-数字有线电视DVB-C信道编码器与解码器摘要数字电视，是将传统的模拟电视信号经过抽样、量化和编码转换成用二进制数代表的数字式信号，然后进行各种功能的处理、传输、存储和记录，也可以用电子计算机进行处理、监测和控制。采用数字技术不仅使各种电视设备获得比原有模拟式设备更高的技术性能，而且还具有模拟技术不能达到的新功能，使电视技术进入崭新时代。数字电视是继黑白电视和彩色电视之后的第三代电视。数字电视是将模拟电视信号转换成数字信号,然后再对数字信号进行处理、传输、记录和控制的系统。数字电视已经作为在全国范围内开展的信息服务。机顶盒用于数字电视系统中将数字信号转变成模拟电视可以接收的信号,它是数字电视的过渡型产品。数字机顶盒也称数字电视综合解码器或数字电视综合接收机,通过数字机顶盒可以使用现有的模拟电视收看数字电视节目。本课题主要是是按照DVB-C接收数字电缆电视的技术标准设计并实现“标准清晰度数字电视机顶盒”中的信道编码器与解码器。关键字：数字电视，信道编码器，解码器。目 录1绪论11.1 数字电视简介11.2 卫星数字电视系统12有线数字电视22.1有线数字电视基本的构成22.2 DVB-C标准简述23数字电视信道编码技术33.1. 信道编码简介33.2 差错控制系统33.3. RS编码技术43.4 数据交织技术53.5 卷积编码技术54 DVB-C信道解码技术74.1 解交织84.2 RS解码84.3 解扰9总结10致谢11参考文献12.-1绪论1.1 数字电视简介数字电视，是从电视节目录制、播出到发射、接收全部采用数字编码与数字传输技术的新一代电视。它具有许多优点，如可实现双向交互业务、抗干扰能力强、频率资源利用率高等，它可提供优质的电视图像和更多的视频服务(如交互电视、远程教育、会议电视、电视商务、影视点播等)。数字电视系统作为一个多媒体通信系统，有效性与可靠性是系统的两个重要指标，信源编码实质属于有效性编码的范畴，信道编码属于可靠性编码的范畴。一个完整的数字电视系统包括数字电视信号的产生、处理、传输、接收和重现。数字电视信号在进入传输通道前的处理过程一般如图1所示：信号获取信源编码信道编码调制卫星传输地面无线传输 有线传输图1 数字电视信号传输前的处理过程1.2 卫星数字电视系统按信号传输方式分类：数字电视可以分为地面无线传输（地面数字电视）、卫星传输（卫星数字电视）、有线传输（有线数字电视）三类。卫星广播具有覆盖面大、传输距离远、信息量大、信号质量高、不受地理条件限制等优点，近年来卫星广播事业得到了迅猛发展。在数字电视卫星广播中，通过采用数字化技术，并利用数据压缩编码技术，一颗大容量卫星可转播 100 500 套节目，其调制方式在世界范围内都统一采用QPSK(正交移相键控)方式。我国的卫星数字电视选用DVB-S标准。2有线数字电视2.1有线数字电视基本的构成有线电视系统是采用缆线(电缆或光缆)等作为传输媒质来传送电视节目的一种闭路电视系统CCTV(Closed-circuit television)用CCTV 称呼有线电视系统，容易与中国中央电视台的简称CCTV (China Central Television)，所以国内常常使用 CATV这个词(共用天线系统/有线电视Community Antenna Television)，它以有线的方式在电视中心和用户终端之间传递声、像信息。所谓闭路，是指不向自由空间辐射，可供电视接收机通过无线接收方式直接接受的电磁波。基本组成(1) 接收信号源 (2) 前端设备(3) 干线传输系统。如干线放大器 (AGC)、 (ASC）和干线电缆或光缆 、(4) 用户分配网络 (5) 用户终端 电视接收、调频广播 、线缆调制解调器 (Cable Modem，PC机、IP电话等) 等。2.2 DVB-C标准简述DVB-C标准以有线电视网作为传输介质，应用范围广。它具有16、32、64、128和256QAM五种方式，工作频率在10GHz以下。2001年国家广电总局已颁布行业标准：有线数字电视广播信道编码和调制规范，该标准等同于DVB-C标准。DVB-C传输采用QAM（正交振幅调制）方式，该传输系统是一个全数字的通信系统，它与传统的模拟电视传输系统有着本质性的区别。DVB-C标准的传输系统分为信源编解码和信道编解码两部分。其中，信道编解码包括前向纠错编码、译码、调制、解调和上、下变频几部分。DVB-C传输系统具有如下的主要特点：可与多种节目源相适配，DVB-C传输系统所传送的节目既可来源于从卫星系统接收下来的节目，又可来源于本地电视节目，以及其它节目信号；可用于标准数字电视又可用于高清晰度数字电视。3数字电视信道编码技术3.1. 信道编码简介信道编码是通过按一定规则重新排列信号码元或加入辅助码的办法来防止码元在传输过程中出错，并进行检错和纠错，以保证信号的可靠传输。信道编码后的基带信号经过调制，可送入各类通道中进行传输。信道编码是数字通信区别于模拟通信的显著标志，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。这一点恰好与信源编码为适应存储及信道传输要求而进行压缩码率或频带而相反。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、网格编码技术、均衡技术等，它们可提高数字电视信号的抗干扰能力，再利用调制技术即可将数字电视信号放在载波或脉冲串上，从而为信号发射做好准备。必须清楚，信道编码的实质是寻找适合数字电视信号在相应传输信道中的安全传输模式，使经过信道编码后的数字码流能够匹配信道传输特性、减少误码与差错。因此，信源编码以后的所有编码措施，包括扰码、交织、卷积等都可以划分到信道编码的范畴，由此可构造出信道编码结构框图，如图2所示。多路视频音频数据节目复用复用匹配能量扩散外码编码数据交织内码编码基带形成信道调制图2 信道编码结构框图3.2 差错控制系统差错控制系统实现两部分功能：即差错控制编码与差错控制解码，其中差错控制编码是指在信源编码数据的基础之上增加一些冗余码元(又称监督码元)，使监督码元与信息码元之间建立一种确定关系，而差错控制解码是指在接收端，根据监督码元与信息码元之间已知的特定关系，来实现检错及纠错。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)。3.3. RS编码技术里德一所罗门(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，Forward Error Correction)，它具有很强的随机误码及突发误码纠正能力。从结构上看，RS码是一种码元长度为n、信息位长度为k的(n，k)型线性分组码，其中分组码是指在k位信息码元的后面按编码规则附加r位校验码元而构成码长为n的码字，并用(n，k)表示，而线性分组码是指分组码中的校验码元与信息码元之间满足线性变换关系。在纠错编码中，码字距离、特别是码字最小距离，是衡量一种码抗干扰能力大小的标准，码字最小距离越大，说明任何两个码字之间的最小差别越大，抗干扰能力越强。在所有的线性分组码中，RS码的汉明距离最大，因此RS码纠错能力最佳。RS编码是一种非常有效的块编码技术，与其他以单个码元为基础的块编码技术不同，RS码以码组为基础，码组又称为符号，RS码只处理符号，即使符号中只有一个比特出错，也认为是整个符号出错。在RS(n，k)编码中，输入信号分成km比特一组，每组包括k个符号，每个符号由m比特组成，因此总码长n=k+r个符号，共有k个信息符号、r个监督符号，最小码距d0=2t+1个符号，RS码能够纠正t=r2个符号的错误，通常一个可纠错t个误码字节的RS码可表示为(n，k，t)。在DVB系统中，信道编码采用(204，188，t=8)的RS码，即n=204字节，k=188字节，即每188个信息符号要用16个监督符号，总码元数为204个符号，m=8比特(1字节)，监督码元长度为2t=16字节，纠错能力为一段码长为204字节内的8个字节，此RS码的长度在原理上应为n=2m-1=255字节，实施上述RS编码时，先在188字节前加上51个全0字节，组成239字节的信息段，然后根据RS编码电路在信息段后面生成16个监督字节，即得到所需的RS码。3.4 数据交织技术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。数据交织技术纠正突发误码的原理如图3所示。图3 数据交织技术纠正突发误码原理图由图3可见，mn个数据为一组，按每行n比特，共m行方式读入寄存器，然后以列的方式读出用于传输，接收端把数据按列的方式写入寄存器后再以行方式读出，得到与输入码流次序一致的输出，由此实现了交织与解交织。当在传输过程中出现突发差错时，差错比特在解交织寄存器中被分散到各行比特流中，从而易于被外层的FEC纠正。在上述数据交织中，每行的比特数n被称为交织深度，交织深度越大则抗突发差错能力就越强，但交织的延迟时间也越长，因为编解码都必须将数据全部送入存储器后才能开始，ATSC标准中交织深度为52，DVB-T标准中交织深度为12。3.5 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，如图4所示，卷积编码器可有k0个输入，n0个输出，通常 k0n0，且皆为小整数。在任意给定的时间单元内，编码器的no个输出不仅与本时间单元的k0个输入有关，还与前面m个输入单元有关，一个典型的 (2，1，2)卷积编码器结构如图4所示。RS编码卷积编码调 制信道解调维特比译码RS解码图4 RS码与卷积码级联图5 (2，1，2)卷积编码器由图5可见，(2，1，2)卷积编码器有一个输入、两个输出，即k0=1、no=2，并通过开关使并行变串行输出，其中有两个移位寄存器 D1、D2及三个模二加法器，寄存器数为m=2，因而此(no，k0=0，m)卷积编码器是(2，1，2)卷积编码器，其任一输出码组与前后3个码组相关，即约束度N=3。通常，约束度等于移位寄存器数目加1，即N=m+1。若将输入序列di=(11010)输入到图7的电路中，则寄存器的状态及编码输出为(di-2、di-1初始状态均为00)：di-1= (11010000)，di-2=(01101000)，输出端的编码关系为：C1=di di-1 di，C2=di di-2其中 表示异或。若输出为：C1=(C11，C12，C1n)=(10001100)，C2=(C21，C22，C2n)=(11100100)，则卷积码的输出序列为：C(C11C21，C12C22，C1nC2n)：(1101010010110000)。