【正文】 編碼器的結(jié)構(gòu) ， 圖中沒有畫出延時為零的第一級移位寄存器 ， 并用轉(zhuǎn)換開關(guān)代替了輸出移位寄存器 。 第 8章 數(shù)字電視 (1) 編碼器 卷積碼的編碼器由移位寄存器和加法器組成 。 第 8章 數(shù)字電視 5. 卷積編碼 (Convolutional Coding) 分組碼編譯碼時要把整個碼組存儲起來 ， 處理時會產(chǎn)生較長的延時 。 很容易證明 ， 在交織器輸出的任何長度為 N的數(shù)據(jù)串中 ， 不包含交織前序列中距離小于 I的任何兩個數(shù)據(jù) 。 接收端在去交織時， 應使各個字節(jié)的延時相同， 因此采用與交織器結(jié)構(gòu)類似但分支排列次序相反的去交織器。 顯然， 交織方法是一種時間擴散技術(shù)， 它把信道錯誤的相關(guān)性減小了， 當 m足夠大時就把突發(fā)錯誤離散成隨機錯誤。 接收端的去交織則執(zhí)行相反的操作 ， 把收到的碼元仍排成 a1 a12…a1n、 a2 a2 …a2n、 am am … amn形式 ， 以行為單位 ， 按 (n， k)碼的方式進行譯碼 。 交織深度越大 ， 則離散程度越高 。 例如α253 用類似的方法可以得出表 83, 8位二進制數(shù)的字節(jié)表示和 GF（ 28）元素的冪次對照表。 得到了余式 r(x)的系數(shù)后 ， 也就得到了校驗字節(jié) c1 …、 c0。g(0))， (in(188)+temp 經(jīng)過 16次移位后 in(203)進入到移位寄存器的最右一級 ， 此時自右至左移位寄存器中的內(nèi)容為 in(203) ， in(202)， …， in(188)。 生成多項式 g(x)作為除式， 其系數(shù)由式 (86)計算出來并存放在數(shù)組 g(i)(i=0,1,…， 16)中。 上式的左邊是 g(x)的倍式 ， 可以作為碼字多項式 c(x) = x16m(x)+r(x) （ 810） 第 8章 數(shù)字電視 若將 m(x)作為由 239個信息字節(jié)組成的信息多項式 ， 將 r(x)作為由 16個校驗字節(jié)組成的校驗多項式 ， 則由式(810)可見 ， 信息字節(jié)和校驗字節(jié)在 RS(255， 239)碼中前后分開 ， 不相混淆 ， 形成系統(tǒng) RS碼 。 作為 BCH碼， 它是一種具有生成多項式的循環(huán)碼。 因此 RS碼廣泛應用在既存在隨機錯誤又存在突發(fā)錯誤的信道上 。 例如 ， 要構(gòu)造一個能糾正 3個錯誤碼元 、 碼長 n=15， m=4 的 RS碼 ， 則可以求出該碼的最小碼距為 7個碼元 ， 監(jiān)督碼元數(shù)為6， 因此是一個 (15， 9)RS碼 ， 其生成多項式為 g(x) =(x+α)(x+α2)(x+α3) (x+α4)(x+α5)(x+α6) =x6+α10x5+α14x4+α4x3+α6x2+α9x+α6 （ 85） 第 8章 數(shù)字電視 從二進制碼的角度來看 ， 這是一個 (60， 36)碼 。 例如， 在m=4及 P(x)=x4+x+1時， P(α)=α4+α+1=0， 即 α4=α+1， 則 α的各次冪分別為 21 1m? ? ?22m? ?第 8章 數(shù)字電視 α α2 α3 α4=α+1 α5=α（ α+1） =α2+α α6=α（ α2+α） =α3+α2 α7=α（ α3+α2） =α4+α3=α3+α+1 α8=α（ α3+α+1） =α4+α2+α=α2+α+α+1=α2+1 α9=α（ α2+1） =α3+α α10=α（ α3+α） =α4+α2=α2+α+1 第 8章 數(shù)字電視 α11=α（ α2+α+1） =α3+α α12=α（ α3+α2+α） =α4+α3+α2=α3+α2+α+1 α13=α（ α3+α2+α+1） =α4+α3+α2+α=α3+α2+1 α14=α（ α3+α2+1） =α3+1 α15=α（ α3+1） =α+α+1=1 第 8章 數(shù)字電視 一般來說 ， 如果 GF(2m)中一個元素的冪可以生成GF(2m)的全部非零元素 ， 我們就把該元素稱為本原元素 。 第 8章 數(shù)字電視 為了定義 GF(2m)中的所有元素， 從兩個符號 (“0”和 “ 1”)及一個 m次多項式 P(x)開始。2t 比特； (3) 最小碼距 dmin=2t+1碼元 ， 或 m BCH碼的碼元都是取 0或 1的二進制碼 ， 如果 BCH碼的每一碼元是 2m進制中的一個 m重元素 ， 就稱為多進制 BCH碼或 RS碼 。 當調(diào)制器的輸入碼流斷路或者碼流格式不符合 MPEG2傳送流結(jié)構(gòu)時 ， 隨機化電路應繼續(xù)工作 ， 以避免調(diào)制器發(fā)射未經(jīng)調(diào)制的載波信號 。 為了標志這個初始化時刻 ， 每 8個 TS包的第一個 TS數(shù)據(jù)包的同步字節(jié)進行比特翻轉(zhuǎn) ， 從 47H翻轉(zhuǎn)到 B8H。 這個碼流在如圖 83所示的隨機化電路中進行能量擴散。 這兩種情況會引起對處于同一頻段的其他業(yè)務(wù)的干擾超過規(guī)定值 。 數(shù)字電視的前向糾錯包括四個部分 ， 即能量擴散 (Energy Dispersal)、 RS編碼 、 交織 (Interleaving)和卷積編碼 (Convolutional Coding)。 第 8章 數(shù)字電視 (10) 前向糾錯 信道編碼常用的差錯控制方式有前向糾錯 (FEC， Forward Error Correction)、 檢錯重發(fā)（ ARQ）、 反饋校驗（ IRQ）和混合糾錯（ HEC）。 第 8章 數(shù)字電視 這樣構(gòu)成總共有 n1 n2碼元的編碼 (n1 n2， k1 k2)。 圖 82是級連碼編解碼方框圖 。 交錯碼 、 乘積碼 、 級連碼均屬于這類糾錯碼 ， 而性能最好 、 最有效 、 最常采用的是級連碼 。 表 81為部分本原 BCH碼 。 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。 它們的譯碼也比較簡單， 因此是線性分組碼中應用最為普遍的一類碼。 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） 。 規(guī)定的多項式稱為生成多項式 ， 用 G（ x） 表示 。 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)碼的一個準用碼組 。 以 3位二進制碼組為例， 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”為準用碼組， 則這種編碼方式的最小碼距 d=3。 例如 “ 11010”的碼長為 5， 碼重為 3。 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 。 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)量應與觀看原景象或表演時所得到的印象相同 。 數(shù)字電視分為標準清晰度電視和高清晰度電視 。 衛(wèi)星廣播著重于解決大面積覆蓋的問題 。 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 。 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標準 （ 詳見 ） 進行信源編碼 ， 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 。 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)會相應地迅速增多 。第 8章 數(shù)字電視 第 8章 數(shù)字電視 概述 現(xiàn)有的數(shù)字電視標準 數(shù)字電視的接收 數(shù)字電視的發(fā)展 思考題和習題 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 。 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 。 圖 81是數(shù)字電視廣播系統(tǒng)方框圖 ， 系統(tǒng)由信源編碼 、 多路復用 、 信道編碼 、 調(diào)制 、 信道和接收機六部分組成 。 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?。 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 。 接收機包括解調(diào) 、 信道解碼 、 解復用 、 視音頻解壓縮 、 顯示格式轉(zhuǎn)換等 。 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) 。 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 。 (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 。 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)。 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 。 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 。 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。 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。 例如當 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 …。 若碼長 n=(2m1)／ i(i＞ 1， 且除得盡 2m1), 則為非本原 BCH碼 。 糾正這類混合誤碼 ， 要設(shè)計既能糾隨機性誤碼又能糾突發(fā)性誤碼的碼 。 一般外編碼 c2采用 RS碼 ， 內(nèi)編碼 c1采用分組碼或卷積碼 。 每一個碼字內(nèi)的 k1個碼元按照二進制分組碼或卷積碼編成 (n1， k1)的內(nèi)碼 c1， c 1有 k1個信息碼元 ， n1k1個監(jiān)督碼元 。 以 RS碼為外碼 、 卷積碼為內(nèi)碼的級連編碼對隨機性誤碼和突發(fā)性誤碼有很強的糾錯能力 ， 接收端經(jīng)糾錯譯碼后一般可達到 1010～ 1011比特誤碼率 。 接收端按照這種規(guī)則對接收的碼元進行檢驗 ， 一旦發(fā)現(xiàn)碼元之間的確定關(guān)系受到破壞 ， 便可通過恢復原有確定關(guān)系