數(shù)字電視技術(shù)考試

1、1. 數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的構(gòu)成 答圖1-1是數(shù)字電視廣播系統(tǒng)方框圖。 該系統(tǒng)由信源編碼、 多路復(fù)用、信道編碼、調(diào)制、 信道和接收機(jī)等六部分組成。 2. 數(shù)字電視與電視數(shù)字化處理的區(qū)別p2 現(xiàn)在的模擬彩色電視接收機(jī)的電路中采用了多種數(shù)字化處理技術(shù)， 往往自稱為數(shù)碼電視或數(shù)字化電視。這些彩色電視機(jī)在不改變現(xiàn)行模擬廣播電視傳輸體制的前提下，對(duì)解調(diào)后的視頻和音頻的基帶信號(hào)進(jìn)行了數(shù)字化處理，獲得了更高質(zhì)量的圖像和伴音，增加了電視機(jī)的功能，但它仍屬于模擬電視的范疇， 只能接收模擬電視信號(hào)，無法接收數(shù)字電視信號(hào)，與真正的數(shù)字電視是兩個(gè)不同的概念，不可混淆。 這些數(shù)字化處理技術(shù)包括：用數(shù)字梳狀濾波器進(jìn)行較完善的

2、亮度、色度分離，消除了亮、色竄擾現(xiàn)象；對(duì)亮度信號(hào)進(jìn)行數(shù)字輪廓增強(qiáng)，提高了畫面清晰度； 對(duì)色度信號(hào)進(jìn)行數(shù)字降噪和色調(diào)校正，減少了畫面噪點(diǎn)和色調(diào)畸變； 用逐行掃描及倍場(chǎng)(Double Scan)消除行間閃爍和大面積閃爍， 提高了圖像的垂直清晰度； 處理后還能實(shí)現(xiàn)畫中畫、 靜止畫面等新功能以及麗音NICAM(Near Instantaneous Companding Audio Multiplex， 準(zhǔn)瞬時(shí)壓擴(kuò)音頻多路傳輸，是一種數(shù)字脈沖編碼調(diào)制立體聲廣播系統(tǒng)， 用7.28 MHz頻率廣播)和環(huán)繞立體聲等功能。3 . SDTV和HDTVp3 標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視SDTV(Standard Definiti

3、on Television)是指質(zhì)量相當(dāng)于目前模擬彩色電視系統(tǒng)(PAL、NTSC、SECAM)的數(shù)字電視系統(tǒng)，也稱為常規(guī)電視系統(tǒng)。其定義是， ITU-R 601標(biāo)準(zhǔn)的422的視頻， 經(jīng)過某些數(shù)據(jù)壓縮處理后所能達(dá)到的圖像質(zhì)量。其清晰度約為500電視線，視頻數(shù)碼率約為5 Mb/s。 高清晰度電視HDTV(High Definition Television)是指水平清晰度和垂直清晰度大約為目前模擬彩色電視系統(tǒng)的兩倍，寬高比為169的數(shù)字電視系統(tǒng)。根據(jù)ITU的定義，一個(gè)具有正常視覺的觀眾在距離高清晰度電視機(jī)大約是顯示屏高度3倍的地方所看到的圖像質(zhì)量應(yīng)與觀看原景象或表演時(shí)所得到的印象相同。 其清晰度應(yīng)

4、在800電視線以上，視頻數(shù)碼率約為20 Mb/s。 4與模擬電視相比， 數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 P41圖像傳輸質(zhì)量較高 2. 具有數(shù)字環(huán)繞立體聲伴音 3. 頻譜資源利用率高 4. 多信息、 多功能 5. 設(shè)備可靠， 維護(hù)簡(jiǎn)單 6. 節(jié)省發(fā)送功率， 覆蓋范圍廣 7. 易于實(shí)現(xiàn)條件接收 5 數(shù)碼率和傳碼率p4數(shù)碼率，也稱比特率或者傳信率， 是指單位時(shí)間內(nèi)傳送的二進(jìn)制比特?cái)?shù)，記為Rb，單位為比特秒，用符號(hào)bs表示。 經(jīng)常還以兆比特秒和吉比特秒為單位，即用符號(hào)Mbs和Gbs表示。 傳碼率是碼元（symbol）的傳輸速率， 是指單位時(shí)間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，記為RB，單位為波特(baud)。為明

5、確起見，在給出傳碼率的同時(shí)，應(yīng)說明碼元的進(jìn)制M，或者說明碼元的二進(jìn)制位數(shù)m， 這里M2m。 RbRB·lbM RB·m (b/s) 6 誤碼率和誤碼秒p5誤碼率也叫碼元差錯(cuò)率，是指信號(hào)傳輸過程中系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤碼元的數(shù)目與所傳輸碼元總數(shù)之比值誤比特率也稱信息差錯(cuò)率或比特差錯(cuò)率，是指?jìng)麇e(cuò)信息的比特?cái)?shù)與所傳輸?shù)目傂畔⒈忍財(cái)?shù)之比值誤碼秒是指一段時(shí)間之內(nèi)發(fā)生誤碼的秒數(shù)(errored seconds over a period of time)7. 頻帶利用率和功率利用率p6頻帶利用率是衡量數(shù)字傳輸系統(tǒng)有效性的一個(gè)重要指標(biāo)。 它表示在單位時(shí)間、單位頻帶內(nèi)傳輸信息的多少，即單位頻帶內(nèi)所能

6、實(shí)現(xiàn)的數(shù)碼率，單位為比特秒赫茲，用符號(hào)b(s·Hz) 表示。功率利用率是指在一定誤碼率的條件下，傳輸每比特信息所需要的最小信號(hào)平均功率。功率利用率越高，誤碼率越小，信息傳輸?shù)目煽啃跃驮礁摺?8. 信道容量p6香農(nóng)(Shannon)研究了受隨機(jī)噪聲干擾的信道情況，得出了計(jì)算信道容量的香農(nóng)公式： 9. 編碼效率 p71) 平均信息量 2) 平均碼字長(zhǎng)度3) 編碼效率只要使NH，就可以得到某種無失真編碼方法。但如果N>>H，則表明這種編碼方法效率太低，占用的比特?cái)?shù)太多。 最好的編碼結(jié)果是NH，即=1。 這種狀態(tài)的編碼稱為最佳編碼，它不會(huì)因丟失信息而引起圖像失真，又占用最少的比特

7、數(shù)。 如果編碼結(jié)果為N <H，則必然會(huì)丟失信息而引起圖像失真， 這就是在允許失真條件下的一些失真編碼方法。 第二章1 視頻信號(hào)壓縮的可能性p11視頻數(shù)據(jù)主要存在以下形式的冗余。1. 空間冗余 2. 時(shí)間冗余 3. 結(jié)構(gòu)冗余 4. 知識(shí)冗余 5. 視覺冗余 (a) A/D變換； (b) D/A變換 圖2-1 電視信號(hào)的數(shù)字化和復(fù)原2 視頻信號(hào)的數(shù)字化p12AD前面有一低通濾波器用于抗混疊，解碼的濾波器為重構(gòu)濾波器，解碼是編碼的逆過程，插入濾波是把解碼后的信號(hào)用理想低通濾波恢復(fù)為平滑、連續(xù)的模擬信號(hào)。3. ITU-R BT.601分量數(shù)字系統(tǒng)p13BT.601建議采用對(duì)亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)

8、分別編碼的分量編碼方式，對(duì)不同制式的信號(hào)均采用相同的取樣頻率，對(duì)亮度信號(hào)Y采用的取樣頻率為13.5 MHz。由于色度信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)比亮度信號(hào)的帶寬窄，因此對(duì)色度信號(hào)U和V的取樣頻率為6.75 MHz。 色度信號(hào)的取樣率是亮度信號(hào)的取樣率的一半，常稱作422格式，可以理解為每一行里的Y、U、V的樣點(diǎn)數(shù)之比為422。 4. Huffman編碼p14(1) 將輸入信號(hào)符號(hào)以出現(xiàn)概率由大至小為序排成一列。 (2) 將兩處最小概率的符號(hào)相加合成為一個(gè)新概率， 再按出現(xiàn)概率大小排序。 (3) 重復(fù)步驟(2)， 直至最終只剩兩個(gè)概率。 (4) 編碼從最后一步出發(fā)逐步向前進(jìn)行，概率大的符號(hào)賦予“0”碼，另一個(gè)概

9、率賦予“1”碼， 直至到達(dá)最初的概率排列為止。 平均碼長(zhǎng)為0.4×1+0.3×2+0.1×3+0.1×4+0.06×5+0.04×5=2.2位 游程編碼RLC(Run Length Coding)是一種十分簡(jiǎn)單的壓縮方法，它將數(shù)據(jù)流中連續(xù)出現(xiàn)的字符用單一的記號(hào)來表示。游程編碼的壓縮率不高，但編碼、解碼的速度快，因而仍得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在變換編碼及進(jìn)行Z字形(zigzag)掃描后， 再進(jìn)行游程編碼，會(huì)有很好的效果。 5預(yù)測(cè)編碼p16基于圖像的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮的基本方法就是預(yù)測(cè)編碼。它利用圖像信號(hào)的空間或時(shí)間相關(guān)性，用已傳輸?shù)南?/p>

10、素對(duì)當(dāng)前的像素進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后對(duì)預(yù)測(cè)值與真實(shí)值的差預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行編碼處理和傳輸。目前用得較多的是線性預(yù)測(cè)方法， 其全稱為差值脈沖編碼調(diào)制DPCM(Differential Pulse Code Modulation)。 利用幀內(nèi)相關(guān)性(像素間、行間的相關(guān))的DPCM被稱為幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼。如果對(duì)亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)分別進(jìn)行DPCM編碼， 即對(duì)亮度信號(hào)采用較高的取樣率和較多位數(shù)編碼， 對(duì)色差信號(hào)用較低的取樣率和較少位數(shù)編碼，那么構(gòu)成時(shí)分復(fù)合信號(hào)后再進(jìn)行DPCM編碼， 數(shù)碼率可以更低。 6. 離散余弦變換(DCT)p19在常用的正交變換中，離散余弦變換DCT(Discrete Cosine Transf

11、orm)的性能接近最佳，是一種準(zhǔn)最佳變換。 DCT矩陣與圖像內(nèi)容無關(guān)，由于它構(gòu)造成對(duì)稱的數(shù)據(jù)序列，因而避免了子圖像輪廓處的跳躍和不連續(xù)現(xiàn)象。DCT也有快速算法FDCT，在圖像編碼的應(yīng)用中，大都采用二維DCT。 圖2-9 游程編碼(a) Z字形掃描； (b) 交替掃描 7. JPEG標(biāo)準(zhǔn)p21聯(lián)合圖片專家小組(Joint Photographic Experts Group)的縮寫1991年3月， JPEG建議（ISOIEC10918號(hào)標(biāo)準(zhǔn)）“多灰度靜止圖像的數(shù)字壓縮編碼(通常簡(jiǎn)稱為JPEG標(biāo)準(zhǔn))”正式通過， 這是一個(gè)適用于彩色和單色多灰度或連續(xù)色調(diào)靜止數(shù)字圖像的壓縮標(biāo)準(zhǔn)， 包括無損壓縮及基于離

12、散余弦變換和Huffman編碼的有損壓縮兩個(gè)部分。 (1) 彩色坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。彩色坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是要去除數(shù)據(jù)冗余量，它不屬于JPEG算法，因?yàn)镴PEG是獨(dú)立于彩色坐標(biāo)的。壓縮可采用不同坐標(biāo)(如RGB、 YUV、YIQ等)的圖像數(shù)據(jù)。 (2) 離散余弦變換。JPEG采用的是8×8子塊的二維離散余弦變換算法。 在編碼器的輸入端， 把原始圖像(U、V的像素是Y的一半)順序地分割成一系列8×8的子塊。在8×8圖像塊中， 像素值變化緩慢，具有較低的空間頻率。進(jìn)行二維8×8離散余弦變換可以將圖像塊的能量集中在極少數(shù)系數(shù)上。DCT的(0，0)元素是塊的平均值，其它元素表明在每個(gè)

13、空間頻率下的譜能為多少。一般地， 離原點(diǎn)(0，0)越遠(yuǎn)，元素衰減得越快。 (3) 量化。 為了達(dá)到壓縮數(shù)據(jù)的目的，對(duì)DCT系數(shù)需作量化處理。 量化的作用是在保持一定質(zhì)量的前提下，丟棄圖像中對(duì)視覺效果影響不大的信息。量化是多對(duì)一映射，是造成DCT編碼信息損失的根源。 (4) 直流分量差分編碼。 64個(gè)變換數(shù)經(jīng)量化后， DCT的(0，0)元素是直流分量(DC系數(shù))， 即空間域中64個(gè)圖像采樣值的均值。 相鄰8×8子塊之間的DC系數(shù)一般有很強(qiáng)的相關(guān)性，變化應(yīng)該較緩慢。JPEG標(biāo)準(zhǔn)對(duì)DC系數(shù)采用DPCM編碼(差分編碼)方法， 即對(duì)相鄰像素塊之間的DC系數(shù)的差值進(jìn)行編碼，這樣能將它們中的大多數(shù)

14、數(shù)值減小。 (5) 交流分量游程編碼。其余63個(gè)交流分量(AC系數(shù))采用游程編碼。如果從左到右、從上到下地掃描塊，則零元素不集中，因此采用從左上角開始沿對(duì)角線方向的Z字形掃描。 量化后的AC系數(shù)通常會(huì)有許多零值。 (6) 熵編碼。為了進(jìn)一步壓縮數(shù)據(jù)，需對(duì)DC和AC的碼字再作統(tǒng)計(jì)特性的熵編碼。JPEG標(biāo)準(zhǔn)推薦采用Huffman編碼， 并給出差分編碼和游程編碼變換為Huffman編碼的碼表。 P2225?8 . 幀間預(yù)測(cè)編碼p26幀間預(yù)測(cè)將畫面分為以下3種區(qū)域： (1) 背景區(qū)。 相鄰的幀背景區(qū)的絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)相同， 幀間相關(guān)性很強(qiáng)。 (2) 運(yùn)動(dòng)物體區(qū)。若將物體運(yùn)動(dòng)近似看作簡(jiǎn)單的平移， 則相鄰幀的

15、運(yùn)動(dòng)區(qū)的數(shù)據(jù)也基本相同。假如能采用某種位移估值方法對(duì)位移量進(jìn)行“運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償”，那么兩幀的運(yùn)動(dòng)區(qū)之間的相關(guān)性也是很強(qiáng)的。 (3) 暴露區(qū)。暴露區(qū)是指物體運(yùn)動(dòng)后所暴露出的曾被物體遮蓋住的區(qū)域。如果存儲(chǔ)器將暴露區(qū)的數(shù)據(jù)暫存，則遮蓋后暴露出來的數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)相同。若是畫面從一個(gè)場(chǎng)景切換為另一場(chǎng)景， 就沒有幀間相關(guān)性了。 1) 空間分辨率和時(shí)間分辨率的交換 人眼對(duì)靜止圖像的分辨力較高，因而在傳輸靜止圖像或圖像的靜止部分時(shí)要有較高的分辨率，但可以減少傳輸?shù)膸瑪?shù)， 而在接收端依靠幀存儲(chǔ)器把未傳輸?shù)膸瑥?fù)制出來。人眼對(duì)于圖像中運(yùn)動(dòng)物體的分辨率隨著物體運(yùn)動(dòng)速率的增大而降低，攝像器件和顯示器件也有一定的積分模糊效應(yīng)

16、，因而在傳輸圖像中的運(yùn)動(dòng)物體時(shí)可以降低這部分圖像的分辨率。物體的運(yùn)動(dòng)速度越高，可用越低的分辨率進(jìn)行傳輸，這種方法就叫做空間分辨率和時(shí)間分辨率的交換。 2) 幀內(nèi)、 幀間自適應(yīng)編碼 對(duì)于變化緩慢的圖像，幀間相關(guān)性強(qiáng)，宜采用幀間預(yù)測(cè)； 當(dāng)景物的運(yùn)動(dòng)增大時(shí)，幀間相關(guān)性減弱，而由于攝像機(jī)的“積分效應(yīng)”，圖像的高頻成分減弱， 幀內(nèi)相關(guān)性反而有所增加，應(yīng)采用幀內(nèi)編碼。因此，編碼器應(yīng)進(jìn)行幀內(nèi)、 幀間自適應(yīng)編碼。 3) 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)編碼 對(duì)于運(yùn)動(dòng)的物體， 估計(jì)出物體在相鄰幀內(nèi)的相對(duì)位移，用上一幀中物體的圖像對(duì)這一幀的物體進(jìn)行預(yù)測(cè)，將預(yù)測(cè)的差值部分編碼傳輸， 就可以壓縮這部分圖像的碼率。這種考慮了對(duì)應(yīng)區(qū)域的位移

17、或運(yùn)動(dòng)的預(yù)測(cè)方式就稱為運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)編碼。幀間預(yù)測(cè)是運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)在運(yùn)動(dòng)矢量為零時(shí)的特殊情況。 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償幀間預(yù)測(cè)編碼包括以下4個(gè)部分： (1) 物體的劃分： 劃分靜止區(qū)域和運(yùn)動(dòng)區(qū)域。 (2) 運(yùn)動(dòng)估計(jì)： 對(duì)每一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行位移估計(jì)。 (3) 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償：由位移的估值建立同一運(yùn)動(dòng)物體在不同幀的空間位置對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而建立預(yù)測(cè)關(guān)系。 (4) 補(bǔ)償后的預(yù)測(cè)信息編碼：對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的補(bǔ)償后的位移幀差信號(hào)(DFD)以及運(yùn)動(dòng)矢量等進(jìn)行編碼傳輸。 9為了使數(shù)據(jù)流以恒定速率在通信網(wǎng)中傳送， 可用緩沖存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的平滑。 10. ITU-T H.263 p301) 更豐富的圖像格式 2) 兩種運(yùn)動(dòng)估值塊H.263建議中

18、不僅可以用16×16像素的宏塊為單位進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)，還可以根據(jù)需要對(duì)8×8像素的子塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)，即每個(gè)宏塊可使用4個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量。 3) 更高效的運(yùn)動(dòng)矢量編碼在H.261中，對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量采用一維前值預(yù)測(cè)與VLC相結(jié)合的方法編碼，在H.263中，則采用更為復(fù)雜的二維預(yù)測(cè)與VLC相結(jié)合的編碼。 4) 半像素運(yùn)動(dòng)估計(jì)精度5) 增加了高級(jí)選項(xiàng)H.263增加了4個(gè)編碼的高級(jí)選項(xiàng)，進(jìn)一步提高了編碼效率，在極低碼率下獲得了較高的圖像質(zhì)量。 (1) 無限制的運(yùn)動(dòng)矢量模式。(2) 基于語法的算術(shù)編碼（SAC）。(3) 高級(jí)預(yù)測(cè)模式。(4) PB幀模式。PB幀名稱來源于MPEG標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)PB幀包含一

19、個(gè)P幀和一個(gè)B幀，P幀是由前一個(gè)P幀預(yù)測(cè)得到，B幀是由前一個(gè)P幀和本PB幀單元中的P幀進(jìn)行雙向預(yù)測(cè)編碼得到。 雙向預(yù)測(cè)過程如圖2-17所示。 11. MPEG-1 p321) 圖像格式SIF圖2-18 由CCIR601到SIF的格式轉(zhuǎn)換采樣模式(a) ITU-R601(422)采樣點(diǎn); (b) MPEG-1(SIF)采樣點(diǎn) 2) 視頻結(jié)構(gòu) (2) 圖像組。圖像組是將一個(gè)圖像序列中連續(xù)的幾個(gè)圖像組成一個(gè)小組，簡(jiǎn)稱為GOP。它是對(duì)編碼后的視頻碼流進(jìn)行編輯存取的基本單元。 (3) 圖像。圖像是一個(gè)獨(dú)立的顯示單元，也是圖像編碼的基本單元，可分為I、 P和B三種編碼圖像。 I幀(Intracoded p

20、icture，幀內(nèi)編碼圖像幀)：不參考其它圖像幀而只利用本幀的信息進(jìn)行編碼。 P幀(Predictivecoded Picture， 預(yù)測(cè)編碼圖像幀)： 由一個(gè)過去的I幀或P幀采用有運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膸g預(yù)測(cè)進(jìn)行更有效的編碼； 通常用于進(jìn)一步預(yù)測(cè)之參考。 B幀(Bidirectionally predicted picture，雙向預(yù)測(cè)編碼圖像幀)：提供最高的壓縮，它既需要過去的圖像幀(I幀或P幀)，也需要后來的圖像幀(P幀)進(jìn)行有運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)碾p向預(yù)測(cè)。 VCD中常用的圖像組結(jié)構(gòu)是： B.B.I.B.B.P.B.B.P.B.B.P.B.B.I.B.B.P， 即M=3，N=12。M為兩個(gè)參考幀之間的B幀數(shù)

21、目加1， N為一個(gè)圖像組內(nèi)的圖像幀的總數(shù)目。 B幀有較高的壓縮比，所以視頻編碼器總編碼效率很高； I幀和P幀的壓縮比不高，但可保證較高的重建圖像質(zhì)量。還有一種D幀（DC coded Picture，直流編碼幀），其僅用于快進(jìn)或退回顯示低分辨率圖像。實(shí)時(shí)地進(jìn)行MPEC-1解碼已有相當(dāng)?shù)碾y度， 如希望以正常速度的10倍播放視頻，則要求就更高了， 而D幀正是用來產(chǎn)生低分辨率圖像的。每一D幀的入口正好是一個(gè)像塊的平均值，沒有更進(jìn)一步的編碼，這樣可以容易地實(shí)時(shí)播放。 這一措施很重要，使人們能以高速度掃描影片，以搜索特定場(chǎng)面。 2) 可分級(jí)性可分級(jí)性是MPEG-2及其以上標(biāo)準(zhǔn)的顯著特征之一?？煞旨?jí)性指的是

22、接收機(jī)可視具體情況對(duì)編碼數(shù)據(jù)流進(jìn)行部分解碼。 第三章1系統(tǒng)層將不同的基本流分別加包頭打包（分組）為PES(Packetized ES， 打包基本流)包。 PES又稱為分組基本碼流。為了進(jìn)行多路數(shù)字節(jié)目流的復(fù)用和有效傳輸，又將PES包作為負(fù)載分別插入傳送流TS(Transport Stream)包中。TS包固定為188 B，其包頭由固定的4 B和可選的可變長(zhǎng)的調(diào)整字段組成， 如圖3-2所示。 TS包包頭中的SyncByte有8 b，為同步字節(jié)。Ei為誤碼指示， 1 b。 Pusi為有效負(fù)荷單元起始指示，1 b。 Trp為傳輸優(yōu)先級(jí)，1 b。PID（Packet Identifier）為包標(biāo)識(shí)，用

23、來標(biāo)識(shí)包的類型(如視頻、音頻、 節(jié)目特定信息PSI等)，共13 b。 Scr-flags是加擾標(biāo)識(shí)， 2 b。af為適配區(qū)域標(biāo)識(shí)，2 b。Cc為連續(xù)計(jì)數(shù)器，4 b。2 、p69 作業(yè)題 p77第四章1信道編碼基礎(chǔ)p88 1. 隨機(jī)差錯(cuò)和突發(fā)差錯(cuò)1) 隨機(jī)差錯(cuò)信道 信道中，碼元出現(xiàn)差錯(cuò)與其前、 后碼元是否出現(xiàn)差錯(cuò)無關(guān)，每個(gè)碼元獨(dú)立地按一定的概率產(chǎn)生差錯(cuò)。從統(tǒng)計(jì)規(guī)律看， 可以認(rèn)為這種隨機(jī)差錯(cuò)是由加性高斯白噪聲AWGN(Additive White Gaussian Noise)引起的，主要的描述參數(shù)是誤碼率pe。 2) 突發(fā)差錯(cuò)信道 信道中差錯(cuò)成片出現(xiàn)時(shí)，一片差錯(cuò)稱為一個(gè)突發(fā)差錯(cuò)。通信系統(tǒng)中的突發(fā)

24、差錯(cuò)是由突發(fā)噪聲(比如雷電、 強(qiáng)脈沖、 時(shí)變信道的衰落等)引起的。存儲(chǔ)系統(tǒng)中，磁帶、磁盤物理介質(zhì)的缺陷或讀寫頭的接觸不良等造成的差錯(cuò)均為突發(fā)差錯(cuò)。 2. 分組碼和卷積碼3. 線性碼和非線性碼若信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系是線性的，即滿足一組線性方程，則稱為線性碼；反之，兩者若不滿足線性關(guān)系， 則稱為非線性碼。 4. 系統(tǒng)碼和非系統(tǒng)碼信息碼元集中在碼組的前k位，而監(jiān)督碼元位于后r=n-k位。 如果編碼后信息碼元保持原樣不變，則稱為系統(tǒng)碼； 反之稱為非系統(tǒng)碼。 5. 碼長(zhǎng)和碼重碼組或碼字中編碼的總位數(shù)稱為碼組的長(zhǎng)度， 簡(jiǎn)稱碼長(zhǎng)； 碼組中非零碼元的數(shù)目稱為碼組的重量，簡(jiǎn)稱碼重。6. 碼距和最小漢明距

25、離兩個(gè)等長(zhǎng)碼組中對(duì)應(yīng)碼位上具有不同碼元的位數(shù)稱為漢明(Hamming)距離，簡(jiǎn)稱碼距。最小碼距dmin與碼的糾錯(cuò)和檢錯(cuò)能力之間具有如下關(guān)系：在一個(gè)碼組集合中，如果碼組間的最小碼距滿足dmine+1，則該碼集中的碼組可以檢測(cè)e位錯(cuò)碼；如果滿足dmin2t+1, 則可以糾正t位錯(cuò)碼；如果滿足dmint+e+1，則可以糾正t位錯(cuò)碼，同時(shí)具有檢測(cè)e位錯(cuò)碼的能力。 4.1.2 循環(huán)碼 1. 定義 循環(huán)碼是一種系統(tǒng)碼，通常前k位為信息碼元，后r位為監(jiān)督碼元。它除了具有線性分組碼的一般性質(zhì)以外，還具有循環(huán)性，也就是說當(dāng)循環(huán)碼中的任一碼組循環(huán)移動(dòng)一位以后， 所得碼組仍為該循環(huán)碼的一個(gè)準(zhǔn)用碼組。 4.1.3 B

26、CH碼 BCH碼是根據(jù)碼的3個(gè)發(fā)明人Bose、Chaudhuri和Hocquenghem命名的。 BCH碼解決了生成多項(xiàng)式與最小碼距之間的關(guān)系問題。根據(jù)所要求的糾錯(cuò)能力， 可以很容易地構(gòu)造出BCH碼。它們的譯碼也比較簡(jiǎn)單， 因此是線性分組碼中應(yīng)用最為普遍的一類碼。 BCH碼分為本原BCH碼和非本原BCH碼。 數(shù)字電視的前向糾錯(cuò)包括四個(gè)部分，即能量擴(kuò)散(Energy Dispersal)、RS編碼、交織(Interleaving)和卷積編碼(Convolutional Coding)。 能量擴(kuò)散也稱為隨機(jī)化、加擾或擾碼。實(shí)現(xiàn)能量擴(kuò)散功能的是隨機(jī)化電路，也稱為偽隨機(jī)碼發(fā)生器或M序列發(fā)生器，由帶有若

27、干反饋線的m級(jí)移位寄存器組成。 1RS碼是里德所羅門(Reed-Solomon)碼的簡(jiǎn)稱，是一類糾錯(cuò)能力很強(qiáng)的多進(jìn)制BCH碼。BCH碼的碼元都是取0或1的二進(jìn)制碼，如果BCH碼的每一碼元是2m進(jìn)制中的一個(gè)m重元素，就稱為多進(jìn)制BCH碼或RS碼。 2. 伽羅華域 伽羅華域(Galois Field)是由2m個(gè)符號(hào)及相應(yīng)的加法和乘法運(yùn)算所組成的域，記為GF(2m)。例如，兩個(gè)符號(hào)“0”和“1”， 與模2加法和乘法一起， 組成二元域GF(2)。 3交織也稱交錯(cuò)，是對(duì)付突發(fā)差錯(cuò)的有效措施。 突發(fā)噪聲使信道中傳送的碼流產(chǎn)生集中的、不可糾正的差錯(cuò)。如果先對(duì)編碼器的輸出碼流做順序上的變換，然后作為信道上的符

28、號(hào)流，則信道噪聲造成的符號(hào)流中的突發(fā)差錯(cuò)有可能被均勻化，轉(zhuǎn)換為碼流中隨機(jī)的、 可糾正的差錯(cuò)。 4卷積碼編碼器由移位寄存器和加法器組成。 輸入移位寄存器有N段，每段有k級(jí)，共Nk位寄存器，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)每段的k個(gè)信息碼元；各信息碼元通過n個(gè)模2加法器相加，產(chǎn)生每個(gè)輸出碼組的n個(gè)碼元，并寄存在一個(gè)n級(jí)的移位寄存器中移位輸出。編碼過程是輸入信息序列與由移位寄存器和模2加法器之間連接所決定的另一個(gè)序列的卷積，因此稱為卷積碼。通常N稱為卷積碼的約束長(zhǎng)度(Constraint Length)。卷積碼用(n，k，N)表示，其中n為碼長(zhǎng)，k為碼組中信息碼元的個(gè)數(shù)， 編碼器每輸入k比特， 輸出n比特，編碼率為R=k/

29、n。 第五章1. 正交幅度調(diào)制QAM(Quadrature Amplitude Modulation) p108 正交幅度調(diào)制也稱為正交幅移鍵控。這種鍵控由兩路數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)正交的兩個(gè)載波調(diào)制合成而得到。1. 四相相移鍵控QPSK(Quaternary Phase Shift Keying)p110 在QPSK中，數(shù)字序列相繼兩個(gè)碼元的4種組合對(duì)應(yīng)4個(gè)不同相位的正弦載波，即00、 0l、10、11分別對(duì)應(yīng), 其中0t2T，T為比特周期。 1. 網(wǎng)格編碼調(diào)制TCM(Trellis Code Modulation) 在傳統(tǒng)的數(shù)字傳輸系統(tǒng)中， 糾錯(cuò)編碼與調(diào)制是分別設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的。昂格爾博克(Unger

30、boeck)提出的網(wǎng)格編碼調(diào)制(TCM)將兩者作為一個(gè)整體來考慮，編碼器和調(diào)制器綜合后產(chǎn)生的編碼信號(hào)序列具有最大的歐氏自由距離。在不增加系統(tǒng)帶寬的前提下，這種方案可獲得36 dB的性能增益。 網(wǎng)格編碼調(diào)制的基本原理是通過一種“集合劃分映射”的方法，將編碼器對(duì)信息比特的編碼轉(zhuǎn)化為對(duì)信號(hào)點(diǎn)的編碼，在信道中傳輸?shù)男盘?hào)點(diǎn)序列遵從網(wǎng)格圖中某一條特定的路徑。(1) 星座圖中所用的信號(hào)點(diǎn)數(shù)大于未編碼時(shí)同種調(diào)制所需的點(diǎn)數(shù)(通常擴(kuò)大1倍)，這些附加的信號(hào)點(diǎn)為糾錯(cuò)編碼提供冗余度。 (2) 采用卷積碼在時(shí)間上相鄰的信號(hào)點(diǎn)之間引入某種相關(guān)性，因而只有某些特定的信號(hào)點(diǎn)序列可能出現(xiàn)，這些序列可以模型化為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，因而稱為

31、網(wǎng)格編碼調(diào)制。 OFDM基本原理p115 在傳統(tǒng)的串行數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，符號(hào)是串行傳輸?shù)?，并且每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的頻譜允許占用整個(gè)有效帶寬。 在并行傳輸系統(tǒng)中， 任何瞬間都傳送多個(gè)數(shù)據(jù)，單個(gè)數(shù)據(jù)只占用可用頻帶的一小部分。并行傳輸將頻率選擇性衰減擴(kuò)展到多個(gè)符號(hào)上，可以有效地將由于衰減和脈沖干擾引起的突發(fā)錯(cuò)誤隨機(jī)化，用許多符號(hào)受到的較小干擾代替少數(shù)相鄰符號(hào)受到的嚴(yán)重干擾。這樣，即使不進(jìn)行前向糾錯(cuò)，也能將絕大部分接收信號(hào)準(zhǔn)確恢復(fù)。并行傳輸將整個(gè)信道分成了許多個(gè)較窄的子信道，每個(gè)子信道的頻率響應(yīng)比較平坦， 系統(tǒng)的均衡比較簡(jiǎn)單。 對(duì)于8 MHz帶寬的電視頻道，均勻安排以N2r個(gè)子載波， r值可取11或13，即N為2

32、048或8192，可簡(jiǎn)稱為2k(載波)模式和8k(載波)模式。3. 移動(dòng)接收采用2k模式4. 單頻網(wǎng)采用8k模式殘留邊帶VSB(Vestigial Side- Band)調(diào)制，就是用調(diào)幅信號(hào)抑制載波，并且兩個(gè)邊帶信號(hào)中一個(gè)邊帶幾乎完全通過而另一個(gè)邊帶只有少量殘留部分通過。為保證所傳輸?shù)男畔⒉皇д?，要求殘留邊帶分量等于傳輸邊帶中失去的那一部分。這就要求殘留邊帶濾波器在載頻處具有互補(bǔ)滾降特性(奇對(duì)稱)，這樣有用邊帶分量在載頻附近的損失能被殘留邊帶分量補(bǔ)償?shù)诹?p1451DMB-T系統(tǒng)是根據(jù)中國(guó)政府主管部門對(duì)數(shù)字電視廣播業(yè)務(wù)與服務(wù)提出的下列需求而設(shè)計(jì)的： 提供包括HDTV在內(nèi)的多媒體廣播和綜合數(shù)據(jù)

33、業(yè)務(wù)； 支持固定、 便攜、 移動(dòng)等接收設(shè)備； 高度靈活的頻率規(guī)劃和廣播覆蓋區(qū)域。 中國(guó) 美國(guó) 歐洲 日本第七章1 MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)CAS的規(guī)定 MPEG-2在TS流數(shù)據(jù)包的語法結(jié)構(gòu)中規(guī)定了兩個(gè)加擾控制位， 在PES數(shù)據(jù)包的語法結(jié)構(gòu)中也規(guī)定了兩個(gè)加擾控制位，所以加擾可以在TS層或PES層實(shí)施。不論在哪一層實(shí)施，TS包的頭部信息(包括自適應(yīng)域)總是不加擾的；在PES層實(shí)施加擾時(shí)， PES包的頭部信息是不加擾的。 另外， MPEG-2的PSI表總是不加擾的。 2DVB規(guī)定了兩個(gè)加擾控制位的含義(在TS層和在PES層一樣)：00表示未加擾； 01表示保留； 10表示使用偶密鑰；11表示使用奇密鑰。 3同密（Simulcrypt）是指通過同一種加擾算法和加擾控制信息， 使多個(gè)條件接收系統(tǒng)一同工作的技術(shù)或方式。 其核心是不同廠家采用同一種加擾方式， 用同一種加擾算法來加擾電視節(jié)目， 但對(duì)各自的密鑰數(shù)據(jù)采用各自的加密算法。 P