数字电视系统设计

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1、1 .引言1.1 论文选题的意义数字电视系统是指在信源、信道和信宿这 3个电视信号传输过程中 全面实现信号的数字化和数字方式 处理的电视系统。简单地说，就是在 这个系统中从电视节目摄制开始，电视信号的编辑、发送、传输、接收 和存储的各个环节都采用数字化处理。欧美国家的企业和研发机构用了 近8年的时间，完成了数字视频广播技术的研发以及标准的制订，并先 后于1998年11月和1999年春天分别开播了数字电视。数字电视使整个广播电视节目制作和传输质量得到显著改善，信道 资源利用率提高，还可以提供其他增值业务，如数据广播、电视购物、 电子商务、软件下载、视频点播等，使传统的广播电视媒体从形态、内 容、

2、到服务方式发生革命性的改变。数字HTDV集成了近年来高速发展的超大规模集成电路，高分辨率大 屏幕显示器件、高密度数字记录、计算机多媒体技术、数字通讯与传输技术、数字压缩与解压缩技术、激光技术、数模转换技术等方面的最 新成就，使电视生产技术更趋向于数字化、 集成化、模块化，是电视技术领 域内由模拟技术全面转向数字技术的一场革命.因此对数字电视进行研究有着重要的意义。1.2 数字电视的优点与模拟电视相比，数字电视有如下优点：(1)图像传输质量较高，距离远。模拟电视图像信号在传输过程中， 要受到传输信道特性(幅频特性、微分增益、微分相位特性)和噪声干 扰等的影响，质量不高，而且经过多次转换传输，通道

3、特性和噪声干扰 等影响积累，导致图像质量的进一步下降，而这些影响对于数字电视信号来说，有些是不存在的。数字电视信号在传输过程中，多次中继(或 复制)后不会发生干扰和噪声的积累，同时可采用纠错编码技术，收端 图像质量较好，基本保持与发端一致，且传输距离不受限制。(2)频道资源利用率高。频谱资源是重要的国家资源，模拟电视的频谱资源有限，一套模拟电视节目要占用 36MHz带宽的卫星转发器，占 用8MHz的地面电视广播和有线电视频带。而数字电视采用压缩编码技 术，在36MHz的卫星转发器中传送5套SDTV节目，显示清晰度约400 线，在一个8MHz频道内传送4套以上的SDT目。(3)提供全新的业务，实

4、现高速数据传输。在数字电视通信中可以 互不干扰地同时传送文字、数据、语音、静止图像等多种数字信息。数 字电视网可与电脑网、电信网互连互通，不仅使信息源更为丰富，还可 以增加用户与各种信息源之间的交互性，实现用户自由点播节目、电子 商务、网上购物、网上教学、网上医疗、网上游戏等多种高速数据业务(在8MHz带宽内采用64QAM调制，可以达到约3238Mbit/s的数据传 输率)。(4)信号稳定可靠，设备维护、使用简单。模拟电视信号数字化后， 信号以二进制码的形式出现，它只有“ 0”和“1”两种状态，二进制数 字信号不受电源波动、器件非线性的影响，所以信号能保持稳定、可靠。 处理数字信号可采用大规模

5、集成电路，可降低设备的功耗，减少体积， 提高设备的可靠性。同时数字化设备不需调节，维护简单，使用方便。(5)节省发送功率，覆盖范围广。数字电视发射设备在相同覆盖服 务区所需平均功率，比模拟电视发射设备的峰值功率要低一个数量级， 比如模拟MMDS接收电平最低为56db,而数字MMDS在64QAM调制下 接收电平仅为39db,所以数字电视发射设备的覆盖范围比模拟电视相同 功率的发射设备的覆盖范围大几倍。(6)灵活友好的人机界面。灵活和实用的人机交互界面，便于普通 群众操作，除显示设备外，容易实现系统集成而大规模生产，价格低廉 便于推广普及。(7)易于实现条件接收。数字电视信号容易进行加密/加扰，有

6、利信息安全，便于实现付费电视、视频点播及交互式电视。1.3 国内外技术现状目前，美国、欧洲和日本各自形成三种不同的数字电视标准。美国 的标准是 ATSC(Advanced Television System Committee);欧洲的标准是 DVB(Digital Video Broadeasting); 日本的标准是 ISDB (Integrated Servieesnigital Broadeasting)。其中前两种标准用得较为广泛，特别是DVB已经逐渐成为世界数字电视的主流标准我国数字电视的发展从1992年开始在国家正式立项，并由国务院亲 自成立了相应的领导小组，负责协调和制定战略发

7、展计划。1998年8月， 完成了高清晰度电视系统的联试；1999年，在新中国成立五十周年的庆 典上，我国成功地试用高清晰度电视技术对庆典活动进行了实况转播。1999年中国开始实施数字电视产业化专项，第二年又成立了全国数 字电视标准委员会，中国数字电视标准制订工作正式启动。信息产业部 和国家广电总局也都为此成立了专门的标准制订专家组，进行国内外数 字电视标准的整理和研究工作。虽然我国数字电视地面传输标准尚没有正式出台，但以清华大学 DMB-T为核心融合上海交大与广科院技术的无线数字电视标准短期内 可能形成，清华大学DMBT采用时域同步正交频分复用(TDS-OFDM) 多载波调制方式，DMB-T就

8、是将经过信道编码后的数据分别用QPS3QAM调制技术调制到频域上相互正交的大量子载波上，然后将所有调制信号复用，时域信号主要用于同步控制。由于正交频分复用是采用大量（N个）子载波的并行传输，在相等的传输数据率下，已调信号的时域符号 长度是单载波符号长度的N倍，相当于信号带宽降低N倍，这样其抗符 号问干扰的能力可显著提高，从而减轻对均衡的要求，如采用QPSKS制 技术，8MHz带宽可以传输一路标准清晰度电视。 DMBT调制具有抗动态 多径干扰能力强的特点，既可用于地面传输固定接收，也可用于便携和 移动接收。我国数字电视地面传输试验测试表明，在城区多径效应丰富 的地区，接收效果也良好。2005年l

9、月22日,基于清华大学DMB-T制系统的中国第一块拥有 完全自主知识产权的“中视一号”数字电视地面传输芯片在复旦大学问 世，这被称为“中国数字电视百万门级专用集成电路自主设计和制造技术 的重大突破。数字有线电视除了能够大大的提高电视信号质量、扩大容量和传输 距离外，数字有线电视设备还完全适于宽带通信。技术实践表明，有线 电视数字化是将原来的单向传输模拟电视节目变成为双向传输多功能业 务的数字化。随着数字电视有线传输技术的发展，有线电视网、电信网 和计一算机数据网的“三网合一”己经成为信息社会发展的切实需要。 又因为有线传输与另外两种传输相比具有图像质量好、节目套数多、用 户群体大的优点，因此，

10、数字有线电视传输在三种传输方式中处于更重 要的地位。1.4 论文主要工作与内容安排本文对数字电视有线传输技术进行了研究，其中对QAM调制解调、RS编译码和交织编译码作了介绍，也对数字电视有线传输的用SystemView仿真软件进行了仿真分析。本文主要内容的安排如下：第一章主要对数字电视有线传输的背景、 数字电视的优点、国内外技术的现状和发展及对本课题研究的意义作了简单介绍；第二章介绍数字电视传输系统的组成、相关概念；第三章阐述了数字电视有线传输的相关技术；第四章简单介绍了仿真软件SystemView,用System View对QAM调制解调模块、RS编译码模块、交织编译 码模块和整个DVB-C

11、系统进行了仿真，并对DVB-C系统的性能指标进行 了分析。#2 .数字电视有线传输系统的组成原理和关键技术本章对有线数字电视的定义、系统组成、相关概念和差错控制技术 进行简单的介绍。数字通信系统的一般组成：数字电视信号是一种数字信号,数字电视传输系统归属于数字通信 范畴，遵循数字通信系统的一般规律。数字电视传输系统中对信号的处 理方法、关键技术都来源于数字通信系统。数字通信系统的组成如图2-1所示。整个系统包括三大部分：信源部 分、信道部分、信宿部分。信源部分主要完成信源编码功能，信道部分 主要完成信道编码、信息传输、信道解码功能，信宿部分主要完成信源 解码功能。信源编码信道解码信 源 解 码

12、信源部分信道部分信宿部分图2-1数字通信系统组成2.1 有线数字电视传输系统组成2.1.1 系统框图及概念数字电视传输系统分为卫星传输系统，有线传输系统和地面无线传 输系统。由于传输的方式不同，则对数字电视信号的处理方式也有所不同。本文主要介绍数字电视的有线传输系统中欧洲标准的DVB-C系统欧洲数字电视有线传输系统（BVB-Q的电路Ig图如图2-2所示。有线电视网来数据编码数字音频编码数字视频编吗心）发射端电路图解 能 量 扩 散卷 积 解 交 织 二M接收端电路框图高频调谐器R5纠错解码数字视频解码数字音频解码数据解码一 传输流解斯节目流解M用图2-2 有线数字广播电视系统（DVB-。的组成

13、框图在DVB-C系统中，（a）为发射端框图，（b）为接收端框图。为了能使各 种传输方式尽可能兼容，有线传输的发射端前部分处理和卫星传输中的 处理相同，即有相同的伪随机序列扰码，R-S纠错和卷积交织，后面的处 理是专用于有线数字电视传输的，首先是字节到符号的映射，然后是差 分编码，基带整形，输出两路（I, Q）信号，再进行QAM调制。有线传输系统的核心与卫星系统相同，但有线电视的传输环境相对 比较可靠，因此，在DVB-C中不再采用内码，以提高传输效率，而且调 制方式也改用正交幅度调制（QAM）而不是以QPSK为基础。该系统以 64QAM调制为主，具体情况下，应在系统的数据容量和数据的可靠性之间进

14、行折衷。如果使用64QAM,那么8MHz频道能够容纳38.5Mbit/s的有效载荷容量。接收端是发射端的反过程。2.1.2 MPEG-2 传输复用包的形成MPEG-2传输复用的作用MPEG-2标准可分为三部分：视频、音频和系统。系统复用就是将视频、音频和数据的基本码流组合成一个或多个适 于存储、传输的码流。MPEG-2传输复用的结构MPEG-2传输复用的结构如图2-3所示。图2-3 MPEG-2系统复用的结构1) ES由编码器输出的视音频码流，称为基本码流。2) PES为了使接受端解码器能从码流中分离出视频、音频数据， ES流不能直接进入复用器，而需要经过打包器，即将连续的传输数据按 一定长度

15、分端，构成特定长度的一个个单元包，在送至复用器，复用成 TS流或PS流。PESW为打包的基本码流。对视频PES由编码的一帧图像 组成，因此，PESfe的大小不固定，音频PE2超过64KR3) PS流：称为节目码流，PS流为单节目使用。PS流用于单节目，如制作 DVD碟流等。由于PS包长不固定，一旦 其中一个包的同步丢失，解码器难以确定下一个包的同步位置，易造成 严重的信息丢失，因此PS只能用于较好的信道环境，典型的应用为光盘 制作。4) TS流：称为传输码流，一般在多节目状态下使用。TS用于多节目传输系统，TS包由固定的188B组成，TS流是数字电 视传输中的一个重要概念。5)输入信息：除了视频信息、音频信息外还包括数据信息，数据信 息亦称为业务信息。业务信息包含一些提供识别选择和控制作用的信息，以帮助解码器 能自动设置进行解码、提供交互服务4、建立电子节目指南等，业务信息在MPEG-2中称为节目特定信息。5) ) TS流的结构TS码流由前后相接的TS包构成。TS包由固定的188B组成，每个TS 包都由包头部分和净荷部分构成。由于 TS流中每个TS包的长度是固定 的，解码器容易定位找出同步信息，故失去同步后不难恢复同步。因此， TS流适合相对来说差一些的信息环境，如应用于传输。电视广播是在有 噪声和干扰