ATSC制數(shù)字電視機(jī)頂盒研究

1 引 言
　　隨著科技進(jìn)步及數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，廣播電視進(jìn)入了從模擬廣播到數(shù)字廣播的過(guò)渡階段。自從歐洲率先于20世紀(jì)80年代提出數(shù)字視頻廣播的概念之后，歐美國(guó)家的企業(yè)和研發(fā)機(jī)

構(gòu)用了近8年的時(shí)間完成了數(shù)字視頻廣播技術(shù)的研發(fā)以及標(biāo)準(zhǔn)的制定，極大地推動(dòng)了數(shù)字電視的發(fā)展。美國(guó)于1995年通過(guò)了ATSC數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)。歐洲制定了包括DVB－T在內(nèi)的一體化

數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，目前側(cè)重于標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視。日本從模擬高清晰度電視研究轉(zhuǎn)向數(shù)字電視之后，確立了ISDB－T的地面廣播標(biāo)準(zhǔn)。三種標(biāo)準(zhǔn)在信源編碼方面相似，都采用

MPEG－2視頻壓縮，高清晰度電視圖像常用格式為1920×1080，每秒60場(chǎng)／50場(chǎng)隔行，最大的區(qū)別是信道調(diào)制和傳輸方式的不同。因此，三種制式接收機(jī)的不兼容主要在于接收機(jī)信

道解調(diào)模塊。

　　圖1表示了數(shù)字電視廣播和接收系統(tǒng)基本原理。從內(nèi)容上分為信源部分和信道部分；從結(jié)構(gòu)上分為發(fā)送端、傳輸網(wǎng)絡(luò)和接收端。發(fā)送端包括信源編碼（音視頻編碼）、業(yè)務(wù)復(fù)用

、信道編碼和調(diào)制。傳輸網(wǎng)絡(luò)既可以是地面廣播，也可以是有線電視和衛(wèi)星接收。調(diào)制信號(hào)到達(dá)接收端，先進(jìn)行信道解調(diào)形成基帶TS流，然后進(jìn)行解復(fù)用，形成音視頻PES／ES

（Packet EssentialStream／EssentialStream）流分別解碼，最后輸出音頻和視頻信號(hào)。
2　ATSC電視制式簡(jiǎn)介
　　ATSC的英文全稱是Advanced TelevisionSystems Committee（美國(guó)高級(jí)電視業(yè)務(wù)顧問(wèn)委員會(huì)）。該委員會(huì)于1995年9月15日正式通過(guò)ATSC數(shù)字電視國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。ATSC制信源編碼采

用MPEG－2視頻壓縮和AC－3音頻壓縮；信道編碼采用格形編碼殘留邊帶（VSB）調(diào)制，提供了兩種模式：地面廣播模式（8VSB）和高數(shù)據(jù)率模式（16VSB）。隨著多媒體傳輸業(yè)務(wù)的

不斷發(fā)展，為了適應(yīng)移動(dòng)接收的需要，近來(lái)又計(jì)劃增加2VSB的移動(dòng)接收模式。下面從信源部分和信道部分來(lái)作介紹。
2．1　信源編碼與解碼
　　由于數(shù)字化的HDTV原始視頻數(shù)據(jù)量非常大，碼率高達(dá)1Gbps以上。為了能在一個(gè)6MHz頻道帶寬內(nèi)廣播HDTV信號(hào)，必須采用壓縮比很高的視頻壓縮算法。ATSC制采用MPEG－2視頻

壓縮。MPEG－2視頻壓縮格式分為4級(jí)5類，從低分辨率圖像到高清晰度視頻有十幾種格式，其中，MP＠HL格式完全符合HDTV廣播需要。MPEG－2視頻壓縮采用了運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償，幀

內(nèi)預(yù)測(cè)和幀間預(yù)測(cè)編碼，離散余弦變換（DCT）編碼和熵編碼等算法，壓縮率可達(dá)30～50倍，但其代價(jià)是MPEG－2壓縮算法運(yùn)算量極大。AC－3有5＋1聲道編碼，可以復(fù)用成TS流。信

源解碼是編碼的逆過(guò)程，包括TS的解復(fù)用和音視頻ES的解壓縮，整個(gè)過(guò)程符合MPEG－2和AC－3的解壓縮語(yǔ)法。HDTV解碼運(yùn)算量相對(duì)較低，是壓縮編碼運(yùn)算量的十分之一。
2．2　信道調(diào)制與解調(diào)
　　以地面廣播8VSB模式為例，信道調(diào)制與解調(diào)原理如圖2所示。發(fā)送端：碼率為19．39Mbps的TS流輸入到信道調(diào)制單元。信道編碼過(guò)程包括數(shù)據(jù)隨機(jī)處理、RS糾錯(cuò)編碼、卷積交織

、格狀編碼、同步信號(hào)插入，形成符號(hào)率為10．76Msym／s的8電位符號(hào)流（八種電位：±7V，±5V，±3V，±1V）。然后進(jìn)行模擬處理，插入導(dǎo)頻，預(yù)均衡和單邊帶調(diào)制，最后送

到發(fā)射機(jī)。接收端：射頻RF經(jīng)調(diào)諧器鎖定，形成中頻IF輸出，A／D變換后逐級(jí)進(jìn)行8VSB信道解調(diào)處理，完成解調(diào)后輸出碼率為19．39Mbps的TS流。8VSB傳輸模式的參數(shù)如表1所示。

　　對(duì)TS流進(jìn)行信道編碼，要經(jīng)過(guò)以下處理：首先，TS包中187個(gè)字節(jié)和一個(gè)偽隨機(jī)序列按比特位異或運(yùn)算（TS包長(zhǎng)度為188個(gè)字節(jié)，同步頭0x47沒(méi)有進(jìn)行異或和RS編碼），使TS流