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1、ATSC標準1 ATSC數(shù)字電視標準ATSC :美國的數(shù)字地面電視廣播標準，于1996年正式批準系統(tǒng)標準， ATSC不僅應(yīng)用于高清晰度電視HDTV ， 也包括標準清晰度電視SDTV和計算機圖形格式等的參數(shù)規(guī)范。ATSC是美國“先進電視制式委員會”組織機構(gòu)名稱的縮寫。2在數(shù)字電視信號處理技術(shù)上，HDTV和SDTV的信道編碼和調(diào)制方式是同樣的；經(jīng)編碼和調(diào)制后在美國頻道規(guī)劃的6MHz高頻頻帶內(nèi)可傳輸?shù)?9.39Mbps碼率；用于HDTV時可傳輸一套高清電視節(jié)目;用于SDTV時可傳輸3至5套標清電視節(jié)目。3 ATSC的圖像源格式ATSC標準中容許18種圖像源格式： 像素數(shù) 寬高比 掃描參數(shù)（水平垂直）

2、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：一幀圖像207.36萬像素、92.16萬像素 SDTV：一幀33.792萬像素 、第四行：計算機VGA格式，一幀30.72萬像素， 41080有效行，掃描總行數(shù)為1125行，圖像信號取樣頻率為74.25MHz，在60I掃描下每行取樣點總數(shù)為2200個，正程1920個，行消隱期占280個，行頻33.750kHz720有效行，掃描總行數(shù)為750行，取樣頻率74.25MH

3、z，在60P掃描下，每行取樣點總數(shù)為1650個，正程有效像素1280個，行消隱期占370個，行頻 45kHz。24P掃描，用于HDTV節(jié)目制作，可通過磁轉(zhuǎn)膠做電影片，或者經(jīng)制式轉(zhuǎn)換，用于DTV電視廣播。704480符合720480規(guī)范，在信源編碼時每行內(nèi)丟掉左側(cè)右側(cè)各8個像素，取用704像素。VGA圖形格式，信號源通過合適的重取樣轉(zhuǎn)換成704480格式成為SDTV標準圖像源。5 ATSC信道編碼與調(diào)制系統(tǒng)場同步段同步信源數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)隨機化RS編碼數(shù)據(jù)交織格柵編碼多路復(fù)用測試信號導(dǎo)頻加入預(yù)均衡濾波VSB調(diào)制RF上變頻可選用場同步6（1） 數(shù)據(jù)隨機化數(shù)據(jù)隨機化的目的是打碎TS流包中可能出現(xiàn)的長“1”

4、、長“0”，避免信號在低頻段頻譜上有大的能量，不適應(yīng)信道的傳輸特性。數(shù)據(jù)隨機化也稱為能量擴散或數(shù)據(jù)加擾，使頻譜主要能量段向上端移動。其實現(xiàn)方法是用一個PRBS（偽隨機二進制序列）發(fā)生器產(chǎn)生一個PRBS流，與輸入數(shù)據(jù)流的逐個比特作異或（XOR）運算。7ATSC的幀結(jié)構(gòu)圖 PRBS初始化(第二段段同步）有效數(shù)據(jù)（每段748符號）RS碼(每段80符號）24.2ms一段場同步2（第二段）313段段同步段同步PRBS初始化（第一段段同步）有效數(shù)據(jù)（每段74 8符號）RS碼(每段80符號）24.2ms一段場同步1（第一段）828符號4313段82. RS編碼RS編碼即里德索羅門編碼，以字節(jié)為單位進行前向誤

5、碼校正（FEC）的糾錯編碼方法，具有強的隨機誤碼和突發(fā)誤碼校正能力。RS編碼中，輸入數(shù)據(jù)分成段，每段內(nèi)k為符號數(shù)，每符號m比特。每段可糾錯t個誤碼符號ATSC的RS碼(n,k,t)取值為（207，187，t=10），每段的總碼長n=207個符號，有效數(shù)據(jù)k=187符號，8比特/符號，監(jiān)督段為2t20符號，糾錯能力為10個字節(jié)。93. 數(shù)據(jù)交織RS編碼之后是數(shù)據(jù)交織，數(shù)據(jù)交織是在不附加糾錯碼字的前提下用改變數(shù)據(jù)碼字（以比特或字節(jié)為單元）傳輸順序的方法來提高接收端抗突發(fā)誤碼能力。傳輸過程中引入連續(xù)的若干比特或若干字節(jié)的誤碼，經(jīng)去交織解碼而恢復(fù)成原順序時將分散開，使后面的RS解碼有能力予以糾正。10

6、比特交織例如圖，704個比特的碼元組成交織深度I44比特的形式進行比特次序重排，在以1，2，3，703，704的次序?qū)懭胍粋€二維RAM后，再按1，45，89，660，704的次序讀出。RAM為16行44列的比特矩陣。如果傳輸中引入16個比特長度的突發(fā)誤碼，則接收端恢復(fù)比特次序后，它們將分散在16個44比特的碼組中，易于由漢明碼進行校正。交織法雖不增加碼元數(shù)目，但增大了編解碼電路的復(fù)雜性和數(shù)據(jù)的延時。11比特單元的數(shù)據(jù)交織發(fā)端寫入，收端寫出順序1 2 3 . . . . . 43 44 46 47 . . . . . 87 8889 90 91 . . . . . 127 128 . . . .

7、 . . . . . 704bit . . . RAM . . . (16行44列) . . . . . . 617 . . . . . . . 659 660 661 . . . . . . . 703 704傳輸方向（發(fā)）存儲方向（收）12ATSC中的數(shù)據(jù)交織為字節(jié)交織交織深度I值越大，抗突發(fā)誤碼的能力越強。ATSC采用52個數(shù)據(jù)段的交織深度，場同步段不交織，一場內(nèi)52數(shù)據(jù)段對應(yīng)于1/6場（一場312數(shù)據(jù)段）的交織深度（4ms），這種數(shù)據(jù)交織屬于段間交織。交織器同步于數(shù)據(jù)場第1數(shù)據(jù)段上（不計實際第1段的場同步段，它不交織），K1、K2在每一支路位置上停留1字節(jié)，共52條支路，逐條支路的FI

8、FO移存器數(shù)量遞增4字節(jié)。因此，數(shù)據(jù)不但在數(shù)據(jù)段之間交織，又是段內(nèi)交織的，這有利于實現(xiàn)格柵編碼的優(yōu)點。每52數(shù)據(jù)段完成一個段間、段內(nèi)交織循環(huán)。優(yōu)點是，存儲器容量減少和易于變更交織狀況；發(fā)端和收端綜合存儲電路引入的數(shù)據(jù)延時減少。 13ATSC數(shù)據(jù)交織電路K2（K1、K2同步切換）K1 FIFO移位寄存器2M每位置上停留1字節(jié)M=4Bytes(B-2)M(B-1)M1351(B=52)來自RS編碼器M=4,B=52,N=208,RS塊2 07,BM=N5152去預(yù)編碼器和格柵編碼器14 4. 格柵編碼第一個FEC 是RS編碼，構(gòu)成（207，187）RS碼，稱為外編碼。第二個FEC一般采用卷積編碼，

9、稱為內(nèi)編碼?？偡Q為級聯(lián)編碼。ATSC內(nèi)編碼不是卷積編碼，而是格柵編碼（trellis coded modulation，TCM）,或稱格形編碼、柵狀編碼、網(wǎng)格編碼TCM編碼有助于提高抗隨機噪聲干擾的能力。它將卷積編碼與調(diào)制技術(shù)結(jié)合一起，在不增加信道帶寬和不降低信息速率下獲得34dB的編碼功率增益。15編碼功率增益：在相同比特率下經(jīng)TCM編碼的8VSB或8PSK比不經(jīng)TCM編碼的4VSB或4PSK（前后兩種情況下信道帶寬及信息速率是一樣的）所需之 降低多少dB值。這里， 是單個符號信息比特的平均信號功率， 是單位帶寬內(nèi)的噪聲功率。格柵編碼ATSC中，TCM編碼框圖如下圖所示，分為干擾濾波器預(yù)編碼

10、器、格柵編碼器和8電平符號映射器三部分。16 ATSC 的格柵編碼器R8電平符號映射器格柵編碼器干擾抑制濾波器預(yù)編碼器Z2Z1Z0DDDZ2 Z1 Z0 R 0 0 0 -7 0 0 1 -5 0 1 0 -3 0 1 1 -1 1 0 0 +1 1 0 1 +3 1 1 0 +5 1 1 1 +7D=12符號延時X1X2Y2Y117格柵編碼器的輸入X2、X1是數(shù)據(jù)交織器串行數(shù)據(jù)流輸出，經(jīng)串/并變換后的兩路并行數(shù)據(jù)流，每對X2、X1代表一個符號（2bit)，有四種狀態(tài)。X2經(jīng)過由梳狀濾波器組成的一個預(yù)編碼器實施梳狀濾波，延時器D使數(shù)據(jù)延時12個符號時間，輸出為Y2。相應(yīng)的X1改標記為Y1。這個

11、數(shù)字濾波器減弱與NTSC信號之間的同頻道干擾。在格柵編碼器中，Y2直通后記為Z2, Y2在后面的符號映射器中，由其1、0值決定了輸出8電平的正、負值。Y1經(jīng)過由兩個D和一個XOR組成的卷積編碼電路產(chǎn)生Z1 Z0的比特對，形成4個電平狀態(tài)的符號集合（0011），（ 編碼效率為1/2）其電平的正、負則由Z2值確定。18在符號映射器的表中可看到，原來X2X1的4電平狀態(tài)經(jīng)TCM后變成了Z2Z1 Z0的8電平狀態(tài)。對載頻采用平衡調(diào)幅方式時，如果是X2X1原來的4電平，已調(diào)制載波可有1、3、5、7共8種不同的振蕩波。TCM編碼后只是使一定幅度的調(diào)制載波的幅度分級數(shù)目加倍，級差減半，并不影響已調(diào)波攜載的信

12、息速率和所需的信道帶寬。由于信號具有的TCM編碼特性，又有加強的糾錯能力，接收端的TCM解碼總效果是解碼差錯降低。增加了編解碼電路的復(fù)雜性。19在TCM編碼后的8電平殘留邊帶載波調(diào)幅（8VSB）中，6 MHz已調(diào)制載波帶寬內(nèi)可傳送的MEPG-2的恒定碼率為傳輸?shù)挠行Х柭蕿?20格柵編碼交織器原理上格柵編碼器只需要一個，格柵編碼器有助于抗隨機干擾，但對脈沖干擾和突發(fā)誤碼的抗御性能并不好。為此，編碼器中采用了12個同樣的格柵編碼器并行工作，它們的輸出去往同一個8電平符號映射器 。TCM#1TCM#2TCM#11TCM#1223, 1124, 1213, 114, 2 K1交織數(shù)據(jù)入去映射器K2D

13、2D1D11D12215. 段同步和場同步的加入 格柵編碼之后是多路復(fù)用框圖，在這里加入段同步和場同步。每一數(shù)據(jù)段前加入段同步；每幀的兩場前各加入一個場同步段 。ATSC的8VSB中是抑制載波，載頻位置距頻道下端0.31 MHz，見下圖，6 MHz頻帶的上、下端下降邊沿各占0.31 MHz，有效帶寬僅5.38 MHz，對應(yīng)的符號率為10.76 兆符號/秒，圖中R為滾降系數(shù)。 6. 導(dǎo)頻的加入22導(dǎo)頻1.05.38MHz0dd0.70.7d=0.31MHz，R=0.1152dd6MHz 8VSB已調(diào)波的頻帶圖 在多路復(fù)用器后的導(dǎo)頻加入級內(nèi)加入一個導(dǎo)頻信息1.25的小值直流電平，對載波進行調(diào)制時，

14、使已調(diào)波內(nèi)出現(xiàn)高穩(wěn)定和高精確的載波信號，稱為導(dǎo)頻信號接收機中，由FPLL（頻率和相位鎖定環(huán)路）實現(xiàn)載波恢復(fù)。237. 上變頻器和射頻載波偏置8VSB發(fā)射機采用兩級調(diào)制方式，第一次將數(shù)據(jù)信號調(diào)制到一個固定中頻上，第二次再上變頻到所需的電視頻道上。ATSC發(fā)射機的平均功率比同頻道NTSC發(fā)射機的峰值功率一般低12dB。當同頻道干擾嚴重時，采用載頻精密偏置技術(shù)減輕NTSC對ATSC的同頻道干擾，使ATSC載頻在上變頻器中對于NTSC圖像載波向上偏移半個數(shù)據(jù)段速率(fseg/2=6.47kHz)的奇數(shù)倍，使NTSC對ATSC接收機的載波干擾相位是逐個段同步交替的，接收機中將前后連續(xù)的段同步信號加以平均，可消除這干擾，從而能可靠的檢知段同步。24上變頻器和射頻載波偏置ATSC對NTSC的干擾程度主要決定于ATSC發(fā)射機的平均電平功率。導(dǎo)頻信號干擾功率小，衰減20dB以上。ATSC-ATSC同頻道干擾，當精密偏置下載頻偏移/2=6.47kHz時，可使干擾不致影響自適應(yīng)均衡器正常工作。258. ATSC的總體性能 ATSC一種數(shù)字地面電視廣播制式，在地面頻道規(guī)劃6MHz的射頻帶