数字电视的信道编码和数字调制

文章摘要： 无论是模拟电视或数字电视，这些既有图像和声音的信息，需通过地域、空间或有线(光纤或同轴电缆)，从发射端传送到接收单元，两者的间距少则几公里多则几万公里，所以信道编码的重点是提高抗干扰能力，降低误码率，把附加冗余检错和纠错等信息加到数据流去，以便在接收时能从受损的信号中恢复出电视信号的原貌。而数字调制是将需要传输电视信息流变换成适合于该信道特性的一种信号，尽可能使选择的调制方式能提高信息的保真度和限定的带宽内增加传输数据率。在美国的ATsc标准中有一个“业务复用和传送子系统”，其任务是将已压缩的视频、音频和辅助数据流打成统一格式的数据包，并组合成复合数据流，其传送子系统采用MPEG-2传

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    无论是模拟电视或数字电视，这些既有图像和声音的信息，需通过地域、空间或有线(光纤或同轴电缆)，从发射端传送到接收单元，两者的间距少则几公里多则几万公里，所以信道编码的重点是提高抗干扰能力，降低误码率，把附加冗余检错和纠错等信息加到数据流去，以便在接收时能从受损的信号中恢复出电视信号的原貌。而数字调制是将需要传输电视信息流变换成适合于该信道特性的一种信号，尽可能使选择的调制方式能提高信息的保真度和限定的带宽内增加传输数据率。在美国的ATsc标准中有一个“业务复用和传送子系统”，其任务是将已压缩的视频、音频和辅助数据流打成统一格式的数据包，并组合成复合数据流，其传送子系统采用MPEG-2传送流语法，与ATM传送方式有互操作性。这样的复合信息流送到“射频／传输子系统”，在那里完成信道编码和调制。由此可见，数字电视信息要经过信源编码、多信息复用和信道编码及调制三大环节。目前世界各国对信源编码有统一认识，即视频编码采用MPEG-2的视频压缩编码，音频编码若传送杜比AC-3音频，则采用Ac-3数字音频压缩编码，若传送立体声／双语言或MPEG环绕声，则采用MPEG-1和MPEG-2音频压缩标准。但信道编码和调制考虑到传送媒体不同以及各国的经济利益，而有所差异。通过卫星来转发数字电视信息，意见较为统一，采用正交相移键控QPsK调制方式；通过光纤或同轴线进行传送电视信息，人们也普遍赞同使用多电平正交幅度调制M—QAM，而地面广播是最为复杂的一种广播，由于地物和地貌引发很强的多路径干扰，所以采用哪一种数字调制方式上有一定争议，美国率先使用格状编码TEM和自适应均衡技术的残留边带调制VSB，并取得了相当好的效果；而欧洲广播联盟等倾向于编码正交频分复用COFDbl，它把一个电视频道划分成许多并行正交子信道，对抑制多路径干扰，降低码问干扰十分有效，但实施时较为复杂，也是一种有效的调制方式。

    由于超大规模集成电路和数字信号处理技术的进展，数字调制有了很大发展，这些数字调制产品既具有很强抗噪波能力，也有很强防止信道受损的能力，目前数字调制技术有：线性调制技术、扩展频谱调制技术，还有组合线性和恒定包络调制技术等。许多因素会影响数字调制方案的选择，但作为一种理想的考虑，总是希望能接收低信噪比的环境下，还能提供很低的位误码率，而且所需带宽小，价格相对又比较便宜。当然现实的调制方案中，有的具有较小误码率，而另一些具有较好的频带利用率，为此选择方案时要进行全面比较才能作出理想的判断。

    调制方案通常进行两项评估，即功率效率ηP和带宽效率η B，功率效率所描述的是在低功率电平下数字信息维持保真度的能力，在通信和广播系统中为了提高抗干扰性，必然要求增加发射功率，然而信号功率增加与可接受的位误码率有关，通常先设定接收机输入端的误差概率，再以每位信号能量和噪声功率谱密度Eb／No之比来刻划ηP的大小，为此ηP有时也称为能量效率。而带宽效率是指在所限定带宽内，该调制方案所提供数据的能力。一般而言，增加数据率意味着缩小脉宽，也就是增加信号带宽，所以数据率和带宽间存在着不可避免的矛盾。通常带宽效率定义为在给定带宽内，每Hz能通过数据率来表示，若R代表传输信息的数据率，而B代表射频数字TV信号的带宽，则 

    具有较高的ηB值的哪种调制意味着在给定的频带配置下能传输更多的数据，根据山农(Shanon)在1948午所发表的“通信的数学理论”…文中已给出最大信道容量的公式，即
 

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