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ISDB-T標準介紹(一)

ISDB-T標準介紹(一)

ISDB 2008-09-04 16:57:30 閱讀316 評論3 字號:

ISDB-T標準介紹(一)
2008-04-07 15:02

  作為一個銷售支持工程師,我努力地去了解技術(shù)的細節(jié),我也確實做到了。然而,銷售要的是業(yè)績,目前我還沒有做到?,F(xiàn)在,我空有一肚子的概念和原理,卻找不到突破的方向。老板沒有告訴我該如何去找客戶,而我的嘗試也被否定了。也許其它的選擇更好。在徬徨之際,我將自己過去了解的東西寫下來,以此作個紀念,或許對別人有點益處,這樣我就心滿意足了。數(shù)字電視有10多種標準,包括DAB, DVB-C/T/H/S/S2, T-DMB, ATSC, ISDB-T, MediaFLO, DMB-TH, CMMB等,我花了三個多月時間對這些標準過了幾遍,雖然不是很深入,但也了解了其原理,用老板的話來說,就是能說得上話。所以我希望,我的介紹能給初學者起到一些引導作用,了解這個東西是怎么回事,如果要知道細節(jié),就要去看標準文件了。其實以前針對每一個標準寫過講解文檔,但是不是太詳細。我想如果時間充足的話,我將一一整理出來?!?/p>

 

  關(guān)鍵字:ISDB-T, SBDTV-T, 數(shù)字電視標準,日本地面數(shù)字電視,巴西地面數(shù)字電視

     本文將為讀者介紹ISDB-T標準的關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)框架。我們首先概述了日本ISDB-T的由來,然后介紹了ISDB-T的若干關(guān)鍵技術(shù),在此基礎(chǔ)上再介紹了整個ISDB-T系統(tǒng),最后介紹了一下ISDB-T在日本和巴西的進展。

一、概述

   80年代中期日本便開始了模擬高清晰度電視的研究,它試圖制訂出一個國際性的模擬高清晰度標準。然而此時,歐洲和美國開始了數(shù)字高清晰度電視標準的研究,并將日本拋在后面。90年代中期,歐洲和美國相繼制定了各自的數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇藴剩謩e為DVB-T(Digital Video Broadcasting,數(shù)字視頻廣播)和ATSC-T(Advanced Television System Committee,高級電視系統(tǒng)委員會)標準,它們分別采用正交頻分復用(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplex)調(diào)制技術(shù)和格狀編碼殘留邊帶(VSB, Vestige Side Band)調(diào)制技術(shù)。面對這種情況,日本于96年成立了數(shù)字廣播專家組DiBEG(Digital Broadcasting Expert Group),于98年制定出了自己的標準――ISDB-T(Integrated Services Digital Broadcasting,綜合業(yè)務數(shù)字廣播)。ISDB-T采用頻帶分割傳輸正交頻分復用(BST-OFDM, Bandwidth Segmented Transmission OFDM)調(diào)制技術(shù),期望在一個信道中實現(xiàn)音頻、視頻、文字等多同種業(yè)務的混合播報。

 ISDB-T于2001年被ITU接收為世界上第三個數(shù)字電視傳輸國際標準。2006年6月,巴西決定采用ISDB-T作為本國的數(shù)字廣播標準。巴西在日本的ISDB-T的基礎(chǔ)上進行了若干修改,使之具有本地化的特點,形成了SBDTV-T??傮w而言,ISDB-T和SBDTV-T的幾乎相同。在下面的討論中,我們以ISDB-T來統(tǒng)稱兩種標準。

    在介紹ISDB-T前,我們有必要了解一下ISDB。和美國的ATSC標準一樣,ISDB是一個數(shù)字電視廣播標準體系統(tǒng)。按照信號的調(diào)制和傳輸方式的不同,ISDB可以分ISDB-S, ISDB-C和ISDB-T,如圖一所示。 其中,ISDB-S是衛(wèi)星數(shù)字廣播電視標準,它采用TC-8PSK調(diào)制技術(shù);ISDB-C是有線數(shù)字廣播電視標準,它采用64QAM調(diào)制技術(shù);ISDB-T地面數(shù)字廣播電視標準,它采用BST-OFDM調(diào)制技術(shù)。ISDB-T是ISDB系列標準中的一個,也是廣為關(guān)注的一個,因為它可以很大程度的擴展播報的服務和接收的方式。

                                                                    圖一 ISDB標準體系

                                                           圖二 ISDB-T技術(shù)特點

    圖二說明了ISDB-T的關(guān)鍵技術(shù)以及它們?nèi)绾螡M足日本數(shù)字地面廣播的性能要求。下面將一一介紹。

OFDM調(diào)制技術(shù)近年來在寬帶通信中得到廣泛應用。OFDM的基本思想是通過采用允許子信道頻譜重疊,但相互間又不影響的頻分復用方法來并行傳送數(shù)據(jù)。作為一種多載波并行傳輸系統(tǒng),OFDM通過延長傳輸符號的周期,增強了抵抗回波的能力,使傳輸具有相當?shù)聂敯粜浴?/p>

OFDM信號傳輸方式具有頻譜共享潛在能力。歐洲標準DVB-T采用了高低優(yōu)先級碼流來實現(xiàn)分級傳輸(如圖三),但它是通過改變調(diào)制方式(16/64QAM-QPSK)進行星座嵌套而獲得,并不是真正意義上的獨立通道分層傳輸。

                 圖三 16QAM星座圖由兩個QPSK星座圖疊加生成

ISDB-T信號可以在6MHz帶寬中傳遞HDTV服務或多節(jié)目服務, 它通過頻譜分割來實現(xiàn)分層傳輸。ISDB將整個帶寬分割成13個頻率段,每個頻率段稱為OFDM子頻段。若干個OFDM子頻段可以組合成一個層,用于傳輸一種業(yè)務,如圖四。ISDB-T最多支持三個層的業(yè)務復用,并且每一層都可以單獨進行信道編碼和載波調(diào)制。這就是頻帶分割傳輸正交頻分復用(BST-OFDM)的基本思想。

                                       圖四 層次傳輸

        ISDB-T支持兩種模式的傳輸:寬帶傳輸和窄帶傳輸,如圖五。寬帶傳輸使用了所有的OFDM子頻段,這些OFDM子頻段的組織十分靈活,可以用13個頻段傳輸HDTV數(shù)據(jù),也可以用1個頻段傳輸One-Seg數(shù)據(jù),其它頻段傳輸一般數(shù)據(jù)和TV數(shù)據(jù)。寬帶傳輸用于固定接收、車載接收和One-Seg接收。當數(shù)據(jù)不足以填充13個OFDM子頻段時就用空數(shù)據(jù)包填充多余的OFDM子頻段。窄帶傳輸只能用來傳輸音頻和數(shù)據(jù),且最多有3個OFDM子頻段。窄帶傳輸主要用于數(shù)字廣播接收,當然也可以用于One-Seg接收。

                                                               圖五 傳輸模式

大家知道,信號在傳輸過程中,不可以避免地會發(fā)生錯誤,這就需要一種糾錯措施。信道編碼就在在信號在信道中傳輸前加入一些冗余信息,接受端接收到信號后,先判斷信號是否有錯誤,如果有就利用冗余信息進行錯誤矯正。

                                  圖六 信道編碼過程

圖六列出了ISDB-T信道編碼的過程。其中,字節(jié)交織處于外編碼和內(nèi)編碼之間,用于將分散Viterbi解碼器輸出信號的突發(fā)錯誤。比特交織處于是卷積編碼和符合映射之間,用于分散Viterbi解碼器輸入信號的符號錯誤。時間交織在符號映射之后,主要分散因噪聲脈沖、多普勒效應引起的時域突發(fā)錯誤。頻率交織在時間交織之后,主要分散因載波干擾、多徑衰減引起的時域突發(fā)錯誤。

圖七表明了時間交織的作用。如果符號沒有經(jīng)過時間交織,那么當采集脈沖受到干擾時,這個符號的所承載的信息完全丟了,因為錯誤太集中,冗余編碼無法恢復出丟失的信號。如果對符號進行了時間交織,那么當前一個符號的信息就分散到了一個相當長的時間段內(nèi),這樣,當某個脈沖對應的交織后的符號丟失時,我們可以通過解交織,將這個符號的部分碼片找到,錯誤的碼片就可以利用冗余信息來得到。

       ISDB-T中,內(nèi)交織采用并聯(lián)比特交織方式,以均衡內(nèi)碼解碼輸人端誤碼能量,交織延時僅為120個調(diào)制符號;系統(tǒng)外交織采用12臂同步回旋交織器,最大交織延時為2244個字節(jié), 與RS(204,188,t=8)配合最大理論糾錯容限為96的連續(xù)錯誤符號。時間交織的長度是204個OFDM符號,遠大于前二者,達0.88s。ISDB-T的深度時間交織使得它在接收條件十分惡劣的情況也具有良好的接收性能。

                    圖七 時間交織的原理

2.4 TMCC

TMCC就是傳輸復用配置控制信號。TMCC信號告訴接收終端如何解釋接收的數(shù)據(jù)。它包括了以下幾個方面的信息:

指示全頻段接收時,業(yè)務的層次配置情況,它包含多少層,每一層的信息編碼和載波調(diào)制參數(shù)

(待續(xù))


網(wǎng)友評論:
12008-06-28 16:04
前輩,您的文章易懂但有深度,我相信這樣的文章對于DTV信號發(fā)生器的最終用戶、DTV終端產(chǎn)品的測試人員以及剛邁入DTV產(chǎn)品研發(fā)行列的新人來說會有很大的幫助,我衷心的希望您能夠在閑暇之余繼續(xù)將這篇文章進行到底,條件許可的情況下可以做的系統(tǒng)點包括ATSC、DVB、ISDB、DMB-T/H、ATDB-T都整合起來,做成幻燈片或PDF檔,肯定能夠解開許多人心中的疑惑,給有心了解點技術(shù)概念的人一些機會。
晚輩涉世不深,沒有這方面的專業(yè)背景,雖度DTV這一廣泛的技術(shù)領(lǐng)域有一知半解,自嘆不如前輩淵博。
您的文章,對許多愿意求真的朋友來說,可以說是一個指向真知的路標,一顆激起波瀾的石頭。謝謝!
22008-06-28 16:11
另還有個問題想請教前輩,期望您在閑暇時點撥一下。TS流到底是怎樣一種信號標準?一般情況下可以從哪里得到這種格式的文件?不同的調(diào)制方式可以使用相同的TS流嗎?
42008-07-13 23:52
呵呵,我現(xiàn)在已經(jīng)轉(zhuǎn)行了。對這些東西有點生疏了。TS是一種封裝標準,與調(diào)制方式無關(guān)。數(shù)據(jù),視頻和音頻按某些壓縮標準壓縮,然后將這些壓縮后的內(nèi)容放到TS流程中,TS的主要作用保證數(shù)據(jù)的時間同步。然后,各種數(shù)字電視標準,有不同的信息編碼方式和調(diào)制方式,它們操作的對象是TS流。然后,這并不是說相同的TS流可以用于不同的調(diào)制,這是因為人們在存儲TS流時會在原始的TS流中加入信息編碼的數(shù)據(jù),存在硬盤上的TS流已經(jīng)不是ISO13818定義的標準TS流了。TS流的擴展名般為.ts,你們可以在網(wǎng)上找到。
 

 

三.ISDB-T系統(tǒng)

3.1 ISDB-T系統(tǒng)框架 

ISDB-T可以在6M帶寬內(nèi)傳輸包括視頻(連續(xù)圖像和伴音)、音頻、一般數(shù)據(jù)等業(yè)務的一套或多套節(jié)目。ISDB-T視頻編碼有兩種:MPEG-2和H.264。前者用于播放日本的SDTV和HDTV,后者用于日本的One-Seg和巴西視頻編碼。音頻編碼采用MPEG-4 AAC。

圖八是ISDB-T的發(fā)送端框架圖。信源編碼輸出后的基本流經(jīng)MPEG2復用后得到TS,多個TS再經(jīng)TS再復用器得到由TS幀組成的流。一個TS幀由若干個長度為204字節(jié)的新TS包組成。每個新TS包由原始TS包再加上16空包組成,它對應于一個層次的數(shù)據(jù)包。TS幀的長度相同于OFDM幀的長度。OFDM幀是接收端的最小同步單位。由于每個進入TS再復用器的TS的速率與各層指定的參數(shù)不一定匹配,所以有必要在TS幀中插入一些空數(shù)據(jù)包來使二者一致。TS幀中屬于各個層的包按規(guī)定的次序排列,這樣接收端就能按這個規(guī)定提取指定的層而不需要額外的信息來標記這個對應關(guān)系。

由TS幀構(gòu)成的流經(jīng)RS編碼后,就會被分成最多三個層。每個層分別按指定的參數(shù)進行后續(xù)的信道編碼和載波調(diào)制,然后這個符號按層組織成對應于OFDM子頻段的數(shù)據(jù)段,分別以段為單位進行時間交織和頻率交織,再插入控制信息(如離散導頻,連續(xù)導頻,TMCC等)后經(jīng)OFDM后輸出IF信號,再上變頻到RF,最后經(jīng)饋線送到天線發(fā)送出去。

分層傳輸可以使各層傳輸不同的數(shù)據(jù)服務,也可以提供同一種數(shù)據(jù)不同質(zhì)量等級的服務,以實現(xiàn)不同服務質(zhì)量的接收轉(zhuǎn)換。

                                                        圖八 ISDB-T發(fā)送端框架圖

ISDB-T的接收端是發(fā)送端的逆過程,從此不再贅述。圖九從系統(tǒng)實現(xiàn)的角度對其進行了描述。

                                      圖九 ISDB-T接收端框架圖

3.2 傳輸參數(shù)

       ISDB-T有三種傳輸模式,一個信道只能采用一種模式。這三種模式分別對應于三種副載波個數(shù):2K、4K和8K,可實現(xiàn)不同速率的數(shù)據(jù)傳輸。圖十列出了帶寬為6M時的可選傳輸參數(shù)。

                                               圖十 傳輸參數(shù)

3.3 部分接收

     部分接收是指接收端只接收寬帶傳輸中的中間OFDM子頻帶(如果允許的話)和窄帶傳輸?shù)腛FDM子頻帶。圖五中One-Seg接收和數(shù)字音頻接收都是部分接收。需要說明的,One-Seg接收只使用了13個OFDM子頻帶中最中間的那種,它可用傳輸視頻、音頻、一般數(shù)據(jù)等各種業(yè)務數(shù)據(jù)。由于帶寬的限制,One-Seg提供的視頻是準實時的,遠不及SDTV和HDTV。

  既然可以用全頻段提供更好的服務,為什么還需要One-Seg呢?電池容量!電池容量是移動多媒體設(shè)備的瓶頸。這就是為什么有了DVB-T,又出現(xiàn)了DVB-H,有了ATSC-T又要研究ATSC-M&H的主要原因。為什么One-Seg能節(jié)省電量呢?如圖十一,對于全頻帶信息,要完全采集到所有的頻率的信息需要超過8MHz的采樣頻率,而如果只采集中間頻率的信息,采樣頻率可以降到原來的1/8。采樣頻率低了,電量就節(jié)省了。這里就涉及到一個爭論,我們知道,歐洲標準DVB-H是用時間分片的方式來實現(xiàn)省電。它讓終端在一段很短的時間內(nèi)接收高速率的數(shù)據(jù),然后休眠一段時間的后再接收數(shù)據(jù)。DVB-H認為這種“工作--休眠”的模式可以省電。ISDB-T的專家們則認為,這種方式并不能省多少電,因為相對于非時間分片的模式,在時間分片模式下工作時,接收端必須成倍地提高采樣率才能得到正確的數(shù)據(jù),而這本身就要成倍地增加耗電量。因此,他們認為時間分片的方式增加了實現(xiàn)難度,但節(jié)電效果并不明顯。

                                        圖十一 部分接收受的省電原理

3.4 日本與巴西的對比

  我們在前面提到過日本地面數(shù)字電視和巴西數(shù)字電視的關(guān)系。從技術(shù)角度而言,兩者的差別并不大。圖十二列出了二者的關(guān)系。巴西的SBDTV-T幾乎完全繼承了日本ISDB-T的特點,前者只是做了一些本地化的修改。

                                圖十二 日本ISDB-T和巴西SBDTV-T的比較

四、ISDB-T現(xiàn)狀

4.1 ISDB-T在日本

2003年,日本開始在三個主要城市開通ISDB-T服務,其后,它于2006t年在全國范圍內(nèi)開播。與此同時,日本也積極地向世界推銷該標準,游說的國家包括巴西、泰國、新加坡、智利、菲律賓、委內(nèi)瑞拉等。ISDB-T最后于2006年成功拿下巴西這一重要的市場,并在其它地區(qū)成為候選標準。

到2007年7月為止,日本使用ISDB-T的人數(shù)達到3950萬,地面數(shù)字電視接收終端部件的采購量為2400萬份。其中,One-Seg移動終端部件的采購量為1100萬份,車載接收終端部件采購量為65萬份。

4.2 ISDB-T在巴西

  巴西于2006年6月決定將ISDB-T作為本國地面數(shù)字電視標準。巴西通信部決定于2007年12月2日在圣保羅開始地面數(shù)字電視首播,然后于2008年推廣到所有的地方首府。但擺在設(shè)備生產(chǎn)商面前的難題是,他們生產(chǎn)出的接收機頂盒售價無法低于200美元,這一價格與政府100美元的期望相差甚遠。政府正在考慮是否從中國進口售價才75美元盒子。到2008年3月為止,圣保羅地區(qū)的ISDB-T接收端機頂盒銷售不到10000臺,這使得ISDB-T的推廣進度遠低于先前的估計。設(shè)備商認為政府沒有兌現(xiàn)大力推廣的承諾并且課稅太多,而政府則認為認備商提供給消費者的選擇太少,并且價格太貴。

總之,ISDB-T已經(jīng)開始在全球兩個重要的市場鋪張開來,并呈現(xiàn)出巨大的商機。(完)

 



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