《數(shù)字電視傳輸技術(shù)》PPT課件

《《數(shù)字電視傳輸技術(shù)》PPT課件》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

第4章數(shù)字電視傳輸技術(shù) 主要內(nèi)容4.1數(shù)字電視信號的基帶處理4.2數(shù)字電視信號的差錯控制編碼4.3數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)數(shù)字電視衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)數(shù)字電視有線傳輸系統(tǒng)數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng) 4.1數(shù)字電視信號的基帶處理1.數(shù)字電視信號傳輸?shù)倪^程2.常用的傳輸碼型3.擾碼 4.1.1數(shù)字電視信號傳輸?shù)倪^程第一，把各種信息用二進制表示。包括字符編碼、PCM編碼、PAM編碼等。（信源編碼）第二，把二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖信號。（碼型編碼）第四，基帶信號變成頻帶信號。（調(diào)制）第三，差錯控制編碼。（信道編碼）將數(shù)字消息或模擬消息轉(zhuǎn)換成通信硬件能夠接受和易于傳輸?shù)男盘枺惨?jīng)過四個過程： 4.1.1數(shù)字電視信號傳輸?shù)倪^程數(shù)字信號：把經(jīng)過信源編碼后的語音信號用“0”和“1”，即高、低電平進行表示的信號。沒有經(jīng)過調(diào)制，稱為數(shù)字基帶信號?；鶐盘柡胸S富直流和低頻成分，不適合在信道中傳輸。要將基帶信號的碼元波形及碼元序列的格式進行變換，轉(zhuǎn)換為適合信道傳輸?shù)拇a型。為了適應(yīng)信道的傳輸特性及接收端再生恢復(fù)數(shù)字信號的需要，選擇基帶傳輸碼型時應(yīng)注意以下幾個原則： 4.1.1數(shù)字電視信號傳輸?shù)倪^程選擇系帶傳輸碼型的原則碼型應(yīng)不含直流分量，讓頻譜向中頻集中。應(yīng)易于從基帶信號中提取定時信號。所選的碼型應(yīng)使基帶信號具有內(nèi)在檢錯能力。降低單個誤碼引起的誤碼擴散。碼型變換設(shè)備應(yīng)盡量簡單。 4.1.2常用的傳輸碼型1.單極性非歸零碼（NRZ）2.雙極性非歸零碼（NRZ）3.單極性歸零碼（RZ）4.雙極性歸零碼（RZ）5.數(shù)字雙相碼6.密勒碼7.交替極性碼（AMI碼）8.HDB3碼 4.1.2常用的傳輸碼型2.雙極性非歸零碼（NRZ）“1”和“0”分別對應(yīng)正、負電平，沒有零電平。優(yōu)點：直流分量小。缺點：不易提取同步信息，特別是在長0長1串時。1.單極性非歸零碼（NRZ）高電平代表“1”，低電平代表“0”。缺點：直流分量不為零，不適合用于交流耦合的有線傳輸信道，只適合用于計算機內(nèi)部或近距離的信息傳送。 4.1.2常用的傳輸碼型4.雙極性歸零（RZ）碼傳送“1”碼時，發(fā)送一個寬度小于碼元持續(xù)時間的歸零脈沖；傳送“0”時不發(fā)送脈沖。優(yōu)點：比單極性非歸零碼容易提取時鐘信息。3.單極性歸零（RZ）碼傳送“1”碼時，發(fā)送一個寬度小于碼元持續(xù)時間的歸零脈沖；傳送“0”時不發(fā)送脈沖。優(yōu)點：比單極性非歸零碼容易提取時鐘信息。 4.1.2常用的傳輸碼型5.數(shù)字雙相碼數(shù)字雙相碼又稱為分相碼或曼徹斯特碼。每一位碼用兩個電平表示?！?”用“10”編碼，“0”用“01”編碼。優(yōu)點：1）每個碼元中心都存在電平跳變，易于提取定時信息。2）正負電平各占一般，不存在直流分量。缺點：傳輸碼速加倍，所需頻帶加寬。適用于數(shù)字終端設(shè)備在短距離內(nèi)的傳輸。6.密勒碼凡是傳送“1”時在位周期中心都發(fā)生電平轉(zhuǎn)換。在傳送“0”時，如果緊接在“1”之后則電平不變；如果緊接在“0”后，則在位周期開始的邊界上發(fā)生電平跳變。優(yōu)點：信號能量主要集中在1/2碼速以下的頻率范圍內(nèi)，直流分量很小，頻帶寬度為數(shù)字雙相碼的一半。 4.1.2常用的傳輸碼型7.交替極性（AMI）碼交替極性（AMI）碼又稱為交替?zhèn)魈柗崔D(zhuǎn)碼。此方式是單極性方式的變形，即把單極性方式中的“0”碼仍與零電平對應(yīng)，而“1”碼交替地用“1”或“-1”脈沖的歸零碼表示，稱為傳號。其優(yōu)點如下：（1）在“1”、“0”碼不等概率情況下，也無直流成分，且零頻附近低頻分量小。（2）若AMI碼的極性交替規(guī)律被破壞，則可判斷此處有錯，有一定糾錯能力。此外，AMI碼還有編譯碼電路簡單等優(yōu)點，是一種基本的線路碼，得到廣泛使用。缺點：當(dāng)它用來獲取定時信息時，由于它可能出現(xiàn)長的連0串，因而會造成提取定時信號的困難。 4.1.2常用的傳輸碼型8.HDB3碼HDB3碼的全稱是三階高密度雙極性碼。編碼原理：先把信息代碼變成AMI碼，然后檢查AMI碼的連“0”串情況，當(dāng)無4個以上連“0”碼時，則這時的AMI碼就是HDB3碼。當(dāng)出現(xiàn)4個以上連0碼時，則將每4個連“0”小段的第4個“0”變換成與其前一個“非0”符號（+1或-1）相同的符號。這個符號可能會破壞“極性交替反轉(zhuǎn)”的規(guī)律，成為破壞符號，用符號V表示。為保證V的記性交替，當(dāng)相鄰V符號間有偶數(shù)個“非0”符號時，將該小段的第1個“0”變換成+B或-B，B符號的記性與前一“非0”符號的相反。特點：保持AMI碼的優(yōu)點，還能使連“0”串減少到至多3個，有利于定時信號的恢復(fù)。 4.1.3擾碼擾碼技術(shù)——消除數(shù)據(jù)源的統(tǒng)計特性。使信號受到隨機化處理，變?yōu)閭坞S機序列，又稱為“數(shù)據(jù)隨機化”和“能量擴散”處理。擾碼器的實現(xiàn)——采用偽隨機序列（m序列）進行。作用：改善位定時的恢復(fù)質(zhì)量，使信號頻譜平滑，改善幀同步、自適應(yīng)同步和自適應(yīng)時域均衡等系統(tǒng)性能。目的：將二進制碼變換成“0”、“1”近似等概率，以及前后獨立的隨機碼。 4.2數(shù)字電視信號的差錯控制編碼1.差錯控制方式2.信道編碼的分類3.信道編碼的基本原理4.信道編碼 4.2數(shù)字電視信號的差錯控制編碼差錯控制編碼就是在信息序列上附加一些監(jiān)督碼元，利用這些冗余的碼元，使原來不規(guī)律的數(shù)字信號變?yōu)橛幸?guī)律的數(shù)字信號；譯碼時則利用這些規(guī)律性來判斷傳輸過程中是否發(fā)生錯誤，或進而糾正錯誤。這種對數(shù)字電視信號進行差錯控制的編碼也稱為信道編碼。 4.2.1差錯控制方式差錯根據(jù)信道噪聲干擾性質(zhì)，可以把差錯分為隨機錯誤、突發(fā)錯誤和混合錯誤。隨機錯誤，由信道中隨機噪聲的干擾引起，誤碼的發(fā)生是相互獨立的，不會連續(xù)成片地出現(xiàn)錯誤，前后碼元之間是否發(fā)生錯誤彼此無關(guān)。突發(fā)性錯誤，位流中一個錯誤的出現(xiàn)往往影響其他碼元的錯誤，即錯誤之間有相關(guān)性。由諸如光盤中的瑕疵、污跡，大氣中的電火花等突發(fā)噪聲干擾引起的，其特征是誤碼位置集中，會成群的出現(xiàn)。混合錯誤，既包括隨機錯誤又包括突發(fā)錯誤，因而既會出現(xiàn)單個錯誤，也會出現(xiàn)成片錯誤。發(fā)生以上三種錯誤的信道分別稱為為隨機信道、突發(fā)信道和混合信道。對于不同的信道要采用不同的差錯控制方式。 差錯控制包含檢錯和糾錯兩個方面。4.2.1差錯控制方式向前糾錯方式反饋方式差錯控制方式包括檢錯重發(fā)、反饋校驗、混合糾錯?；咎卣魇切诺谰幋a構(gòu)造簡單，需要反饋信道。接收端的譯碼器根據(jù)碼的規(guī)律性自動判斷、糾正錯誤。優(yōu)點：單向傳輸，不需要反饋，糾錯迅速。缺點：構(gòu)造復(fù)雜，編碼效率低。 檢錯重發(fā)方式（ARQ）：這種方式中，接收端發(fā)現(xiàn)誤碼后通過反饋信道請求發(fā)送端重發(fā)數(shù)據(jù)。因此，接收端需要有誤碼檢測和反饋信道。特點——編碼效率比較高，只需少量的冗余碼（約5-20%）就能獲得極低的傳輸誤碼率；對信道的適應(yīng)能力強——必須有反饋信道，故不能用于單向傳輸系統(tǒng)和同播系統(tǒng)——控制規(guī)程和過程比較復(fù)雜——重發(fā)導(dǎo)致信道的有效利用率較低，通信的實時性較差——由于反饋重傳的隨機性，故不適于實時傳輸系統(tǒng)4.2.1差錯控制方式 4.2.1差錯控制方式前向糾錯方式（FEC）：這種方式中，發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)包括信息碼元以及供接收端自動發(fā)現(xiàn)錯誤和糾正誤碼的監(jiān)督碼元。收端發(fā)現(xiàn)錯誤后自動糾正。特點——無需重發(fā)，解碼延遲固定，實時性好——無需反饋信道，能用于單向傳輸信道，特別適用于單點向多點同時傳送的方式——編碼效率較低，需較大的冗余度（通常約25-50%）,譯碼設(shè)備比較復(fù)雜——糾錯碼須與信道特性相匹配，對信道變化的適應(yīng)性較差——若錯誤超出糾錯碼糾錯能力,只好將其拋棄 按信息碼元和監(jiān)督碼元之間的檢驗關(guān)系線性碼和非線性碼。線性碼：信息碼元和監(jiān)督碼元之間的關(guān)系為線性關(guān)系，編碼規(guī)則可以用線性方程組表示。目前多用線性碼?？煞譃榉纸M碼和卷積碼。分組碼：碼組中的監(jiān)督碼元僅與本碼組的信息碼元有關(guān)，而與其他碼組的信息碼元無關(guān)。卷積碼:碼組中的監(jiān)督碼元不僅與本碼組的信息碼元有關(guān)，還和與本碼組相鄰的前若干碼組的信息碼元也有約束關(guān)系。檢錯碼、糾錯碼、糾正刪除錯誤的糾刪碼檢錯碼只能用于檢測誤碼，無法糾正。糾錯碼可檢測誤碼并能糾正誤碼。糾刪碼就有檢錯和糾錯功能，且當(dāng)誤碼超過糾正范圍時可將無法糾正的誤碼刪除。數(shù)字電視中通常采用糾錯碼。按信道編碼的不同功能按信息碼元和監(jiān)督碼元之間的約束方式4.2.2信道編碼的分類除此之外，還可按照信息碼元編碼后的形式糾正錯誤的類型編碼所采用的數(shù)學(xué)方法碼元的取值等方面進行分類。信道編碼的分類方法 4.2.3信道編碼的基本原理信道編碼的基本思想：在被傳送的信息碼元中附加一些監(jiān)督碼元，在兩者之間建立某種校驗關(guān)系，當(dāng)這種校驗關(guān)系在傳輸中遇到干擾而受到破壞時，就可以發(fā)現(xiàn)甚至糾正錯誤。這種檢錯與糾錯的能力是用信息的冗余度來換取的。要糾正的誤碼越多，監(jiān)督碼元的個數(shù)越多，冗余度越大。 相關(guān)概念：碼長：碼字中碼元的數(shù)目，用n表示。碼重：指碼字中非“0”碼元的數(shù)目，記作W。例：碼字10011，碼長n=5，W=3。碼距：兩個等長碼字對應(yīng)位不同的數(shù)目，記作d。例：110110與101011之間的碼距d=44.2.3信道編碼的基本原理 4.2.3信道編碼的基本原理信息碼元與監(jiān)督碼元：信息碼元是發(fā)送端由信源編碼給出的信息數(shù)據(jù)，用k表示。監(jiān)督碼元又稱校驗碼元，是為了檢錯、糾錯而在信道編碼中附加的校驗數(shù)據(jù)，通常用r表示。對k個信息碼元的碼組附加r個監(jiān)督碼元，組成總碼元數(shù)為n=k+r的碼組。經(jīng)過分組編碼后的碼稱為（ｎ，ｋ）碼，表示總長度為ｎ位，其中信息碼長為ｋ位，監(jiān)督碼長為ｒ＝ｎ－ｋ。 4.2.3信道編碼的基本原理許用碼字與禁用碼字：信道編碼后總碼長為n，總的碼字為2n個。其中，發(fā)送的信息碼字有2k個，稱之為許用碼字，其余的(2n-2k)個碼字不予傳送，稱之為禁用碼字。糾錯編碼的任務(wù)就是從2n個總碼字中按照某種規(guī)則選擇出2k種許用碼字。編碼效率為信息碼元數(shù)目與總碼元數(shù)目之比：R=k/n=k/k+r 4.2.3信道編碼的基本原理例：A：天氣晴朗B：下雨1.n=1，1→A,0→B若1→0,0→1，則收端無法發(fā)現(xiàn)錯誤11晴1001001100雨能發(fā)現(xiàn)一個錯誤禁用碼組2.n=2，r=1，即11→A，00→B此時，d=2。插入1位監(jiān)督碼后具有檢出1位錯碼的能力,但不能予以糾正。 4.2.3信道編碼的基本原理最小碼距dmin與檢錯糾錯能力滿足下列關(guān)系：1.在一個碼組內(nèi)最多能檢測e個誤碼，要求最小碼距dmin≥e+1；2.在一個碼組內(nèi)最多能糾正t個誤碼，要求最小碼距dmin≥2t+1；3.在一個碼組內(nèi)最多能糾正t個誤碼，同時要求能檢測e個(e≥t)誤碼，要求最小碼距dmin≥t+e+1。 4.2.4信道編碼RS碼RS碼即里德-所羅門碼。同時具有糾正隨機與突發(fā)差錯的能力，且糾正突發(fā)差錯的能力更強。是一種非二進制的BCH碼，它是能夠糾正多個錯誤的糾錯碼。RS碼中，為糾正t個符號的誤碼，需要2t個監(jiān)督碼元。RS碼為（204，188，t=8），對應(yīng)的188個信息碼元，監(jiān)督碼元為16字節(jié)(開銷字節(jié)段），可糾正的誤碼為8字節(jié)。RS碼特別適合于糾正突發(fā)錯誤，如果與交織技術(shù)相結(jié)合，它糾正突發(fā)錯誤的能力則會更強。 4.2.4信道編碼交織技術(shù)交織技術(shù)就是把成串發(fā)生的誤碼分散，使長串的比特差錯變成短串的比特差錯，從而可以用向前糾錯碼對其進行糾錯?；驹恚涸趥魉椭埃却騺y原數(shù)碼的排列順序，在接收端再重新恢復(fù)數(shù)碼的排列順序，使在傳送過程中的突發(fā)性誤碼分散開來，以利于實現(xiàn)糾正。交織不會增加信道的數(shù)據(jù)碼元，只是改變排序順序。交織原理示意圖 4.2.4信道編碼卷積碼卷積碼又稱為內(nèi)碼、連環(huán)碼或者循環(huán)碼，是一種非分組碼。卷積碼的前后碼字或碼組之間有一定約束關(guān)系。通常適用于向前糾錯，用于糾正隨機錯誤?！癛S＋交積＋卷積編碼”也稱為級聯(lián)編碼。 4.2.4信道編碼ＴＣＭ網(wǎng)格編碼調(diào)制網(wǎng)格編碼調(diào)制（ＴＣＭ）是指將多電平、多相位調(diào)制技術(shù)與卷積糾錯編碼技術(shù)相結(jié)合，采用歐式距離進行信號空間分割，在一系列信號點之間引入依賴關(guān)系，僅對某些信號點序列允許可用，并模型化為格狀結(jié)構(gòu)。本質(zhì)是在頻帶受限的信號中，在不增加帶寬的前提下，將編碼技術(shù)與調(diào)制技術(shù)相結(jié)合，以實現(xiàn)進一步降低誤碼率。在ＴＣＭ系統(tǒng)中，內(nèi)編碼采用卷積編碼。