1、美國的美國的ATSC數字電視標準是為其國數字電視標準是為其國內的全數字化內的全數字化HDTV地面廣播研究開發的地面廣播研究開發的一種標準，一種標準，1988年由年由FCC(美國聯邦通信委美國聯邦通信委員會員會)提出設想，歷經多年，于提出設想，歷經多年，于1996年正式年正式批準為系統標準，名稱為批準為系統標準，名稱為“ATSC數字電視數字電視標準標準”。標準擴展了標準擴展了ATSC的適用范圍，使其的適用范圍，使其不僅應用于不僅應用于HDTV高清晰度電視中，也包高清晰度電視中，也包括了括了SDTV標準清晰度電視和計算機圖形格標準清晰度電視和計算機圖形格式等的參數規范。式等的參數規范。ATSC是美

2、國是美國“先進電視先進電視制式委員會制式委員會”組織機構的名稱縮寫，它制組織機構的名稱縮寫，它制定的包括定的包括SDTV和和HDTV的標準也可以并稱的標準也可以并稱為為ATV(先進電視先進電視)或或DTV(數字電視數字電視)的地面的地面廣播標準。實際上，廣播標準。實際上，ATSC標準中容許標準中容許18種種圖像源格式的存在。圖像源格式的存在。ATSC標準中規定了可以采用的標準中規定了可以采用的18種種數字圖像源格式，包括一幀圖像的像素數數字圖像源格式，包括一幀圖像的像素數和掃描方式。和掃描方式。ATSC的信道編碼器其輸入是傳送流的信道編碼器其輸入是傳送流(TS)數據，數據，TS流形成過程如圖流

3、形成過程如圖7-1所示，從所示，從左到右分為應用層、壓縮層、傳送層和傳左到右分為應用層、壓縮層、傳送層和傳輸層輸層4層，傳送層的輸出即為傳送流層，傳送層的輸出即為傳送流TS。圖圖7-1 傳送流傳送流TS的形成的形成應用層應用層(Application Layer)是演播室內是演播室內根據規定的視音頻標準原始產生的、未壓根據規定的視音頻標準原始產生的、未壓縮的視音頻數據流，例如視頻是縮的視音頻數據流，例如視頻是SDI或或HD-SDI數據流，音頻是立體聲或環繞聲的數數據流，音頻是立體聲或環繞聲的數據流。據流。壓縮層壓縮層(Compression Layer)中根據規中根據規定的信源編碼標準將輸入的

4、數據流予以碼定的信源編碼標準將輸入的數據流予以碼率 壓 縮 ， 產 生 出 視 頻 基 本 流率 壓 縮 ， 產 生 出 視 頻 基 本 流 ( Vi d e o Elementary Strenam，VES)和音頻基本流和音頻基本流(AES)。視頻基本流由像塊、宏塊、像條、圖視頻基本流由像塊、宏塊、像條、圖像像(幀幀)、GOP(圖像組圖像組)和序列等和序列等6個層次構個層次構成。成。傳送層傳送層(Transport Layer)中將中將ES打包，打包，形成打包基本流形成打包基本流(PES)，并實現視音頻并實現視音頻PES的復用，組成復用的節目流的復用，組成復用的節目流(PS MUX)、傳傳送

5、流送流(TS MUX)。傳輸層傳輸層(Transmission Layer)內包含信內包含信道編碼和載波調制，其輸出是調制在中頻道編碼和載波調制，其輸出是調制在中頻上的數字已調波，饋送至上變頻器，經高上的數字已調波，饋送至上變頻器，經高功放級后由天線發射。功放級后由天線發射。ATSC信道編碼與調制流程框圖如圖信道編碼與調制流程框圖如圖7-2所示，下面分步驟予以說明。所示，下面分步驟予以說明。圖圖7-2ATSC信道編碼與調制框圖信道編碼與調制框圖數據隨機化的目的是打碎數據隨機化的目的是打碎TS流包中可流包中可能出現的長能出現的長“1”、長、長“0”，避免信號在，避免信號在低頻段頻譜上有大的能量，

6、不適應信道的低頻段頻譜上有大的能量，不適應信道的傳輸特性。傳輸特性。RS編碼即里德索羅門編碼，它是以編碼即里德索羅門編碼，它是以字節為單位進行前向誤碼校正字節為單位進行前向誤碼校正(FEC)的糾的糾錯編碼方法，具有強的隨機誤碼和突發誤錯編碼方法，具有強的隨機誤碼和突發誤碼校正能力。碼校正能力。由圖由圖7-2可見，可見，RS編碼之后是數據交編碼之后是數據交織，數據交織是在不附加糾錯碼字的前提織，數據交織是在不附加糾錯碼字的前提下用改變數據碼字下用改變數據碼字(以比特或字節為單元以比特或字節為單元)傳輸順序的方法來提高接收端去交織解碼傳輸順序的方法來提高接收端去交織解碼時的抗突發誤碼能力。傳輸過程

7、中引入的時的抗突發誤碼能力。傳輸過程中引入的突發誤碼突發誤碼(連續的若干比特或若干字節的誤連續的若干比特或若干字節的誤碼碼)，經去交織解碼而恢復成原順序時將分，經去交織解碼而恢復成原順序時將分散開，使后面的散開，使后面的RS解碼更有能力予以糾正。解碼更有能力予以糾正。信道編碼中，為了充分提高抗誤碼的信道編碼中，為了充分提高抗誤碼的糾錯能力，通常采用兩次附加糾錯碼的糾錯能力，通常采用兩次附加糾錯碼的FEC編碼。編碼。格柵編碼是格柵編碼是1982年由年由Ungenboeck提出提出的，它將卷積編碼與調制技術結合一起，的，它將卷積編碼與調制技術結合一起，可在不增加信道帶寬和不降低信息速率的可在不增加

8、信道帶寬和不降低信息速率的情況下獲得情況下獲得34dB的編碼功率增益。的編碼功率增益。原理上，圖原理上，圖7-2中數據交織器后面的格中數據交織器后面的格柵編碼器柵編碼器(圖圖7-7)只需要一個。然而，雖然只需要一個。然而，雖然格柵編碼器有助于抗白噪聲干擾格柵編碼器有助于抗白噪聲干擾(隨機干隨機干擾擾)，但對于脈沖干擾和突發誤碼其抗御性，但對于脈沖干擾和突發誤碼其抗御性能并不好。為了改善這方面的性能，以及能并不好。為了改善這方面的性能，以及為了使接收端的格柵解碼器電路簡化，編為了使接收端的格柵解碼器電路簡化，編碼器中采用了碼器中采用了12個同樣的格柵編碼器并行個同樣的格柵編碼器并行地工作，它們接

9、受經過塊交織的、交織深地工作，它們接受經過塊交織的、交織深度度I=12符號的數據符號。符號的數據符號。場同步段有下列作用。場同步段有下列作用。(1)給出每個數據場的起始信息。給出每個數據場的起始信息。(2)PN511向接收端提供信道特性均衡向接收端提供信道特性均衡用的訓練序列數據，使接收端得到時變的用的訓練序列數據，使接收端得到時變的信道特性信息，及時實現解碼信道的特性信道特性信息，及時實現解碼信道的特性均衡。均衡。(3)PN63供接收端實現重影補償中作測供接收端實現重影補償中作測試序列使用，能補償延時范圍在試序列使用，能補償延時范圍在63個符號個符號內即時間為內即時間為6393=5.86s內

10、的重影信號，內的重影信號，接收機設計人員可在接收機設計人員可在5.86s總量內任意分總量內任意分配前重影和后重影的校正范圍。配前重影和后重影的校正范圍。(4)最后最后12符號供接收機中的梳狀濾波符號供接收機中的梳狀濾波器器(干擾抑制濾波器干擾抑制濾波器)使用。使用。(5)可用于接收信號信噪比的測量。可用于接收信號信噪比的測量。(6)可供接收機中的相位跟蹤電路用來可供接收機中的相位跟蹤電路用來使電路復位，并確定跟蹤環路參數。使電路復位，并確定跟蹤環路參數。ATSC中高頻調制采用中高頻調制采用8VSB也即也即8電平電平殘留邊帶調幅方式，它不同于殘留邊帶調幅方式，它不同于NTSC中高頻中高頻調制的調

11、制的VSB殘留邊帶調幅方式。殘留邊帶調幅方式。8VSB發射機像通常那樣采用兩級調發射機像通常那樣采用兩級調制方式，第一次將數據信號調制到一個固制方式，第一次將數據信號調制到一個固定中頻上，第二次再上變頻到所需的電視定中頻上，第二次再上變頻到所需的電視頻道上。頻道上。美國從美國從20世紀末正式開始地面廣播世紀末正式開始地面廣播HDTV后，在初期發展并不快速，原因一后，在初期發展并不快速，原因一是節目源欠豐富，二是接收機價格偏高，是節目源欠豐富，二是接收機價格偏高，三是三是ATSC制式本身尚存在些問題。制式本身尚存在些問題。像像ATSC系統一樣，系統一樣，DVB系統中最先系統中最先的參數規范是演播

12、室參數標準和信源編碼的參數規范是演播室參數標準和信源編碼標準。標準。DVB-S是是1994年年12月由月由ETSI(歐洲電信標準歐洲電信標準學會學會)制定標準的，標準編號為制定標準的，標準編號為ETS 300 421。DVB-S系統定義了從系統定義了從MPEG-2復用器輸出到衛星復用器輸出到衛星傳輸通道的特性，總體上分成信道編碼和高頻調傳輸通道的特性，總體上分成信道編碼和高頻調制兩大部分。系統功能框圖如圖制兩大部分。系統功能框圖如圖7-13所示，左邊所示，左邊部分為部分為MPEG-2信源編碼和復用，右邊部分為衛信源編碼和復用，右邊部分為衛星信道適配器，也即是信道編碼和高頻調制部分。星信道適配器

13、，也即是信道編碼和高頻調制部分。圖圖7-13 DVB-S系統功能框圖系統功能框圖輸入輸入TS流是流是188字節的包，其中第一字節的包，其中第一個字節是同步字節個字節是同步字節(SYNC)。在在DVB-S中，中，對對TS流包的處理如圖流包的處理如圖7-14所示。所示。圖圖7-14 TS流包的加擾和流包的加擾和RS編碼編碼外碼編碼即是外碼編碼即是RS編碼，是在每編碼，是在每188字字節后加入節后加入16字節的字節的RS碼碼(204，188，t=8)，參見圖參見圖7-14(b)。為提供抗突發干擾的能力，在為提供抗突發干擾的能力，在RS編碼編碼后采用字節為單元的交織，稱為字節交織后采用字節為單元的交織

14、，稱為字節交織或外交織，交織深度或外交織，交織深度I=12字節。字節。內碼編碼與外碼編碼相結合，構成了內碼編碼與外碼編碼相結合，構成了DVB-S中的級聯編碼，它增強了信道糾錯中的級聯編碼，它增強了信道糾錯能力，有利于抗御衛星廣播信道傳輸中干能力，有利于抗御衛星廣播信道傳輸中干擾的影響。擾的影響。內碼編碼與外碼編碼相結合，構成了內碼編碼與外碼編碼相結合，構成了DVB-S中的級聯編碼，它增強了信道糾錯中的級聯編碼，它增強了信道糾錯能力，有利于抗御衛星廣播信道傳輸中干能力，有利于抗御衛星廣播信道傳輸中干擾的影響。擾的影響。圖圖7-17所示的基帶卷積輸出所示的基帶卷積輸出X，Y輸入輸入至收縮卷積碼電路

15、，實現至收縮卷積碼電路，實現2/3或或3/4等編碼效等編碼效率，而后再使該串行序列經串率，而后再使該串行序列經串/并變換電路并變換電路形成形成I，Q兩路并行輸出。兩路并行輸出。衛星接收端有確定的誤碼性能要求，衛星接收端有確定的誤碼性能要求，以確保接收信號質量。在傳輸信道中，對以確保接收信號質量。在傳輸信道中，對于出現的相加性白高斯噪聲于出現的相加性白高斯噪聲(AWGN)引起的引起的信號質量下降，通常以信號質量下降，通常以Eb/N0進行衡量。進行衡量。圖圖7-17 1/2編碼率的基本卷積碼編碼率的基本卷積碼一個衛星轉發器能以一個衛星轉發器能以QPSK調制方式傳輸的調制方式傳輸的可用比特率值，除了

16、決定于可選用的不同值的內可用比特率值，除了決定于可選用的不同值的內碼編碼率外，更加決定于衛星轉發器本身的帶寬。碼編碼率外，更加決定于衛星轉發器本身的帶寬。由上面所述可以看出，由上面所述可以看出，DVB-S的特點在于的特點在于衛星信道的帶寬大衛星信道的帶寬大(24MHz)，但轉發器的輻射但轉發器的輻射功率不高功率不高(十幾瓦至一百多瓦十幾瓦至一百多瓦)，傳輸信道質量不，傳輸信道質量不夠高夠高(傳輸路徑遠，特別是易于受雨衰影響傳輸路徑遠，特別是易于受雨衰影響)。因。因此，為保證接收可靠而采用了調制效率較低、抗此，為保證接收可靠而采用了調制效率較低、抗干擾能力強的干擾能力強的QPSK調制。調制。DV

17、B-C系統定義了有線數字電視廣播系統定義了有線數字電視廣播系統的功能塊組成，它使系統的功能塊組成，它使MPEG-2基帶數基帶數字電視信號與有線信道特性相匹配。字電視信號與有線信道特性相匹配。DVB-C的歐洲標準是由的歐洲標準是由ETSI(歐洲電信標準學會歐洲電信標準學會)于于1994年年12月制定的，標準編號為月制定的，標準編號為ETS 300 429。由圖由圖7-19可見，發送端框圖中的前可見，發送端框圖中的前4個個方框是與方框是與DVB-S一樣的。一樣的。DVB-C中，符號交織中，符號交織(交織深度交織深度I=12字字節節)之后沒有級聯的卷積編碼，也即只有外之后沒有級聯的卷積編碼，也即只有

18、外編碼而無內編碼，原因在于有線信道質量編碼而無內編碼，原因在于有線信道質量較好，不必將較好，不必將FEC做得復雜化。做得復雜化。圖圖7-19 DVB-C前端與接收端框圖前端與接收端框圖圖圖7-21 64QAM調制星座圖調制星座圖圖圖7-22 字節到字節到m符號變換框圖符號變換框圖圖圖7-23所示的為不同所示的為不同M值的值的MQAM星星座圖，它們的實現都基于圖座圖，它們的實現都基于圖7-22所示的符所示的符號變換框圖。號變換框圖。圖圖7-23 不同不同M值的值的MQAM調制星座圖調制星座圖如圖如圖7-19所示，在符號變換和差分編所示，在符號變換和差分編碼碼(IkQk)之后是基帶成形，采用式之后

19、是基帶成形，采用式(6-18)所所示的升余弦平方根濾波函數，滾降系數示的升余弦平方根濾波函數，滾降系數0.15?？梢?，由于有線信道質量好，因此可見，由于有線信道質量好，因此值較小值較小(DVB-S中中=0.35)，這有利于帶寬利這有利于帶寬利用率的提高。用率的提高。前面已述及，前面已述及，DVB-C的調制方式為的調制方式為MQAM，可以是可以是16，32，64，128和和256QAM，典型值是典型值是64QAM。根據根據MQAM的的M值和映射頻道的帶寬，值和映射頻道的帶寬，可以計算出一個可以計算出一個DVB-C頻道能傳輸的可用頻道能傳輸的可用比特率比特率Ru值值(Mbit/s)和符號率和符號率

20、Rs值值(Mbaud)，如表如表7-7所示，表中的值適合于所示，表中的值適合于8MHz的信的信道帶寬。道帶寬。DVB-T的信道編碼和調制系統框圖如的信道編碼和調制系統框圖如圖圖7-25所示。輸入端是視頻、音頻和數據所示。輸入端是視頻、音頻和數據等復用的傳送流等復用的傳送流TS，每個每個TS包由包由188字節字節組 成 ， 經 過 一 系 列 信 號 處 理 后 輸 出組 成 ， 經 過 一 系 列 信 號 處 理 后 輸 出COFDM調制的載波信號。調制的載波信號。圖圖7-25 DVB-T的信道編碼和調制系統框圖的信道編碼和調制系統框圖DVB-T中高頻載波采用中高頻載波采用COFDM(編碼編碼

21、正交頻分復用正交頻分復用)調制方式，在調制方式，在8MHz射頻帶射頻帶寬內設置寬內設置1705(2k模式模式)或或6817(8k模式模式)個載個載波，將高碼率的數據流相應地分解成波，將高碼率的數據流相應地分解成2k或或8k路低碼率的數據流，分別對每個載波進路低碼率的數據流，分別對每個載波進行行QPSK，16QAM或或64QAM調制。調制。COFDM調制中，由每個調制中，由每個V比特的符號比特的符號對每個載波進行相應的調制，對每個載波進行相應的調制，V=2時為時為QPSK調制，調制，V=4時為時為16QAM調制，調制，V=6時時為為64QAM調制。調制。ATSC的的8VSB調制是傳統的單載波調調

22、制是傳統的單載波調制方式，而制方式，而COFDM是數字通信中時興的是數字通信中時興的多載波方式，多載波方式，OFDM是正交頻分復用的英是正交頻分復用的英文縮寫，全部載波頻率有相等的頻率間隔，文縮寫，全部載波頻率有相等的頻率間隔，它們是一個基本振蕩頻率的整數倍。它們是一個基本振蕩頻率的整數倍。與衛星傳輸信道和有線傳輸信道相比與衛星傳輸信道和有線傳輸信道相比較，地面開路傳輸信道環境差，電磁波信較，地面開路傳輸信道環境差，電磁波信號容易受到各種各樣的外來雜散電磁波干號容易受到各種各樣的外來雜散電磁波干擾。擾。就地面開路接收時的傳輸信道種類而就地面開路接收時的傳輸信道種類而言，有三種信道模型。言，有三

23、種信道模型。(1)高斯信道，這是天線接收信號只受高斯信道，這是天線接收信號只受到高斯噪聲到高斯噪聲(隨機噪聲，白噪聲隨機噪聲，白噪聲)干擾的信干擾的信道模型。道模型。(2)Ricean信道，這是天線接收信號接信道，這是天線接收信號接收到直達波之外還接收到多個反射波的信收到直達波之外還接收到多個反射波的信道模型，它對應于使用室外屋頂天線時還道模型，它對應于使用室外屋頂天線時還會接收由到高樓等來的許多多徑反射波。會接收由到高樓等來的許多多徑反射波。(3)瑞利信道，其接收天線接收不到直瑞利信道，其接收天線接收不到直達波，只接收到許多反射波，對應于用室達波，只接收到許多反射波，對應于用室內天線接收或室

24、外便攜和移動接收。接收內天線接收或室外便攜和移動接收。接收點直視不到發射天線，只有由大樓、山丘點直視不到發射天線，只有由大樓、山丘等來的諸多反射波。等來的諸多反射波。COFDM中，調制每個載波的符號率中，調制每個載波的符號率下降很多，可明顯減少已調波頻帶內的符下降很多，可明顯減少已調波頻帶內的符號間干擾號間干擾(ISI)。但存在較長延時的反射波但存在較長延時的反射波信號時，并不能完全消除符號間干擾。信號時，并不能完全消除符號間干擾。圖圖7-25中，在中，在OFDM調制之前有調制之前有“幀幀自適應自適應”和和“導頻及導頻及TPS信號信號”兩個信號兩個信號處理框，現在分別說明之。處理框，現在分別說

25、明之。幀自適應是指幀自適應是指OFDM幀的構成，它是幀的構成，它是在在OFDM符號的基礎上組成的。符號的基礎上組成的。OFDM中對每個載波的調制都是抑制中對每個載波的調制都是抑制載波的，接收端的解調諸如對于載波的，接收端的解調諸如對于QAM的相的相干解調是需要基準信號的，在這里稱為導干解調是需要基準信號的，在這里稱為導頻信號，它們在頻信號，它們在OFDM符號內分布于不同符號內分布于不同的時間和頻率上，具有已知的幅度和相位。的時間和頻率上，具有已知的幅度和相位。TPS是傳輸參數信令的英文縮寫，用是傳輸參數信令的英文縮寫，用于給出與傳輸參數也即與信道編碼和調制于給出與傳輸參數也即與信道編碼和調制參

26、數有關的信令。參數有關的信令。定義定義4個個OFDM幀組成一個超幀，在幀組成一個超幀，在超幀內可以傳輸整數個超幀內可以傳輸整數個204字節的字節的RS碼碼TS包，而無論信道內碼編碼率和調制模式如包，而無論信道內碼編碼率和調制模式如何，何，OFDM超幀內超幀內TS包數目如表包數目如表7-11所示。所示。表表 7-11 OFDM超幀內超幀內 TS 包數目包數目QPSK16QAM64QAM內碼內碼編碼率編碼率2k8k2k8k2k8k1/22521008504201675630242/333613446722688100840323/437815127563024113445365/642016808403360126050407/84411764882352813235292要在要在8MHz內傳輸一路內傳輸一路HDTV信號，合信號，合適的參數是適的參數是64QAM調制，內碼編碼率調制，內碼編碼率2/3和和保 護 間 隔保 護 間 隔 1 / 8 ， 這 時 的 有 效 碼 率 為， 這 時 的 有 效 碼 率 為22.12Mbit/s。射頻頻道內電視信號的功率譜是衡量射