前一段時(shí)間在《通信原理》期末的時(shí)候研究了一下DVB數(shù)字電視系統(tǒng)。視音頻編解碼這些技術(shù)都是屬于“信源”的技術(shù)，而《通信原理》研究的范圍正好是它的補(bǔ)集，屬于“信道”方面的技術(shù)。由于自己不是做這方面的，所以信道方面的技術(shù)此前接觸的比較少，因此打算把搜集的資料簡(jiǎn)單整理一下記錄下來(lái)以備查閱。本文就打算記錄一下DVB方面的知識(shí)。
數(shù)字視頻廣播（英語(yǔ)：Digital Video Broadcasting，縮寫(xiě)：DVB），是由“DVB Project”維護(hù)的一系列為國(guó)際所承認(rèn)的數(shù)字電視公開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)?！癉VB Project”是一個(gè)由300多個(gè)成員組成的工業(yè)組織，它是由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化組織（European Telecommunications Standards Institute, ETSI）、歐洲電子標(biāo)準(zhǔn)化組織（European Committee for Electrotechnical Standardization, CENELEC）和歐洲廣播聯(lián)盟（European Broadcasting Union, EBU）聯(lián)合組成的“聯(lián)合專家組”（Joint Technical Committee, JTC）發(fā)起的。DVB組織的徽標(biāo)如圖1所示。
圖1. DVB Project的LOGO
DVB標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)如今被應(yīng)用于世界上大部分的國(guó)家和地區(qū)。圖2顯示了各國(guó)使用的數(shù)字電視地面廣播標(biāo)準(zhǔn)。圖中淺藍(lán)色代表DVB-T標(biāo)準(zhǔn)，深藍(lán)色代表DVB-T2標(biāo)準(zhǔn)，綠色代表ATSC標(biāo)準(zhǔn)，粉紅紅色代表ISDB-T標(biāo)準(zhǔn)，黃色代表DTMB標(biāo)準(zhǔn)（我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)）。從圖中可以看出ATSC的使用國(guó)家主要分布在北美地區(qū)，ISDB-T的使用國(guó)家主要分布在南美地區(qū)，我國(guó)使用自主的DTMB標(biāo)準(zhǔn)，而剩下的地區(qū)全部采用了DVB-T標(biāo)準(zhǔn)。
圖2. 數(shù)字電視地面廣播標(biāo)準(zhǔn)使用范圍
DVB Project 最主要的一個(gè)支持者是歐洲廣播聯(lián)盟。歐洲廣播聯(lián)盟（European Broadcasting Union，EBU）簡(jiǎn)稱歐廣聯(lián)，為歐洲與北非各廣播電臺(tái)與電視臺(tái)之間的組織，成立于1950年2月12日?？偛课挥谌鹗咳諆?nèi)瓦。此外歐廣聯(lián)在北京、布魯塞爾、倫敦、馬德里、莫斯科、新加坡及華盛頓都設(shè)有辦事機(jī)構(gòu)。歐廣聯(lián)的徽標(biāo)如圖3所示。
圖3. EBU的LOGO
歐廣聯(lián)宗旨是維護(hù)成員在各個(gè)領(lǐng)域的利益，與其他廣播組織建立聯(lián)系，援助各種廣播形式的發(fā)展，促進(jìn)廣播電視節(jié)目的交換，研究與廣播有關(guān)的問(wèn)題，保障對(duì)廣播組織共同感興趣的信息交換，努力確保各成員遵守國(guó)際協(xié)議的條款，協(xié)助成員組織參加任何種類的談判，或應(yīng)它們的要求代表它們?nèi)フ勁小?/p>
歐廣聯(lián)是聯(lián)合國(guó)教科文組織的咨詢機(jī)構(gòu)。只有國(guó)際電信聯(lián)盟成員國(guó)中被權(quán)力當(dāng)局授權(quán)經(jīng)營(yíng)一家全國(guó)性或在全國(guó)有重大影響的廣播機(jī)構(gòu)才能加入該組織。任何在歐洲廣播區(qū)域以外提供電臺(tái)或電視服務(wù)的國(guó)際電信聯(lián)盟成員，都能申請(qǐng)成為歐廣聯(lián)的準(zhǔn)成員。各國(guó)家準(zhǔn)會(huì)員需繳納年費(fèi)以維持身分，否則將會(huì)撤銷其準(zhǔn)會(huì)員身份。需要注意的是被授予準(zhǔn)成員身份的電視臺(tái)并不能進(jìn)入主成員。中國(guó)的中央電視臺(tái)就在歐廣聯(lián)的準(zhǔn)會(huì)員列表中。歐廣聯(lián)的成員國(guó)分布如圖4所示，圖中深藍(lán)色國(guó)家是成員國(guó)，淺藍(lán)色的國(guó)家是準(zhǔn)成員。從圖中可以看出，成員國(guó)分布在歐洲和北非地區(qū)，準(zhǔn)成員國(guó)則分布在世界各地。
圖4. EBU成員國(guó)和準(zhǔn)成員國(guó)的分布
歐廣聯(lián)一直處在新媒體研究和開(kāi)發(fā)的前沿陣地，逐步發(fā)展了很多新的廣播電視系統(tǒng)：無(wú)線數(shù)據(jù)系統(tǒng) (RDS)，數(shù)字音頻廣播(DAB)，數(shù)字視頻廣播(DVB)，高清晰電視(HDTV)等。
DVB標(biāo)準(zhǔn)中描述的系統(tǒng)可以概括成圖5所示的結(jié)構(gòu)。根據(jù)所屬的層次不同從上層到底層可以分為：音視頻編碼層，服務(wù)信息層，基帶傳輸層，信道編碼層，射頻層。
圖5. DVB分層結(jié)構(gòu)
發(fā)送端按照箭頭所指的方向完成多媒體數(shù)據(jù)的處理并且發(fā)送出去，而接收端則按照相反的方向完成數(shù)據(jù)的處理并送到終端顯示屏/音頻系統(tǒng)上顯示畫(huà)面。這些層次完成的工作可以概括如下：
發(fā)送端模型如圖6所示。發(fā)送端的輸入為圖像/聲音數(shù)據(jù)，輸出為調(diào)制后的射頻信號(hào)。輸入的視音頻數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)音視頻編碼，復(fù)用，調(diào)制，發(fā)送4個(gè)步驟形成最終的信號(hào)。輸入的視音頻信號(hào)首先經(jīng)過(guò)“Encoder”壓縮編碼為ES流；然后經(jīng)過(guò)“Packetliser”打包為PES流之后，經(jīng)過(guò)“Multiplexer”復(fù)用成TS流；接著經(jīng)過(guò)“Modulation”調(diào)制成為射頻信號(hào)，最后發(fā)送調(diào)制后的信號(hào)到不同的信道中。
圖6. 發(fā)送端模型
接收端模型如圖7所示。發(fā)送端的輸入為射頻信號(hào)，輸出為圖像/聲音數(shù)據(jù)。接收端做的工作與發(fā)送端是完全相反的。輸入的視音頻數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)接收，解調(diào)制，解復(fù)用，解碼4個(gè)步驟完成信號(hào)的接收，并最終輸出到終端的顯示屏/音響設(shè)備中。
圖7. 接收端模型
DVB系統(tǒng)按照信號(hào)傳播的順序可以分成前端系統(tǒng)，傳輸系統(tǒng)和終端系統(tǒng)。其中前端系統(tǒng)一般位于節(jié)目生產(chǎn)部門（例如電視臺(tái)等部門），而終端系統(tǒng)一般用戶設(shè)備中（例如機(jī)頂盒）。
DVB系統(tǒng)中的前端系統(tǒng)，主要是指數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)的信息源部分，是電視節(jié)目信息的交換中心, 屬于整個(gè)數(shù)字有線電視系統(tǒng)的核心部分，常被業(yè)界譽(yù)為“心臟”。前端根據(jù)作用的不同可以分成轉(zhuǎn)播數(shù)字前端和存儲(chǔ)播出前端。轉(zhuǎn)播數(shù)字前端通常包括復(fù)用器、實(shí)時(shí)編碼器、擾碼器、適配器、矩陣、網(wǎng)管等系統(tǒng)。存儲(chǔ)播出前端通常包括節(jié)目存儲(chǔ)、TS節(jié)目制作、媒體資產(chǎn)管理、視頻服務(wù)器播出、媒體資產(chǎn)、EPG、證券信息、綜合信息等各種應(yīng)用系統(tǒng)。
DVB系統(tǒng)中的傳輸系統(tǒng)，主要是指數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)的信道部分。最常見(jiàn)的三種傳輸系統(tǒng)是DVB-C、DVB-S和DVB-T。DVB-C用于數(shù)字有線電視系統(tǒng)，DVB-S用于數(shù)字衛(wèi)星電視系統(tǒng)，DVB-T用于數(shù)字地面電視廣播系統(tǒng)。上述三種系統(tǒng)的徽標(biāo)如圖8所示。
圖8. DVB-C、DVB-S和DVB-T的LOGO
DVB系統(tǒng)中的終端系統(tǒng)，主要是指數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)的信宿部分。終端系統(tǒng)主要提供給數(shù)字電視的用戶使用，因此產(chǎn)量很大而且售價(jià)便宜。比較常見(jiàn)的終端有機(jī)頂盒（STB）、接收卡、數(shù)字電視機(jī)、移動(dòng)設(shè)備等。
本節(jié)簡(jiǎn)單介紹DVB-S系統(tǒng)的傳輸方式。
DVB-S用于衛(wèi)星信道。它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖9所示。
圖9. DVB-S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
衛(wèi)星信道的特點(diǎn)是:可用頻帶寬、功率受限、干擾大、信噪比低。所以要求采用可靠性高的信號(hào)調(diào)制方式、強(qiáng)的信號(hào)糾錯(cuò)能力,對(duì)帶寬要求不是特別高。QPSK是一種恒包絡(luò)相位調(diào)制技術(shù)，使用QPSK將數(shù)字信息體現(xiàn)在相位上，只要相位不發(fā)生變化，幅度上的衰減和失真不會(huì)影響接收，抗雪衰、雨衰能力強(qiáng)。
DVB-S采用QPSK調(diào)制器，對(duì)復(fù)用后的傳輸流進(jìn)行信道編碼，內(nèi)碼采用卷積碼，外碼采用RS分組碼，再經(jīng)過(guò)QPSK調(diào)制，在衛(wèi)星11G/12GHz Ku頻段廣播發(fā)送數(shù)字電視。QPSK的調(diào)制方式如圖10所示。
圖10. QPSK調(diào)制方式示意圖
DVB-S包含如下幾個(gè)常見(jiàn)的參數(shù)。
本節(jié)簡(jiǎn)單介紹DVB-C系統(tǒng)傳輸方式。
DVB-C用于有線信道。它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖11所示。
圖11. DVB-C系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
有線信道的特點(diǎn)是:信噪比高、頻帶資源窄、存在回波和非線性失真。DVB-C采用帶寬窄、頻帶利用率高、抗干擾能力較強(qiáng)的調(diào)制方式。同時(shí),由于信道信噪比高,誤碼率較低,糾錯(cuò)能力要求不很高。因此,DVB-C的信道部分采用RS碼和卷積碼交織技術(shù),正交幅度調(diào)制(QAM)。QAM可以說(shuō)是QPSK的復(fù)雜化模型，當(dāng)調(diào)制信號(hào)的相位和幅度都產(chǎn)生變化時(shí)候，就形成了相位星座圖。
DVB-C采用QAM調(diào)制器，對(duì)傳輸流采用16、64、128或者256QAM方式進(jìn)行調(diào)制，用于通過(guò)有線電視（CATV）系統(tǒng)傳送多路數(shù)字電視節(jié)目。QAM的調(diào)制方式如圖12所示。
圖12. QAM調(diào)制方式示意圖
本節(jié)簡(jiǎn)單介紹DVB-T系統(tǒng)傳輸方式。
DVB-T用于地面廣播信道。它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖9所示。
地面廣播的特點(diǎn)是:地形復(fù)雜、存在時(shí)變衰落和存在多徑干擾、信噪比較低。DVB-T采用前向糾錯(cuò)(FEC)(包括內(nèi)碼交織、內(nèi)碼卷積編碼、外碼交織、外碼RS編碼)和能有效消除多徑干擾的正交頻分復(fù)用技術(shù)(COFDM)和格雷碼映射4/16/64QAM調(diào)制等進(jìn)行信道處理。然后在原來(lái)用于模擬的6MHZ、7MHZ和8MHZ的頻帶內(nèi)發(fā)送數(shù)字電視節(jié)目。DVB-T發(fā)送的比特率是可變的。例如：在6MHZ頻帶可在3.7-23.8Mbit/s比特率之間進(jìn)行選擇; 在8MHZ頻帶可在4.9-31.7Mbit/s比特率之間進(jìn)行選擇以適應(yīng)不同的接收環(huán)境（如移動(dòng)接收應(yīng)適當(dāng)降低發(fā)送的碼率）。
DVB-T采用COFDM調(diào)制器，采用多載波（2000多個(gè)或者8000多個(gè)）正交復(fù)合調(diào)制方式，在一個(gè)COFDM數(shù)據(jù)幀中，所有載波上使用一樣的格雷碼映射的QPSK、16QAM或64QAM調(diào)制，調(diào)制方式最復(fù)雜。COFDM的調(diào)制方式如圖14所示。
圖14. COFDM調(diào)制方式示意圖
DVB-T包含如下幾個(gè)常見(jiàn)的參數(shù)。
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