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1、项目十二 数字电视原理一、教学目标1、了解数字电视机的基本特点及数字电视机的基本结构。2、掌握高清晰度数字电视及数字广播接收机机顶盒的机构。3、熟悉数字卫星接收机机顶盒的结构及数字卫星接收机的基本工作原理。二、课时分配本章共2节，安排2课时。三、教学重点通过本项目的学习，让学生学习数字电视概述及数字电视的接收。四、教学难点1、数字电视机的特点及结构。2、数字广播接收机机顶盒的结构和数字卫星接收机的基本结构和基本工作 原理。五、教学内容任务一数字电视概述活动一数字电视的基本特点随着微电子技术的发展，特别是集成电路技术的进步，电视机技术也进入了 数字时代。然而从模拟电视到数字电视需要有一个过渡时期
2、，在很多地区，“数 字电视机”接收的仍然是模拟信号，这样的数字电视机实际上是在不改变现行广 播电视传输体制的前提下，将经过图像检波的视频信号，经过伴音鉴频的音频信 号及其他部分进行数字处理的广播电视接收机。1 .数字电视的基本概念凡在电视信号的获取、产生、处理、传输、接收和存储的过程中使用数字电 视信号的都可以称为数字电视系统或数字电视设备。这里的数字电视信号可以是 直接生成的数字信号，如动画、字幕机和数字摄像机产生的数字电视信号；也可 以是由模拟信号经数字化以后产生的数字电视信号；还可以是经处理的数字电视 信号，如MPEG格式压缩的数字电视信号。2 .数字电视地面广播系统的标准制式数字电视以
3、其卓越的画质和优美的音响，多功能、多用途及与信息高速公路 互通互连的特点，已成为广播电视发展的必然趋势。与之相应，数字电视传输系 统的研究与开发也取得了长足的进展。目前，全球数字电视广播有3个相对成熟 的标准制式:欧洲的DVB、美国的ATSC和日本的ISDB。其中美国的ATSC定制最 早，欧洲的DVB应用最广泛、最灵活（DVB制式包括数字卫星电视DVB S、 数字有线电视DVB C和数字地面广播电视DVB T 3个标准。这3个标 准的信源编码方式相同，都是MPEG 2的复用传送包，但因它们的传输途径不 同，其信道编码采用了不同的方式）。鉴于DVB C和DVB S是一个全球化的 标准，已被世界各
4、国所采纳，因此数字电视标准的不同之处主要在数字电视地面 广播系统上。3 .数字电视的清晰度模拟电视机的清晰度通常是用黑白相间的线数来表示的，它与亮度信号的频 带宽度相对应，即1MHz带宽等效为80线，6MHz带宽等效为480线，清晰度为 480线。普通电视机的亮度带宽约为4. 2MHz,则清晰度为336线。数字电视机的清晰度是用图像的像素数来表示的。例如，水平方向上的像素 数为720,垂直方向上的像素为576,则整幅图像的像素数为720X576,最高清 晰度就是720X576o活动二数字电视机的基本结构如图所示是一部能接收模拟信号的数字电视接收机，从天线接收的电视信号 经调谐器和TV解调器从载
5、波上检出的图像信号经数字式梳状滤波器将色度信号 和亮度信号分别送到视频信号处理电路中的色度通道和亮度通道，从载波上解调 出的伴音信号送到数字信号处理电路。这里的调谐器和TV解调器与传统的模拟电视机的电路基本相同。数字音频信号处理电路可以对数字音频进行处理，如处理成环绕立体声或进 行各种音响效果的处理，处理后再经D / A变换和音频放大后去驱动扬声器。在视频数字信号处理电路中，首先将色度信号和亮度信号分别经A/ D转换 器变成色度数字信号和亮度数字信号。主要由两个大规模数字信号处理模块（电 路单元）进行亮度和色度的数字解码处理及同步信号处理。视频处理后输出数字R Y, B Y, Y信号，分别经过
6、3路D/A转换器变 成模拟信号，再经矩阵电路和末级视放电路去驱动显像管。数字式同步信号处理电路包括倍频电路和失真校正电路，它处理后输出的行、场驱动信号经偏转系统形成行、场扫描锯齿波信号去驱动偏转线圈。场驱动信号经偏转系统形成行、场扫描锯齿波信号去驱动偏转线圈。数字电视接收机电路方框图如图所示是数字电视接收机的原理方框图。射频输入信号MPEG-2-调谐器CVBS1. 2 1TU-R656输出 左右声道输出 单声道输出 数据输出数字电视接收机的原理数字电视广播接收机的主要部分包括调谐器、信道解调(含纠错)、解复用、 解码、音视频解码、系统控制器和智能卡读出器等。(1)调谐器部分。把射频信号接收放大
7、并变频为信道解码器所需的中频信号。(2)信道解码器部分。对应于不同的传输方式(传输可以通过卫星传送，也可 以通过有线传送或地面广播)，发送端采用了不同的信道编码和调制方式，接收 机端必须用对应的解调方式来接收。例如，卫星接收时，采用QPSK解码器；有 线接收时，采用QAM解调器，解码后的MPEG 2信息流送到去扰码和解复用电 路(在此处也可以将传送码流输出)O(3)MPEG 2传送码流的输入/输出(I / 0)接口部分。许多产品都有此接口， 它可以切换外部和内部的MPEG 2传送码流，并送到机内进行解复用和解码。(4)去扰码和解复用部分。MPEG 2码流经解复用后得到相应的视频、音频 和数据打
8、包的基本码流。解复用后的视频、音频数据还需要进行去扰码，用控制 字对加密的数据流进行解密(每个用户都有一个智能卡(Smart Card),其中包含 有解密所必需的信息)。(5)MPEG 2音、视频解码器。对音频和视频打包的基本码流进行解码，可 以获得全电视信号、音频信号和数据输出。活动三高清晰度数字电视数字电视是今后电视技术的发展方向，是今后国民经济的增长点之一，是 21世纪的朝阳工业，也是广大消费者向往的新产品。数字电视和音频、视频数 字化的确可以为人们提供一种全新的视、听享受。从数字化的发展趋势来看，大 致可以分为3个阶段。第一步，实现普通模拟电视的数字化，即利用数字信号处 理技术的特点，
9、改进现有模拟电视的缺陷，提高图像、伴音质量和增加功能。第 二步，按MPEG 2标准中的初级标准格式，把现行模拟电视制式下的图像、声 音信号平均数据压缩到大约4. 69Mb/ s,其图像质量可达到电视演播室的质量水 平，图像水平清晰度达到500线以上，并采用AC 3伴音信号压缩标准，传输 5. 1声道的环绕声效果。这属于标准清晰度电视系统，其清晰度大于550线。今 后几年重点发展的DVB (数字视频广播)、DVD视盘机都属于这种编码方式，这就 是数字标准清晰度电视。第三步，按MPEG 2视频压缩标准中的高级格式，将 高清晰度彩色电视信号数据压缩到大约20Mb/ s,图像质量达到35mm电影胶片
10、水平，图像水平清晰度大于800线，这就是人们期盼已久的高清晰度电视。伴音 通道仍采用多声道环绕声压缩解码、解码技术。图像模型比为4 ： 3/16 ： 9并存, 最终过渡到16 : 9宽屏幕显示。从广播电视中心来说，主要是中心设备（包括摄像机、信源压缩编码设备和 传输信道编码设备）的更新、改造。从高清晰度彩色电视机来说，主要是高清晰 度彩色显像管、传输信道的解码设备和编、解压缩芯片的供应等问题。数字彩色 电视机的基本构成如图所示。它可以分别接收地面广播、卫星广播和有线电视3 种传输信号。这3种信号的信道解码方式虽然不同，但都已标准化。对于地面广 播，采用的是正交频分复用（OFDM）方式；对于卫星
11、广播，采用的是正交（四相） 相移键控（QPSK）方式；对于有线电视，采用的是正交调幅（QAM）方式。信道解调 后分别采用前向误码校正（FEC）的里德索罗门（RS）码，对误码进行校正处理。由 于这3种广播形式的信源编码都采用MPEG 2标准，所以用MPEG 2解码器将 其还原成MPEG 2编码前的数字音/视频信号，数字视频信号由视频解码器还 原成驱动显示器的RGB信号。实时操作系统（OS）利用数据总线对数字音/视频信 号进行控制。另外，利用DVD解码器可接收DVD方式（如DVD视盘机或DVD ROM 等）的数字音/视频信号，利用通信控制接口可接收计算机和电话线路输出的按 MPEG 2标准传送的数
12、字音/视频信号。这样，将通信、广播和计算机三者合 一的数字彩色电视机必将成为一个综合的信息处理终端，这是数字化带来的好处, 也是数字彩色电视机发展的趋势。数字解调 误码校正数字彩色电视机的基本构成任务二数字电视的接收活动一数字广播接收机和机顶盒数字电视在从模拟过渡到数字的进程中，模拟电视机将与数字电视机共存很长的时间，为了便于用模拟电视机欣赏数字广播节目，使用机顶盒是比较简便的 方法。如图所示是数字广播电视机顶盒的方框图，用它将天线或有线电视传输的 数字电视信号进行接收和数字卫星接收机的基本结构解调，最后再将处理后的音频视频信号以AV的形式或以射频（RF输出）的形 式输出，送到模拟电视机中进行
13、欣赏。活动二数字卫星接收机的基本结构数子卫星接收机也叫综合解码接收机I RD (Integrated Receiver Decoder), 它接收卫星的数字信号来自地面上的卫星天线所接收的卫星信号(C波段或Ku波 段)，经低噪声放大和下变频转换成L波段的信号进入IRD的调谐器，经调谐、 变频和放大后变为70MHz的中频信号，经A/D转换送到QPSK解调器，解调出数 字信号流,经维特比(Viterbi)解码器解码，在纠错电路中进行去交织和RS解码, 对传输中引入的误码进行纠错，恢复成MPEG 2传送包数字流，经多路解复用 器处理后，分解出多套节目的数码流，再分别送到MPEG 2视频、音频和数据
14、解码器，经解码、视频再编码和D/A转换等处理，输出模拟复合的视频信号或 分量的视频信号，视频编码器的输出信号可以有多种制式(PAL / SECAM/NTSC) o 如图所示是数字卫星接收机实例。a d EEPROMEEPROMDRAMFLASH接大众电话信息网IJ限附谐解调电路RC422ATIiffl制解阿器接口512KBDRAM27MHz连接器MN 103002端 16MHz32WCPL内也2KB 高速线冲存储器2MB SDRAM视叛编码LED&示前面板数字卫星电视接收电路实例活动三数字卫星接收机的基本工作原理在图中，MN88411是信道解码器IC,其主要由QPSK解调器、维特比(Viter
15、bi) 解码器、帧同步检出、解扰电路、RS(里德索罗门)前向误码校正器和能量扩散电 路等部分构成。它有3个功能：一是解调经过四相移键控(QPSK)方式调制的传输 码流(即QPSK解调)；二是维特比(Viterbi)解码；三是用RS(里德索罗门)进行 前向误码校正。该机在工作时，卫星天线接收到12.2-12. 75GHz的广播卫星(BS)或通信卫 星(CS)的Ku波段微波信号，这个信号在高频头中变频后变成9502 150MHz的 第一中频信号，然后由同轴电缆传送到接收机的调谐器。调谐器的功能是从输入 的信号中调谐到某一节目的信号，再变成第二中频信号(对于数字广播，在调谐 器中要检出I和Q两个信号
16、，以便进行QPSK解调)。一般地说，经过卫星通道的 传输都会引入一些噪声，也就是在有用的信号中附加了一些噪波或干扰，数字调 谐的特点是使噪声的影响大为减少。调谐器输出的信号送到QPSK解调电路(MN88411),在这个电路的输入端有两 个A/D转换器将接收的信号变成数字信号，然后进行QPSK解调，解调后再进行 纠错处理。纠错采用维特比(Viterbi)解码去交织处理和RS(里德所罗门码)解码 相结合的解码纠错方式。经纠错处理的数字信号再送到数据流解码器(MN88461)中进行处理，在这个 集成电路中主要完成解密(解扰)和多重分离(MPEC2),多重分离是按照MPEG2的标准对数据信号进行分离处
17、理，将视频、音频和附加信息(数据)分离开, 以便进一步处理。经过解压缩后的视频、音频数据信号经过A/V接口电路(MN5AA030)送到 MPEG 2视频、音频解压缩电路(ST13520A)。前面电路的处理是信道解码处理， 是将视频、音频信号从打包的码流中提取出来，提取的这些信号仍然是压缩的数 据信号，STI3520A的任务是完成视频、音频信号的解压缩(即信源解码)处理。经解压缩处理后，数字视频信号进行数字编码，编成PAL或NTSC制的视频 信号，最后经D / A变换器输出模拟视频信号(复合视频和丫 / C信号)。数字音频 信号送到数字音频处理电路和音频D/A变换器输出两路(L, R声道)音频信
18、号。 数字音频处理器可以输出IEC958规格的数字音频信号。接收机的系统控制器是一个32位的微处理器(CPU),它的内部装有2KB高速 缓冲存储器，它担负着整机的控制任务。CPU通过12c总线与各信号处理电路相 连，分别控制信号的调谐、解调方式，解扰、多重分离和视频、音频解码等。CPU 总线通过外围电路、IC卡接口电路与IC卡相连，可以接收IC卡的信息。同时，CPU总线还通过调制解调接E1电路与公众电话信息网相连。在此需要说明，数字卫星接收机可以与电视机结合构成卫星和地面广播接收 的一体机（过去的模拟卫星接收机有不少这样的机种）。目前，由于我国的地面广 播数字接收机的标准还未确定，生产厂商往往是将卫星接收部分制造成数字卫星 接收机的“机顶盒（STB） ”，并配合使用接收地面模拟广播信号的电视接收机作为 显示终端（显示部分应该能够满足模拟电视和数字电视的扫描格式等各种要求）， 实现模拟电视和数字电视信号的图像显示。六、课后作业完成本项目的项目习题。