2)灵活的服务方式(3)能与模拟电视很好地兼容(4)高的带宽使用效率和数据率(5)时钟恢复和载波恢复迅速可靠(6)优良的移动接收便携接收性能(7)同步快、延迟短、噪声影响小(8)系统信息保护好(9)与其它制式的兼容性好(10)自主知识产权,2020/5/27,31,6.5DMB-T方案,DMT-T是由清华大学提出的地面数字电视广播方案，称为地面数字多媒体电视广播，采用时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)调制方式。1.DMB-T系统的设计依据基本要求(设计目标):(1)提供包括HDTV在内的多媒体广播和综合数据业务；(2)支持固定、便携、移动等接收设备；(3)高度灵活的频率规划和广播覆盖区域。,2020/5/27,32,地面无线广播信道特征：(1)频率选择性：时延分布(DelaySpread)约为50s。(2)时间选择性：多普勒分布(DopplerSpread)约为100Hz。(3)信道模型：广义平稳并非相关散射(WSSUS)的多径信道(4)噪声干扰模型：加性高斯白噪声(AWGN)、脉冲式干扰、单频干扰等。根据上述要求和信道特征，DMB-T采用更合理的信道编码方案和调制方式。,2020/5/27,33,2.DMT-T的技术特点(1)支持多媒体业务(2)采用先进的调制技术TDS-OFDM(时域同步OFDM)同步方式采用时域处理，DVB-T采用频域处理。(3)时域信号处理与频域信号处理相结合均衡技术采用时域均衡和频域均衡相结合的方式。(4)采用先进的信道编码方式提出两套信道编码方案，一套是类似DVB-T的信道编码方案，另一套是采用先进的Turbo码编码方案。,2020/5/27,34,几种数字电视地面传输系统的特点,2020/5/27,35,3.DMB-T系统的帧结构按照由底层到顶层的顺序，DMT-T帧结构包括信号帧，帧群，超帧和日帧。DMT-T帧结构与绝对时间同步。(1)OFDM信号帧保护间隔+IDFT帧体OFDM信号帧保护间隔：插入PN码帧头，可作为训练序列来实现系统同步和信道估计。IDFT帧体：包含3744个复数数据符号和36个符号传输参数信令(TPS)。TPS传送系统配置信息。3744+363780为IDFT帧体总符号数，或OFDM子载波个数。,2020/5/27,36,(2)帧群：由一个控制帧和随后的252个信号帧构成的。帧群中的第一个信号帧被定义为帧群头(控制帧)，用于传输控制该帧群的信令。帧群中的每一个信号帧有惟一的帧号，它被编码在帧头的PN序列中。每个帧群的持续时间为139.15ms。,2020/5/27,37,(3)超帧：包含512个帧群。超帧中每个帧群由其帧群号惟一识别。超帧的第一个帧群编号为0，最后一个帧群编号为511。每个超帧的持续时间为71.2448s。(4)日帧：由1213个超帧组成，并以一个自然日为周期进行周期性重复。比如：北京时间000am，DMB-T传输系统的帧结构被复位并开始一个新的日帧。,2020/5/27,38,4.DMB-T信道编码DMB-T包括两种模式：电视模式和多媒体模式，它们的信道编码方案不一样。(1)电视模式：采用级联的信道编码方案。RS码：采用RS(209，187，t=11)，