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1、王金辉 主讲,液晶电视实习教学平台电路分析与实验,2011年05月,液晶电视实习教学平台结构,1 电源电路部分,根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类 线性稳压电源开关稳压电源,1.1 线性稳压电源,1、原理、应用、特点,1.2 开关电源,开关电源的工作原理、应用、特点,两种电源比较,电源电路测试要求,了解线性稳压电源的工作原理理解电源的重要性能参数的含义懂得如何测量电源的重要性能参数DC-DC变换的工作原理,课后学习：开关稳压电源的工作原理与实现。,电源电路测试报告要求,阐述液晶电视电源电路的基本结构有几路电压，分别是怎么样得到的？线性稳压电源的工作原理画出方框图、说明各个方框的作用
2、DC-DC变换的基本原理LM34063升压电路的实现原理线性稳压电源和开关稳压电源的区别,2、高频调谐器模块,2.1 电视天线,电视天线有两种半波振子天线：输入阻抗为75欧，如拉杆天线。折合振子天线：输入阻抗为300欧，如仰角天线。输入阻抗：当天线与高频电视信号谐振时天线的阻抗（纯电阻）。阻抗匹配（即阻抗相等）：天线特性阻抗应与馈线阻抗相等；馈线应与电视机输入阻抗相等。,注：电视机的高频调谐器输入阻抗一般为75欧，且为一端接地的非对称式。折合振子天线的输入阻抗为300欧，所以要用阻抗变换器，以实现阻抗匹配。,2.2 高频调谐器的组成,高频调谐器（高频头）：放大信号，产生混频信号。电子调谐式：遥
3、控器，用电位器改变调谐电路中变容二极管两端电压（即改变电容容量）来调节频道的。机械式：靠旋转转换开关来实现频道转换的。,作用：选频、放大和混频。,高通滤波器：防止工业高频（工频）及无线电通信信号输入。高频放大器（高放）：从天线接收到的各种高频信号中，选出我们所需接收的信号，加以放大，再将放大后的信号送入混频级。本振：产生一个比要接收的图像载频（或伴音载频）高一个图像中频（或伴音中频）的等幅波，并将该等幅振荡送入混频器。混频：将高放送来的图像和伴音载频信号与本振信号差拍，产生图像和伴音的中频信号，送给图像中频放大器。为了说明混频原理，举例如下：例如第五频道：12225MHz（本振频率）-84.2
4、5MHz（图像载频）=38MHz（图像中频）12225MHz（本振频率）-90.75MHz（伴音载频）=31.5MHz（伴音中频）,2.2 高频头的电路分析,VL段：1-5频道47-92MHz,VH段：6-12频道167-223MHz,BU段：13-68频道470-958MHz,2.3 高频头电路的测试内容,电视高频头的输入阻抗VL波段电视频道VH波段电视频道BU波段电视频道高频头输出固定中频信号,2.4 高频头模块报告内容,1、高频头的组成及各部分的作用。2、说明高频头的作用。3、说明高频头各引脚的功能。4、电视机是如何实现调台的？,3、单片机控制模块,3.1 单片机控制模块的组成,晶振：1
5、1.0592MHzADC：ADC0832按键：4个液晶显示模块：1602存储器：AT24C08红外接收头,3.2 工作原理,1脚：检测正脉冲的同步信号2脚：+5V模块工作电压3脚：检测正脉冲的同步信号4脚：接来自中放电路的AFT电压，经A/D转换后判断接收电台的最佳状态5脚：输出到音量自动调节电路，在自动调节电路中经PWM调节后输出6脚：输出控制VH波段电压7脚：输出到亮度自动调节电路，在自动调节电路中经PWM调节后输出8脚：输出控制VL波段电压9脚：输出到对比度自动调节电路，在自动调节电路中经PWM调节后输出10脚：输出到调台自动调节电路，在自动调节电路中经PWM调节后输出,3.2 单片机模
6、块测试内容,单片机晶振产生的波形PWM波形输出,3.3 单片机测试报告内容,单片机模块的组成,4、中放模块测试实验,4.1 中放电路模块组成,我国对电视机中频信号的规定：图像中频38MHz、伴音中频31.5MHz，色度中频33.7MHz。放大倍数在1000倍以上，放大增益60-80dB。,中频放大器：将混频器送来的图像中频和伴音中频，按一定频率特性进行放大，对图像中放信号放大达60dB左右，而对伴音中频信号放大量仅为图像中频放大量的3-5%。压低伴音中频放大量是为了防止伴音干扰图像。视频检波器：从图像中频信号中间出视频全电视信号，（其峰峰值约为1-1.4V），然后送到视放进行放大。另外，利用检
7、波管的非线性特性，将38MHz的图像中频和31.5MHz的伴音中频进行差拍，产生6.5MHz的第二伴音中频信号.预视放：将图像检波器检出的视频信号进行放大，然后分别送到下述各部分：视频放大器、AGC电路、同步分离电路、伴音中放电路。预视放电路既作为信号分配电路，又作为第二伴音中频的第一级放大器。AGC电路：把ANC电路送来的强弱不同的视频信号，变成强弱不同的直流电压，去控制电视机高放及第二、三级中放的增益，使检波输出信号保持在一定电平，使图像清晰稳定。,4.2 中放电路模块电路分析,IF输入38MHz图像中频，31.5MHz伴音中频，33.7MHz色度中频。AGC给高频头提供高放延迟AGC电压
8、（+3V）V201 放大管，为了弥补Z201的损耗Z201 声表面滤波器，一次成型所需中频特性曲线，但信号经过时损耗较大。38MHz图像中频信号、31.5MHz伴音中频信号经过V201放大，Z201成形中频特性曲线，从脚双端输入IC201。IC201完成中频放大，视频检波、中放AGC、高放延迟AGC等功能。IC201各脚的功能：输入38MHz图像中频、31.5MHz伴音中频，双端输入，差分放大。输出0-6MHz全电视信号，6.5MHz第二伴音中频信号。输出高放延迟AGC电压 外接滤波电容，给IC内部提供交流通路。外接高放延迟AGC调整电路 自动频率微调电路 接地（+12V）外接中放AGC峰值检
9、波充放电电容,4.3 中放电路模块实验内容,静态工作电压测量 幅频特性曲线的测量,4.4 中放模块实验报告内容,1、画出电视机中放电路原理框图，说明各框功能。2、说明频率特性测试仪的预置过程。3、画出中放幅频特性曲线，并简单说明该曲线的含义。4、中放电路输出的信号包括哪些？分别被送到什么电路？,5、伴音模块测试实验,5.1 伴音模块组成,伴音中放：将预视放放大了的6.5MHz第二伴音中频信号进一步放大，并将放大后的信号送给鉴频器。鉴频器：将伴音中放送来的伴音中频信号进行鉴频，取出音频信号，并将此信号送到伴音低放。伴音低放：将鉴频器送来的音频信号进行电压和功率放大，然后推动扬声器，还原出声音。,
10、（2）MPEG-1标准 MPEG-1是针对数据传输率在1.5Mbit/s以下的数字存储介质图像及其伴音编码而制定的国际标准，VCD主要采用MPEG-1标准，MPEG-1的视频原理框图和H.261的相似。为了提高压缩比，MPEG-1标准采用了帧内/帧间图像数据压缩技术。帧内压缩算法与JPEG压缩算法大致相同，采用基于DCT的变换编码技术，用以减少空域冗余信息。帧间压缩算法，采用预测法和插补法。预测误差可在通过DCT变换编码处理，进一步压缩,（3）MPEG-2标准 MPEG-2标准的全称为“运动图像及其伴音的编码”，其中H.262就是它的视频编码部分。MPEG-2包括系统、视频、音频及一致性（检验
11、和测试视音频及系统码流）4个文件。作为一个目前在DVD存储和数字电视广播方面得到了广泛应用的国际标准，它的成功之处在于提出了通用的压缩编码方法，它按照不同的压缩比分成5个档次(Profiles)，并按视频清晰度分别分成四个级别(Levels)，共有20种组合。其中最常用的有11种，分别用于标准数字电视、高清晰度电视，码率从4Mbit/s100Mbit/s。,（4）MPEG-4标准 MPEG-4标准并非是MPEG-2的替代品，它着眼于不同的应用领域。MPEG-4的制定初衷主要针对视频会议、可视电话超低比特率压缩（小于64Kb/s）的需求。在制定过程中，MPEG组织深深感受到人们对媒体信息，特别是
12、对视频信息的需求由播放型转向基于内容的访问、检索和操作。,MPEG-4视频压缩算法相对于MPEG-1/2在低比特率压缩上有着显著提高，在CIF（352*288）或者更高清晰度（768*576）情况下的视频压缩，无论从清晰度还是从存储量上都比MPEG1具有更大的优势，也更适合网络传输。另外MPEG-4可以方便地动态调整帧率、比特率，以降低存储量。,（5）MPEG-7和MPEG-21MPEG-7标准被称为“多媒体内容描述接口”，这种标准化的描述可以加到任何类型的媒体信息上，不管视频信息的表达形式或压缩形式如何，允许快速有效的查询用户感兴趣的信息。它的目标是支持多种音频和视觉的描述，包括自由文本、N
13、维时空结构、统计信息、客观属性、主观属性、生产属性和组合信息，因此MPEG-7主要是用于数字化图书馆和广播式媒体。MPEG-21则是一些关键技术的集成，通过这种集成环境就对全球数字媒体资源进行透明和增强的管理，实现内容描述、创建、发布、使用、识别、收费管理、产权保护、用户隐私保护、终端和网络资源抽取、事件报告等功能。,（6）H.264/MPEG-4 AVC H.264/MPEG-4 AVC是ITU-T和ISO/IEC共同成立的联合视频组JVT(Joint Video Team)共同制定的新标准。JVT标准在ITU-T中的正式名称为H.264，在ISO/IEC中的正式名称为：MPEG-4 AVC
14、标准，作为MPEG-4标准的第十部分。H.264/MPEG-4 AVC作为面向电视电话、电视会议的新一代编码方式，目标是在同等图像质量条件下，新标准的压缩效率比任何现有的视频编码标准要提高1倍以上。H264/MPEG-4 AVC集中了以往标准的优点，并吸收了以往标准制定中积累的经验,采用简洁设计,使它比MPEG4更容易推广。H.264/MPEG-4 AVC使用了多参考帧、多块类型、整数变换、帧内预测等新的压缩技术，创造性地使用了更精细的分象素运动矢量（1/4、1/8）和新一代的环路滤波器，使得压缩性能大大提高，系统更加完善。,13.2.2 音频压缩编码,音频压缩编码一种是利用统计相关性去除音频
15、信息中的冗余数据；另一种是不相关压缩，利用人耳的心理声学现象，如频域掩蔽效应和时域掩蔽效应。,1音频信号压缩的基本技术,音频信号压缩基本技术包括波形编码、参数编码、混合编码。,2人耳听觉特点,（1）人耳听觉域值特性在安静的环境中人耳刚刚能感觉到的最小声音强度称为听域，其与频率变化的曲线如图13-4所示。,（2）人耳听觉的掩蔽特性当有一个强度为70dB、频率为1kHz的纯音出现时，与人耳听觉域值特性曲线混合，形成新的掩蔽特性曲线，见图135。,3音频压缩编码,数学电视广泛采用的音频数据压缩编码是MUSICAM编码和杜比AC-3编码。（1）MUSICAM编码 MUSICAM（自适应掩蔽模型的通用子
16、带综合编码及复用）已经被MPEG音频压缩标准采用。MUSICAM的编码原理图如图13-6所示。,（2）AC-3编码美国高级电视制式委员会(ATSC)规定电视伴音压缩标准是杜比实验室开发的AC-3系统。该系统的音响效果为高保真环绕立体声。目前市场流行的家庭影院的音响系统多数采用此标准。杜比AC-3规定的取样频率为48kHz，每个音频节目最多可有6个音频声道。这6个声道是：左(Left)、右(Right)、中央（Center）、左环绕(Left Surround)、右环绕(Right Surround)和低频增强(LFE Low Frequency Enhancement)。LFE声道的带宽限于2
17、0120Hz，其它声道道的带宽为20kHz。美国的HDTV标准中AC-3可以对1到5.1声道的音频源编码。,4声像同步,图像数据冗余量大小不同，压缩比不同，延时也各不相同。声音和图像分别处理，也造成延时的不同。为了实现声像同步，在信号码流中每经过一个规定的间隔加入一个时间标记，有了这个标记，就可以在接收端显示之前的解码过程中，根据这个标记进行重新排序，重建在压缩编码之前图像的顺序，以及声音与图像之间的时间关系，从而实现声像同步。,13.2.3 中国音视频编解码技术标准AVS标准,在HDTV视频压缩编解码标准方面，美国、欧洲和日本都采用MPEG-2标准。MPEG-2压缩后的信息可以供计算机处理，
18、也可以在现有和将来的电视广播频道中进行分配。在音频编码方面，欧洲、日本采用了MPEG-2标准；美国采纳了杜比(Dolby)公司的AC-3方案，MPEG-2为备用方案。但随着技术的进步，1994年完成的MPEG-2随着技术的进步现在显得越来越落后，国际上正在考虑用H.264/MPEG-4 AVC来代替目前的MPEG-2。,在中国，为规避国外专利，中国的“数字音视频编解码标准工作组”制定了面向数字电视和高清激光视盘播放机的AVS（AudioVideocodingStandard）标准。AVS1.0包括系统、视频、音频和一致性等标准支撑部分。该标准具有自主知识产权，与MPEG-2标准完全兼容，也可以
19、兼容H.264/MPEG-4 AVC国际标准基本层，其压缩水平据称可达到MPEG-2标准的2-3倍，而与H.264/MPEG-4 AVC相比，AVS更加简洁的设计降低了芯片实现的复杂度。,1.AVS标准的技术路线,制定AVS标准的基本技术路线是“大胆采用主流技术，小心规避国外专利”，即在清楚分析国际标准的发展历程、技术框架、关键技术和利益关系的基础上，采用当前国际主流的技术方案，在认真分析本领域已注册专利的基础上，大胆采用国际范围内积累的公开编码压缩技术，用自主技术“绕开”正在处于专利保护期的技术，加入我国自主创新的成果，制定性能上超过国际标准、技术上具有自主权的国家标准。AVS采用了很多不受
20、专利保护的公开技术；在AVS的自主专利中，一部分是针对国际专利提出的另外一种解决方案，另一部分是创新技术。,2.AVS标准的特点,(1)高效 AVS比MPEG-2编码效率高2倍，与H.264编码效率相当。(2)复杂度低 AVS编码复杂度相当于H.264的30，解码复杂度相当于H.264的70。而且与MPEG-2系统兼容，电视台现有的基于MPEG-2编辑与传输系统不需要改变。(3)许可费低 MPEG-2许可费为20元，而AVS许可费初步为1元。,3.AVS产业实现的可行性,(1)芯片实现 AVS标准在数字电视系统的产品实现关键是AVS编码和AVS解码芯片。前者能够把各种输入音视频信号编码压缩为A
21、VS码流，用于数字电视节目播出。后者作为数字电视机顶盒或接收机中的核心芯片。,(2)数字电视运营业 数字电视运营系统的三个主要环节是：制作、播出、传输。其中制作（电视台演播室）和传输（数字电视传输网）是数字电视运营业投入最大的部分，但二者都与播出节目所采用的格式无关，因此采用AVS，不影响这些设备的既有投入。对于已经开播数字节目的电视台，如果要换成AVS，唯一要求修改的是播出环节。,(3)数字电视制造业 数字电视信道标准有DVB、ATSC、ISDB和中国标准四种制式；数字电视信源标准有MPEG-2、H.264/MPEG-4AVC和AVS三种制式。无论AVS标准还是MPEG标准，实现信源解码都是
22、一块解码芯片。这块芯片和整机其他部分的之间的接口是统一的，数字电视接收机通过更换解码芯片，可以支持不同的信源标准。接收机制造商可以根据目标市场的信源标准，更换解码芯片后出口销售。AVS标准对接收机制造商的利益不仅是节省专利费。国外厂商可能会以多种技术贸易措施(TBT)对我国制造业进行牵制，AVS提供了一个互为准入、交叉许可的谈判筹码，可以改变我国制造业的被动局面。,(4)高清晰度视盘机 我国正在发展自主的光盘和光盘机技术与标准EVD（Enhanced Versatile Disc，增强型多能光盘），红光光学伺服系统和盘片较为切实可行。但是需要3张以上盘片才能存放一部MPEG-2编码的高清电影。
23、由于AVS压缩高清节目效率比MPEG-2高三倍，因此一张盘片就可以存放一部电影。AVS和EVD配合，就可以产生我国的高清晰度视盘机。,13.3 多路复用,多路复用分为节目复用和系统复用，前者是将一路数字电视节目的视频、音频和数据等各种媒体流按照一定的方法时分复用成一个单一的数据流。后者是将各路数字电视节目的数据流进行再复用，实现节目间的动态带宽分配，提供各种增值业务。,13.3.1 节目复用,1.PES流 MPEG-2的结构可分为压缩层和系统层。一路节目的视频、音频及其他辅助数据经过数字化后通过压缩层完成信源压缩编码，分别形成视频的基本流ES(Elementary Stream)、音频的基本流
24、和其他辅助数据的基本流；紧接着系统层将不同的基本流分别打包（分组）为PES(Packetized ES，打包基本流)包,又称为分组基本码流。2.TS流 为了多路数字节目流的复用和有效的传输，又将各种PES包（视频PES包、音频PES包和其它辅助数据的PES包）按一定的比率复用后可形成一路节目的TS流。,13.3.2 系统复用,在实际的通信系统中，一路常规的模拟电视信道中可传送多路数字电视节目，在调制之前要将多路节目(可能具有不同时基：PCR)的TS流进行再复用(Remultiplex)，实现节目间的动态带宽分配，提供各种增值业务，以适合传输的需要。这种多路节目的复用常称为系统复用,13.4 信
25、道编码,信道编码又称为纠错编码，是指将数字电视信号进行编码处理，以使编码后的传送码流与信道传输特性相匹配，其根本目的是为了提高信息传输的可靠性，即提高数字电视系统的抗干扰能力。信道编码是数字通信区，其主要实现方法是通过增大码率或频带，即增大所需的信道容量。,数字电视的信道也就是数字电视信号传输的通道，一般有地面广播信道、有线电视传输信道和卫星广播信道等3种。数字电视系统对信道编码技术可概括为两点：一是通过附加一些数据信息以实现最大的检错纠错能力；二是数据流频谱特性适应传输信道的通频带特性，以使信号能量经由通道传输时损失最小。数字电视系统信道编码技术主要包括纠错编码技术、数据交织技术、网格编码技
26、术等。,13.4.1 差错控制系统,在数字通信系统中，利用纠错检错码进行差错控制的基本方式大致可分为以下三类：前向纠错(FEC)、反馈重发(ARQ)与混合纠错(HEC)。,1前向纠错(FEC，Forward Error Correction),信息在发送端经纠错编码后送入信道，接收端通过纠错解码自动纠正传输中的差错，这种方式称为前向纠错。前向表示差错控制过程单向，不存在差错信息反馈。前向纠错具有无需反向信道、时延小、实时性好等优点，它既适用于点对点通信，又适用于点对多点组播或广播式通信，其缺点是解码设备比较复杂、纠错码必须与信道特性相匹配、为提高纠错性能必须插入更多监督码元致使码率下降。,2反
27、馈重发(ARQ，Automatic Repeat Request),发送端发送检错码，接收端通过解码器检测接收码组是否符合编码规律，从而判决该码是否存在传输差错，若判定码组有错，则通过反向信道通知发送端重发，如此反复直至接收端认为正确为止，这种方式称为反馈重发。ARQ系统有两类：一类是等待式，即发送端每发一码字或一帧，就停下来等待接收端回音，回音分ACK(认可)与NAK(有差错)两种，发送端如收到ACK反馈信息则继续发送下一帧，收到NAK则重发上一帧；另一类是连续式，对帧或码字进行顺序编号后连续发送，接收端对所有帧的正确与否按顺序号给出反馈回音，发端根据回音决定重发与否。,3混合纠错(HEC，
28、Hybrid Error Correction),混合纠错是前向纠错与反馈重发二者的结合，发送端发送的码字兼具有检错及纠错两种能力，接收端解码器收到码字后首先校验错误情况，如果差错不超过误码纠错能力，则自动进行纠错，如果差错数量已超出误码纠错能力，则接收端通过反馈信道给发送端一个要求重发的信息。HEC性能及优缺点介于EEC与ARQ之间，误码率低、设备不太复杂、实时性与连贯性也比较好，它在卫星通信中得到了广泛应用。,13.4.2 纠错码分类,根据信道噪声干扰的性质，可将差错分成三类：随机错误：它由信道中的随机噪声干扰所引起，由于噪声的随机性，因而误码的发生相互独立，不会出现成片错误；突发错误：它
29、由突发噪声干扰引起，如电火花等脉冲干扰，会使差错成群出现通常用突发持续时间与突发间隔时间分布来描述；混合错误：既包括随机错误又包括突发错误，因而既会出现单个错误，也会出现成片错误。,与差错种类相对应，可对纠错码进行分类，按照适用的差错类型可划分为纠随机差错码和纠突发差错码两种(也有介于二者之间的纠随机突发差错码)。1随机差错纠错码(Random Error Correction Code)其设计目标是纠正随机差错，纠错能力用码组或码段内允许的独立差错个数来衡量；2突发差错纠错码(Burst Error Correction Code)其设计目标是纠正突发差错，纠错能力用可纠突发差错的最大长度来
30、衡量。,13.4.3 RS编码技术,RS码由Reed和Solomon两位研究者发明，故称为里德一所罗门(Reed-Solomon)码，简称RS码，它是广泛应用在数字电视传输系统中的一种纠错编码技术。RS码以字节为单位进行前向误码纠正(FEC)，它具有很强的随机误码及突发误码纠正能力。,13.4.4 数据交织技术,RS码具有强大的抵御突发差错的能力，但对数据进行交织处理，则可进一步增强抵御能力，数据交织是指在不附加纠错码字的前提下，利用改变数据码字传输顺序的方法，来提高接收端去交织解码时的抗突发误码能力，通过采用数据交织与解交织技术，传输过程中引入的突发连续性误码经去交织解码后恢复成原顺序，此时
31、误码分散分布，从而减少了各纠错解码组中的错误码元数量，使错误码元数目限制在RS码的纠错能力之内，然后分别纠正，从而大大提高了RS码在传输过程中的抗突发误码能力。,13.4.5卷积编码技术,卷积编码又称内码或循环码，它是一种非分组码，其前后码字或码组之间有一定约束关系。在数字电视信道编码系统中，卷积编码是RS编码与数据交织的有效补充，当信道质量较差时，通常采用RS码与卷积码相级联的形式作为信道编码方案。,13.4.6 网格编码调制技术,网格编码调制(TCM，Trellis Coding Modulation)是指将多电平、多相位调制技术与卷积纠错编码技术相结合，采用欧式距离进行信号空间分割，在一
32、系列信号点之间引入依赖关系，仅对某些信号点序列允许可用，并模型化为格状结构。TCM技术的本质是在频带受限的信号中，在不增加信道传输带宽的前提下，将编码技术与调制技术相结合，以实现进一步降低误码率。,13.4.7 级联编码技术,数字电视系统由于采用卫星传输、有线传输、地面无线传输三种方式进行单向广播，因而只能采用正向纠错编码技术(FEC)进行纠错编码。实际的信道编码系统通常采用外码加内码的级联编码技术，即采用两级纠错编码来实现高性能，其解码系统也不复杂。编码部分主要由外编码、交织、内编码三部分组成，如ATSC（VSB）采用RS作外码，再交织，然后是TCM编码；而DVB（COFDM）采用RS作外码
33、，再交织，然后是卷积编码作为内码。解码部分则由内解码、解交织、外解码三部分组成。级联编码系统的各部分需要联合设计，以使整个系统性能能够满足数字电视卫星广播、数字电视有线广播及数字电视地面广播的需要。,13.5 调制,13.5.1 数字电视信号调制目的,数字电视信号经信源编码及信道编码后，将面临信号传输，传输目的是最大限度地提高数字电视覆盖率，根据数字电视信道特点，要进行地面信道、卫星信道、有线信道的编码调制后，才能进行传输。调制技术分为模拟调制技术与数字调制技术，其主要区别是：模拟调制是对载波信号的某些参量进行连续调制，在接收端对载波信号的调制参量连续估值，而数字调制是用载波信号的某些离散状态
34、来表征所传送信息，在接收端只对载波信号的离散调制参量进行检测。,由于在数字电视系统中传送的是数字电视信号，因此必须采用高速数字调制技术来提高频谱利用率，从而进一步提高抗干扰能力，以满足数字高清晰度电视系统的传输要求。与模拟调制系统中的调幅、调频和调相相对应，数字调制系统中也有幅度键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK)三种方式，其中移相键控调制方式具有抗噪声能力强、占用频带窄的特点，在数字化设备中应用广泛。此外，正交幅度调制(QAM)是对载波振幅与相位同时进行数字调制的一种复合调制方式，可进一步提高信号传输码率，在实际中得到广泛应用。,高速数字调制技术通常用于混合光纤同轴电缆传输
35、系统中，主要有QPSK调制、QAM调制、COFDM调制、VSB调制、扩频调制五种，目前在数字电视传输系统中采用的调制技术主要包括正交相移键控调制(QPSK)、多电平正交幅度调制(MQAM)、多电平残留边带调制(MVSB)以及正交频分复用调制(OFDM)。例如，在欧洲DVB系统中，数字卫星广播(DVB-S)采用QPSK，数字有线广播(DVB-C)采用QAM，数字地面广播(DVB-T)采用编码正交频分复用调制(COFDM)。,13.5.2 数字调制技术,数字基带信号不适于在传输信道中直接传送。通常在传输前要对数字基带信号进行处理，减少其低频分量与高频分量，使能量向中频集中，或者采用数字调制技术进行
36、频谱搬移，以适应传输信道更高频谱范围的要求。数字调制技术是指将数字基带信号调制在载波上，使其变换成适合信道传输的数字频带信号，从而实现频谱搬移。,为提高频谱利用率，通常采用多进制调制方法，以提高单位频带的利用率，从而可降低码率、减少信道带宽。利用M进制数字基带信号分别调制载波的幅度、频率和相位，可分别产生MASK、MFSK及MPSK等多进制载波数字调制信号，其中四相移相键控(QPSK)、正交振幅调制(QAM)及残留边带调制(VSB)在多进制调制中比较常用。,QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)是一种相位调制技术，它规定了4种载波相位，QPSK中每次调制可传输2
37、个信息比特，这些信息比特通过载波的4种相位来传递，解调器再根据星座图及接收到的载波信号相位来判断发送端发送的信息比特。在QPSK中，数字序列相继两个码元的4种组合对应4个不同相位的正弦载波，即00、0l、10、11分别对应A0cos(ct+/4)、A0cos(ct-/4)、A0cos(ct+3/4)、A0cos(ct-3/4),其中0t2T，T为比特周期。图13-10（a）是QPSK相位矢量图，图中I表示同相信号，Q表示正交信号。,图13-10（b）是QPSK星座图，星座图中不画矢量箭头只画出矢量的端点。星座图中星座间距离越大，信号的抗干扰能力就越强，接收端判决再生时就越不容易出现误码。星座间
38、的最小距离表示调制方式的欧几里德距离。欧几里德距离d可表示为信号平均功率S的函数。,图13-11是QPSK调制器的原理框图，码率为R的数字序列S(t)经分裂器分裂为码率为R2的I、Q信号，再由I、Q信号生成幅度为-AA的双极性不归零序列Re(t)、Im(t)，Re(t)和Im(t)分别对相互正交的两个载波cosct和cos(ct+/2)-sinct进行ASK(幅度键控)调制，然后相加得到已调信号SQPSK(t)。SQPSK(t)Re(t)cosct-Im(t)sinctQPSK是数字微波通信系统、数字卫星通信系统及数字电视有线广播上行通信中最常用的一种单载波传输方式，它具有较强的抗干扰能力，在
39、电路实现上也比较简单，在DVB数字电视卫星广播(DVB-S)系统中就是采用QPSK调制技术。,2.QAM调制技术,正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation)也称为正交幅移键控。这种键控由两路数字基带信号对正交的两个载波调制合成而得到。为了避免符号上的混淆，一般用m-QAM代表m电平正交调幅，用MQAM代表M状态正交调幅。通常有2电平正交幅移键控(2-QAM或4QAM)、4电平正交幅移键控(4-QAM或16QAM)、8电平正交幅移键控(8-QAM或64QAM)等。电平数m和信号状态M之间的关系是Mm2。图13-12是MQAM正交振幅调制方框图。,调制信号S由分
40、裂器(串并变换)分成I、Q两路信号，再经2-m电平变换器从2电平信号变成m电平信号x(t)、y(t),用x(t)、y(t)对正交的两个载波cosct和sinct进行调幅再相加得到已调信号MQAM。正交幅移键控信号的解调采用正交相干解调器，如图13-13所示。,MQAM信号经相干解调后，在输出端分别得到两个m电平信号x(t)和y(t)，再对m电平信号进行判决，恢复二进制信号I、Q，最后将I、Q信号合成为S(t)。在DVB-C中采用QAM调制方式。,3.VSB调制技术,VSB(Vestigial Side-Band)调制，就是调幅信号抑制载波、并且两个边带信号中一个边带几乎完全通过而另一个边带只有
41、少量残留部分通过。为保证所传输的信息不失真，要求残留边带分量等于传输边带中失去的那一部分。这就要求残留边带滤波器在载频处具有互补滚降特性(奇对称)，这样有用边带分量在载频附近的损失能被残留边带分量补偿。基带信号经平衡调幅器产生双边带平衡调幅波形,再通过一个合适的残留边带滤波器得到残留边带调制信号。,图13-14 是VSB调制和解调的波形图。若发送码元的基带信号频谱波形如图13-14(a)所示，经平衡调幅后双边带频谱如图13-14(b)。残留边带滤波器的幅频特性如如图13-14(c)所示，此滤波器让大部分上边带(或下边带)通过，同时也让小部分下边带(或上边带)通过，它的过渡特性就以fc为中心，呈
42、奇对称形状。于是系统的传输特性如图13-14(c)所示，称为残留边带传输。在接收端，用相乘解调器恢复基带信号，上边带经过解调得到基带频谱如图13-14(d)所示，在低频部分有一个缺口；下边带(残留边带)经解调也得到一个低频频带，如图13-14(e)所示。由于传输特性的对称性，这两个频带叠加起来正好恢复原来的基带频谱，如图13-14(f)示。,4.OFDM调制技术,OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用调制，它是通过延长传输符号周期来有效克服多径干扰的一种数字调制技术，是欧洲数字电视系统所采用的数字调制方案。OFDM由大量的
43、在频率上等间隔的子载波构成(设有N个子载波)，将各载波加以调制，也就是说，将串行传输的符号序列分成长度为N的段，将每段内的N个符号分别调制到N个子载波上，然后一起发送。所以，OFDM是一种并行调制技术，将符号周期延长了N倍，从而提高了对多径干扰的抵抗能力。,OFDM调制技术具有很强的抗多径干扰能力，因而在数字电视系统中应用非常广泛。欧洲DVB-T与日本ISDB-T调制系统中都是采用多载波OFDM调制技术，但二者又有区别，ISDB-T是采用BST-OFDM(Band Segmented Transmission-OFDM)，即分段传输的OFDM技术，它将信道分割成多个OFDM段，在每段内使用相同
44、的载波结构。,COFDM（Coded OFDM）实际上是将编码和OFDM结合起来的一种传输方案。OFDM本身不能够抑制衰减，不同子信道在频域中所处位置不同，受到的衰减也不同。这就要求采用信道编码进一步保护传输数据。在所有信道编码方案中，TCM调制结合频率和时间交织被认为是频率选择性衰减信道中最有效的方法。COFDM是欧洲DVB地面广播的调制方法，它最早成功应用在数字音频广播(DAB，Digital Audio Broadcasting)中，后来被移植到数字电视中。,13.6 数字电视标准,13.6.1 数字电视标准的作用,1系统方面模拟电视系统是单一的、相互独立的业务系统，而数字电视系统则是统
45、一的、综合的、从播出到接收的大系统，接收端与播出端必须完全对应，这就要求对播出系统、传输系统、接收机或机顶盒制订统一的标准。2设备方面数字电视的标准不仅规定设备的外在接口，还要对数字信号处理的整个过程和细节甚至每个比特都作了详细的规定。如果标准不统一，设备和网络都将无法联通，数字信号也就无法畅通。3相互关系方面模拟电视系统的标准是单层次的技术标准，而数字电视系统的标准则是集信息标准、广播电视标准、通信传输标准、计算机标准于一体的多层次的标准。,13.6.2 世界三大数字电视标准,目前数字电视广播有三种相对成熟的国际标准制式：欧洲的DVB(Digital Video Broadcasting)美
46、国的ATSC（Advanced Television Systems Committee）日本的ISDB(Integrated Services Digital Broadcasting),1欧洲数字电视标准DVB,欧洲数字电视标准为DVB，DVB制式应用最广泛、最灵活。DVB制式主要包括数字卫星电视(DVB-S)、数字有线电视(DVB-C)和数字地面广播电视(DVB-T)三个标准，这三个标准的信源编码都采用MPEG-2标准，规定视频采用MPEG-2编码，音频采用MPEG Audio层II(MUSICAM)编码标准。DVB标准对于不同的传输信道，采用了不同的调制方式：DVB-S采用QPSK四相
47、相移键控调制方式，DVB-C采用QAM正交幅度调制方式，DVB-T采用COFDM多载波正交频分复用技术。DVB-S和DVB-C已被世界各国采纳。,DVB-S为数字卫星广播系统标准。卫星传输具有覆盖面广、节目容量大等特点。数据流的调制采用四相相移键控调制(QPSK)方式，工作频率为11/12GHz。DVB-S标准几乎为所有的卫星广播数字电视系统所采用。我国也选用了DVB-S标准。DVB-C为数字有线电视广播系统标准。它具有16、32、64QAM(正交调幅)三种调制方式，工作频率在10GHz以下。采用64QAM时，一个PAL通道可用于多套节目的复用。系统前端可从卫星和地面发射获得信号，在终端需要电
48、缆机顶盒。DVB-T为数字地面电视广播系统标准。这是最复杂的DVB传输系统。地面数字电视发射的传输容量，理论上与有线电视系统相当，本地区覆盖好。采用编码正交频分复用(COFDM)调制方式，在8MHz带宽内能传送4套电视节目，传输质量高；但其接收费用高。,2美国数字电视标准ATSC,ATSC标准视频压缩采用MPEG-2标准，音频压缩采用杜比公司的AC-3，节目复用采用MPEG-2标准，完成各种码流的组合和调整。ATSC数字电视标准由四个分离的层级组成，层级之间有清晰的界面。最高为图像层，确定图像的形式，包括象素阵列、幅型比和帧频。接着是图像压缩层，采用MPEG-2压缩标准。再下来是系统复用层，特
49、定的数据被纳入不同的压缩包中，采用MPEG-2压缩标准。最后是传输层，确定数据传输的调制和信道编码方案。对于地面广播系统，采用Zenith公司开发的8-VSB传输模式，在6MHz地面广播频道上可实现19.3Mb/s的传输速率。该标准也包含适合有线电视系统高数据率的16-VSB传输模式，可在6MHz有线电视信道中实现38.6Mb/s的传输速率。,3日本数字电视的标准ISDB,日本数字电视首先考虑的是卫星信道，采用QPSK调制，并发布了数字电视的标准ISDB。ISDB是日本的DIBEG(Digital Broadcasting Experts Group 数字广播专家组)制订的数字广播系统标准，它
50、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。,4三种数字电视标准的异同,13.6.3 中国的数字电视标准,1、中国的卫星数字电视标准中国卫星数字电视采用QPSK调制方式，与欧洲、美国和日本采用的标准相同。由于中国限制个人直接接收卫星数字电视节目，所以目前是由有线电视台集中接收数字电视信号，并将其转化为模拟信号通过有线网络传输给广大用户收看的。,2、中国的有线数字电视标准中国有线数字电视的标准采用QAM调制方式，与欧洲、美
