第8章 数字电视传输标准

第8章数字电视传输标准8.1DVB传输系统概述8.2DVB-S传输标准8.3DVB-S2的传输标准8.4DVB-C的传输标准8.5DVB-T传输标准8.6DVB-H传输标准8.7DVB-T与ATSC、ISDB-T的比较8.8中国地面数字电视广播传输标准8.9小结8.1DVB标准DVB是以欧洲为主，世界上有200多个组织参加开发的项目。以发展标准电视SDTV为主，是一套完整的数字电视解决方案，得到了广泛的应用。DVB系统的主要标准有：DVB-S用于11／12GHz频段的数字卫星系统，适用于多种转发器带宽与功率，传输层的数码率最大为38.1Mb/s。DVB-S2是DVB-S的改进。DVB-C用于8MHz数字有线电视系统，与DVB-S兼容，传输层的数码率最大为38.1Mb/s。DVB-T用于6、7、8MHz地面数字电视系统，传输层的数码率最大为24Mb/s。DVB-H(Handheld，早期为DVB-X)是DVB组织为通过地面数字广播网络向便携或手持终端提供多媒体业务所制定的传输标准。DVB-DSNG用于卫星新闻采集和节目传送业务。DVB-CS用于数字卫星共用天线电视系统（SMATV），由DVB-C和DVB-S改变得出，用于共用天线电视系统安装。DVB-SI服务信息系统。DVB-TXT固定格式图文广播传送规范。DVB-CI用于条件接收及其他应用的DVB公共接口。DVB-DATA用于数据广播的技术规范。DVB-RCC/RCT／NIP用于交互电视回传信道。还有多种网络接口标准。DVB直接采用了MPEG-2标准中的系统、视频、音频部分，在DVB中有专门的标准介绍使用MPEG-2的指南。8.2DVB-S标准DVB-S是1994年12月由ETSI(EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute，欧洲电信标准学会)制定的，标准编号为ETS300421。ITU(国际电信联盟)的相应标准号是ITU-RBO.1211。我国相应的国家标准是GB/T17700-1999《卫星数字电视广播信道编码和调制标准》。我国国家标准与上述两个国际标准的差异是：①我国将使用范围扩展到C波段（4／6GHz）固定卫星业务中的相应业务②增加了在特定的条件下系统可以使用BPSK调制方式。DVB-S系统框图视频编码音频编码数据编码节目复用传输复用MPEG-2信源编码和复用服务服务元素复用适配和能量扩散外编码RS(204,188)卷积交织内编码卷积编码基带整形QPSK调制卫星信道适配去射频卫星信道上图是DVB-S系统框图，左边部分为MPEG-2信源编码和复用，右边部分为卫星信道适配器，也即是信道编码和高频调制部分。DVB-S系统定义了从MPEG-2复用器输出到卫星传输通道的特性，总体上分成信道编码和高频调制两大部分。1.能量扩散MPEG-2传送复用器输出的TS流是固定长度（188字节）的数据包，其中第一个字节是同步字节Sync(47H)。在DVB-S中，将8个TS包组成一个包组，每个包组第一TS包的同步字节取47H的反码B8H，其余7个同步字节仍为47H。在数据随机化时，以包组作为PRBS加扰的循环周期，如图8-3所示。PRBS周期＝1503字节R187字节R187字节Sync8R187字节Sync2R187字节…图8-3TS包的扰码Sync1Sync1PRBS发生器初始化序列使能原始数据或随机数据输入随机化或去随机化输出数据输入伪随机序列在每个包组的第一个同步字节期间，PRBS发生器实现初始化，初始化值为100101010000000B，经过1503字节后又重新初始化。每个包组内其余7个同步字节期间PRBS发生器继续工作，但使能信号无效，与门输出为0，这些同步字节不被加扰。当无输入比特流或者比特流不符合TS流格式时扰码处理仍然进行，以避免调制器发射未经调制的单载波信号。2.外码编码、交织和成帧外码编码是RS编码。已随机化的传送包用截短的RS(204，188，t＝8)生成一个误码保护数据包，是在每188字节后加入16字节的RS码。数据包同步字节，不论是未取反的47H还是取反后的B8H都要进行RS编码处理。RS(204，188，t＝8)是由原始的RS(255，239，t＝8)截短得到，其生成多项式g(x)=(x+α)(x+α2)…(x+α16)（α=02H），域生成多项式P(x)=x8+x4+x3+x2+1。编码时在数据包204字节前添加51个全“0”字节，产生RS码后丢弃前面51个空字节，形成截短的(204，188)RS码，如图8-5所示。204字节R187字节RS16字节Sync8R187字节RS16字节…204字节图8-5RS(204,188,8)码字结构Sync1交织：为提供抗突发干扰的能力，对RS编码后的每个误码保护数据包进行深度I＝12的卷积交织处理，生成一个交织帧。交织器如下图所示。由于同步字节通过交织器0支路，交织后位置不变。同步字路径同步字路径字节开关字节开关移位寄存器交织I=12去交织I=123.内编码、基带成形和调制下图是DVB-S的内编码和调制方框图，DVB-S的内编码采用(2，1，7)的收缩卷积码。串行码流卷积编码收缩基带成形QPSK调制进行调制之前，I支路、Q支路信号要进行基带成形，为了避免相邻传输信号之间的串扰，多进制符号需要有合适的信号波形。数字信号处理时的波形是方波，但在传输时这种方波并不合适。根据奈奎斯特第一准则，实际通信系统中一般均使接收波形为升余弦滚降信号。这一过程由发送端的基带成形滤波器和接收端的匹配滤波器两个环节共同实现，因此每个环节均为平方根升余弦滚降滤波，两个环节合成就实现了一个升余弦滚降滤波。实现平方根升余弦滚降信号的过程称为“波形成形”，由于生成的是基带信号，因此这一过程又称“基带成形滤波”。接收端的“匹配滤波”是针对发射端的成形滤波而言，与成形滤波相匹配实现了数字通信系统的最佳接收。这里基带成形滤波器为升余弦平方根滤波器，滤波器具有以理想截止频率为中心、奇对称升余弦滚降边沿的低通特性，滚降系数＝0～1，当＝0，是通频带为的理想低通滤波器；当＝1，通频带为2；越大，通频带越宽，码间干扰越小。卫星信道干扰较多，取滚降系数为0.35。DVB-S采用常规的格雷码编码的QPSK调制，采用不进行差分编码的绝对映射。CCC卫星信号的频带宽（24MHz），卫星转发器的辐射功率不高(十几瓦至一百多瓦)，卫星信道路径远，易受雨衰影响，传输质量不够高。为保证可靠接收采用了调制效率较低、抗干扰能力强的QPSK调制。根据具体的转发器功率、覆盖要求和信道质量，可以利用不同的内码编码率来适应特定的需要。例如，为确保良好的传输和接收，编码率可以是1／2或2／3；而若希望可用比特率高时，编码率可以是3／4或更大。总之，DVB-S系统的参数选择在内码编码率上有较大的灵活性，以适用于不同的卫星系统和业务要求。近年来巨大的市场需求促使传输能力更强的新标准出现,DVB组织于2004年6月发布了DVB-S2标准草案(EN302307)。DVB-S2支持更广泛的应用业务如广播服务（BroadcastService，BS）交互式服务（InteractiveService，IS）卫星新闻采集（DigitalSatelliteNewsGathering，DSNG）和其它专业服务（ProfessionalService，PS）等，且与DVB-S兼容，新的DVB-S2与相比DVB-S在技术上有许多改进：⑴新的信道编码方案与高阶调制组合，构成比DVB-S更好的编码调制方案。在转发器带宽和发射机EIRP（EffectiveIsotropicRadiatedPower，等效全向辐射功率）相同情况下，通过改变调制类型与编码率，传送容量可增加30％。⑵DVB-S只能处理MPEG-2传送流，DVB-S2设有灵活的输入码流适配器，在不显著增加复杂性的情况下能处理其他数据格式（打包的或连续的单节目或多节目流）。8.3DVB-S2传输标准⑶BCH码（外码）与LDPC码（内码）级联的FEC系统，允许在低于香农极限0.7～1dB处进行准无误码传输。⑷有1／4、1／3、2／5、1／2、3／5、2／3、3／4、4／5、5／6、8／9、9／10共11种编码率供选择，有QPSK、8PSK、16APSK、32APSK共4种调制方案供选择，基带成形有0.35，0.25，0.2共3种滚降系数供选择。⑸频谱效率显著提高（从0.5～4.5bit／symbol／Hz）。⑹应用可变编码调制（VariableCodingandModulation，VCM）技术，对不同业务（如：SDTV,HDTV,音频和多媒体）提供不同误码保护级别。⑺在交互和点对点应用的情况下，VCM和回传信道结合，实现自适应编码调制（ACM，AdaptiveCodingandModulation），这项技术提供了更精确的信道保护和对传播条件的动态链路自适应，ACM系统允许卫星容量增加到100％～200％。与DVB-S的固定编码调制（CCM，ConstantCodingandModulation）相比，业务的可用度得到扩展。这是通过卫星或地面回传信道把每个接收终端的信道条件通知卫星上行站，实现自适应编码和调制。⑻提供可选的导频，帮助接收机载波恢复。我国处于卫星广播发展的初期，现有的卫星接收终端数量不多，应该尽早向DVB-S2新标准过渡，直接采用新技术，实现卫星广播的跨越式发展。8.4DVB-C标准DVB-C标准规定了有线数字电视广播系统中传送数字电视的帧结构、信道编码和调制方式。DVB-C的欧洲标准是由ETSI(欧洲电信标准学会)于1994年12月制定的，标准编号为ETS300429。ITU（国际电信联盟）的相应标准为ITU-TJ.83建议书。我国制定的相应标准为《有线数字电视广播信道编码和调制规范》，编号为GY／T170—2001。DVB-C信道编码层尽量与DVB-S的编码相协调，这样卫星传送的多节目数字电视便于进入DVB-C馈送网络向用户分配。有线数字电视广播系统的特点有①传输信道的带宽窄（8MHz）；②信号电平高，接收端最小输入信号在100mVpp以上；③传输信道质量好，光缆和电缆内的信号不易受到外来干扰。因此，DVB-C系统对FEC处理的要求可降低，其高频调制效率可提高。DVB-C有线前端与接收的原理框图如图8-10所示。图中发送端的前4个方框与DVB-S是一样的。但在卷积交织器后没有级联的卷积编码，即只有外编码而无内编码，因为有线信道质量较好，FEC不必做得复杂化。有线前端图8-10DVB-C有线前端与接收的原理框图8数据基带接口：来自本地MPEG-2节目源、分配链路再复用等时钟基带物理接口Sync1反转和随机化RS编码（204，188）8卷积交织器I＝128字节到m位符号变换m差分编码m基带成形QAM调制器和IF或RF物理接口去RF有线信道时钟和同步生成器来自RF有线信道RF物理接口与QAM调制器IQIQ匹配滤波器与均衡m差分解码m符号到字节映射8卷积去交织器I＝128RS解码（204，188）Sync1反转和去随机化88基带物理接口数据时钟载波时钟和同步恢复器有线IRD为提高调制效率，采用的MQAM容许在16，32，64，128和256QAM中选择，通常为64QAM。高质量的光缆、电缆下可以采用128QAM甚至256QAM。为实现QAM调制，需将交织器的串行字节输出变换成适当的m位符号，这就是字节到符号的映射。图8-1164QAM时字节到m比特符号变换示意图符号Zb1b0b7b6b5b4b3b2MSB自交织器输出(字节)字节Vb7b6b3b2b1b0b7b6b5b4b5b4b3b2b1b0b5b4b3b2b1b0b5b4b3b2b1b0b5b4b3b2b1b0b5b4b3b2b1b0LSB字节V+1字节V+2符号Z＋1符号Z＋2符号Z＋3至差分编码器(6bit符号)1.字节到符号的映射不同M值的QAM调制，映射成的符号数不相同，在任何情况下，符号Z的MS