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数字地面电视发射技术青海电视台卫星地球站 王保平目录 • 第一部分 数字电视的基本概念 • 第二部分 地面数字电视技术 • 第三部分 国内地面数字电视标准 • 第四部分 地面数字电视系统建设 • 第五部分 CMMB电视介绍第一部分 数字电视的基本概念• 数字电视概念数字电视(DTV)指电视节目信号的处理、传输、 发射和接收过程中全部使用数字信号的电视系统 其具体传输过程是：由摄像机输出的模拟信号 ，经数字压缩、编码和数字调制后，形成数字电 视信号，经过卫星、地面无线广播、网络传输和 有线电缆等方式传送，在数字电视接收机的解码 器中还原成模拟信号送显示器显示可见，数字 电视主要是在处理与传输中的电视信号数字电视的分类• 从传播方式划分，数字电视包括卫星数字 电视、有线数字电视和地面无线数字电视 • 从画面清晰度划分，数字电视包括高清晰 度电视（HDTV）、标准清晰度电视（ SDTV）和普通清晰度电视（LDTV）三 者的区别主要在于图像质量和信道传输所 占带宽的不同数字电视为何要制定标准与接口• 设备方面：模拟系统主要规定设备间的接口，而数字系统 则不仅要规定设备间的接口，还要对数字信号处理的整个 过程和细节甚至是每个比特都做详细的规定，如果标准不 统一，设备和网络都将无法联通，数字信号将无法畅通。

• 系统方面：模拟系统是一个单独的、相互独立的业务系统 ，而数字系统则是统一的、综合的、从播出到接收的大系 统，接收端与播出端必须完全对应，要求对播出系统、传 输系统与机顶盒或接收机统一制订标准 • 相互关系方面：模拟系统的标准主要是单一的技术标准， 而数字系统的标准则是集信息标准、广播电视技术标准、 通信传输标准、计算机标准于一体的多层次的标准 数字电视传输模型信源信源编码信道编码调制发射信 宿信源译码信道译码接收解调信道噪声源信源编码• 使用数字信号传输有许多优点，如不易受噪声干 扰，容易进行各种复杂处理，便于存储，易集成 化等但数字电视信号码率太高，不宜直接进行 传输，因此在传输前要进行多种处理 • 为了提高传输效率的有效性必须采用信源编码 • 信源编码以压缩信源数码率为目的，尽量减少信 源个符号的相关性，使信源的传输效率提高信源编码编码器从存储角度上考虑需要进行电视信号压缩解码器10分钟要求 130Gb存储容量左右10分钟只要求 4Gb左右4:2:2编码、8bit量 化一帧SDTV图像数 据量8.6MbMPEG-2编码• PS码流： • 包的长度可变 • 抗误码能力低 • 适用于相对误码低的环境，如存储、制作DVD等 • TS码流 • 包的长度固定，188字节 • 抗误码能力较高 • 可用于相对较差的信道环境，如传输等信源编码• MPEG-2编码视频编码器音频编码器打包器打包器PS 复 用TS码流PS码流PESES视频音频数据编码器 数据TS 复 用信源编码• 压缩过程：去除图像中与信息无关或对图像质量影响不大 的部分，即冗余部分。

电视信号中存在很多这样的冗余部 分，这就为压缩提供了可能性 • 电视信号的冗余性表现在以下几个方面：空间冗余：同一幅图像中，某些相邻区域有相同的颜色空间冗余：同一幅图像中，某些相邻区域有相同的颜色 和亮度和亮度时间冗余：在运动图象中，每两幅相邻帧间存在许多相时间冗余：在运动图象中，每两幅相邻帧间存在许多相 同之处同之处编码冗余：数据所携带的信息量少于数据本身的长度编码冗余：数据所携带的信息量少于数据本身的长度视觉冗余：人类的视觉系统对图像场的敏感度是非均匀视觉冗余：人类的视觉系统对图像场的敏感度是非均匀 的的( (对于图像边缘急剧变化不敏感、对图像的亮度信息敏对于图像边缘急剧变化不敏感、对图像的亮度信息敏 感、对颜色分辨率弱感、对颜色分辨率弱) )，应该对视觉敏感和不敏感部分，应该对视觉敏感和不敏感部分 区别对待而不是同等对待区别对待而不是同等对待信源编码• 数据压缩的方式 • 视频会议压缩编码标准：H.26x(H.261、 H.263、H.264) • • 运动图像压缩编码标准运动图像压缩编码标准MPEG (Moving MPEG (Moving Pictures Experts Group) Pictures Experts Group) ：：MPEG1MPEG1、、MPEG2MPEG2 、MPEG4、MPEG7运动图像压缩编码标准运动图像压缩编码标准MPEGMPEG• •MPEGMPEG包括包括MPEG-1MPEG-1、、MPEG-2MPEG-2、、MPEG-4MPEG-4、、MPEG-7MPEG-7 • MPEG-1是为有限带宽传输设计的，针对传输速率为 1Mb/s到1.5Mb/s的普通电视质量的视频信号的压缩，是 VCD动态图像采用的标准。

• MPEG-2主要针对高清晰度电视(1440×1152)的视频和音 频信号的传输，面向宽带网络的图像传输，是DVD动态图 像采用的标准 • MPEG-3，主要用于HDTV（1920X1440），目前已并入 MPEG-2 • MPEG-4是目前视频压缩技术的最新发展水平，支持因特 网多媒体应用、交互式视频游戏、可视、电视会议 • MPEG-7支持对多媒体信息的查询MPEG-1、4和MPEG-2的比较MPEG-1MPEG-2MPEG-4 标准创建时间199219951999 最高图像分辨率352 x 2881920 x 1152720 x 576 普通PAL制式分辨 率352 x 288720 x 576720 x 576普通NTSC制式分 辨率352 x 288640 x 480640 x 480最佳声音频率48 kHz96 kHz96 kHz 最多声音通道2路8路8路最高数据流量3 Mbps80 Mbps5 to 10 Mbps 一般数据流量1380kbps(352x28 8)6500kbps(720x57 6)880kbps(720x576 ) 帧/秒（PAL）252525 帧/秒（NTSC）303030 图像质量一般非常好非常好 编码硬件要求低高非常高 解码硬件要求非常低中等高视频会议图像压缩编码标准— H.261/263/264• • H.261H.261用于可视用于可视/ /电视会议的建议标准。

电视会议的建议标准 压缩比可高达压缩比可高达50:150:1左右 • • H.263H.263是支持传输速率低于是支持传输速率低于64Kb/s64Kb/s的窄带通的窄带通 道视频编码，目的是能在网上传输活道视频编码，目的是能在网上传输活 动图像 • • H.264H.264标准不仅针对视频会议系统，而且涵标准不仅针对视频会议系统，而且涵 盖了电视广播、网络流媒体、多媒体信息盖了电视广播、网络流媒体、多媒体信息 的数字存储、数字影院等各方面的应用的数字存储、数字影院等各方面的应用 信道编码• 在实际的通信系统设计中，我们不仅要关心有效性，还同 样关心可靠性问题，即每一次传输过程能否在接收端得到 正确的信息恢复信息通过信道传输，由于物理介质的干 扰和噪声无法避免，信道的输入和输出之间仅具有统计意 义上的关系，在作出唯一判决的情况下将无法避免差错， 其差错概率完全取决于信道特性因此，一个完整、实用 的通信系统通常都包括信道编译码模块视频信号在传输 前都会经过高度压缩以降低码率，传输错误会对最后的图 象恢复产生极大的影响，因此信道编码的性能显得尤为重 要 • 信道编码的实质是在信息码中增加一定数量的多余码元（ 称为监督码元），使它们满足一定的约束关系，这样由信 息码元和监督码元共同组成一个由信道传输的码字。

一旦 传输过程中发生错误，则信息码元和监督码元间的约束关 系被破坏在接收端按照既定的规则校验这种约束关系， 从而可达到发现和纠正错误的目的调制发射• 数字调制就是将数字符号转换成适合信道 传输特性的波形的过程基带调制中这些 波形通常具有整形脉冲的形式，而在带通 调制中，则利用整形脉冲去调制正弦信号 ，此正弦信号称为载波 • 其目的除了进行频率匹配外，也可以通过 频分、时分、波分复用的方法使信源和信 道的容量进行匹配调制的方法主要有通 过改变正弦波幅度、相位和频率来传送信 息将调制后的载波转换成电磁场，传播 到一定的区域就实现了无线传输调制发射• 为什么需要载波实现基带信号的无线传输呢？天线尺寸电磁场必须利用天线才能发射到空 中进行空间传播，接收端也必须有天线才能有效 接收空间传播的信号从电磁场和天线理论知道 ，天线的尺寸主要取决于波长λ和应用场合例如 ，对于蜂窝来讲，天线长度一般为λ/4假设 发送一个基带信号的频率为 f=3000Hz，如果不经 过载波调制而直接耦合到天线发送，其天线尺寸 约为 24km但如果把此基带信号先调制到较高 的载波频率上，例如 900MHz，则等效的天线尺 寸为 8cm。

因此，利用载波进行调制是很有必要 的调制技术• 调制技术 – DVB-S中，采用的是四相相移键控QPSK调制 解调方式； – DVB-C中，采用的是正交振幅QAM调制解调 方式； – DVB-T中，采用的是正交频分复用OFDM多载 波调制，每个载波再采用四相相移键控调制 QPSK或者正交振幅QAM调制四相相移键控调制QPSK调制方式（QPSK和16QAM）正交振幅调制QAM调制方式（64QAM）分级调制• QAM 信号可以看成多层 QPSK 信号的线性组合，这一特点在数字 视频通信中得到了应用，可以提供 分级的传输服务右图为一个典型 的分级 64QAM非均匀调制星座图 ，该调制信号被分为两层(或称为两 个优先级)，即第一层(高优先级 HP)的 QPSK 信号和第二层(低优 先级 LP)的 16QAM 信号发射机 先完成 QPSK 映射，然后在QPSK 星座点的基础上在进行一次 16QAM 映射两层映射通常来自 不同的信息源，并可以采用不同的 信道编码，以提供不同等级的误码 保护接收机则可根据自身需求和 客观接收条件，选择全部接收或只 接收高优先级码流分级调制•在未来的视频通信网中，除视频信号外，还要同时传输包括文字、声 音、数据、图片等多媒体信息。

而不同信息媒体，不同服务对象对传 输的要求也各不相同，例如数据、文本和图片等不连续媒体对传输误 码非常敏感，但对传输速率要求不太高声音和视频信号数据量大， 但对传输误码的敏感性要稍低一些不同优先级的码流可以满足不同 的传输要求，比如说可以用高可靠性的 HP 码流传输数据和标准清晰 度电视节目，而用高数据速率的 LP码流传输高清晰度视频节目 (HDTV) •如果信号采用地面无线传输方式，则必须考虑信号覆盖问题由于地 形、发射塔的高度和功率以及接收机天线等因素，不同级别的调制可 能到达不同的服务区域通常来说，LP 码流用于覆盖核心服务区， 但在大部分位置需要固定的屋顶指向性天线在 LP 码流覆盖范围内 ，HP 码流总是有效的它可用来为移动终端和室内天线接收机提供 信号，或为 LP码流难以覆盖的低 C/N 区域提供覆盖延伸利用星座图分析故障利用星座图分析故障• • （（1 1）理想星座图）理想星座图– – 符号点均在决策边框内的中心点，说明有良好符号点均在决策边框内的中心点，说明有良好 的相位噪声、热噪声等，因此的相位噪声、热噪声等，因此MERMER值好 利用星座图分析故障利用星座图分析故障• • 热噪声引起的损伤热噪声引起的损伤 ––现象：符号点随机的向外扩展（相对于中心点现象：符号点随机的向外扩展（相对于中心点 ）） 利用星座图分析故障利用星座图分析故障• • 相位噪声引起的损伤（上下变频器）相位噪声引起的损伤（上下变频器） ––现象：四个边角的符号向内旋转，使方形的星现象：四个边角的符号向内旋转，使方形的星 座图变为圆座图变为圆 无线电发射与接收示意图OFDM保护间隔能抗多径干扰• 如果保护间隔大于信 道冲激响应的持续。