数字电视C9ppt-PowerPointTemplat

上海交通大学数字电视原理与应用PrincipleandApplicationofDigitalTelevision主讲：张文军教授上海交通大学图像通信与信息处理研究所Email：[e-mail]2006～2007学年第一学期DVB-S标准及测量,class092数字电视原理与应用课程安排1数字电视概述•电视技术的发展历程•模拟电视原理•数字电视的发展2数字电视基本原理视频压缩原理MPEG-2视频编码及测量MPEG-2音频编码及测量MPEG-2系统及其测量数字调制基础数字电视的纠错编码原理3数字电视相关标准•DVB-S标准及相关测量•DVB-C标准及相关测量•OFDM技术•DVB-T标准及相关测量•ATSC和ISDB-T标准及其测量•我国的数字电视标准DVB-S标准及测量,class093数字电视原理与应用数字电视相关标准DVB-S标准及相关测量技术——第13,14章DVB-C标准及相关测量技术——第15,17章OFDM技术——第18章DVB-T标准及相关测量技术——第19,20章ATSC和ISDB-T标准及其测量——第21,22,23章我国的数字电视标准——补充DVB-S标准及测量,class094数字电视原理与应用由于使用简单且价格便宜，目前卫星模拟电视应用广泛。在欧洲，一套简单的卫星接收系统包括卫星天线、LNB和接收器不到100欧元，而且没有后续费用。因此通过已有的卫星传输方式来传输DTV信号非常重要。DVB-S标准DVB-S标准及测量,class095数字电视原理与应用每个通讯卫星都位于赤道上空约36,000km的对地静止轨道中，即同步卫星。在距地面约36,000km的固定距离，只有一个精确的轨道位置，使得卫星的离心力和地球引力相抵消。然而不同卫星可以位于不同经度：例如澳星位于西经19.2°由于卫星都位于赤道上空，北半球所有的卫星接收天线都指向南方，而南半球的天线都指向北方。DVB-S标准DVB-S标准及测量,class096数字电视原理与应用DVB-S标准同步卫星轨道数据的计算关系：卫星围绕地球的速度为每天一圈，因此离心力F1为：ssdayTconstcircularspeedangularTsatelliteofmassmrmFSATSAT864006060241;_141592654.3;_12;__;21图13.1同步卫星的离心力EarthrsatelliteF1ωDVB-S标准及测量,class097数字电视原理与应用DVB-S标准同步卫星轨道数据的计算关系：由于其轨道高度，卫星还受到地球引力F2的吸引：图13.2同步卫星的向心力;1067.6__;__;1231122skgmongraphitatiofconstearthofmassmrmmFEARTHSATEARTHEarthrsatelliteF2DVB-S标准及测量,class098数字电视原理与应用DVB-S标准离心力和向心力必须保持平衡，由此可以确定出同步卫星的轨道：平衡状态：离心力F1＝向心力F2;35850637042220;42220;)1(;1;3122221kmkmkmrrdkmrmrrmmrmFFEARTHEARTHSATEARTHSAT图13.3二力平衡EarthsatelliteF1F2DVB-S标准及测量,class099数字电视原理与应用原理上，可以用相同卫星系统传输模拟和数字电视信号。然而欧洲的数字信号采用不同频段，以前的卫星频段仍传输模拟电视信号。欧洲约有100套卫星电视节目既可以接收模拟信号也可以接收数字信号，而且多数都完全免费。DVB-S与DVB-T采用相同的误码保护算法，只是DVB-T的调制方法更精细。DVB-S的定义：ETSI标准ETS300421,1994年：Digitalbroadcastingsystemsfortelevision,soundanddataservices;Framingstructure,channelcodingandmodulationfor11/12GHzsatelliteservicesDVB-S标准DVB-S标准及测量,class0910数字电视原理与应用DVB-S标准及相关测量技术1.DVB-S系统参数2.DVB-S调制器3.DVB-S接收机4.影响卫星传输的因素5.DVB-S测量技术DVB-S标准及测量,class0911数字电视原理与应用QPSK调制:1、DVB-S系统参数图13.4QPSK00100111曾经考虑采用8-PSK替代QPSK来增加数据率。原理上卫星传输需要采用抗噪能力强，且能抵抗严重非线性干扰的调制方法。由于卫星和接收天线间36,000km的远距离，卫星传输受到由自由空间衰减（约205dB）造成的严重噪声影响。卫星发射机应答器中的有源元件是行波电子管放大器TWA，其调制特性具有严重非线性。这种非线性不能被补偿，因为它与能量效率降低相关。DVB-S标准及测量,class0912数字电视原理与应用QPSK调制:白天由太阳能电池为卫星的电子器件和蓄电池供电，晚上完全由蓄电池供电。如果非线性很严重，则调制信号的幅度中不能含有有用信息。QPSK和8-PSK的信息都只在相位中。同样，模拟电视卫星传输也用调频制替代调幅制。1、DVB-S系统参数DVB-S标准及测量,class0913数字电视原理与应用广播卫星的一路信道通常带宽为26～36MHz上行链路14～19GHz下行链路11～13GHz符号速率的选取必须使得频谱小于发射机带宽，通常选择符号速率为27.5MS/s，QPSK每个符号传输2bits，因此总码率为55Mbit/s：总码率＝2bits/symbol*27.5Megasymbols/s=55Mbit/s1、DVB-S系统参数DVB-S标准及测量,class0914数字电视原理与应用MPEG-2TS流必须先进行误码保护再送入调制器，得到QPSK调制信号再传输到卫星。DVB-S采用两种误码保护机制：Reed-Solomon分组码卷积码1、DVB-S系统参数DVB-S标准及测量,class0915数字电视原理与应用Reed-Solomon分组码数据被打包成固定长度，然后附加一个特定长度的特殊校验和。如音频CD校验和不仅可以检测出误码，还可以纠正一定数量的误码。能纠正的误码数是校验和长度的函数。可修复的错误数通常是误码保护字节数（校验和）的一半。1、DVB-S系统参数DVB-S标准及测量,class0916数字电视原理与应用Reed-Solomon分组码MPEG-2TS包长188bytes，在DVB-S中通过RS保护，可扩展到204bytes，即RS(204，188)。在接收端，只要误码数不超过8个（与误码的位置无关），都可以得到纠正；如果误码数多于8个，则只能检测到而不能纠正了。遇到不能纠错的情况就要在TS包头由传输误码指示器注明该包有错，MPEG-2会将该包抛弃。RS误码保护会使数据速率降低：net_data_rateRS=gross_data_rate×188/204=50.69Mb/s1、DVB-S系统参数DVB-S标准及测量,class0917数字电视原理与应用卷积码（网格码trelliscode）：仅有RS保护是不够的，因此在RS编码后加入卷积码作进一步保护。这使数据流进一步扩展，该扩展可通过码率来控制：code_rate=input_data_rate/output_data_rateDVB-S可选的卷积码码率有1/2，3/4，2/3，……，7/8。码率越小，保护能力越强，但数据速率越大，反之亦然。1、DVB-S系统参数DVB-S标准及测量,class0918数字电视原理与应用卷积码（网格码trelliscode）：码率为1/2，则数据流将扩展一倍。此时的误码保护能力最强，但净数据速率最小。码率为7/8时，可以提供最小的数据开销但是误码保护能力也最小。通常对码率和数据速率的折中，是选择码率3/4。此时，DVB-S的净数据速率为net_data_rateDVB-S¾=code_rate×net_data_rateRS=3/4×50.69Mb/s=38.01Mb/s1、DVB-S系统参数DVB-S标准及测量,class0919数字电视原理与应用DVB-S标准及相关测量技术1.DVB-S系统参数2.DVB-S调制器3.DVB-S接收机4.影响卫星传输的因素5.DVB-S测量技术DVB-S标准及测量,class0920数字电视原理与应用2、DVB-S调制器DVB-S标准及测量,class0921数字电视原理与应用Block1——基带接口用于与MPEG-2传输流的同步MPEG-2的包长为188B，其中包头4B，负荷184B包头以同步字节(常数0x47，同步周期为188B）开始。在基带接口中，信号与0x47同步。同步发生在5个包内，所有的时钟信号都由此而来。2、DVB-S调制器DVB-S标准及测量,class0922数字电视原理与应用2、DVB-S调制器Block2——同步反转每8个同步字节的第一个字节反转，即0x47变为0xB8，其它7个字节不变。DVB-S标准及测量,class0923数字电视原理与应用Block3——能量分散单元使用这种同步字节反转，需要将额外的时间戳插入到数据信号中，这些数据信号相对于传输流结构(一个包)，这8个包的数据信号是长时间戳。该时间戳用于发送和接收端能量分散单元的重新设置。因为相对长的0/1序列有可能纯粹偶然的发生在一个数据信号中，这是我们不想发生的情况，因为其中不包含任何时钟信息或者会引起某特定周期内出现离散频谱线。要杜绝这种情况，实际每种数字传输方法都在真正调制前进行能量分散。2、DVB-S调制器DVB-S标准及测量,class0924数字电视原理与应用2、DVB-S调制器Block3——能量分散单元DVB-S标准及测量,class0925数字电视原理与应用Block3——能量分散单元通过以预定义的方式反复重启一个伪随机比特序列实现能量分散。DVB-S中每遇到一个同步字节反转，就重启一次。数据流域伪随机序列进行异或，来分散连续的0/1。在接收端再进行同样的处理，可以恢复原数据。要求收发端的两个移位寄存器必须完全同步而且同步字节反转模块中的8个包长的序列也要同步。只有这样同步才有可能，因为同步字节和反转同步字节是直接传输的，没有与伪随机比特序列混合。2、DVB-S调制器DVB-S标准及测量,class0926数字电视原理与应用2、DVB-S调制器Block4——外码编码器(RS码)DVB-S标准及测量,class0927数字电视原理与应用Block4——外码编码器(RS码)这里采用了RS(204,188)。因此只能纠正最多8个误码。如果误码多于8个，则有解调器中的传输误码指示器对相应的包头设置错误标记。2、DVB-S调制器DVB-S标准及测量,class0928数字电视原理与应用2、DVB-S调制器Block5——交织器对于突发误码，RS码是无能为力的，因此RS编码后需要对数据进行交织，并在接收端进行反交织，从而使原突发误码分散开来，提高纠错能力而不会增加数据开销。DVB-S标准及测量,class0929数字电视原理与应用2、DVB-S调制器DVB-S中采用Forney交织器DVB-S标准及测量,class0930数字电视原理与应用Forney交织器：它有两个旋转开关和一些移位寄存器组成。最大交织深度为11个包长。这保证了数据是被打乱的，即尽可能的不呈现系统形式。同步字节和反转的同步字节总是能准确地沿着特定的路径。这就意味着开关的旋转速度恰好是包长的倍数。交织器和反交织器与MPEG-2的