2 陕西 西安 710061）
摘 要：介绍了数字电视信号在有线信道中传输和接收所需的信号处理方式以及数字接收终端和模拟接收终端各自所需的解调、解扰、解密的方式方法。
关键词：QAM调制；RS编码；差分编码；数字电视
数字电视是指电视节目的摄制、编辑、发送、传输、存储、接收和显示均采用数字化和数字处理，即在信源、信道和信宿三方面全面数字化和数字处理的电视系统。
数字电视按视频传输率的分类如表1所示。
视频数字压缩技术能够把数字电视的原始数据压缩到1／100，在广播电视的数字压缩标准MPEG-2中规定了视频／音频数据的编码过程、视频、音频、数据的复用结构和同步方法、用于传输的数据包格式。为达到有效的数据压缩，应用了色度／亮度预处理、离散余弦变换、可变长度编码、运动估计与补偿、自适应场／帧间编码、速率缓冲控制和统计复接等技术。
1 有线数字电视前端系统
有线数字电视前端系统的组成如图1所示。
图1中基带物理接口与同步单元能够使数据结构与信号格式相匹配，信号帧结构与含同步字节的MPEG-2传送层一致，有线数字电视传送采用的MPEG-2数据传送层由188个字节的包组成，其中包头的4个字节中1个字节用于同步（47HEX），3个字节用于业务识别和加扰控制，其余的184个字节是MPEG-2数据或附加数据。同步(SYNCI)变换和随机化单元的功能是根据MPEG-2帧结 构将SYNCI字节进行反转，同时为实现频谱成形对数据流进行随机化处理。
MPEG-2传送复用器输出端的数据可按图2所示的结 构进行随机化，在每8个传送包的开始处将伪随机二进制码 （PRBS）寄存器进行初始化。为了向解扰器提供一个初始化信号，将每组8个传送包中的第一个传送包的MPEG-2同步字节由47HEX逐比特取反转换为B8HEX，是传送复用适配的 过程。伪随机二进制码（PRBS）生成器输出的第一位加到被取反后的MPEG-2同步字节（B8HEX)后面的第一个字节的第一位（最高有效位MBS）上。在同步传送其余的7个传送包的MPEG-2同步字节期间PRBS继续工作，为使这此字节不被加扰，在此期间PRBS无输出，因此PRBS序列的 周期是1 503 B。随机化处理的过程无论是在调制器有无输入时，还是输入的比特流与MPEG-2传送的格式不兼容时都要进行避免未调制的载波由调制器输出。
RS编码器使用的是截短的RS编码，对每一个已经随机化的传送包处理后产生误码保护数据包，同步字节本身也使用这种编码。RS(204 188
卷积交织器的作用是在保持同步字节的周期不变的条件下完成深度I＝12 B的误码保护数据包的卷积交织处理，生成一个交织帧。交织帧由相互交迭的误码保护数据 包组成并且界定于已取反或没有取反的MPEG-2同步字节。交织器由几个分支构成，由输入开关周期性地把输入字节流接入各路输入。每一路是深度为M·j个单元的先入先出（FIFO）移位寄存器。每个FIFO单元大小为一个字节，输入输出开关同步。
字节到m位符号变换是将卷积交织器产生的字节变换为QAM符号（字节到符号的映射）。对于不同级别的QAM调制，映射的符号数不同。在任何情况下符号Z的MSB都是取字节V的MSB。相应地该符号的下一个有效位应取字节的下一个有效位。在2m-QAM调制情况下，该处理将k个字节映射到n个符号。其关系为8k＝n×m。为获得π／2旋转不变的QAM星座，对每个符号的2个最高有效位进行差分编码。2个MSB（最高有效位IK QK）的差份编码由下列布尔表达式表示：
基带成型单元的功能是把已经被差分编码的m位比符号映射成I，Q信号，并对该I，Q信号进行升余弦平方根滚降滤波（滚降系数0．15）。
QAM调制和物理接口单元的任务是对QAM信号进行调制，然后将已经调制好的QAM信号通过IF或RF接口传送到射频通道（IF：图像频率信号，RF：射频）。QAM是基于正交载波的抑制载波振幅调制，2个载波间相差π／2，QAM调制器的工作原理是发送数据比特／符号编码器内被分成两路（速率各为原来的一半），分别与一对正交调制分量相乘，求和后输出。QAM是一种对无线、有线或光纤链路上的数字信息进行编码的方式，这种方法结合了振幅和相位2种调制技术，QAM是多相位移相键控的 一种扩展，多相位一相监控也是一种相位调制方法，这二者之间最基本的区别是在QAM中不出现固定包络，而在移相键控技术中则出现固定包络，利用其频谱利用率高的特点采用QAM技术。QAM具有任意数量的离散数字等级。常见的有QAM-64 QAM-256。
由有线数字电视前端系统输出的已调信号通过有线的方式将数字电视信号传送到用户接收端。
2 有线数字电视用户接收系统
当用户接收端是数字电视机时，通过综合解码接收机（有线IRD）完成对信号的逆处理，将获得的基带信号通过基带物理接口馈送给数字电视机，如图3所示。
当用户接收端是模拟电视机时，要使通过有线信道传送的数字电视信号在模拟电视机上播放，必须通过机顶盒进行信号处理。机顶盒的功能可对有线数字电视信号和通信压缩信号进行解码和解扰。在机顶盒中需要提供一个软件处理平台，用于支持那些用来实现交互式业务用户接口应用软件。对于来自RF（射频）有线信道的数字信号，通过物理接口送入QAM解调器，QAM解调后供给信道解码部分完成信道的前向纠错解码。然后对数据进行符号映 射、差分解码、去交织、RS解码及去能量扩散，再经过解扰解密得到MPEG-2传输流(TS)。解复用器按一定的规则或根据用户的要求，从包含多路节目的TS流中选取一路节目进行MPEG-2解码，得到重建的视频和音频数据，再经过NTSC／PAL／MECAM视频信号编码以及音频信号的D／A转换后送入模拟电视机。
有线数字电视机顶盒的系统构成如图4所示。
图4中网络接口单元的任务是信号的接收、变频和解调。系统模块主要包括CPU、外围存储器及相关电路完成系统控制及机顶盒与外界的通信控制，MPEG-2传输解复用等。解码模块对MPEG-2码流进行音频视频解码，按所需的制式（PAL／NTSC／MECAM）编码并可插入图文信号。模拟视频音频电视信号编码单元包括A／D转换器、音频视频放大器等将数字信号，以转换为模拟信号便于模拟电视机收看。
3 结 语
有线数字电视系统既可以为高清晰的数字电视提供大容量、高质量的数字信号，也可以在数字电视机并不普及的今天为模拟电视机提供画面清晰、音质优良的模拟信号，充分利用有线电视系统的频率资源，为实现交互式电视服务，建立家庭多媒体平台做好准备。
参考文献
［1］刘修文．数字电视有线传输技术［M］．北京：电子工业出版社，2002．
［2］陶智勇，周芳，胡先志．综合宽带接入技术［M］．北京：北京邮电大学出版社，2002．
来源：电源技术应用
