【正文】 上海交通大學(xué) 數(shù)字電視原理與應(yīng)用 Principle and Application of Digital Television 主講：張文軍 教授 上海交通大學(xué) 圖像通信與信息處理研究所 Email： 2023～ 2023學(xué)年第一學(xué)期 課程安排 1 數(shù)字電視概述 ?電視技術(shù)的發(fā)展歷程 ?模擬電視原理 ?數(shù)字電視的發(fā)展 2 數(shù)字電視基本原理 ?視頻壓縮原理 ?MPEG2視頻編碼及測量 ?MPEG2音頻編碼及測量 ?MPEG2系統(tǒng)及其測量 ?數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ) ?數(shù)字電視的糾錯(cuò)編碼原理 3 數(shù)字電視相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) ?DVBS標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)測量 ?DVBC標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)測量 ?OFDM技術(shù) ?DVBT標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)測量 ?ATSC和 ISDBT標(biāo)準(zhǔn)及其測量 ?我國的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)字電視原理與應(yīng)用 2 數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ) , class 07 數(shù)字電視基本原理 ?視頻壓縮原理 —— 第 5章 ?MPEG2視頻編碼部分及其測量 —— 第 4,6,11章 ?MPEG2音頻編碼部分及其測量 —— 第 7章 ?MPEG2系統(tǒng)部分及其測量 —— 第 3,9,10章 ?數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ) —— 第 12章 ?數(shù)字電視中的糾錯(cuò)編碼原理 —— 補(bǔ)充 數(shù)字電視原理與應(yīng)用 3 數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ) , class 07 數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ) Hilbert變換的使用 數(shù)字電視原理與應(yīng)用 4 數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ) , class 07 ? 本章介紹數(shù)字調(diào)制基本方法，是后續(xù) DTV相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)章節(jié)的基礎(chǔ)知識(shí)。 ? 被傳輸?shù)男畔⑼ㄟ^改變載波幅度或頻率或相位的方式，叫做 調(diào)制 。 ? 模擬信號(hào)傳輸通常是 AM(調(diào)幅 )和 FM(調(diào)頻 )。 ? 數(shù)字信號(hào)傳輸早期通常幅移鍵控 (ASK)和頻移鍵控 (FSK) 。 ? 如果采用 NRZ碼 (不歸零碼 nonreturntozero)， ASK方式傳輸一個(gè)10Mbit/s數(shù)據(jù)流需要至少 10MHz帶寬。 ? 根據(jù)香農(nóng)原理，對(duì) NRZ基帶信號(hào)，帶寬至少為數(shù)據(jù)率的一半。 ? ASK產(chǎn)生兩個(gè)邊帶，得到一個(gè)帶寬為基帶信號(hào)數(shù)據(jù)率的射頻信號(hào)。 ? 由于需要進(jìn)行信號(hào)濾波來抑制鄰道干擾，實(shí)際所需帶寬甚至更大。 ? 模擬電話帶寬大約 3kHz，起初，該信道可得到 1200bit/s數(shù)據(jù)率；現(xiàn)在該信道可達(dá)到 56kbit/s。我們已習(xí)慣于這種數(shù)據(jù)率的傳真和調(diào)制解調(diào)器。 ? 更大的突破只能通過采用現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制方法 —— IQ調(diào)制。 ? IQ調(diào)制實(shí)際上是幅度調(diào)制的一種。 概述 數(shù)字電視原理與應(yīng)用 5 數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ) , class 07 ?我們已知下列調(diào)制方法： ? 幅度調(diào)制 ? 頻率調(diào)制 ? 相位調(diào)制 ? 幅移鍵控 (ASK) ? 頻移鍵控 (FSK) ? 相移鍵控 (PSK) ? 正交調(diào)幅 (QAM)幅移和相移鍵控 ? 目標(biāo)是降低信號(hào)傳輸帶寬，只能通過現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制方法，使得帶寬 數(shù)據(jù)率。 ? 調(diào)制的缺點(diǎn)：更容易受到噪聲和干擾的影響。 概述 數(shù)字電視原理與應(yīng)用 6 數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ) , class 07 ? 利用矢量方式來表示正弦信號(hào)： ? 每個(gè)正弦信號(hào)都可以由其幅度和零相位角來準(zhǔn)確描述，另外必須已知頻率。 ? 矢量表示中 t＝ 0時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)矢量，角度為零相位角，矢量長度為正弦信號(hào)的幅度。 概述 圖 一個(gè)時(shí)域正弦信號(hào)的矢量表示 φ A t u(t) 1 0 1 2 2 6 4 2 0 2 4 6 T )。/2sin()( ?? ?? TtAtuA=vector length f=1/T Re Im ? )。2sin ()2cos (:)2( ftji mftreAeFor mulaEule rft ???? ???數(shù)字電視原理與應(yīng)用 7 數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ) , class 07 ? 正弦信號(hào)的獲得： ? 將矢量投影到縱軸 (Im)，并記錄矢量頂點(diǎn)相對(duì)時(shí)間的位置。 ? 相應(yīng)余弦信號(hào)的獲得： ? 將矢量投影到橫軸 (Re)。 ? 任意正弦或余弦信號(hào)的獲得： ? 對(duì)具有相同頻率、期望幅度的一個(gè)正弦和一個(gè)余弦信號(hào)的合成。 概述 數(shù)字電視原理與應(yīng)用 8 數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ) , class 07 數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ) Hilbert變換的使用 數(shù)字電視原理與應(yīng)用 9 數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ) , class 07 混頻器 Mixer ? 混頻器是構(gòu)成 IQ調(diào)制器最重要的電子設(shè)備之一。 ? 混頻器實(shí)際上是一個(gè)乘法器。 ? 調(diào)制信號(hào)通常利用載波被轉(zhuǎn)換為 IF信號(hào)，結(jié)果得到載波的兩個(gè)邊帶。這種調(diào)制叫做抑制載波的雙邊帶調(diào)幅制。 ? 圖中所示混頻器實(shí)際上是由載波控制的一個(gè)雙向開關(guān)，在載頻處變換調(diào)制信號(hào)的極性。 ? 對(duì)純正弦調(diào)制信號(hào)，可得到兩個(gè)譜線，分布在載頻兩側(cè)，各自與載頻的距離都是調(diào)制頻率。 ? 同時(shí)還產(chǎn)生與載頻距離為載波頻率整數(shù)倍的高次諧波，必須通過低通濾波進(jìn)行抑制。 圖 Mixer 數(shù)字電視原理與應(yīng)用 10 數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ) , class 07 混頻器 Mixer 圖 現(xiàn)代模擬雙平衡混頻器框圖 ? 調(diào)制信號(hào)的極性由 4PIN二極管來轉(zhuǎn)換 ? 載波（ LO本地振蕩器）信號(hào)通過一個(gè)射頻變換器耦合輸入，調(diào)制信號(hào)由 DC耦合輸入，已調(diào)制信號(hào)通過一個(gè)射頻變換器耦合輸出。 ? 目前的混頻器通常由純數(shù)字乘法器的形式來實(shí)現(xiàn)，除了量化噪聲和舍入誤差以外，其他性能良好。 ? 模擬混頻器的重要參數(shù)： ? 使用頻率范圍 ? 載頻抑制 ? 幅度相對(duì)溫度和時(shí)間穩(wěn)定。 LO RF IF 數(shù)字電視原理與應(yīng)用 11 數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ) , class 07 數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ) Hilbert變換的使用 數(shù)字電視原理與應(yīng)用 12 數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ) , class 07 幅度調(diào)制 ? 調(diào)幅制的信息包含在載波的幅度中，調(diào)制信號(hào)對(duì)載波的幅度進(jìn)行改變（調(diào)制）。 ? 圖 ，其載波沒有被抑制： ? 正弦調(diào)制信號(hào)改變載波的幅度，影響載波的包絡(luò)。 ? 調(diào)制信號(hào)和載波都是正弦信號(hào)時(shí)，已調(diào)信號(hào)的頻譜在載頻處有一條譜線，另外在載頻兩端距離為調(diào)制頻率處還有兩個(gè)邊帶。 ? 例如對(duì) 1MHz載頻用 1kHz正弦信號(hào)進(jìn)行調(diào)幅，得到已調(diào)信號(hào)的頻