【正文】 第 8章 數(shù)字電視 第 8章 數(shù)字電視 概述 現(xiàn)有的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)字電視的接收 數(shù)字電視的發(fā)展 思考題和習(xí)題 第 8章 數(shù)字電視 概 述 數(shù)字電視系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 模擬電視最明顯的缺點是在傳輸過程中圖像質(zhì)量的損傷 ， 因為信號的非線性失真積累使得圖像對比度會產(chǎn)生越來越大的畸變 ， 長距離傳輸后 ， 圖像的信噪比也會下降 ， 圖像的清晰度越來越低 ， 相位失真的累積也會使得圖像產(chǎn)生彩色失真 、 鑲邊和重影 。 第 8章 數(shù)字電視 模擬電視還有穩(wěn)定度差 、 可靠性低 、 調(diào)整不便 、 集成 、 自動控制困難等缺點 。 數(shù)字電視從節(jié)目采集 、 編輯制作到信號的發(fā)送 、 傳輸和接收全部采用數(shù)字處理 ， 其中利用了先進(jìn)的數(shù)字圖像壓縮技術(shù) 、 數(shù)字信號糾錯編碼技術(shù) 、 高效的數(shù)字信號調(diào)制技術(shù)等 。 在處理 、 傳輸過程中引入的噪波只要幅度不超過一定的門限都可以被清除掉 ， 即使有誤碼 ， 也可利用糾錯技術(shù)糾正過來 ， 所以數(shù)字電視接收的圖像質(zhì)量較高 。 數(shù)字電視采用壓縮編碼技術(shù) ， 在只能傳送一套模擬電視節(jié)目的頻帶內(nèi)傳送多套數(shù)字電視節(jié)目 ， 電視頻道數(shù)會相應(yīng)地迅速增多 。 第 8章 數(shù)字電視 數(shù)字電視便于開展多種數(shù)字信息服務(wù) ， 如數(shù)據(jù)廣播 、 文字廣播等 。 數(shù)字電視容易實現(xiàn)加密 、 加擾 ， 便于開展各類收費業(yè)務(wù) 。 圖 81是數(shù)字電視廣播系統(tǒng)方框圖 ， 系統(tǒng)由信源編碼 、 多路復(fù)用 、 信道編碼 、 調(diào)制 、 信道和接收機六部分組成 。 第 8章 數(shù)字電視 圖 81 數(shù)字電視廣播系統(tǒng)方框圖 信道 接收機調(diào)制信道編碼多路復(fù)用音頻壓縮視頻壓縮信源編碼視頻音頻輔助數(shù)據(jù)控制數(shù)據(jù)第 8章 數(shù)字電視 信源編碼是對視頻 、 音頻 、 數(shù)據(jù)進(jìn)行的編碼 ， 第 6章中的圖像壓縮編碼都屬于信源編碼 ， 數(shù)字電視按照 MPEG2標(biāo)準(zhǔn) （ 詳見 ） 進(jìn)行信源編碼 ， 輔助數(shù)據(jù)可以是獨立的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) ， 也可以是和視頻 、 音頻有關(guān)的數(shù)據(jù) ， 如字幕等 。 信源編碼是為了提高數(shù)字通信傳輸效率而采取的措施 ， 是通過各種編碼盡可能地去掉信號中的冗余信息 ， 以降低傳輸速率和減少傳輸頻帶寬度 。 第 8章 數(shù)字電視 多路復(fù)用是將視頻 、 音頻和數(shù)據(jù)等各種媒體流按照一定的方法復(fù)接成一個單一的數(shù)據(jù)流 。 信道編碼是指糾錯編碼 ， 是為提高數(shù)字通信傳輸?shù)目煽啃远扇〉拇胧?。 為了能在接收端檢測和糾正傳輸中出現(xiàn)的錯誤 ， 在發(fā)送的信號中增加一部分冗余碼 ， 因此信道編碼增加了發(fā)送信號的冗余度 ， 它是以犧牲信息傳輸?shù)男蕘頁Q取可靠性的 。 數(shù)字通信系統(tǒng)是達(dá)到高效率和可靠性的最佳折衷 ， 信源編碼和信道編碼都是必不可少的處理步驟 。 調(diào)制是根據(jù)傳輸信道的特點采用的效率較高的信號調(diào)制方式 。 第 8章 數(shù)字電視 信道有衛(wèi)星信道 、 有線電視信道和地面廣播信道等 。 衛(wèi)星廣播著重于解決大面積覆蓋的問題 。 有線電視廣播著重于解決城鎮(zhèn)等人口居住稠密地區(qū) “ 信息到戶 ” 的問題 。 而地面無線廣播由于其所獨具的簡單接收和移動接收的能力 ， 能夠滿足現(xiàn)代信息化社會 “ 信息到人 ” 的基本需求 。 接收機包括解調(diào) 、 信道解碼 、 解復(fù)用 、 視音頻解壓縮 、 顯示格式轉(zhuǎn)換等 。 數(shù)字電視分為標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視和高清晰度電視 。 第 8章 數(shù)字電視 標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視 (SDTV， Standard Definition Television)是指質(zhì)量相當(dāng)于目前模擬彩色電視系統(tǒng) (PAL、 NTSC、 SECAM)的數(shù)字電視系統(tǒng)， 也稱為常規(guī)電視系統(tǒng)。 其來源是 ITUR 601 標(biāo)準(zhǔn)的 4∶ 2∶ 2的視頻， 經(jīng)過某些數(shù)據(jù)壓縮處理后所能達(dá)到的圖像質(zhì)量， 清晰度約為 500電視線。 第 8章 數(shù)字電視 高清晰度電視 (HDTV， High Definition Television)是指水平清晰度和垂直清晰度大約為目前模擬彩色電視系統(tǒng)的 2倍 ， 寬高比為 16∶ 9的數(shù)字電視系統(tǒng) 。 根據(jù)ITU的定義 ， 一個具有正常視覺的觀眾在距離高清晰度電視機大約是顯示屏高度 3倍的地方所看到的圖像質(zhì)量應(yīng)與觀看原景象或表演時所得到的印象相同 。 第 8章 數(shù)字電視 信道編碼 1. 信道編碼的一些基本概念 (1) 分組碼和卷積碼 在分組碼中 ， 編碼后的碼元序列每 n位為一組 ， 其中 k位是信息碼元 ， r位是附加的監(jiān)督碼元 ， r=nk， 通常記為 (n， k)。 分組碼的監(jiān)督碼元只與本碼組的信息碼元有關(guān) 。 卷積碼的監(jiān)督碼元不僅與本碼組的信息碼元有關(guān) ， 還與前面幾個碼組有約束關(guān)系 。 第 8章 數(shù)字電視 (2) 線性碼和非線性碼 若信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系是線性的 ， 即滿足一組線性方程 ， 稱為線性碼； 反之 ， 兩者若不滿足線性關(guān)系 ， 則稱為非線性碼 。 (3) 系統(tǒng)碼和非系統(tǒng)碼 在編碼后的碼組中 ， 信息碼元和監(jiān)督碼元通常都有確定的位置 ， 一般信息碼元集中在碼組的前 k位 ， 而監(jiān)督碼元位于后 r=nk位 。 如果編碼后信息碼元保持原樣不變 ， 則稱為系統(tǒng)碼； 反之稱為非系統(tǒng)碼 。 (4) 碼長和碼重 碼組或碼字中編碼的總位數(shù)稱為碼組的長度 ， 簡稱碼長； 碼組中非零碼元的數(shù)目稱為碼組的重量 ， 簡稱碼重 。 例如 “ 11010”的碼長為 5， 碼重為 3。 第 8章 數(shù)字電視 (5) 碼距和最小漢明距離 兩個等長碼組中對應(yīng)碼位上具有不同碼元的位數(shù)稱為漢明 (Hamming)距離， 簡稱碼距。 例如， “ 11010”和 “ 01101”有 4個碼位上的碼元不同， 它們之間的漢明距離是 4。 在由多個等長碼組構(gòu)成的碼組集合中， 定義任意兩個碼組之間距離的最小值為最小碼距或最小漢明距離， 通常記作dmin， 它是衡量一種編碼方案糾錯和檢錯能力的重要依據(jù)。 以 3位二進(jìn)制碼組為例， 在由 8種可能組合構(gòu)成的碼組集合中， 兩碼組間的最小距離是 1， 例如 “ 000”和 “ 001”之間， 因此 dmin=1； 如果只取 “ 000”和“ 111”為準(zhǔn)用碼組， 則這種編碼方式的最小碼距 d=3。 第 8章 數(shù)字電視 對于分組碼 ， 最小碼距 dmin與碼的糾錯和檢錯能力之間具有如下關(guān)系： 在一個碼組集合中 ， 如果碼組間的最小碼距滿足 dmin≥e+1， 則該碼集中的碼組可以檢測 e位錯碼； 如果滿足 dmin≥2t+1則可以糾正 t位錯碼； 如果滿足 dmin≥t+e+1則可以糾正 t位錯碼 ， 同時具有檢測 e位錯碼的能力 。 第 8章 數(shù)字電視 ① 任意兩個準(zhǔn)用碼組之和 (逐位模 2加 )仍為一個準(zhǔn)用碼組 ， 即具有封閉性； ② 兩個碼組之間的距離必定是另一碼組的重量 ， 因此碼的最小距離等于非零碼的最小重量； ③ 線性碼中的單位元素是 A=0， 即全零碼組 ， 因此全零碼組一定是線性碼中的一個元素； ④ 線性碼中一個元素的逆元素就是該元素本身 ， 因為 A+A=0。 第 8章 數(shù)字電視 (7) 循環(huán)碼 是一種系統(tǒng)碼 ， 通常前 k位為信息碼元 ， 后 r位為監(jiān)督碼元 。 它除了具有線性分組碼的一般性質(zhì)以外 ， 還具有循環(huán)性 ， 也就是說當(dāng)循環(huán)碼中的任一碼組循環(huán)移動一位以后 ， 所得碼組仍為該循環(huán)碼的一個準(zhǔn)用碼組 。 第 8章 數(shù)字電視 數(shù)碼用多項式來表示是一種比較直觀的方法 ， 如五位二進(jìn)制數(shù)字序列 11010可表示為： 1 24＋ 1 23＋ 0 22＋ 1 21＋ 0 20=11010 通常在編碼中 ， 以 x表示系數(shù)只取 0、 1的多項式的基 ， 則上述五位二進(jìn)制序列可表示為： 1 x4＋ 1 x3＋ 0 x2＋ 1 x1＋ 0 x0=x4＋ x3＋ x 第 8章 數(shù)字電視 這種以多項式的系數(shù)表示二進(jìn)制序列的方法給編碼處理帶來了方便 , 一個 (n， k)循環(huán)碼的 k位信息碼可以用 x的 k1次多項式來表示 ， 即 A(x)=ak1xk1+ak2xk2…a2x2+a1x+a0 （ 81） 式中 ， an1～ a0為多項式的 0、 1系數(shù)值； x表示多項式的基 ， x的次數(shù) k1～ 0表示該位在碼中的位置 。 第 8章 數(shù)字電視 式中 ， an1～ a0為多項式的 0、 1系數(shù)值； x表示多項式的基 ， x的次數(shù) k1～ 0表示該位在碼中的位置 。 循環(huán)碼的編碼規(guī)則是： 把 k位信息碼左移 r位后被規(guī)定多項式除 ， 將所得余數(shù)作校驗位加到信息碼后面 。 規(guī)定的多項式稱為生成多項式 ， 用 G（ x） 表示 。 要將 A(x)左移 r位 ， 只要乘上 xr， 得到 xrA(x)。 用生成多項式 G（ x） 除 xrA(x)便可得到余數(shù) R(x)， 即 第 8章 數(shù)字電視 xrA(x)=G（ x） Q（ x） +R(x) （ 82） 兩邊加上 R(x)， 得 xrA(x)+R(x)=G（ x） Q（ x） +R(x)+R(x) 因為 R(x)+R(x)= 0。 xrA(x)+R(x)= G（ x） Q（ x） （ 83） 上式表明 xrA(x)+R(x)可被生成多項式 G（ x）除盡。 第 8章 數(shù)字電視 用這種編碼方法能產(chǎn)生出有檢錯能力的循環(huán)碼 （ n， k） 。 在發(fā)送端發(fā)出信號 U（ x） = xrA(x)+R(x)， 如果傳送未發(fā)生錯誤 ， 收到的信號必能被 G（ x） 除盡 ， 否則表明有錯 。 第 8章 數(shù)字電視 (8) BCH碼 是根據(jù) 3個碼的發(fā)明人 Bose、 Chaudhuri和 Hocquenghem命名的。 BCH碼解決了生成多項式與最小碼距之間的關(guān)系問題， 根據(jù)所要求的糾錯能力， 可以很容易地構(gòu)造出 BCH碼。 它們的譯碼也比較簡單， 因此是線性分組碼中應(yīng)用最為普遍的一類碼。 BCH碼分為本原 BCH碼和非本原 BCH碼。 第 8章 數(shù)字電視 本原 BCH碼的碼長 n=2m1, m為任意正整數(shù) ， 本原BCH碼的生成多項式 G（ x） 含有最高次數(shù)為 m次的本原多項式 ， 最高次數(shù)為 m的本原多項式必須是一個能除盡 的既約因式 ， 但除不盡 xr1， r＜ 2m1。 例如當(dāng) m=3， 2m1=81=7， 此時最高次數(shù)為 3次的本原多項式有兩個： x3+x2+1； x3+x+1， 它們都除得盡x71， 但除不盡 x6 x5 …。 21 1mx ? ?第 8章 數(shù)字電視 非本原 BCH碼的碼長 n是 2m1的一個因子 ， 即碼長n一定除得盡 2m1。 且非本原 BCH碼的生成多項式中不含本原多項式 。 BCH碼的碼長 n與監(jiān)督位 、 糾錯能力之間的關(guān)系如下： 對任一正整數(shù) m和 t， t＜ m/2， 必存在一個碼長n=2m1， 監(jiān)督位不多于 mt位 ， 能糾正所有小于或等于 t位隨機錯誤的二進(jìn)制本原 BCH碼 。 若碼長 n=(2m1)／ i(i＞ 1， 且除得盡 2m1), 則為非本原 BCH碼 。 表 81為部分本原 BCH碼 。 第 8章 數(shù)字電視 表 81 部分本原 BCH碼 第 8章 數(shù)字電視