数字电视技术第9章143.ppt
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1、第9章 数字电视的接收,9.1 概述 9.2 卫星数字调谐器 9.3 有线电视数字调谐器 9.4 单芯片解复用和信源解码 9.5 接收机软件系统 9.6 接收机测试,9.1 概 述,1. 三种信道接收 数字电视接收为适用于不同的传输信道而分为卫星、有线和地面广播三种不同的类型。它们在系统的视频、音频和数据的解复用和信源解码方面都是相同的,都遵循MPEG-2系统标准(ISOIEC 13818-1)、MPEG-2视频标准(ISOIEC 13818-2)和MPEG-2音频标准(ISOIEC 13818-3)(ATSC的音频为杜比ACCD*23多声道环绕声方案)。三种数字电视信号接收机的主要区别是在调
2、谐、解调和信道解码方面。 目前流行的做法是将调谐器、频率合成器以及数字解调和信道解码器等做在一起, 成为一体化调谐解调解码器,并用金属壳屏蔽起来,形成独立的通用组件,常称为数字调谐器、DTV调谐器或数模一体机。,2. 数字电视机顶盒 机顶盒STB(Set Top Box)是指电视机顶端或内部的一种终端装置。在当前模拟电视与数字电视共存的阶段,千家万户已经拥有的模拟电视机不能直接用来接收数字电视节目,机顶盒就是用来充当数字电视与模拟电视机之间桥梁的一种接收转换装置。 数字卫星机顶盒也称为综合接收解码器IRD(Integrated Receiver Decoder)。它接收从卫星发送的数字电视信号
3、,经过信道解码和信源解码,将接收的数字码流转化为压缩前的分量数字视频信号,再经DA转换和视频编码转换为模拟全电视信号,送到普通的模拟电视接收机。 而根据使用场合的不同, IRD又可分为家用(Consumer)和商用(Commercial)两大类。前者适用于家庭,有遥控、屏幕菜单显示等功能;后者常用于有线电视前端的集体接收,要求有更高的质量、可靠性和更多的接口。,3. 机顶盒的三种类型 数字电视机顶盒从功能上可分为基本型、 增强型和交互式三种。 (1) 基本型机顶盒: 由数字调谐器、主芯片、Flash、 SDRAM、开关电源、标准接口、AV接口、S-Video接口、IC卡座、嵌入式软件、 CA系
4、统组成。 它能接收数字电视信号到模拟电视机并实现付费收看。 (2) 增强型机顶盒:除采用基本型的所有部件外,还增加了中间件和其它应用软件。它能接收数字电视信号到模拟电视机、 实现付费收看、 多种有线电视增值业务及简单交互式应用。,(3) 交互式机顶盒:由于机顶盒的模块化设计而在功能选择上更加灵活。如要增加Internet浏览功能,只需要在机顶盒硬件上增加CPU及相关应用软件即可。根据交互方式的不同类型,机顶盒采用不同的回传方式和接口。其功能可在增强型有线数字机顶盒的基础上按需要添加。 我国在2005年以后才开播HDTV, 从2008年起大力发展HDTV。 目前, 我国的接收机以SDTV为主,因
5、为HDTV接收机的基本原理与SDTV接收机是一样的, 所以本章只介绍SDTV接收机。,4. 机顶盒输出接口端子 (1) RF射频端子。RF射频端子连接的电视机的图像效果最差。在将机顶盒、录像机、LD机与电视机连接时,尽量不要用RF接口, 要用A/V接口或其它更高档的接口。 (2) AV端子。它是由3个独立的RCA插头(RCA jack,又叫莲花插头)组成的。其中的V接口连接复合视频信号CVBS(Composite Video Burst Sync), 为黄色插口;L接口连接左声道声音信号,为白色插口; R接口连接右声道声音信号,为红色插口。,(3) S端子。S端子又称为超级视频端子(Super
6、 Video)、 S Video、S-VHS。S端子使用专用的五芯连接线及结构独特的4针插头MINI DIN。 由于S端子传输的视频信号保真度比V端子的更高,因此用S端子连接到的视频设备, 其水平清晰度最高可达400480线。 (4) 分量色差端子V。分量色差端子使用三条电缆, 连接亮度信号Y、色差信号R-Y和B-Y。通过分量色差端子还原的图像水平清晰度比S端子更高。,(5) 三基色RGB端子。三基色RGB端子比分量色差端子效果更好。在视频播放机中将图像信号转化为独立的RGB三种基色, 直接通过RGB端子输入电视机或显示器中作为显像管的激励信号。由于省去了许多转换、处理电路而直接连接,因此可以
7、得到比分量色差端子更高的保真度。 (6) VGA端子、SVGA端子。VGA是计算机系统中显示器的一种常用显示类型,其分辨率为640480;SVGA端子的分辨率可以达到1024768。二者都使用标准的15针专用插口d-Sub-15,只是传输的信号规格不一样。具有VGA端子的机顶盒,可以使用计算机的显示器。,前面介绍的接口都是模拟接口。机顶盒内部生成的数字图像信号在机内经过DA转换,以模拟的形式传输到电视机或其它显示设备。 一般机顶盒只有A/V端子和S端子等两、三种输出接口。当显示设备是数字设备时,应采用数字接口,以免数字显示设备又将模拟信号重新转换为数字信号,如此“数字模拟数字”转换会造成细节的
8、损失和信号的畸变。数字接口可以省去两次不必要的转换,能使画面质量提高, 同时也节约了两台机器的硬件配备。高档机顶盒有可能配置下列数字接口: (1) 数字视频接口DVI(Digital Video Interface)。 它使用标准的D型24针连接器。,(2) 高分辨率多媒体接口HDMI(High Definition Multimedia Interface)。它除了视频信号外,还有多声道音频信号。 (3) 串行数字接口SDI(Serial Digital Interface)。它对数据流进行扰码并变换为NRZI(Non Return to Zero Invert,倒相的不归零码,原码为1时输
9、出数据周期的中央有电平跳变)码, 以确保接收端可靠恢复。 以上三种数字接口传送未压缩数字图像信号。 (4) IEEE1394接口。它也称为火线接口(Fire Wire),连接器体积较小,有4线和6线两种结构, 即插即用,支持DTCP(Digital Transmission Content Protection, 数字传输内容保护), 可用串行方式连接多台设备。,9.2 卫星数字调谐器,9.2.1 卫星数字电视,1. 卫星数字电视传送的优点 (1) 用数字方式传输节目的质量高,图像质量比较稳定。 (2) 传输一路模拟电视节目的卫星通道可传输48路数字电视节目,传输节目数量多,可满足观众日益增长
10、的需求, 也降低了每套电视节目传送的成本。 (3) 传输方式灵活,有单路单载波SCPC(Single Channel Per Carrier)方式和多路单载波MCPC(Multiple Channel Per Carrier)方式。 (4) 可实现多种业务传输, 能进行电视广播传输, 也能进行声音和数据广播传输。 (5) 容易进行加扰、 加密, 实现条件接收和对用户的授权管理。,2. 卫星数字电视传送方式 1) 多路单载波(MCPC)方式 MCPC方式适合于多套节目共用一个卫星电视上行站的情况。它先将多套节目的数据流合成为一个数据流, 然后调制载波发至卫星,这种方式能使转发器的功率得到最大限度
11、的发挥。中央电视台、中央教育卫视、 内蒙古卫视、 新疆卫视等都采用这种方式。,2) 单路单载波(SCPC)方式 SCPC方式适合于多套节目共用一个转发器而不共用上行站的情况。每套节目各自调制一个载波后发至卫星,每个载波只传输一套电视节目,这样在一个转发器内同时存在多个载波。该方式的缺点是转发器的功率得不到充分发挥,多个载波的存在就有可能产生交调、 互调干扰, 要求放大器尽可能工作在线性状态。 青海、 河南、 福建、 江西、 辽宁五省采用SCPC方式共用一个转发器。,3) 卫星直播 利用卫星进行点对点(或多点)的节目传输,把电视节目传送给地面广播电视台或有线电视台转播,属于固定卫星业务FSS(F
12、ixed Satellite Service)。 通信使用频段为C频段和Ku频段。 人们常将使用Ku频段的FSS提供卫星直接到户DTH(Direct To Home)的广播电视服务称为卫星直播。 我国的CBTV卫星直播试验平台不属于DBS, 因为卫星直播系统使用的是鑫诺一号通信卫星的4个Ku频段。,4) 直播卫星 直播卫星(Direct Broadcasting Satellite, 简称DBS)通过卫星将图像、声音和图文等节目进行点对面的广播, 直接供广大用户接收(个体接收或集体接收)。 按照国际电信联盟(ITU)的规定,直播卫星一般属于卫星广播业务(Broadcast Satellite
13、Services BSS)范围,采用的频段是广播专用的Ku和Ka频段, 覆盖范围受到国际公约的保护, 在本覆盖区内不受其它通信卫星溢出电波的干扰。,5) SINOSAT-2直播卫星 SINOSAT-2直播卫星由中国空间技术研究院研制,计划于2005年发射, 定点在134E赤道上空,是我国第一颗直播卫星。 卫星按照国际电信联盟(ITU)APS30文件所规范的各项要求进行设计和制造。卫星包含有由150 W行波管放大器构成的24个广播转发器,卫星天线波束覆盖整个中国(包括港、 澳、 台地区), 同时按照中国人口密度的分布和雨衰的分布对波束覆盖进行了优化设计,覆盖区内卫星EIRP(有效全向辐射功率,是
14、天线发射功率和天线增益的乘积)最大可达到57 dBW以上。在满足99.9可用度、采用0.45 m 小口径天线接收的条件下,每个转发器可传输10套电视节目, 整个卫星可以传输240套电视节目。,SINOSAT-2卫星采用了东方红四号(DFH-4)卫星平台。 DFH-4卫星平台继承了DFH-3卫星平台的设计方法和技术, 解决了大型中心承力筒技术、大容量储箱技术、卫星电源控制技术、星上综合数据管理技术、大型静止轨道卫星公用平台机械太阳翼及二次展开机构的研制等项关键技术。卫星总重可达5000 kg,由于采用了高效率的砷化镓电池片, 星可提供10 kW的直流功率。卫星的寿命大于15年,可满足目前各种通信
15、、 广播和数据跟踪卫星的要求。卫星有效载荷由24路大功率Ku频段转发器和2副发射天线、 1副接收天线组成。,3. 卫星数字调谐器 图9-1是卫星数字调谐和信道解码方框图。从卫星转发器下行的Ku波段(11.712.75 GHz)数字信号经卫星电视天线接收后,在接收机室外单元LNB(Low Noise Block Down Converter,低噪声下变频器)中被转换为9502050 MHz的第一中频信号,馈送给接收机室内单元。 调谐器将选定频道的数字信号转换为零中频的基带信号送到QPSK解调器, 这就是零中频方案。即在混频时本机振荡频率与输入信号频率相同,输出信号为零中频的基带信号, 它可直接送
16、到数字解调和解码电路进行处理,省去了中频处理电路和声表面波滤波器等元器件, 简化了电路, 降低了成本。,图9-1 卫星数字调谐和信道解码方框图,在QPSK解调器中解调出I和Q两路信号,经基带滤波和AD转换后送到解收缩器和维特比译码器,经软判决译码形成单路比特序列。该序列在同步字节检测器中检出同步字节,从而实现8比特字节划分。然后进行去交织、RS译码和解能量扩散, 完成基带数字信号的信道解码,经基带物理接口输出TS。 将上述电路做在一起, 用金属壳屏蔽起来,就形成了卫星数字调谐器。,9.2.2 303211MT型卫星数字调谐器,图9-2 三星公司的303211MT型卫星数字调谐器方框图,1. 卫
17、星零中频QPSK调谐解调芯片SL1925 ZARLINK公司(原MITEL公司)的调谐解调芯片SL1925的工作频率范围达到9502150 MHz,其内部集成了压控振荡器VCOV和VCOS。VCOS的工作频率范围为19003000 MHz, 该频率经过2分频后输出9501450 MHz的本振信号。VCOV的工作频率范围为14502150 MHz。引脚Losel用于选择两个压控振荡器中的一个。当输入频率低于1450 MHz时, 设置Losel脚为高电平,选择VCOS输出,此时工作频率范围为9501450 MHz;当输入频率高于1450 MHz时,设置Losel脚为低电平, 选择VCOV输出,此时
18、工作频率范围为14502150 MHz。 两个压控振荡器产生的本振信号可从Psout和Psoutb引出, 作为外部频率合成的输入信号。,SL1925的内部AGC电路使得该模块的增益随着输入射频电平的大小而变化,保证输出电平的大小恒定。 根据SL1925输出信号电平的大小,信道解调解码模块STV0299输出脉宽调制PWM(Pulse Width Modulation)形式的AGC控制电压, 先经过一个低通滤波器进行D/A转换后,接到SL1925的AGC引脚上。该AGC放大电路的调节电压范围为05 V,0 V时有最大增益。5 V时是最小增益,AGC控制范围可达30 dB。 零中频正交解调输出后,要
19、经过外接的低通滤波器滤除带外的噪声。由于信号的符号率最高可达45 MSs 以上,考虑到发射端还采用了奈奎斯特滤波器,因而选用的低通滤波器带宽为56 MHz。正交解调后的I、Q两路信号分别由OPFI、OPFQ输出,先通过外接的两个低通滤波器滤波后,再将信号分别由IPFI、IPFQ输入到内部基带放大器再一次放大,最后分别由Iout和Qout输出。,2. 频率合成器电路SP5769 SP5769是ZARLINK公司生产的一种频率合成器电路,图9-3是其内部结构框图。通过I2C总线接口,可以对芯片内部的寄存器进行读写操作,从而达到对其进行控制的目的。SP5769将来自于调谐解调器SL1925的压控振荡
20、器的输入信号fL进行n分频后与其内部的高稳定参考频率(晶体振荡器频率经m分频)进行相位比较,所产生的调谐电压经外接三极管驱动后再送回到调谐解调器中的压控振荡器,以调整载频频率,并保证其稳定性。CPU根据本振频率计算出所需的分频系数值,设置SP5769的内部可编程分频系数寄存器, 就可得到所需的本振频率。 对于零中频方案,所需的本振频率与解调的输入信号频率相同。,图9-3 ZARLINK公司的SP5769型频率合成方框图,图9-4是SL1925和SP5769的接线图。ZARLINK公司已经将这两片芯片集成为单片合成零中频调谐器SL1935, 三星公司新的一体化调谐解调解码器TBMU24311IM
21、B就采用了该芯片, 其体积缩小为85 mm45 mm13 mm。,图9-4 SL1925和SP5769的接线图,3. 数字解调和信道解码器STV0299 STV0299是ST公司的TQFP(Thin Quad Flat Package, 方形扁平封装)64脚封装的信道解码IC,其内部组成框图如图9-5所示, 它包括一个双路6 b AD变换器、 QPSKBPSK数字解调器(时钟恢复、 载频恢复、 AGC控制、 内插器等)和信道解码器(卷积解码、 去交织、 RS解码、 能量去扩散), 支持DVB、 DBS等多种标准。,1) STV0299的主要性能 数字解调模块 (1) 双路6位模/数转换器。 (
22、2) 可完成QPSK和BPSK解调。 (3) 数码率为90 Mb/s, 符号率为150 MSs。 (4) 数字奈奎斯特(Nyquist)滤波器, 滚降系数为0.20或0.35。 (5) 带锁相检测的数字载波环: 包括宽范围解相位旋转器(Derotator)和跟踪环路。,(6) 带锁相检测的数字时间恢复: 内设全集成定时环路、 内插滤波器和时钟基准。 (7) 双路数字AGC: 采用脉冲宽度调制(PWM)实施调谐器增益控制; 在设定信号带宽下实施功率优化的内部AGC, 有利于时钟、 载波的恢复。 (8) 具有调谐器和高频头(LNB)控制(HV、 22 kHz等)的外部辅助端口。,图9-5 STGV
23、0299型数字解调和信道解码电路方框图, 前向纠错模块 (1) 软判决Viterbi解码器: 约束长度为7、 码率为12的收缩卷积码; 自动识别或手动设置识别收缩率, 可以是12、 23、 34、 56和78。 (2) 解交织: 同步字提取和解卷积交织。 (3) RS解码器能纠正达8个字节的错误。 (4) 能量解扩散。 (5) 芯片内设有误差监视功能。 (6) 可编程并行或串行输出格式。,2) STV0299的主要电路功能 (1) 时钟产生电路。利用外部晶振产生的4 MHz时钟, 通过其内部的压控振荡器(VCO)和分频器产生主时钟(MCLK),用于对信号的取样; 产生辅助时钟(AUXCLK)的
24、频率可在50800 Hz范围内变化,用于对LNB中的某些功能进行控制; 所产生的22 kHz时钟,用于LNB的高低本振的切换和DiSEqC(Digital Satellite Equipment Control,数字卫星电视天线切换控制)接口功能。,(2) AGC电路。主控AGC1将I、Q输入信号与内部一个可编程的阀值进行比较,其差值经积分后形成一个脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation)信号,经外部简单的低通滤波器滤波后,可用于控制前端调谐解调器的放大器增益,从而根据输入信号的强弱改变前端放大器的增益。 辅控AGC2把I、Q输入信号的有效值与一个可编程阀值进行对比,
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