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1、DVB信道编解码与调制解调- - 全文共5讲，系统讲述了DVB-S，DVB-C，DVB-T系统的信道编解码与 调制解调技术，具有极高的学术参考价值，特别是在当今基于宽带网络的IP 电视纷拢着我们思绪的时候，对我们广电人苦练内功，抛弃浮噪有很大的帮 助。IPTV？DVB？你如何选择？欢迎大家到本站论坛积极参与讨论，同时本 站将在近期内将推出IPTV/VOD技术系列讲座！ - 经过信源编码和系统复接后生成的节目传送码流，通常需要通过某种 传输媒介才能到达用户接收机。传输媒介可以是广播电视系统（如地面电视 广播系统、卫星电视广播系统或有线电视广播系统），也可以是电信网络系 统，或存储媒介（如磁盘、光
2、盘等），这些传输媒介统称为传输信道。通常 情况下，编码码流是不能或不适合直接通过传输信道进行传输的，必须经过 某种处理，使之变成适合在规定信道中传输的形式。在通信原理上，这种处 理称为信道编码（ChannelCoding）（与信源编码相对应），实现信道编码 的系统称为传输系统(Tran在工程应用中，信道编码过程一般被分为两环节： 负责传输误码的检测和校正的环节称为信道编解码，负责信号变换和频带搬 移的环节称为调制解调。一个实际的数字传输系统至少要包括上述两个环节 中的一个环节，一般DVB的系统都是由上述两个环节构成的，因此DVB系统常 被称为DVB信道编解码器与调制解调器。 - 我们知道，MP
3、EG-2的TS码流是经过了高倍压后的数字电视信号,压缩编码 大大节省了传输频道，提高了频道利用率，但同时也付出了一个代价就是 对传输干扰变得十分敏感。例如传输过程中的噪声干扰，在模拟电视中一般 仅造成雪花干扰，但在数字电视中则可能在恢复图像中造成大块的失真，严 重时甚至使整个系统无法工作。定性而论，压缩倍数越高，数字电视对传输 干扰的抵抗能力越弱，即同样的传输干扰在解码恢复图像或声音中造成的损 伤就越严重，对传输可靠性的要求也就越高。美国“大联盟 （GA：GrandAlliance）”系统中规定，传输系统必须将传输误码纠正到10-6 以下，解码器才能正常工作；而欧洲DVB-S标准中则要求传输系
4、统将传输误 码纠正到10-10-10-11的水平。可以看出，上述指标对数字电视的传输系统 的要求是相当高的，不仅远高于模拟电视系统，甚至高于一般的数字通信系 统，如数字电话传输系统中，误码率通常仅要求为10-3-10-6。为满足这种 指标要求，近年来各国在DVB的传输系统方面进行了大量的研究，很多数字 通信领域里的前沿新技术被应用于DVB传输系统中。-与其它事物的发展历程一样，DVB传输统也经历了一个从落后到先进， 从模拟到数字的发展过程。DVB的发展实际上起源于高清晰度电视（HDTV的 研究。日本NHK于七十年代初开始HDTV的研究，于1984年公布了世界上第一 个HDTV统方案-MSE，由
5、于在其研究过程中数字通信技还不十分成，MUSE的 传输系统采用的是模拟通信技术，使用模拟调频技术通过卫星进行广播。其 后，在西欧英，法，西德等多国共同参加的尤里卡95计划，提出了以复用模 拟分量（MAC）制为基础的HDTV方案HD-MAC，HD-MAC的传输系统仍然采用 了模拟通信技术，同样使用了模拟调频技术，通过卫星进行广播。可以看出， 八十年代中期以前，模拟通信技术在新一带电视传输的研究中占了上风。由 于数字通信技术固有的“门限效应”，有可能使得相邻的两个用户中的一个户 能够很好地接收节目，而另一个则完全收不到节目。因此当时国际上对未来 一代电视传输系统是采用数字通信技术还是模拟通信术争论
6、十分激烈，甚至 不少专家权威都倾向于模拟通技术。-80年代中期以后，数字通信技术得到了迅猛发和日益广泛的应用，在越 来越多的应用领域取代了模拟通信技术。这一变化也深刻影响到DVB及HDTV 传输系统的发展。突破性的进展发生在90年代初，由美国联邦通信委员会 （FCC）组建的先进电视顾问委员会（ACATS）对当时向ACATS提交的六套 HDTV在美国被称为“先进电视（ATV）”系统进行了测试和比较。这六套系 统中包括ACTV和日本的MUSE两套模拟传输系统，以及DigiCipher、DSC- HDTV、ADTV和CC-DigiCipher四套数字传输系统。从1993年ACATS公布的测试 结果来
7、看，四套数字传输系统的性能均明显优于模拟传输系统。这一测试结 果结束了新一代数字电视及HDTV的传输系统中数字通信技术与模拟通信技术 之争，确立了数字通信技术的地位，从此，全数字系统即数字压缩编码和 数字传输的思想成为数字电视和HDTV研究的基本思想。-从那时起，全数 字式的数字电视及HDTV得到了迅猛发展，各国纷纷提出了多种系统方案，并 根据传输系统方案的不同逐渐以美国和欧洲为核心形成了两大体制： -美国在1993年ACATS所测试的四套全数字ATV系统的基础上，于1993年5月 成立了由四套系统的开发者共同组成的“大联盟（GA：GrandAlliance）”。 经过进一步的测试比较，GA发
8、现DSC-HDTV的VSB传输系统方案的性能优于其 它三种系统。1995年11月，GA系统方案被ACATS正式提交给FCC，方案规定其 传输系统以地面广播为主要传输模式，采用8-VSB方案；以有线电视 （CATV）为辅助传输模式，采用16-VSB方案。GA系统方案已于1996年12月被FCC接受为美国ATV的国家标准。 在欧洲，HD-MAC虽然在1992年的巴塞罗那奥运会上被试用，但到1993年时 欧共体已决定放弃HD-MAC，而将目标转向全数字式的数字电视和HDTV上。在 这前后欧洲推出的方案主要有：英国NTL的SPECTRE数字电视系统、法国 Thomson的DIAMONDHDTV系统、法
9、国CCETT的SPERNEHDTV系统和瑞典、丹麦、 挪威合作开发的HD-DIVISION系统，这些系统的一个突出特点是传输系统中 采用了一种新型的并行传输技术编码正交频分复用（COFDM）技术。由于 HDTV节目源稀少，制作困难，难以形成市场，欧洲随即将目标转向了标准数 字电视（DTV）上，并成立了专门的机构，发布了一系列标准，这就是DVB标 准。实际上，对传输系统而言，DVB与HDTV是没有区别的，因为传输系统所 面临的传输对象都是二元比特流，为HDTV所开发的传输系统和传输技术都可 以移植到数字电视系统中。DVB是一个系列化的全数字电视标准，根据不同 的传输媒介采用不同的传输系统，地面广
10、播模式中采用COFDM系统，CATV模 式中64QAM系统，卫星广播模式中采用QPSK系统。 -综上所述，DVB以及HDTV经过二十余年的探索，目前各国在视频音频编码 方案上已统一于MPEG-2标准，分歧主要集中于传输系统上。根据所采用的传 输系统方案，以美国GA系统和欧洲DVB系统为代表，形成了两大流派。从目 前的对比结果来看，这两种系统在技术上难分优劣，并已发展成为各自国家 或地区的数字电视及HDTV的标准。可以说，未来DVB及HDTV的体制是统一于 一种世界标准，还是象现行模拟电视一样多种体制并存，主要就取决于这两 种流派在传输系统方案上能否融合成一种系统。由于这一原因，使得传输系 统成
11、为当今世界DVB及HDTV领域分歧最大，争论最多，也是最热门的研究课 题。DVB传输系统 DVB是一个系列标准，各标准在视频音频编码方案和系统复接方案上是一 致的，都符合MPEG-2标准，区别主要在于传输系统采用不同的方案，分别适 用于不同的传输媒介和应用环境。截止到1997年已发布的DVB标准及适用的 传输媒介如下：DVB-S(Satellite)：采用11/12GHz卫星频段进行传输的DVB 系统标准，广泛适用于各种转发器的频带和功放。DVB-C(Cable)：采用有线 电视系统进行传输的DVB系统标准。DVB-T(Terrestrial)：采用地面广播进 行传输的DVB系统标准。DVB-
12、CS：采用共用电视天线(SMATV)接入用户的DBV 系统标准，可与DVB-C或DVB-S联合使用。DVB-MC：在DVB-C传输系统基础上， 采用10GHz以下频率的MMDS直接向观众家庭传送的DVB系统标准。DVB-MS：在DVB-S传输系统基础上，采用10GHz以上频率的MMDS直接向观众家庭传送的 DVB系统标准。DVB-SI：DVB服务信息系统标准，它使得DVB解码器能够进行 自我配置，并帮助用户浏览DVB环境。DVB-TXT：DVB固定格式的图文电视标 准。DVB-CI：DVB条件接收以及其它应用的公共接口标准。DVB-RCT：DVB在 有线电视传播系统中的上行回传信道标准。DVB
13、-RCC：DVB在共用电话交换网 (PSTN)和综合业务数字网(ISDN)中的上行回传信道标准。DVB-NIP：DVB双向 交互业务中与具体传输网络无关的协议标准。DVB-PDH：DVB与准同步数字系 列(PDH)网络的接口标准。DVB-SDH：DVB与同步数字系列(SDH)网络的接口标 准。DVB-M：DVB系统的测试指标。DVB-PI：DVB与有线电视和SMATV前端的接 口标准。DVB-IRDI：DVB综合接收机/解码器(IRD)的接口标准。 DVB系列标准中的传输系统可分为三类：第一类适用于广播信道，如DVB- S、DVB-C、DVB-T、DVB-CS、DVB-MC、DVB-MS等，这
14、一类系统要通过高频信 道进行广播，因此其传输系统包含了信道编解码和调制解调两个环节；第二 类适用于PDH电信网络，如DVB-PDH，这一类系统通过基带传输，传输系统仅 包含了信道编解码环节；第三类适用于SDH电信网络，如DVB-SDH，这一类系 统也是通过基带传输的，但一般不需传输系统。数字通信与模拟通信 DVB传输系统是一个全数字的通信系统，它与传统的模拟电视传输系统有 着本质性的区别，在全面介绍DVB传输系统之前，我们首先简要讨论一下数 字通信技术与模拟通信技术的关系。 -通信中有两个基本概念：信息和信号。根据信息论的定义，信号是信息 的载体，也就是说，信息总是以某种具体的信号的形式表示的
15、，并且通过信 号在实际的传输系统中进行传输。具体到DVB系统中，信息就是电视台所要 传送给用户的节目，而信号就是用于表示和传输节目的亮度信号、色度信号 和伴音信号，以及进一步变换产生的实际传输的电视信号。信息与表示和承 载它的信号之间存在着对应关系，这种关系称为“映射”，接收端正是根据事 先约定的映射关系从接收信号中提取发射端发送的信息的。信息与信号间的 映射方式可以有很多种，不同的通信技术就在于它们所采用的映射方式不同。在传统的模拟通信中，信号是“连续地”与信息进行映射的。这种连续性表 现在两个方面：在时间上，信号在每一个时刻都承载着新的信息；在数值上， 在系统设计规定的范围内信号的每一种数
16、值都代表着不同的信息。从接收者的角度看，接收信号在每一个时刻上的每一种数值都代表着发送端发送出来 了新的信息。例如在模拟电视中，接收到的Y信号在正程时间内的每一时刻 上的每一个合法幅值都代表着节目灰度级的变化。 在数字通信中，信号是“离散地”与信息进行映射的。这种离散性也表现在 两个方面：在时间上，信号是以一个基本周期T为单位与信息进行映射的， 在同一个周期内的各时刻上的信号都对应同一个信息，例如在二元数字通信 系统中，一个传输周期内的信号都代表着同一个“0”信息或“1”信息；在数值 上，只有有限的几个规定的信号数值是合法的，代表着信息，其它数值都是 非法的。例如在二元数字系统中，只有两种合法的信号数值，而在四元数字 系统中，只有四种信号数值是合法的。 通信系统的目的是传输信息，衡量通信系统
