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1、数字电视标准,数字电视的三个国际标准,美国的ATSC高级电视系统委员会（Advanced Television System Committee）欧洲的DVB数字视频广播（Digital Video Broadecasting）日本的ISDB综合业务数字广播（Integrated Services Digital Broadcasting）,数字电视三种标准的比较,ATSC数字电视标准,ATSC :美国的数字地面电视广播标准，于1996年正式批准系统标准， ATSC不仅应用于高清晰度电视HDTV ， 也包括标准清晰度电视SDTV和计算机图形格式等的参数规范。ATSC是美国“先进电视制式委员会”
2、组织机构名称的缩写。,在数字电视信号处理技术上，HDTV和SDTV的信道编码和调制方式是同样的；经编码和调制后在美国频道规划的6MHz高频频带内可传输的19.39Mbps码率；用于HDTV时可传输一套高清电视节目;用于SDTV时可传输3至5套标清电视节目。,ATSC的图像源格式,ATSC标准中容许18种图像源格式： 像素数 宽高比 扫描参数（水平垂直）19201080 16:9 60I， 30P，24P1280720 16:9 60P，30P，24P 704480 16:9/4:3 60I， 60P，30P，24P 640480 4:3 60I， 60P，30P，24PHDTV：一帧图像207
3、.36万像素、92.16万像素 SDTV：一帧33.792万像素 、第四行：计算机VGA格式，一帧30.72万像素，,1080有效行，扫描总行数为1125行，图像信号取样频率为74.25MHz，在60I扫描下每行取样点总数为2200个，正程1920个，行消隐期占280个，行频33.750kHz720有效行，扫描总行数为750行，取样频率74.25MHz，在60P扫描下，每行取样点总数为1650个，正程有效像素1280个，行消隐期占370个，行频 45kHz。24P扫描，用于HDTV节目制作，可通过磁转胶做电影片，或者经制式转换，用于DTV电视广播。704480符合720480规范，在信源编码时
4、每行内丢掉左侧右侧各8个像素，取用704像素。VGA图形格式，信号源通过合适的重取样转换成704480格式成为SDTV标准图像源。,ATSC信道编码与调制系统,场同步,（1） 数据随机化,数据随机化的目的是打碎TS流包中可能出现的长“1”、长“0”，避免信号在低频段频谱上有大的能量，不适应信道的传输特性。数据随机化也称为能量扩散或数据加扰，使频谱主要能量段向上端移动。其实现方法是用一个PRBS（伪随机二进制序列）发生器产生一个PRBS流，与输入数据流的逐个比特作异或（XOR）运算。,ATSC的帧结构图,2. RS编码,RS编码即里德索罗门编码，以字节为单位进行前向误码校正（FEC）的纠错编码方
5、法，具有强的随机误码和突发误码校正能力。RS编码中，输入数据分成段，每段内k为符号数，每符号m比特。每段可纠错t个误码符号ATSC的RS码(n,k,t)取值为（207，187，t=10），每段的总码长n=207个符号，有效数据k=187符号，8比特/符号，监督段为2t20符号，纠错能力为10个字节。,3. 数据交织,RS编码之后是数据交织，数据交织是在不附加纠错码字的前提下用改变数据码字（以比特或字节为单元）传输顺序的方法来提高接收端抗突发误码能力。传输过程中引入连续的若干比特或若干字节的误码，经去交织解码而恢复成原顺序时将分散开，使后面的RS解码有能力予以纠正。,比特交织例如图，704个比特
6、的码元组成交织深度I44比特的形式进行比特次序重排，在以1，2，3，703，704的次序写入一个二维RAM后，再按1，45，89，660，704的次序读出。RAM为16行44列的比特矩阵。如果传输中引入16个比特长度的突发误码，则接收端恢复比特次序后，它们将分散在16个44比特的码组中，易于由汉明码进行校正。交织法虽不增加码元数目，但增大了编解码电路的复杂性和数据的延时。,比特单元的数据交织,ATSC中的数据交织为字节交织,交织深度I值越大，抗突发误码的能力越强。ATSC采用52个数据段的交织深度，场同步段不交织，一场内52数据段对应于1/6场（一场312数据段）的交织深度（4ms），这种数据
7、交织属于段间交织。交织器同步于数据场第1数据段上（不计实际第1段的场同步段，它不交织），K1、K2在每一支路位置上停留1字节，共52条支路，逐条支路的FIFO移存器数量递增4字节。因此，数据不但在数据段之间交织，又是段内交织的，这有利于实现格栅编码的优点。每52数据段完成一个段间、段内交织循环。优点是，存储器容量减少和易于变更交织状况；发端和收端综合存储电路引入的数据延时减少。,ATSC数据交织电路,4. 格栅编码,第一个FEC 是RS编码，构成（207，187）RS码，称为外编码。第二个FEC一般采用卷积编码，称为内编码。总称为级联编码。ATSC内编码不是卷积编码，而是格栅编码（trelli
8、s coded modulation，TCM）,或称格形编码、栅状编码、网格编码TCM编码有助于提高抗随机噪声干扰的能力。它将卷积编码与调制技术结合一起，在不增加信道带宽和不降低信息速率下获得34dB的编码功率增益。,编码功率增益：在相同比特率下经TCM编码的8VSB或8PSK比不经TCM编码的4VSB或4PSK（前后两种情况下信道带宽及信息速率是一样的）所需之 降低多少dB值。这里， 是单个符号信息比特的平均信号功率， 是单位带宽内的噪声功率。,格栅编码,ATSC中，TCM编码框图如下图所示，分为干扰滤波器预编码器、格栅编码器和8电平符号映射器三部分。,ATSC 的格栅编码器,格栅编码器的输
9、入X2、X1是数据交织器串行数据流输出，经串/并变换后的两路并行数据流，每对X2、X1代表一个符号（2bit)，有四种状态。X2经过由梳状滤波器组成的一个预编码器实施梳状滤波，延时器D使数据延时12个符号时间，输出为Y2。相应的X1改标记为Y1。这个数字滤波器减弱与NTSC信号之间的同频道干扰。在格栅编码器中，Y2直通后记为Z2, Y2在后面的符号映射器中，由其1、0值决定了输出8电平的正、负值。Y1经过由两个D和一个XOR组成的卷积编码电路产生Z1 Z0的比特对，形成4个电平状态的符号集合（0011），（ 编码效率为1/2）其电平的正、负则由Z2值确定。,在符号映射器的表中可看到，原来X2X
10、1的4电平状态经TCM后变成了Z2Z1 Z0的8电平状态。对载频采用平衡调幅方式时，如果是X2X1原来的4电平，已调制载波可有1、3、5、7共8种不同的振荡波。TCM编码后只是使一定幅度的调制载波的幅度分级数目加倍，级差减半，并不影响已调波携载的信息速率和所需的信道带宽。由于信号具有的TCM编码特性，又有加强的纠错能力，接收端的TCM解码总效果是解码差错降低。增加了编解码电路的复杂性。,在TCM编码后的8电平残留边带载波调幅（8VSB）中，6 MHz已调制载波带宽内可传送的MEPG-2的恒定码率为,传输的有效符号率为,格栅编码交织器,原理上格栅编码器只需要一个，格栅编码器有助于抗随机干扰，但对
11、脉冲干扰和突发误码的抗御性能并不好。为此，编码器中采用了12个同样的格栅编码器并行工作，它们的输出去往同一个8电平符号映射器 。,5. 段同步和场同步的加入,格栅编码之后是多路复用框图，在这里加入段同步和场同步。每一数据段前加入段同步；每帧的两场前各加入一个场同步段 。,ATSC的8VSB中是抑制载波，载频位置距频道下端0.31 MHz，见下图，6 MHz频带的上、下端下降边沿各占0.31 MHz，有效带宽仅5.38 MHz，对应的符号率为10.76 兆符号/秒，图中R为滚降系数。,6. 导频的加入,8VSB已调波的频带图,在多路复用器后的导频加入级内加入一个导频信息1.25的小值直流电平，对
12、载波进行调制时，使已调波内出现高稳定和高精确的载波信号，称为导频信号接收机中，由FPLL（频率和相位锁定环路）实现载波恢复。,7. 上变频器和射频载波偏置,8VSB发射机采用两级调制方式，第一次将数据信号调制到一个固定中频上，第二次再上变频到所需的电视频道上。ATSC发射机的平均功率比同频道NTSC发射机的峰值功率一般低12dB。当同频道干扰严重时，采用载频精密偏置技术减轻NTSC对ATSC的同频道干扰，使ATSC载频在上变频器中对于NTSC图像载波向上偏移半个数据段速率(fseg/2=6.47kHz)的奇数倍，使NTSC对ATSC接收机的载波干扰相位是逐个段同步交替的，接收机中将前后连续的段
13、同步信号加以平均，可消除这干扰，从而能可靠的检知段同步。,上变频器和射频载波偏置,ATSC对NTSC的干扰程度主要决定于ATSC发射机的平均电平功率。导频信号干扰功率小，衰减20dB以上。ATSC-ATSC同频道干扰，当精密偏置下载频偏移/2=6.47kHz时，可使干扰不致影响自适应均衡器正常工作。,8. ATSC的总体性能,ATSC一种数字地面电视广播制式，在地面频道规划6MHz的射频带宽内能传输的符号率为10.762MS/s，净荷码率为19.28Mb/s，能携载一套高清或多套标清的电视节目，也可用于数据传输。在与NTSC具有相同的覆盖区域下发射机功率容许降低10dB以上，能够开辟模拟电视广
14、播中禁用的频道在当地进行数字电视广播，实现NTSC和ATSC的同播以及向全ATSC过渡 在市区内家中用天线接收时，即使电场强度足够，也不容易接收好，主要是高楼等的发射波会影响载波导频的捕获，因此，对ATSC 制式曾有作出局部改进的考虑，,欧洲的DVB系统 在美国的全数字HDTV系统的冲击下，欧洲不得不于1993年放弃了曾在巴塞罗那奥运会上试用过的HD-MAC系统。日本虽然仍在广播MUSE系统的节目，但是也已经承认MUSE系统已不适应今后电视向数字化方向发展的趋势。在这样的背景下，欧洲和日本，提出了具有各自特色的全数字化的TV/HDTV的规划和方案。 欧洲和日本在发展全数字化电视的战略思想上和美
15、国还是有区别的，他们有以下特点： (1) 首先考虑的传输信道是卫星信道而不是地面广播信道。 (2) 欧洲强调可分组性，日本强调多种数字业务的集成，而不是只传送HDTV一种信号。 (3) 地面电视广播采用OFDM（正交频分正交复用）调制方法,1995年，欧洲成立了DVB联盟。该机构的首要目标是在全球范围内发展和推广共同的数字电视广播标准。DVB联盟共同制定了数字电视的DVB（Digital Video Broadcast）标准。这是一套包含电视广播系统大家庭诸多要素的统一标准，其中最引人瞩目的是DVB数字卫星和有线电视传输系统的标准。这些标准事实上已作为世界统一的标准被大多数国家接受，包括中国。
16、它较其他标准的优点是灵活可扩充和移动通信的优势。 DVB标准规定，数字电视系统使用统一的MPEG2压缩方法和MPEG2传输流及复用方法。统一的服务信息系统提供广播节目的细节信息、统一的RS纠错码、统一的加扰系统和条件接收公共接口。允许不同的厂商选用不同的条件接收系统，对于不同的传输媒体，可采用不同的调制方法及通道编码纠错方法。,DVB的标准系列 DVBS：用于卫星直播电视。它采用QPSK调制，工作频率为11/12GHz。使用MPEG-2格式，用户端达到CCIR601演播室质量的码率为9Mbps，达到PAL质量的码率为5Mbps。一个54MHz转发器传送速率可达68Mbps，并可供多套节目复用。
17、在DVB-S标准公布之后，几乎所有的卫星直播数字电视均采用该标准。 DVBC：用于有线电视系统。 它具有16 QAM、32 QAM、64QAM三种方式，采用64QAM调制时，一个PAL通道的传送码率为41.34Mbps，还可供多套节目复用。DVB的音频压缩方法可有多种选择：立体声MUSICAM、多声道MUSICAM及AC-3。最近，MPEG专家组又公布了一种新的音频压缩方法供MPEG-4和MPEG-2使用。据称，其效果优于上述几种方法，可能会被DVB选用。 DVB标准公布之后，几乎所有的卫星直播数字电视均采用DVBS标准，包括美国的Echostar等。我国各省的卫星电视台均选用了DVBS标准。
18、,DVBT：用于地面开路数字电视系统。 DVBT标准是1998年2月批准通过的。第一个正式的开路数字电视系统于1998年初开始运营。MPEG2数字视音频压缩编码仍然是开路传输的核心。采用COFDM（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing：编码正交频分复用）调制方式，8MHz带宽内能传送4套标准清晰度的电视节目，而且传输质量高。数字地面电视(DVBT)标准正在逐渐被世界各国所采用，目前已在欧洲的15个国家和澳大利亚、新西兰得到应用。由于相对较低的基础设施费用投入和各国相对简单的标准协调问题，数字卫星电视(DVBS)网、数字有线电视(DVB
19、C)网和数字开路电视(DVBT)网先走一步，发展很快。1997年以来，DVB标准为基础的数字电视已经在全世界普及，拥有了几百万用户，给整个电视行业带来深刻的影响。, DVB-SMATV（ETS 300 473） 数字SMATV（卫星共用天线电视）广播系统标准。该标准是在DVB-S和DVB-C基础上制定的。 DVB-MS（ETS 300 748） 高于10GHz的数字广播MMDS分配系统标准。MMDS是采用调幅微波向多点传送，分配多频道电视节目的系统。该标准基于DVB-S，使携带大量节目的微波信号直接入户。用DVB-S接收机配上一个MMDS频率变换器就可接收DVB-MS信号。 DVB-MC（ET
20、S 300 749） 低于10GHz的数字广播MMDS分配系统标准。该标准基于DVB-C，使携带大量节目的微波信号直接入户。用DVB-C接收机配上一个MMDS频率变换器就可接收DVB-MC信号。 与美国的ATV不同，欧盟认为，由于HDTV节目源稀少，制作困难，难以形成市场，所以DVB的发展重点是SDTV（标准清晰度数字电视）。实际上，对传输系统而言，SDVB与HDTV是没有区别的，因为传输系统所面临的传输对象都是二元比特流，仅仅是数据流量不同。,日本的ISDB-T系统 ISDB-T (Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting)是数
21、字电视地面广播系统的标准，ISDB-T 利用COFDM 信道编码技术 (DVB 采用的技术 )，是一种适用于窄带和宽带的数字广播和电视的技术，于1998年9月由日本的DiBEG（Digital Broadcasting Experts Group 数字广播专家组）制订，ISDB-T与欧洲的DVB-T非常类似，可以说是经修改的欧洲方案。DiBEG成立于1997年9月，致力于综合业务数字广播ISDB（Integrated Services Digital Broadcasting）标准的制定和发展。ISDB利用一种已经标准化的复用方案在一个普通的传输信道上发送各种不同种类的信号，同时已经复用的信号
22、也可以通过各种不同的传输信道发送出去。ISDB具有柔软性、扩展性、共通性等特点，可以灵活地集成和发送多节目的电视和其它数据业务。,ISDB（综合业务数字广播）是新型的多媒体广播业务，它系统地综合了各项数字内容，每一项内容可以包括从LDTV到HDTV的多节目视频、多节目音频、图形、文本等。如今大部分的数字内容均被编码到MPEG-2传输流格式并被广泛传输。由于ISDB包含了不同的业务，其传输系统必然要涵盖各种业务不同的需求，例如HDTV需要一个大的传输容量，而数据业务需要极高的业务可靠性，诸如条件接入的键控传输，软件下载等。为了集成这些业务需求不同的信号，要求传输系统提供一系列可供选择的调制和误码
23、保护方案，并且能够灵活组合以满足所集成业务的每一需求，特别是工作在1112GHz卫星广播业务(BSS)频段、又处于高雨衰区国家的卫星ISDB系统的需求。 从1998年起，日本在其本土和海外进行多次试验，据说结果令人满意。ISDB-T服务预期在日本2005-2007年开展，但迄今为止，好像还没有其他国家着眼于 ISDB 技术，原来有意于ISDB-T的新加坡经过深透的评估 ，最后还是放弃了ISDB T。,三种数字地面广播系统的比较 1DVB与ATSC的比较 欧洲“DVB标准”和美国“ATSC数字电视标准”的主要区别如下： （1）方形像素：在ATSC标准中采纳了“方形像素”(Square Pictu
24、re Eelements)，因为它们更加适合于计算机；而DVB标准最初没有采纳，最近也采纳了。此外，范围广泛的视频图像格式也被DVB采纳，而ATSC对此则不作强制性规定。 （2）系统层和视频编码：DVB和ATSC标准都采纳MPEG-2标准的系统层和视频编码，但是，由于MPEG-2标准并未对视频算法作详细规定，因而实施方案可以不同，与两个标准都无关。 （3）音频编码：DVB标准采纳了MPEG-2的音频压缩算法；而ATSC标准则采纳了AC-3的音频压缩算法。 （4）信道编码：两者的扰码器（Radomizers)采用不同的多项式；两者的里德- 所罗门前向纠错（FEC）编码采用不同的冗余度，DVB标准
25、用16B，而ATSC标准用20B；两者的交织过程(Interleaving)不同；在DVB标准中网格编码（Trellix coding）有可选的不同速率，而在ATSC标准中地面广播采用固定的2/3速率的网格编码，有线电视则不需采用网格编码。,（5）调制技术：卫星广播系统中DVB标准采用QPSK，而ATSC标准不涉及卫星广播。有线电视系统中DVB标准采用任选的16/32/64 QAM，而ATSC标准采用16VSB，两者完全不同。地面广播系统中DVB标准采用具有QPSK、16QAM或64QAM的COFDM（2K个或8K个载波）；而ATSC标准采用8VSB。,2DVB、ATSC和ISDB成员近况 据
26、最新网络资信，DVB成员已经达到265个（来自35个国家和地区），主要集中在欧洲并遍及世界各地，我国的广播科学研究院和TCL电子集团也在其中。ATSC成员30个，其中有美国国内成员20个、来自阿根廷、法国、韩国等7个国家的成员10个，我国的广播科学研究院也参加了ATSC组织。ISDB筹划指导委员会委员17个，其他成员23个，其成员都是日本国内的电子公司和广播机构。 由三个数字电视标准的成员数量及分布情况，可以看出DVB 标准的发展最快，普及范围最大。 已经采纳或决定采纳美国ATSC标准的国家和地区主要有：美国、加拿大、韩国、阿根廷和我国台湾省（但业者要求改用DVB-T，卫星电视和有线电视已分别
27、采用了DVB-S和DVB-C）；已经采纳或决定采纳DVB-T地面广播标准的国家和地区主要有：英国、新西兰、澳大利亚、新加坡、印度和中国香港特别行政区。我国的卫星电视和数字有线电视也分别采用了DVB-S和DVB-C。,综上所述，DTV（SDTV和HDTV）经过二十余年的探索，目前各国在视频编码方案上已统一于MPEG-2标准，分歧主要集中于传输系统上(音频编码方案也有差异)。根据所采用的传输系统方案，以美国GA系统和欧洲DVB系统为代表，形成了两大流派。从目前的对比结果来看，这两种系统在技术上难分优劣，并已发展成为各自国家或地区的数字电视及HDTV的标准。可以说，未来DTV的体制是统一成一种世界标
28、准，还是象现行模拟电视一样多种体制并存，主要就取决于这两种流派在传输系统方案上能否融合成一种系统。由于这一原因，使得传输系统成为当今世界DVB及ATSC领域分歧最大，争论最多，也是最热门的研究课题。中国不仅已成为欧洲DVB标准和美国ATSC标准争夺的重点，还很有可能自行制定出第四种DTV标准，以便获得独立的知识产权。 需要指出的是，数字电视标准之争主要集中在地面传输方式上，而卫星电视和有线电视的传输方式已分别采用了DVB-S和DVB-C作为国际标准。,地面数字电视国标发端系统框图,地面数字电视国标发端系统框图,为了保证传输数据的随机性以便于传输信号处理，输入的数据码流数据需要用扰码进行加扰。,
29、地面数字电视国标发端系统框图,前向纠错编码由外码（BCH 码）和内码（LDPC）级联实现，采用了三种不同的码率以满足各种服务需求，并且为了降低实现成本，三种不同码率的前向纠错码使用同样的BCH码，同时LDPC码具有相同的结构，达到了硬件实现的资源共享。,地面数字电视国标发端系统框图,本标准包含以下几种符号映射关系：64QAM、32QAM、16QAM、4QAM、4QAM-NR。 (1) 4QAM与4QAM+NR的符号映射对应于高速移动服务业务的需求，可以支持标准清晰度电视广播，能够兼顾覆盖范围和接收质量的服务需求。(2) 4QAM 、16QAM与32QAM符号映射可对应于中码率服务业务的需求，可
30、以支持多路标准清晰度电视广播，能够兼顾覆盖范围和频率资源利用的服务需求。(3) 32QAM 和64QAM符号映射对应于高码率服务业务的需求，可以同时支持高清晰度电视和多路标准清晰度电视的广播。,地面数字电视国标发端系统框图,本标准采用了时域符号交织技术以提高抗脉冲噪声干扰能力。时域符号交织编码是在多个信号帧之间进行的。数据信号的数据块间交织采用基于星座符号的卷积交织编码。,地面数字电视国标发端系统框图,本标准采用了创新的帧信号结构。该结构是周期性的，以信号帧为基本单位，每个信号帧由训练序列、系统信息、帧体数据三部分组成。,地面数字电视国标发端系统框图,帧体数据块复接系统信息后，用C个子载波调制。有两种工作模式：C=1或C=3780。在载波数C=1模式下，作为可选项，对帧头和帧体经过组帧后形成的基带数据在0.5符号速率位置插入双导频。在载波数C=3780模式下使用频域交织，将调制星座点符号映射到帧体包含的3780个有效载波上。,地面数字电视国标发端系统框图,基带后处理（成形滤波）采用平方根升余弦（Square Root Raised Cosine，SRRC）滤波器进行基带脉冲成形。SRRC滤波器的滚降系数为0.05。,
