数字电视体系及有线数字电视传输技术.ppt

PES的结构及其产生框图 视频基本码流(ES)(ES)经打包器输出的是打包的基本码流(PES)(PES)，它是编码器与解码器的直接连接形式 通常PESPES包的长度固定，视频一般一个帧一个PESPES包，音频不超过64k64k比特 PESPES包，其结构示于附图 由图可见，它侧重于编、解码的控制，包括版权说明（是原始的节目还是复制节目），加入解码时间和显示时间的时间标志，表达时间印记和显示时间印记PTSPTS和DTSDTS，说明数字存储媒体(DSM)(DSM)的特殊模式等            PES起始码 码流ID PES包长 PES头 填充比特 PES包数据 PTS DTS ESCR ES码率 DSM特殊模式 附加的复制信 PES CRC PES扩展 5个标志 自选区 PES加扰控制 PES优先级 数据对称指示 版权 原始还是复制 7个标志 PES头数据长度 自选区 10 PES私用数据 包头区 节目包顺序计数 P-STD缓存 PES扩展区PES包结构  TS的结构及其产生框图 PESPES经过复用再打成188188比特的固定长度包便形成TSTS流或TSTS包。

TSTS流是各传输系统之间的连接形式，是传输设备间的基本接口 其结构如图示 TSTS由带有一个或多个独立时基的一个或多个节目组合而成，注意：TSTS不是由节目码流PSPS构成，而由PESPES复接而成   每一个打包在TSTS中的PESPES都伴有一个包标识符(PID)(PID) 一个特定节目的所有TSTS包不管它是视频、音频还是数据，都能借助于它们的PIDPID从复合的码流中提取出来 一个或几个节目被加进（复接）TSTS中，也可被提取（解复用）出来 一个TSTS中的每一个节目关联到一个独立的时钟 TSTS侧重于传输方面的结构和说明，如加入同步、说明有无差错、有无加扰等 其中包的识别对解码有着重要作用，是识别码流和信息的标签 产生TSTS的结构图和产生TSTS分接和解码框图亦如下          包头 净荷 包头 净荷 包头 净荷188字节 同步 传送有误 起始指示 传送优先级 PID 加扰控制 自适应区 连续计数 自适应区 净荷 8 1 1 1 13 2 2 4 n1 自适应区 不连续性指示 随机接入指示 ES流优先级 5个标志 自选区 填充比特 PCR OPCR 拼接倒计数 传送私有 自适应区扩展 48 48 8 8+n3 8+n4 传输流TS的组成  打包器打包器系统时钟 n打包器打包器视频编码器 1音频编码器 1视频编码器 n音频编码器n音频ES系统时钟 1视频ES视频PES音频PES节目时钟参考信息TS复接器 产生TS的结构方框图           包头起始 01 SCR 节目复接速率 系统头 PES包1   PES包i  PES包n 包头 包1 包头 包2  包头 包nMPEG 节目和编码 系统头 起始码 头长 速率界限 音频界限 固定的 CSPS 音频锁定 视频锁定标 志 视频频带 N环 码流 标志 11 P-STD缓 冲限标尺P-STD缓 冲范围界限 节目码流PS的组成   MPEG-2MPEG-2的同步    MPEG算法提供一定的定时方法，保证视音频的同步。

       MPEG-1为解码器制定了两个时钟：系统时钟基准（SCR）                                                               显示时间标记（PTS）      MPEG-2为解码器制定了三个时钟：系统时钟基准（SCR）                                                               显示时间标记（PTS）                                                               节目时钟基准（PCR）      系统时钟基准（SCR）：             90KHz，即一天24小时中产生7.8x10E9个时钟              为保持SCR对视音频的一致性， MPEG视频及音频编码器至少每0.7s（最小值）将SCR插入到MPEG的码流中              在接收端的系统解码器中SCR被提取出来，再分别送到视频、音频解码器中 视频及音频解码器使用由系统解码器送来的SCR值刷新它们的内部时钟。

 从而与发送端的编码器同步      显示时间标记（PTSPTS）：            是与视频及音频显示单元有关的编码器系统时钟的样本，显示单元是一个解码的视频或音频时间序列              PTS代表了视频图像被显示的时间或音频时间序列的起始回放时间              编码器至少每0.7s（最小值）将SCR插入一个PTS到MPEG码流中              PTS用于通知解码器何时显示一个已解码的图像帧，由于一个PES包对应一帧图像，因此每个PES包中均应设定与该图像帧对应的PTS值       节目时钟基准（PCR）：             仅应用在MPEG-2中               PCR用在传送码流（TS）中（如像SCR被用在MPEG-1的系统码流中一样），由于每个节目均有其本身的时钟基准，故包含多个节目的传送码流（TS），对每个节目各有其本身的PCR域值 MPEG-2MPEG-2编/ /解码器接口           MPEG-2数据信号的三种接口：同步并行接口（SPI）                                                 同步串行接口（SSI）                                                 异步串行接口（ASI）             三种接口连接的设备：QPSK解调器、QAM调制器、复用器、解复用器、电信网络适配器。

              三种接口采用的传送包结构：204/188                                                                                同步并行接口（SPISPI）      应用：用于数据速率可变的并行传输系统，主要用于设备较多的环境       同步：数据传输通过MPEG-2传输流中的字节时钟来同步       传输链路：传输输送链路采用LVDS（低压差分驱动）、25针D型超小型连接器      信号格式：SPI信号是将时钟、数据和同步信号并行传输，即8个数据位、1个MPEG-2包同步（PSYNC）信号、1个数据有效（DVALID）信号，一共10bits一起并行传输 所有信号均与时钟信号同步，且以非归零码（NRZ）形式编码       时钟信号频率  fp = fu/8（包长为188字节）；                          fp =（204/188） fu  / 8 fp （包长为204节）        fu对应于MPEG-2传送层的有用比特率Ru ，时钟信号频率 fp<=13.5MHz。

                         异步串行接口（ASIASI）：           应用：ASI仅用于点对点链路            ASI协议结构：三层结构，           第0层为物理层：规定传输媒介、驱动器、接收器、传输速率                              物理接口有LED驱动的多模光纤和同轴电缆两种                              光纤连接器符合IEC874-14的SC型连接器，                             同轴电缆连接器为BNC型                              基本传输速率定义为270Mb/s（传输信道速率）             第1层为数据编码层：规定串行编码规则、专用字符及差错控制 编码采用8B/10B传输码；差错校验由无效传输码点和“游程”不等性来实现；专用字符定义为编码数据字节未用的附加码点              第2层为MPEG-2层：定义传送包同步、传送包格式、传送包定时 由MPEG-2标准规定                                                    同步串行接口（SSISSI）：             同步串行是指以不同速率的串行输出方式，其传输速率与数据速率相等。

              应用：几条链路级联的多级传输链路              SSI协议结构：三层结构，              第0层为物理层：规定传输媒介、驱动器、接收器               第1层为数据编码层：规定与传输媒介无关的编码处理，保证全透明地进行串行或解串行处理               第2层为传送协议层：符合MPEG-2标准     串行数据接口SDI       SDI信号指符合ITU-R BT601建议的数字视频信号 我国已将该建议等同为国家标准GB/T17953-2000，其中规定了比特并行和比特串行两种接口信号格式         对SDI信号而言，它是一种10bits字长的复用数据流，以27MS/s的符号率传送，即它的传输速率为270Mb/s         SDI的取样采用4 ：2：2格式，传送顺序为Cb、Y、Cr、Y、Cb、Y        HD-SDIHD-SDI高清晰度串行数字分量接口: :            HDTV使用符合SMPTE292M标准的串行数字分量接口传输数字分量电视信号及其内嵌的多路数字音频信号,其取样频率为国为74.25MHz,量化电平10bits,码率为1485Mbps。

 使用75ΩBNC连接器和75Ω同轴电缆，用8281电缆时最大传输距离100米     5 5）MPEG MPEG – 4 4标准     •  1993年提出，2000年公布为国际标准          • 与MPEG – 1 和MPEG – 2 有很大不同，它更基于内容的交互   性，高的压缩率和灵活多样的存取模式 目前主要用于流媒体  M MPEG-4主要是针对多媒体交互应用等通信领域 MPEG-4试图达到两个目标：一是低比特率下的多媒体通信； 二是多工业的多媒体通信的综合 据此目标，MPEG-4引入AV对象（Audio/Visaul Objects），使得更多的交互操作成为可能 1．AV对象（AVO）：AV对象的基本单位是原始“AV对象”，它们可能是一个没有背景的说话的人，也可能是这个人的语音或一段背景音乐等 它具有高效编码、高效存储与传播及可交互操作的特性 在MPEG-4中，AV对象有着重要的地位 MPEG-4对AV对象的操作主要有： (1)采用AV对象来表示听觉、视觉或者视听组合内容 (2)允许组合已有的AV对象来生成复合的AV对象，并由此生成AV场景。

(3)允许对AV对象的数据灵活地多路合成与同步，以便选择合适的网络来传输这些AV对象数据 (4)允许接收端的用户在AV场景中对AV对象进行交互操作 (5)MPEG-4支持AV对象知识产权与保护  2．MPEG-4标准的构成 1）多媒体传送整体框架（DMIF，The Dellivery Multimedia Integration Framework） DMIF主要解决交互网络中、广播环境下以及磁盘应用中多媒体应用的操作问题 通过传输多路合成比特信息来建立客户端和服务器端的握手和传输 通过DMIF，MPEG-4可以建立起具有特殊品质服务(QoS)的信道和面向每个基本流的带宽 2）数据平面 MPEG-4中的数据平面可以分为两部分：传输关系部分和媒体关系部分 为了使基本流和AV对象在同一场景中出现，MPEG4引用了对象描述（OD）和流图桌面（SMT）的概念 OD传输与特殊AV对象相关的基本流的信息流图 桌面把每一个流与一个CAT（Channel Assosiation Tag）相连，CAT可实现该流的顺利传输。

3）缓冲区管理和实时识别 MPEG-4定义了一个系统解码模式（SDM），该解码模式描述了一种理想的处理比特流句法语义的解码装置，它要求特殊的缓冲区和实时模式 通过有效地管理，可以更好地利用有限的缓冲区空间  4）音频编码 MPEG-4的优越之处在于，它不仅支持自然声音，而且支持合成声音 MPEG-4的音频部分将音频的合成编码和自然声音的编码相结合，并支持音频的对象特征 5）视频编码 与音频编码类似，MPEG-4也支持对自然和合成的视觉对象的编码 合成的视觉对象包括2D、3D动画和人面部表情动画等 6）场景描述 MPEG-4提供了一系列工具，用于组成场景中的一组对象 一些必要的合成信息就组成了场景描述，这些场景描述以二进制格式BIFS（Binary Format for Scene description）表示，BIFS与AV对象一同传输、编码 场景描述主要用于描述各AV对象在一具体AV场景坐标下，如何组织与同步等问题 同时还有AV对象与AV场景的知识产权保护等问题 MPEG4为我们提供了丰富的AV场景。

 3. 3.应用前景： MPEG4的应用前景将是非常广阔的 它的出现将对以下各方面产生较大的推动作用： 数字电视； 动态图象； 万维网（WWW）； 实时多媒体监控； 低比特率下的移动多媒体通信； 用于内容存储和检索多媒系统； Internet/Intranet上的视频流与可视游戏； 基于面部表情模拟的虚拟会议； DVD上的交互多媒体应用； 基于计算机网络的可视化合作实验室场景应用； 演播电视等   6) H.2646) H.264     1999年开始制定，2004年年底发布            H.264建立在块匹配混合编码基础上，采取一系列高效压缩编码技术的开放式标准           新标准 H.264在H.263与MPEG-4基础上的性能提升，必将对视频移动通信，视频流服务，HDTV等领域的IP视频传输和存储产生极其深远的影响       在相同的SNR下，平均码流H.264比MPEG-4降低41%，比H.263降低52%，比MPEG-2降低67%（一套SDTV/6Mbps降低为1.98Mbps) H.264编码简介 H.264H.264标准可分为三档： 1 1、基本档次（其简单版本，应用面广）； 2 2、主要档次（采用了多项提高图像质量和增加压缩比的技术措施，可用于SDTVSDTV、HDTVHDTV和DVDDVD等）； 3 3、扩展档次（可用于各种网络的视频流传输）。

H.264H.264的优势： 1 1、在相同的恢复图像质量条件下，比H.263H.263和MPEG-4MPEG-4节约了近5050％的码率， 2 2、对网络传输具有更好的支持功能： a a）它引入了面向IPIP包的编码机制，有利于网络中的分组传输，支持网络中视频的流媒体传输；具有较强的抗误码特性，可适应丢包率高、干扰严重的无线信道中的视频传输； b b）支持不同网络资源下的分级编码传输，从而获得平稳的图像质量； c c）能适应于不同网络 H.264视频压缩系统 H.264H.264标准压缩系统由视频编码层（VCLVCL）和网络提取层（Network Network Abstraction Abstraction LayerLayer，NALNAL）两部分组成 VCLVCL中包括VCLVCL编码器与VCLVCL解码器，主要功能是视频数据压缩编码和解码，它包括运动补偿、变换编码、熵编码等压缩单元。

NALNAL则用于为VCLVCL提供一个与网络无关的统一接口，它负责对视频数据进行封装打包后使其在网络中传送，它采用统一的数据格式，包括单个字节的包头信息、多个字节的视频数据与组帧、逻辑信道信令、定时信息、序列结束信号等 包头中包含存储标志和类型标志 存储标志用于指示当前数据不属于被参考的帧 类型标志用于指示图像数据的类型 VCLVCL可以传输按当前的网络情况调整的编码参数 H264标准使运动图像压缩技术上升到了一个更高的阶段，在较低带宽上提供高质量的图像传输是H.264的应用亮点 H.264的推广应用对视频终端、网守、网关、MCU等系统的要求较高，将有力地推动视频会议软、硬件设备在各个方面的不断完善   基于数字音视频编解码技术标准AVS:                       由信息产业部科技司主持的“基于数字音视频编解码技术标准（AVS）的数字视频广播编码播出与接收系统”12月14日在北京通过专家技术鉴定 这标志着中国已经完成数字视频广播系统的技术构建             该项目全面实现了数字视频广播所需的功能，且在编码效率上比传统的MPEG-2提高了2到3倍，在计算资源的消耗上降低了30%到50%。

 这一完整系统的推出，将对形成从标准制定、产业开发到投入运营的良性互动起到促进作用 这个项目通过鉴定标志着AVS已构建完成了包括节目制作、播出和接收等诸环节的完整的数字视频广播系统，为实际应用做好了准备             专家组认为，该成果突破了第二代数字音视频编码技术中实时编码、解码的核心技术，在若干关键算法及其实现上具有独创性 所完成的演示系统功能基本齐全、工作稳定，为中国数字音视频产业的国际竞争与规模化生产提供了重要的技术支撑             这个项目由联合信源数字音视频技术(北京)有限公司牵头，中国科学院计算技术研究所、上海广电(集团)有限公司中央研究院、北京算通科技发展有限公司合作完成          AVS的全称是中国数字音视频编解码技术标准工作组，成立的初衷是为了研发国产的音视频标准 最近几年来，国内的DVD等音视频行业饱受国外企业索取专利费的困扰，3C联盟、6C联盟等动辄要求每台DVD交几每元的专利费，甚至有日本企业向中国彩电厂商索取专利费 因此，AVS研发成功，将给中国企业摆脱国外专利费的困扰提供了机会 5 5．音频压缩标准   1) MUSICAM标准     2)  AC – 3 标准     3)  MPEG – 1 音频编码标准          MPEG – 1 算法的第ⅡⅡ层，即MUSICAM标准，我国采用。

   1 1、MUSICAMMUSICAM编码        MUSICAM编码的全称叫做“掩蔽型自适应通用子频带集成编码与复用”         编码器的输入信号是每声道为768kbit/s的PCM数字化声音信号，        用濾波器组分割成等宽的32个子带（当取样频率为48KHz时，子带宽度为750Hz），        将子带信号进行建立在听觉特性基础上的自适应量化，即可完成人耳察觉不到量化噪声的高质量声音编码，        再经数据压缩成压缩编码的数字音频信号         解码器先将数入的压缩编码的数字音频信号解压缩，然后经合成濾波器将32个子带取样合成为32个音频取样，形成PCM样值               2 2，MPEG-1MPEG-1音频编码             MPEG-1标准中的ISO/IEC11172-3是1993年公布的音频压缩编码国际标准 我国现有的卫星和有线标清数字电视系统的音频压缩编码标准采用MPEG-1第ⅡⅡ层即MUSICAM              MPEG-1音频压缩编码器输入双声道（L、R）PCM数字音频信号，             用濾波器阵分割成等宽的32个相同大小的子带，每个子带的量化和比特分配用心理声学模型确定，该模型符合人类听觉的掩蔽特性。

              量化后的取样值与比特因子和其它编码信息合成为所谓的“帧结构”，由此生成压缩数据流                         MPEG-1算法由层ⅠⅠ、层ⅡⅡ、层ⅢⅢ三种算法构成，其共同点是算法都建立在32个子带编码的基础之上，层ⅠⅠ与层ⅡⅡ的最大不同是帧长度，层ⅠⅠ汇集384个取样加以处理，而层ⅡⅡ汇集3倍于此的1152个取样加以处理 层ⅡⅡ使用较低的比特率，采用较长的帧长度，通道数为2，取样频率是32KHz、44.1KHz、48KHz中的任意一个                层    号                ⅠⅠ                          ⅡⅡ                           ⅢⅢ                         每声道数码率        192Kb/s                 128Kb/s                  64Kb/s              压缩比                1：3.6                  1:5.6                        1:11              濾波器            子频带编码            子频带编码     子频带编码+变换编码          频谱分辨率          32个子带               32个子带        32个子带、18条子带               特    征             基本算法               最佳编码        濾波器组和熵编码的                                                                                                    联合应用               应    用               VCD            DAB，DVB-C、S    通过ISDN传送声音                                                             计算机多媒体                 广播节目                                                        六. .信道编码和调制     1．信道编码 为什么要进行信道编码？           信源编码的码流不适合在信道中传输，必须经过某些处理，使之适合在信道中传输，这称为信道编码。

 否则，信道中噪声和失真的影响将导致接收信号质量劣化    信道编码技术   有线数字电视信号的信道编码使用:           基于码流随机化的能量扩散，           基于RS码编码的前向纠错（FEC）技术，              为克服信道中的突发干扰造成的误码还采用了字节交织技术                    a.能量扩散——频谱成形随机化                        （码流随机化处理）          其目的是使码流中的长连“1”和长连“0”经随机化处理后，码流的直流分量保持恒定，从而避免判决时产生误码       b.RS编码             码流中加入冗余纠错码，形成误码保护数据包(204,188)                c.卷积交织             交织深度I=12，形成相互交迭的误码保护数据包，以抵        抗信道中突发的干扰            为了简单说明交织的原理，只取交织深度=5为例来说明 5×15×25×35×45×15×25×35×4 ×1×7接收端去交织×4×3发端交织        设传送的码流序列为：     X`=(A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9,A10,A11,A12,A13,A14,              A15,A16,A17,A18,A19,A20,A21,A22,A23,A24,A25)            发端交织器是码元分组交织器，25个信息码元分为5行5列，按行输入：          当A1输入交织器直通至输出到第1行第1列位置；          当A2输入交织器5x1=5位延迟后输出，至第2行第2列位置；          当A3输入交织器5x2=10位延迟后输出，至第3行第3列位置；          当A4输入交织器5x3=15位延迟后输出，至第4行第4列位置；          当A5输入交织器5x4=20位延迟后输出，至第5行第5列位置。

             若用矩阵表示交织器的输入，它是按行写入每行5码元，即：                             A1   A2   A3   A4   A5                             A6   A7   A8   A9   A10                    X1=  A11 A12 A13 A14 A15                             A16 A17 A18 A19 A20                             A21 A22 A23 A24 A25    经过并行的5个存储器后，有                             A1   A22  A18  A14  A10                             A6   A2    A23  A19  A15                   X2 =  A11 A7    A3    A24  A20                             A16 A12  A8    A4    A25                             A21 A17  A13  A9    A5       按行读出送入信道的码元序列为：      X3 =(A1,A22,A18,A14,A10,A6,A2,A23,A19,A15,A11,A7,A3,A24,A20,               A16,A12,A8,A4,A25,A21,A17,A13,A9,A5)         这个码元序列在信道中受到两个突发干扰，到达接收端的码元序列为：      X4 =(A1,A22,A18,A14,A10,A6,A2,A23,A19,A15,A11,A7,A3,A24,A20,               A16,A12,A8,A4,A25,A21,A17,A13,A9,A5)        序列中红色码元表示受到突发干扰的码元。

 在接收端送入去交织器，去交织器结构与发    端交织器结构互补，并且同步运行，即并行寄存器自上而下延迟5x4=20,5x3=15,    5x2=10,5x1=5,0（直通） X4分5行5列，按行输入，用矩阵表示为：                         A1   A22  A18  A14  A10                         A6   A2    A23  A19  A15                X5 = A11 A7    A3    A24  A20                         A16 A12  A8    A4    A25                         A21 A17  A13  A9    A5               去交织器输出为                         A1   A2   A3   A4   A5                         A6   A7   A8   A9   A10                X6 = A11 A12 A13 A14 A15                         A16 A17 A18 A19 A20                         A21 A22 A23 A24 A25                  按行读出并送入信道译码器的码流序列为                X7 = (A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9,A10,A11,A12,A13,A14,                          A15,A16,A17,A18,A19,A20,A21,A22,A23,A24,A25)                    突发干扰导致的集中差错，经过交织/去交织处理后，转换为随机独立差错。

                     • MPEG – 2传输码流结构• MPEG – 2帧结构字节到符号的映射       经信道编码后的MPEG – 2帧仍然是二进制码流，对于QAM调制，要将二进制码流映射成符号，即进行3bit/8电平变换 2.2.数字载波调制技术 1)  数字载波调制的基本类型    数字载波调制技术是在HFC网中所涉及的把二进制数字/数据基带信号调制到载波上的技术     数字载波调制技术基本类型有:        ASK(幅移键控)、        FSK(频移键控)、        PSK(相移键控)、        Q-PSK(4PSK，正交相移键控)、        QAM(正交幅度调制).     ASK、FSK的图解分述于后   幅移键控(ASK)(ASK)，不同幅度代表“1 1”和“0 0”，频率、相位不变 频移键控(FSK)(FSK)，不同频率代表“1 1”和“0 0”，振幅、相位不变 ASＫ（幅移键控）原理BW =(1+d)Nbaud BW 是带宽 Nbaud是波特率 d 是与线路有关的因子11100时间时间 FSＫ频移键控原理时间11100 ASＫ所需带宽fc（fc+N baud /2）（fc－N baud /2）N baud振幅频率 2) 2) 多进制的各种组合调制 数字信号是由“0”、“1”的编码信号组成的，当传输频带受到限制时,为了增加信息量，通常采用多相位、多振幅和多频率的各种组合调制。

        只变一个参数的如: 多进制相移键控;                         多进制幅移键控;                         多进制频移键控.       两个参数以各种组合的方式变化的组合调制如:                          正交振幅调制QAM，                         残留边带调幅VSB等.       以多进制相移键控为例: 它是以载波的不同相位代表二进制码，而载波的振幅、频率不变 它的载波相位可以有M个不同的取值 例如M=2、4、8，其余可类推       2 相位PSK(2PSK): 二进制数字“0”和“1”由两个相位来代表，相对对于某个参考值，载波电位超前90°代表“1”，迟后90°代表“0”        4相位PSK(4PSK)和8相位PSK(8PSK)，它们的比特数和各相位间的关系示于后图中   2PSK原理01100(a) 波形 “0” “1”(b) 星坐图 4PSK星痤图00111001双比特 00 01 10 11 相位 /° 0 90 180 270 或 45 135 125 3158PSK星痤图三比特 000 001 010 011 100 101 110 111 相位 /° 0 45 90 135 180 225 270 315 1100001000101010110011113) 3) 正交相移键控 在CATV中，常用正交相移键控(Q-PSK)、正交振幅调制(QAM)和残留边带调幅(VSB-AM)等数字载波调制，这些都属于多进制组合调制方式，           载波调制的基本模型中，大都只改变载波三个参数中的一个，如果把ASK与PSK结合起来同时改变两个参数，每个又各有x和y 种变化，总共有xy 种可能变化和对每种变化的比特数。

          正交的两个载波之和可以表示为:              Si(t)=aicos(ωct +Qi)+bisin(ωct+Qi)  (-T/2≤t≤T/2)   (1)             若相应的 Qi= 0，±π/2，π             (ai bi)=(1，0)，(0，1)，(-1，0)，(0，-1)；       对于     Qi = ±π/4，±3π/4             (21/2ai  21/2bi)=(1，1)，(-1，1)，(-1，-1)，(1，-1)；       用ai bi二维平面上的点来表示上述两种情况，即得起始相位不同的两种QPSK调制.如下图    QPSK是正交振幅调制QAM最简单的一种  粗略地讲，QPSKQPSK在一个周期内 可传两比特数据，对相同 的带宽，数码率提高了一倍。

实际上, ,为避免码间干扰，要对 波形进行均衡，带宽略有扩展， 数码率就提高不了一倍 01Q轴I轴001011同向轴正交轴 QPSK(4QAM)星坐图1(1振幅4相位图) QPSK(4QAM)星坐图2(1振幅4相位图)1101I轴 同向轴0010Φ=45°Φ=135°Φ=225°Φ=315°Q轴 正交轴 4) 8QAM4) 8QAM星座图和编码信号时域图 2 2振幅4 4相位的8QAM8QAM星座和时域图举例。

由于振幅变化比相位变化更容易受噪声影响，因而振幅变化的数量都小于相位变化的数量 2 振幅 4 相位001000110101100010011111 8-QAM8-QAM星座图举例8-QAM8-QAM时域图 5) 5) 多值正交幅度调制(MQAM)(MQAM) QAMQAM称为正交幅度调制或正交幅移键控QASKQASK 在式(1)(1)中的a ai i、b bi i只取两个值时是QPSKQPSK， a ai i、b bi i本身取不同的值，所作的处理就是正交振幅调制(QAM).(QAM).当它们不再取两个值而分别取2 2、4 4、6 6、8 8个值时，就分别对应8QAM8QAM、16QAM16QAM、32QAM32QAM、64QAM,64QAM,称为多值QAMQAM调制方式 调制等级 M M = 2= 2m m ( (m m是每个符号的比特数) )； (2)(2) 比特率 R =R =ＭBW BW ( (BW BW 为频道带宽) )； (3)(3) 符号率 B BS S = BW/(1+= BW/(1+αα) )； (4)(4) 比特率 R = BR = BS S(1+(1+αα) )ｍ αα为MPEG-2MPEG-2的滤波器滚降系数(=0.15) (=0.15) ； 频谱利用率  频率 = R= R（传输比特率）/ BW/ BW（频道带宽） = =ｍ [(b/s/Hz)][(b/s/Hz)]； (5)(5) 载噪比C C/ /N N与m m有关。

后面给出16QAM16QAM振幅相位坐标图( (即星坐图),),它是取不同振幅和相位组合而得到的不同形式的16QAM16QAM的结构 也给出了32QAM32QAM振幅相位坐标图，64QAM64QAM振幅相位坐标图，图256QAM256QAM振幅相位坐标图 （b）16QAM振幅相位坐标图 (16种符号，每个符号4比特，例1001)16QAM16QAM的结构图（c）16QAM振幅相位坐标图(16种符号，每个符号4比特，例1001)4个振幅 8个相位Q轴I轴2个振幅 8个相位I轴Q轴 Q轴I轴3个振幅 12个相位（a）16QAM振幅相位坐标图(16种符号，每个符号4比特，例1001)I轴Q轴 32QAM振幅相位坐标图32种符号，每个符号5比特，例0110164种符号，每个符号6比特， 例011011 64QAM振幅相位坐标图M=2 6= 64M=25=32M=24 =16M=22 =4 256QAM振幅相位坐标图M=28= 256 6 6）64QAM64QAM和256QAM256QAM调制      由QAM调制器实现，通常QAM调制器功能包括：         码流随机化处理 RS编码（204，188） 卷积交织 字节到m位符号变换 QAM调制         上变频至设定频道预校正低通低通上变频本振放大带通滤波 幅度调制器正交信号Q2进制数据流字节/符号变换低通 ｍ进制数据流字节/符号变换低通 ｍ进制数据流幅度调制器同相信号I数据分配本振 分配90° 幅度调制器RF输出频道 QAM调制器框图本振抽样判决抽样判决定时抽样 2进制数据基带信号 2进制数据基带信号 ｍ进制数据RF数据传输流ｍ进制数据 QAM解调器框图90°  7 7）M-QAMM-QAM调制各参数间的关系：  1）比特率与波特率        编码方式          每符号比特数                 波特率          比特率          16QAM                  4bits                            N                  4N          32QAM                  5bits                            N                  5N           64QAM                  6bits                            N                  6N         128QAM                 7bits                            N                  7N         256QAM                 8bits                            N                  8N       2）卫星数字电视29.65MHz带宽模拟频道可传送的码率         信道编码           CNR门限/dB       传输速率/(Mb/s)          频谱利用率/(bit/s/Hz)           QPSK                 14.5                      45                                       1.5            8PSK                 18                         71                                       2.4           16QAM               22                         89                                       3.0           64QAM               28                        140                                      4.6          128QAM              31                        160                                      5.4          256QAM              34                        180                                      6.1      3) 有线数字电视8MHz带宽模拟频道可传输的码率        信道编码            CNR门限/dB          传输速率/(Mb/s)         频谱利用率/(bit/s/Hz)          64QAM                  25.5                        38.4                                 4.8         128QAM                 29.5                        43                                     5.4         256QAM                 33.5                        49                                     6.1       4) 在8MHz带宽内可压缩的数字电视节目数               视频压缩标准                        MPEG-2                          MPEG-1           压缩码率(Mb/s)             8          6         5         4                3         2          64QAM最多节目数          4          6         7         8               12        18         128QAM最多节目数         5          7         8        10              14        22        256QAM最多节目数         6          8         9        12              16        24        8 8）不同调制方式的性能比较 比较标准 为了比较不同的调制方案，可用如下两个基本的工程标准来描述： 频谱利用率：指每单位调制带宽所能传送的比特数[(b/s)/Hz][(b/s)/Hz]； 每比特能量：是指在规定传送准确度下的每比特能量。

对有线电视经营者来讲，频谱利用率说明在有限带宽内可容纳多少数字电视信号；每比特能量则表明系统需要多高的信噪比 此外，还要考虑诸如成本和复杂性等其他重要特性  (a)(a)频谱利用率：指每秒每赫芝传送比特数 频谱利用率由比特率( (每个符号比特数乘以每秒符号数) )除以调制带宽( (是调制器和检波器中滤波器的函数) )来确定 二进制BPSKBPSK的频谱利用率为1(b/s)/Hz1(b/s)/Hz， 采用正交调制，不需要增加带宽，可使QPSKQPSK的频谱效率增加为BPSKBPSK的二倍 MPSKMPSK和MQAMMQAM，其每字符的大小q q（即比特数）为： q =Logq =Log2 2 M M（bitbit） （6 6） 其频谱利用率为 q(b/s)/Hz q(b/s)/Hz （7 7） 例如QPSKQPSK（相当于4PSK4PSK），其q=2q=2，频谱利用率为2(b/s)/Hz2(b/s)/Hz，64QAM(q=6)64QAM(q=6)频谱效率为6(b/s)/Hz6(b/s)/Hz。

(b)(b)每比特能量：数字传送准确度通常用误码率(BER)(BER)来衡量 它表明一个错误出现的概率，以1010的负幂表示 如BER=1BER=1 1010-9-9是指产生一个码位错误的概率为1/101/109 9 每比特能量越大，数字信号的信噪比越大（当噪声恒定时），则BERBER越小  从星座图(可在矢量示波器上显示出来)可以直接看到这种关系 如图所示的QPSK数据星座图 这是示波器上显示的对应于相位的信号幅度的点的积累 理论上应是四个清晰的点，实际看到的是四个模糊的点的轨迹 这表明信道中有噪声存在 比较图(a)和(b)，可见点的位置出现随机偏差，可理解为判定电路产生的误判，因噪声脉冲使一个状态与另一个状态很接近 减小误判的方法是增加信号强度(不能同时增加噪声功率) QPSK传输的实际状态图(a)(b) 性能比较 如果噪声恒定，每比特能量越高越能改善误码率 因为，此时各星座点间的距离越远 所以，在给定信号功率和噪声功率的情况下，星座点间的距离越远的调制方式BERBER性能就越好 若要达到QPSKQPSK的各状态的分离程度，16QAM16QAM就需要更大的信号幅度，16QAM16QAM的高频谱利用率是以提高信号功率为代价得到的。

误码率BERBER定义：信号的每比特能量E Eb b / /噪声谱密度N N0 0( (N N0 0为1Hz1Hz带宽内的噪声功率)=)=E Eb b/ /N N0 0 一旦E Eb b/ /N N0 0已知，达到一定BERBER所需载噪比( (C/NC/N) )就可由下式得到： C/N C/N =(=(E Eb b /N /N0 0 )()(R/BR/B) (8)) (8) 式中，B B 是检波器中滤波器的噪声带宽，R R 是比特率(b/s)(b/s)  几种不同调制方式对于给定误码率所要求的C/N可用一组瀑布曲线表示 0 5 10 15 20 25 30 35 10－210－310－510－410－610－710－810－910－1210－1010－11误码率瀑布曲线256QAM32PSK64QAM16PSK16QAM8PSKQPSKBPSKC/N （dB） 香农定理 香农预测了某一通信信道的最大数据运载能力[ [单位：(b/s)/Hz](b/s)/Hz]为， C =B×logC =B×log2 2（1+CNR1+CNR） (9)(9) 式中，B B为带宽( (单位为Hz)Hz)，CNRCNR为载噪比( (单位用比率表示，不用dB)dB)。

在一实际的调制系统中，运载能力大约为最大能力的一半 这样，基于在该C/N C/N 所允许的最大效率调制方式下，可以估计出一个实际链路的数据运载能力 如果CNRCNR为100100（即20dB20dB）或更高，为简单可略去公式中的1 1，对实际系统可加上1/21/2因子并换成以1010为底的对数，得到： C C实际≈≈(B/2)×[log(B/2)×[log1010(CNR)/log(CNR)/log10102] ≈(B/6)×C/N (10)2] ≈(B/6)×C/N (10) 此处的载噪比用分贝表示 举例来说，这就意味着6MHz6MHz的带宽将能够运载与C/N C/N 相同的Mb/sMb/s数 这个规则说明高效率的调制方式必须具有好的载噪比 换言之，每HzHz的运载能力b/sb/s近似等于C/N C/N 除以6 6，即(C/N)/6(C/N)/6 七.有线数字电视传输技术   1．四级传输网        国家干线网：北京到各省会城市          环网+网状网+支线网           SDH + DWDM（2.5Gb/s+4/8/16/32波分复用）          省干线网：省会到地市（县）          环网+支线网           SDH    2.5Gb/s          地市-县干线网           SDH    2.5Gb/s  622Mb/s或光纤射频副载调制          接入网           HFC网   750、860MHz HFC接入网接入网省节点核心骨干网中继网地市骨干网国家骨干网中央传输中心省节点省节点省节点HFC接入网 2. SDH与HFC网络的接口        1)数字电视信号如何进入SDH网络传输：            数字电视信号的MPEG-2帧格式通过映射，封装到SDH的物理帧，通过SDH的DS3接口进入SDH网传输。

 一个DS3信道可容纳6—7套SDTV节目                    2) SDH网络传输的数字电视信号如何进入HFC网络传输：              SDH信号传输到数字电视前端，由数字电视前端的DS3网络适配器将SDH物理帧中的数字电视MPEG-2数据帧提取出来，形成ASI码流从DS3网络适配器的ASI端口输出 输出的ASI码流 进入数字电视前端，经过信号处理和QAM调制后，由光发射机发射进入HFC网络传输    3. 3.地市—县有线数字电视传输方式      1) 通过SDH网传输       2) 有线数字电视载波传输方式       3) 二者比较                传输方式                  SDH系统                    64QAM+载波传输系统       占用信道             45Mb/s  (DS3)                        8MHz带宽      (6套SDTV)          县前端           DS3适配器，码流复用器          不需增加设备      需要设备                   64QAM调制器      传输距离                      无限制                             200Km       价格                               高                                   低                   数字基带传输（SDHSDH）                             采用SDH系统，一个 DS3信道可传7套SDTVMPEG2编码器卫星接收机SDH网络适配器复用、加扰网络适配器地市前端SDH系统网络适配器码流分配器QAM调制器QAM调制器混合器模拟光发射机县乡村HFC网模拟频道                 县前端64QAM+载波传输系统   将多路数字电视信号采用QAM方式调制到模拟载波上，通过频分复用实现多频道传输。

 MPEG2编码器卫星接收机SDH网络适配器复用、加扰QAM调制器QAM调制器混合器1550nm光发射机EDFA地市前端EDFA市县光纤链路光接收机本地模拟电视混合器模拟光发射机县前端县乡村HFC网4.HFC4.HFC网络传输数字电视的技术指标分配     1) HFC网络传输数字电视时的系统构成     2) 系统的技术指标          a) 我国现在还无标准          b) 国际标准ITU-J.112附录A (数字视频广播有线电视分配系统的交互信道)、IEC“数字调制信号的技术参数及要求”规定,在机顶盒（STB）输入端口的技术指标载噪比C/N、非线性失真CSO、CTB为：                 载噪比C/N：在STB输入端口，对于64QAM调制，STB在RS误码校正前的BER<10E-4，通过前向纠错(FEC)后，在解码器前的BER<10E-8时，要求的载噪比为C/N≥25.5dB          载噪比C/N是RF接口参数，误码率BER是解码器输入端口参数 但二者一一对应，对于不同的调制方式，在要求BER相同时，对应的C/N是不一样的 例如：要求BER=10E-8时                    64QAM          C/N=25.5dB                    256QAM        C/N=33.5dB       非线性指标为：                      CSO ≥ 43dB，CTB ≥ 43dB       调制误差比：                      MER ≥ 28dB       最终，选取系统技术指标为：                      C/N ≥ 27dB                      CSO≥43dB                      CTB≥43dB                      MER≥28dB 3)3)系统技术指标分配       a) 前端RF技术指标           涉及的设备有64QAM调制器，混合器，RF前置放大器。

 通常将系统指标中C/N的一半分配给前端，即(C/N)H ≥ 30dB           调制误差比MERH ≥ 40dB           非线性指标不分配给前端           b) 同轴分配网网RF技术指标        同轴分配网的三种模式：                    三级放大器分配网                    光工作站 + 一级分配放大器的分配网                    光工作站直接分配的分配网       以上三种分配网中，光工作站 + 一级分配放大器的分配网技术指标最低，就选定该指标作为分配网技术指标 即                     (C/N)D ≥ 51dB                     MERD  ≥ 32dB                     (CSO)D≥ 60dB                     (CTB)D≥ 61dB      c) 光纤干线网技术指标                 前端+分配网的综合技术指标为:                               (C/N)I ≧ ≧ 30dB                               MERI ≧ ≧31.2dB                               (CSO)I≧ ≧60dB                               (CTB)I ≧ ≧61dB                  光纤干线网技术指标为:                                (C/N)F ≧ ≧ 32dB                                MERF   ≧ ≧ 33dB                                (CSO)F≧ ≧44dB                                (CTB)F≧ ≧ 45dB     d) 系统技术指标分配小结                              机顶盒                   前端         光纤             同轴                     建议指标    设计指标                       干线网          分配网     C/N(dB)   ≧ ≧ 27       ≧ ≧ 28            ≧ ≧ 31      ≧ ≧ 32          ≧ ≧ 51     MER（dB  ≧ ≧ 28       ≧ ≧ 29             ≧ ≧ 39      ≧ ≧ 33         ≧ ≧ 32     CSO(dB)   ≧ ≧ 43       ≧ ≧ 44             ——        ≧ ≧44          ≧ ≧ 60     CTB(dB)   ≧ ≧ 43       ≧ ≧ 44             ——        ≧ ≧45          ≧ ≧ 61     从上述指标可以看出：     全数字电视信号传输时，系统技术指标要求比模拟电视信号传输时低得多。

 因此，全数字电视信号传输时，光纤干线网的传输距离比模拟电视信号传输要远得多      e）光纤网技术的指标分配            考虑到地市传输到县以后，县以下还有光纤干线 将系统技术指标分配中光纤干线网的技术指标分一半给县光纤干线，即地市中心到县光纤干线网和县以下的光纤干线的技术指标为：                                 (C/N)F≥35dB                                 MERF ≧ ≧ 36dB                                (CSO)F≥47dB                                (CTB)F≥51dB 5 5、HFCHFC网络在传输数字电视进行网络改造时应注意的问题       a）全面规划现有的和将要开通的业务及占用的频道数目，             业务包括模拟电视、数字电视、数据广播、视频点播、交互电信业务等等              每一种业务占用的频道数目（包括上、下行频道）应根据当地的实际情况作统一规划        。