1、課程設計說明書 第I頁數字有線電視DVB-C信道編碼器與解碼器摘要數字電視，是將傳統的模擬電視信號經過抽樣、量化和編碼轉換成用二進制數代表的數字式信號，然后進行各種功能的處理、傳輸、存儲和記錄，也可以用電子計算機進行處理、監測和控制。采用數字技術不僅使各種電視設備獲得比原有模擬式設備更高的技術性能，而且還具有模擬技術不能達到的新功能，使電視技術進入嶄新時代。從數字電視的發展和基本組成，引出有線數字電視系統的基本構成和標準，本課題主要按照DVB-C接收數字電纜電視的技術標準設計并實現“標準清晰度數字電視機頂盒”中的信道編碼器與解碼器，本課題著重分析了有線數字電視DVB-C的信道編碼與解碼。關鍵字

2、：數字電視，信道編碼，解碼課程設計說明書 第II頁目 錄1 緒論············································

3、3;·················································

4、3;····························· 11.1 數字電視機的概述 ··················&

5、#183;·················································&

6、#183;························ 11.2數字電視廣播系統的組成及分類 ······················

7、;················································ 1 2有線數字電視&

8、#183;·················································&

9、#183;·················································&

10、#183;········ 22.1有線數字電視基本的構成 ······································&#

11、183;··········································· 22.2有線數字電視基本的標準 ···

12、83;·················································

13、83;···························· 32.3 DVB-C標準簡述 ···················

14、;··················································

15、;···························· 42.3 .1 DVB-C發射系統 ··················

16、3;·················································

17、3;···················· 42.3.2 DVB-C接收系統 ··························

18、3;·················································

19、3;············· 5 3有線數字電視的編碼與解碼··································

20、··················································

21、· 53.1信道編碼 ···············································&#

22、183;·················································&#

23、183;············ 53.1.1信道編碼的作用···································

24、··················································

25、······· 53.1.2數據隨機化·········································

26、··················································

27、········· 63.1.3 RS編碼算法 ······································

28、83;·················································

29、83;········· 63.1.4 數據交織······································

30、83;·················································

31、83;·············· 73.2 DVB-C信道解碼技術 ································

32、83;·················································

33、83;······ 83.2.1 解交織·········································

34、3;·················································

35、3;··············· 93.2.2 RS解碼 ································

36、83;·················································

37、83;······················· 93.2.3 解擾·························

38、;··················································

39、;···································· 9 總結·············

40、··················································

41、··················································

42、············· 11 致謝····································

43、··················································

44、········································ 12 參考文獻········

45、3;·················································

46、3;·················································

47、3;········· 13課程設計說明書 第1頁1 緒論1.1 數字電視機的概述電視技術，經歷著從黑白電視到彩色電視的發展過程，數字電視是繼黑白電視和彩色電視之后的第三代電視。所謂數字電視，是將傳統的模擬電視信號經過抽樣、量化和編碼轉換成用二進制數代表的數字式信號，然后進行各種功能的處理、傳輸、存儲和記錄，也可以用電子計算機進行處理、監測和控制。采用數字技術不僅使各種電視設備獲得比原有模擬式設備更高的技術性能，而且還具有模擬技術不能達到的新功能，使電視技術進入嶄新時代。近十多年來，由于微電子技術、超大規

48、模集成電路技術、數字信號處理技術、計算機技術的突飛猛進，使數字電視的發展已取得了令人鼓舞的成果。特別是數字圖像獲取、數字存儲、位圖打印和圖形顯示的數字設備的出現,帶來了許多數字圖像方面的應用。數字電視利用MPEG標準中的各種圖像格式，把現行模擬電視制式下的圖像、伴音信號的平均碼率壓縮到大約4.6921Mbps，其圖像質量可以達到電視演播室的質量水平，膠片質量水平，圖像水平清晰度達到5001200線以上，并采用AC3聲音信號壓縮技術，傳輸5.1聲道的環繞聲信號。數字電視與模擬電視相比具有許多優點，主要表現在以下幾個方面： 圖像和伴音質量高、抗干擾能力強；頻道數量將成數倍增加； 可開展多功能業務；

49、操作性強；便于網絡化；具有開放性和兼容性；易于實現條件接收。1.2數字電視廣播系統的組成及分類數字電視系統由信源、信源編碼器、信道編碼器、信道、信道解碼器、信源解碼器、信宿等部分組成，如圖1所示。課程設計說明書 第2頁圖1數字通信系統的組成框圖數字電視廣播系統包括有線數字電視廣播，衛星數字電視廣播系統和地面數字電視廣播系統三種傳輸系統。衛星和有線數字廣播系統的信道編碼和高頻調制技術國標已有公認的，優化的方式，就是DVB-C有線數字電視傳輸系統和DVB-S衛星數字電視傳輸系統。2有線數字電視2.1有線數字電視基本的構成有線電視系統是采用纜線(電纜或光纜)等作為傳輸媒質來傳送電視節目的一種閉路電視

50、系統CCTV(Closed-circuit television)用CCTV 稱呼有線電視系統，容易與中國中央電視臺的簡稱CCTV (China Central Television)，所以國內常常使用 CATV這個詞(共用天線系統/有線電視Community Antenna Television)，它以有線的方式在電視中心和用戶終端之間傳遞聲、像信息。所謂閉路，是指不向自由空間輻射，可供電視接收機通過無線接收方式直接接受的電磁波?；窘M成：接收信號源、 前端設備、干線傳輸系統（如干線放大器 (AGC)、 (ASC）和干線電纜或光纜) 、用戶分配網絡、用戶終端（電視接收、調頻廣播 、線纜調制解

51、調器 (Cable Modem，PC機、IP電話等) 等。如圖2所示。課程設計說明書 第3頁圖2有線數字電視基本的構成2.2有線數字電視基本的標準有線數字電視根據不同的指標主要分類如表1所示：表1有線數字電視基本標準課程設計說明書 第4頁2.3 DVB-C標準簡述DVB-C標準以有線電視網作為傳輸介質，應用范圍廣。它具有16、32、64、128和256QAM五種方式，工作頻率在10GHz以下。2001年國家廣電總局已頒布行業標準：有線數字電視廣播信道編碼和調制規范，該標準等同于DVB-C標準。DVB-C傳輸采用QAM（正交振幅調制）方式，該傳輸系統是一個全數字的通信系統，它與傳統的模擬電視傳輸

52、系統有著本質性的區別。DVB-C標準的傳輸系統分為信源編解碼和信道編解碼兩部分。其中，信道編解碼包括前向糾錯編碼、譯碼、調制、解調和上、下變頻幾部分。DVB-C傳輸系統具有如下的主要特點：可與多種節目源相適配，DVB-C傳輸系統所傳送的節目既可來源于從衛星系統接收下來的節目，又可來源于本地電視節目，以及其它節目信號；可用于標準數字電視又可用于高清晰度數字電視。2.3 .1 DVB-C發射系統DVB-C發射前端信道部分框圖，如圖3所示。在發射端，可接收衛星電視信號、本地節目源(視頻服務器)或互聯網信息，經過MPEG-2傳送復用器后的輸入碼流是固定數據包格式，包長188拜特(包括同步字節)。在信道

53、部分，先進行數據流隨機化以頻譜成形;外碼使用截短的RS碼編碼生成誤碼保護包;隨后的處理是對誤碼保護包進行深度I=12的卷積交織;其后將字節轉換為QAM符號，并對該符號的最高兩位差分編碼，以獲得旋轉不變的星座圖，并映射到I/Q兩路，用來降低載波相位模糊；隨后對FQ信號升余弦滾降濾波的基帶成形;最后完成QAM調制后，將己調信號送入有線射頻(RF)信道。圖3 DVB-C發射前端信道部分框圖課程設計說明書 第5頁2.3.2 DVB-C接收系統DVB-C接收系統框圖，如圖4所示。圖4 DVB-C接收系統框圖主要由調諧器、A/D變換器、QAM解調、匹配濾波均衡、載波和位同步恢復、符號/字節轉換、差分譯碼、

54、去交織、RS譯碼、去擾碼、解多工復用、MPEG-2解壓縮等部分組成，其組成原理框圖如圖4所示:信道部分傳來的信號經傳輸層解復用還原壓縮的MPEG-2視頻、音頻及多媒體數據信號，經解壓處理恢復數字視頻信號和數字多聲道伴音信號，再經視頻編碼電路輸出NTSC/PAL等制式的電視信號。CPU負責接收機的初始化及對電路各部分的協調控制和數據信號處理等。另外，還提供遙控輸入接口、通用異步傳輸接口(UART)、IEEEI284并行口、I2C串行總線控制端口、調制解調器等外圍部件。3有線數字電視的編碼與解碼3.1信道編碼3.1.1信道編碼的作用新源編碼是對于數字演播室給出的圖像信號數據流內的空間和時間信息冗余

55、大量刪除，以降低信源數據庫，提高信息傳輸效率，降低數據率，而信道編碼的主要目的是提高系統的抗干擾能力。也稱為差錯控制編碼，以使得 在傳輸中在各種干擾因素場合下接收端仍有良好的正確接收能力，獲得應有的高質量圖像和聲音。對信道編碼的要求主要有以下幾點：（1）編碼效率高，抗干擾能力強；課程設計說明書 第6頁（2）對信號有良好的透明性，也即傳輸通道對于傳輸的信號內容不加 限制；（3）傳輸信號的頻譜特性與傳輸信道的通頻帶有最佳的匹配性；（4）編碼信號內包含有數據定時信息和幀同步信息，以便接收端準確地解碼；（5）編碼的數字信號具有適當的電平范圍；（6）發生誤碼時，誤碼的擴散蔓延小。3.1.2數據隨機化DV

56、B隨機化以8個數據包為周期，每8個傳送包的開始時將序列“100101010000000”裝入PRBS計數器使其初始化。在一個8個包長的組中，第一個包的MPEG-2同步字節應逐比特倒相，從47HEX變為B8HEX，這樣處理是為了給解擾器提供一個啟動信號。PRBS生成輸出的第一個比特應作用于已倒相的MPEG-2 同步字節(即B8HEX)后的第一個字節中的第一位。為了實現其它同步功能，在后繼的7個傳送包的MPEG-2 同步字節持續期間，PRBS繼續工作，但其輸出是無效 的，不對這些字節進行隨機化。因此，PRBS序列的周期 應為1503個字節。3.1.3 RS編碼算法RS碼是一種最小距離可分碼，常用(

57、n，k，d)表示RS碼;其中:n為碼字長度，k為信息長度，d為設計距離。DVB-C系統中采用的是RS(255，239)碼的縮短碼RS(204，188)。這里的碼字均在GF(2m)域上。GF(2m)域可以理解為在這個域上的l個碼元由mbist組成，因此，連續mbist個錯誤僅相當于該碼一個碼元的錯誤。這樣RS碼就可以大幅度提高抗突發錯誤的能力。RS碼的參數具體有如下關系：n=2m-1k=n-2tRS編碼器可以看作是一個多項式乘法器或除法器，其生成多項式可以表示：g(x)=Õ(x-at)j=12ta為有限域GF(2m)的本原元素。課程設計說明書 第7頁設輸入的信息序列為：m(x)=mk-

58、1xk-1+mk-2xk-2K+m1x1+m0生成的碼字為：c(x)=cn-1xn-1+cn-2xn-2K+cn-kxn-kK+c1x1+c0采用系統碼的形式，則c(x)：c(x)=xn-km(x)-R(x) 其中中：R(x)=xn-km(x)modg(x)RS碼的最小漢明距離為dmm=2t+l，t是能夠糾正的錯誤個數，這樣RS(204，188)能夠糾t=8個錯誤，碼距為d=17；DVB-C系統使用的。RS碼本原多項式為：p(x)=x8+x4+x3+x2+1本文采用除法電路實現編碼。編碼電路的主要一部分是一組線性移位寄存器，如圖5所示。圖5 RS編碼的實現電路上圖中的編碼器是r級編碼器，r=1

59、6，即含有16個反饋系數，這16個反饋系數是RS(204，188)碼的生成多項式的系數。3.1.4 數據交織由于在DVB數字電視廣播系統的信道編碼采用了（204，188，8）RS碼編碼，并對每 204個字節組成的數據幀實施字節符號交織處理，交織深度I=12字節。此時，具有最多糾正12*8=96字節的突發錯誤的能力，如圖6所示。課程設計說明書 第8頁圖6 DVB-C交織電路為了實現同步，不論什么情況下，都是將同步字節及倒相的同步字節送至交織器的分支0。交織過程是這樣的：RS編碼碼字向第0-第11支路依次循環輸入數據，每條支路每次輸入一個字節；交織后的數據按相同的順序從各支路中輸出，每條支路每次輸

60、出一個字節。反交織過程是這樣的：將輸入的交織數據流中識別出的第1個RS碼字的同步輸入到第0條支路，以此為起點依次循環向后面各支路輸入數據，每條支路每次輸入一個字節；反交織后的數據按相同的順序從各支路中輸出，每條支路每次輸出一個字節。一個204字節的數據包需要17個交織周期。3.2 DVB-C信道解碼技術信道解碼的方框圖如圖7所示。信道編碼中采用的技術有加擾、RS編碼和交織，因此在接收端，信道解碼器應該進行相反的處理過程，即完成信號的解交織、RS解碼和解擾。圖7 信道解碼方框圖課程設計說明書 第9頁3.2.1 解交織RS編碼對隨機錯誤具有較強的糾錯能力，然而，在實際信道中，許多錯誤是突發性的，也就是說發生錯誤時，往往具有很強的相關性，甚至連續一片數據都出錯。突發性錯誤超出了RS編碼技術的糾錯能力，因此必須結合使用數據交織技術。在發送端，數據交織器按照一定規則對數據進行交織，使信道的突發性錯誤分散開來，