數(shù)字通信原理是數(shù)字電視技術的基礎。在全臺數(shù)字化、有線電視數(shù)字化、數(shù)字電視等等這些數(shù)字概念的應用中，需要了解、掌握數(shù)字通信技術與電視技術。下面，就數(shù)字電視技術應用中常用的基本知識點做一歸納和小結。
一、基帶數(shù)字信號的基本概念
1、基帶數(shù)字信號的主要指標和基本波形
在數(shù)字通信中衡量系統(tǒng)傳輸能力的重要指標，常用比特率和波特率表示。對于任何形式的數(shù)字傳輸，接收機必須知道發(fā)射機發(fā)送的信息速率。在基帶傳輸系統(tǒng)中用比特率表示傳輸?shù)男畔⑺俾省?nbsp;
信息速率Rb 是指單位時間內傳輸?shù)亩M制比特數(shù)。單位是比特率，用bit/s表示。例如計算機串口的傳輸碼率最高到 115200bit/s?；鶐?shù)字信號的基本波形如（圖一）所示。
在圖（一）中，二進制信號波形有；(a)單極性波形，（b）雙極性波形，（c）單極性歸零波形，（e）差分波形。（d）雙極性歸零波形為三元碼。
符號率Rs 是指單位時間內傳輸?shù)恼{制符號數(shù)，即指三元及三元以上的多元數(shù)字碼流的信息傳輸速率，單位是波特率，用baud/s表示。
碼元的概念：數(shù)字信號一個取值的波形稱為一個碼元。在數(shù)字基帶信號中，二進制和多進制信號碼元波形示意如圖（二）所示。
在圖（二）中；(a) 二進制單極性信號，(b)基帶多電平單極性不歸零信號，(c)基帶多電平雙極性不歸零信號。
在數(shù)字信號的載波調制中，碼元速率就是符號率，單位也是baud/s。在調制器映射之后到解調器反映射之前，信息以多元符號形式存在，這時采用波特率更為方便。
信息速率和符號率的單位不同，但在二進制中它們的數(shù)值相同。在M 進制調制中，信息速率Rb 和符號率Rs 之間關系為：
（1）
碼元或符號周期用Ts表示，符號率用Rs表示，則有Rs=1/Ts 。
2、基帶數(shù)字信號的傳輸碼形 對模擬信號抽樣、量化、編碼可以得到具有上述波形的基帶數(shù)字信號。為了適合信道傳輸，這些基帶數(shù)字信號還要進行碼形變換，其作用是；減少信號中的直流和低頻分量，使碼元含有定時信息，提高傳輸效率，具有一定的檢錯能力等。常用的傳輸碼形有：AMI碼，HDB3碼，雙相碼，密勒碼，CMI碼，nBmB碼等。
3、基帶數(shù)字信號的碼間干擾和滾降系數(shù) 基帶數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)模型見圖（三）所示。發(fā)送濾波器的頻率傳輸函數(shù)為GT(f)，接收濾波器的頻率傳輸函數(shù)為GR(f)，信道的頻率傳輸函數(shù)為C(f)。在抽樣判決點之前，不考慮噪聲的影響，則系統(tǒng)總傳輸函數(shù)H(f)表示為：
由式（2）得出：系統(tǒng)總的傳輸函數(shù)由發(fā)送和接收濾波器及信道的傳輸函數(shù)的乘積決定。
由于濾波器的頻率傳輸函數(shù)可以由設計確定，再通過選擇合適的傳輸鏈路，將信道傳輸函數(shù)對系統(tǒng)總傳輸函數(shù)的影響減少到可以忽略不計程度，所以系統(tǒng)的總傳輸函數(shù)就等于發(fā)、收濾波器的傳輸函數(shù)之積。
數(shù)字信號在傳輸過程中會受到疊加和噪聲干擾，從而出現(xiàn)波形失真。奈奎斯特第一準則即抽樣點無失真準則，或無碼間串擾準則，是關于接收機不產(chǎn)生碼間串擾的接收脈沖形狀問題。對于基帶傳輸系統(tǒng)，要保證無碼間串擾，系統(tǒng)傳輸函數(shù) H(f) 是單邊帶寬為fs = 1/2Ts 的矩形函數(shù)，稱為理想奈奎斯特濾波器，如圖（四）。其時域波形為 h(t)=sinc(t/Ts)，稱為理想奈奎斯特脈沖成形，波形和表達式如圖（五）所示。
從圖（四）可以看出，無碼間串擾的濾波器傳輸函數(shù)形狀為矩形，其脈沖響應為無限長，顯然該脈沖成形濾波器在物理上是不可實現(xiàn)的。圖（四）、圖（五）的波形稱為奈奎斯特濾波器和奈奎斯特脈沖。
按照奈奎斯特準則:為了得到無碼間串擾的傳輸特性，只要該傳輸函數(shù)是實函數(shù)并且在f=fs處奇對稱，則系統(tǒng)傳輸函數(shù)不必為矩形，可以是具有緩慢下降邊沿的任何形狀。就能夠得到在物理上可實現(xiàn)的系統(tǒng)傳輸函數(shù)，其中，常用的是升余弦滾降特性成形濾波器，如圖(六)所示，其中 α稱為滾降系數(shù)。
其中：
稱為奈奎斯特頻率。滾降系數(shù)
是滾降部分的帶寬。α＝0的傳輸函數(shù)H(f)就是理想奈奎斯特濾波器的情況。
由于滾降系數(shù)α的存在，在無碼間串擾條件下所需帶寬)
, 帶
寬W和符號率（碼元傳輸速率）Rs的關系為：
升余弦滾降特性成形濾波器傳輸函數(shù)也常用圖（七）的方式表示。
由于基帶數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)的總傳輸函數(shù)是由收、發(fā)濾波器乘積決定，如式（2）。所以，從發(fā)送端開始，經(jīng)信道到接收濾波器的整個傳輸函數(shù)采用無碼間串擾的升余弦滾降特性函數(shù)時，放置在收、發(fā)兩端的升余弦濾波器，即接收濾波器和發(fā)送濾波器需要設計成（匹配）為平方根升余弦函數(shù)（升余弦函數(shù)的平方根）。若不考慮由于信道引起的碼間串擾，兩個平方根升余弦函數(shù)相乘就得到由升余弦形式合成的系統(tǒng)總傳輸函數(shù)。平方根升余弦滾降濾波器的傳輸函數(shù)如下：
二、數(shù)字信號的載波傳輸 當要將基帶數(shù)字信號進行遠距離傳送時，往往是將該信號通過調制解調技術進行傳送的，即將基帶數(shù)字信號先調制在載波上傳送，如QPSK、各種QAM調制等，在接收端再通過解調得到基帶數(shù)字信號?；鶐?shù)字信號在對載波調制過程中會使載波的各種參數(shù)產(chǎn)生變化（幅度變化、相位變化、頻率變化、載波的有或無等）。在數(shù)據(jù)調制中，數(shù)據(jù)是由符號組成的，隨著采用的調制技術的不同，調制符號所映射的比特數(shù)也不同。這里的調制符號就是上面所說的碼元。
1、數(shù)字電視采用的標準 目前，廣泛使用的衛(wèi)星、電纜和地面數(shù)字電視廣播標準有三個：DVB-S、DVB-C和DVB-T，它們是歐洲標準(European standard)。DVB-S和DVB-C標準文件是EN 300 421、EN 300 429，較早的標準是ETS 300 421和ETS 300 429。
我國DVB-S的國家標準是GB/T 17700-1999《衛(wèi)星數(shù)字電視廣播信道編碼和調制標準》。
該標準規(guī)定了在固定衛(wèi)星業(yè)務（FSS）和廣播衛(wèi)星業(yè)務（BBS）波段（11/12GHz）中，用于衛(wèi)星數(shù)字多路節(jié)目電視/高清晰度電視業(yè)務一次和二次分配的調制和信道編碼系統(tǒng)。本標準也適用于C波段（4/6GHz）的固定衛(wèi)星業(yè)務中的相應業(yè)務。DVB-C采用廣播電視行業(yè)標準GY/T 170-2001《有線數(shù)字電視廣播信道編碼與調制規(guī)范》，該標準規(guī)定了在有線電視廣播系統(tǒng)中傳送數(shù)字電視的幀結構、信道編碼和調制。適用于有線傳輸?shù)臄?shù)字多路節(jié)目電視/高清晰度電視業(yè)務分配的信道編碼和調制系統(tǒng)。這兩個標準的信道編碼與傳輸系統(tǒng)框圖見圖（八）、圖（九）。
圖（八）DVB-S信道編碼與傳輸系統(tǒng)
圖（九）DVB-C信道編碼與傳輸系統(tǒng)
2、信道編碼常用技術 在數(shù)字電視中常用的糾錯編碼，是兩次附加糾錯碼的前向糾錯（FEC）編碼。RS編碼屬于第一個FEC稱為外編碼。第二個附加糾錯碼的FEC一般采用卷積編碼，又稱為內編碼。外編碼和內編碼結合一起，稱之為級聯(lián)編碼。級聯(lián)編碼后得到的數(shù)據(jù)流再按規(guī)定的調制方式對載頻進行調制。
前向糾錯碼（FEC）的碼字是具有一定糾錯能力的碼型，它在接收端解碼后，不僅可以發(fā)現(xiàn)錯誤，而且能夠判斷錯誤碼元所在的位置，并自動糾錯。這種糾錯碼信息不需要儲存，不需要反饋，實時性好。所以在廣播系統(tǒng)（單向傳輸系統(tǒng)）都采用這種信道編碼方式。它們的基本原理如下：
RS編碼：即里德-所羅門碼，它是能夠糾正多個錯誤的糾錯碼，RS碼為（204，188，t=8），其中t是可抗長度字節(jié)數(shù)，對應的188符號，監(jiān)督段為16字節(jié)(開銷字節(jié)段)。實際中實施（255，239，t=8）的RS編碼，即在204字節(jié)（包括同步字節(jié)）前添加51個全“0”字節(jié)，產(chǎn)生RS碼后丟棄前面51個空字節(jié)，形成截短的（204，188）RS碼。RS的編碼效率是188/204，也就是在傳送的204個字節(jié)數(shù)據(jù)中，實際有用的數(shù)據(jù)為188字節(jié)。
卷積碼：它非常適用于糾正隨機錯誤。但是它的解碼算法本身的特性卻是：如果在解碼過程中發(fā)生錯誤，解碼器可能會導致突發(fā)性錯誤。為此在卷積碼的上部采用RS碼塊，RS碼適用于檢測和校正那些由解碼器產(chǎn)生的突發(fā)性錯誤。所以卷積碼和RS碼結合在一起可以起到相互補償?shù)淖饔谩＞矸e碼分為兩種：
(1)基本卷積碼:
基本卷積碼編碼效率為：η＝1/2，即傳2個字節(jié)的數(shù)據(jù)，實際有用的數(shù)據(jù)為1字節(jié)，編碼效率較低，優(yōu)點是糾錯能力強。
(2)收縮卷積碼:
如果傳輸信道質量較好，為提高編碼效率，可以采樣收縮截短卷積碼。有編碼效率為：η＝1/2、2/3、3/4、5/6、7/8這幾種編碼效率的收縮卷積碼。編碼效率高，一定帶寬內可傳輸?shù)挠行П忍芈试龃?但糾錯能力減弱。
交織：在實際應用中，比特差錯經(jīng)常成串發(fā)生，這是由于持續(xù)時間較長的衰落谷點會影響到幾個連續(xù)的比特，而信道編碼僅在檢測和校正單個差錯和不太長的差錯串時才最有效。為了糾正這些成串發(fā)生的比特差錯及一些突發(fā)錯誤，可以運用交織技術來分散這些誤差，使長串的比特差錯變成短串的差錯，從而可以用前向碼對其糾錯。在DVB-C系統(tǒng)中，RS(204,188)的糾錯能力是8個字節(jié)，交織深度為12，則可糾錯長度為8×12＝96個字節(jié)的突發(fā)錯誤。實現(xiàn)交織和解交織一般使用卷積方式，交織不會增加附加數(shù)據(jù)。
3、信道帶寬與符號率的關系
數(shù)字信號的載波傳輸，也稱頻帶傳輸。由圖（八）、（九）可知；經(jīng)過糾錯處理的數(shù)字信號對模擬載波f0進行調制，形成已調制信號。在這一過程中，數(shù)字信號也經(jīng)過低通和帶通濾波器的處理，但這些濾波器不是作為奈奎斯特濾波器使用的。這個已調制信號也稱帶通調制信號。
對于帶通調制信號，例如幅移鍵控ASK、頻移鍵控 PSK 和正交幅度調制 QAM，需要的傳輸帶寬是相應基帶信號的2倍，那么所需的雙邊帶帶寬BW 和碼元傳輸速率Rs的關系為： BW = (1+α)RS （4）
在DVB-S系統(tǒng)中，當基帶信號對高頻載波進行QPSK調制之前，使調制信號I、Q先受到升余弦平方根滾降濾波，滾降系數(shù)α＝0.35。在DVB-C系統(tǒng)中，當基帶信號對高頻載波進行QAM調制之前，使調制信號I、Q先受到α＝0.15的升余弦平方根滾降濾波。
按照上述的概念和公式，我們可以計算出衛(wèi)星數(shù)字電視和有線數(shù)字電視系統(tǒng)中符號率、占用帶寬等相關數(shù)據(jù)如下：
在有線數(shù)字電視系統(tǒng)DVB-C里，信道編碼采用RS＋交積。在模擬信道物理帶寬為8MHZ時，取α＝0.16，則符號率=8/（1+0.16）=6.896Mb/s。如果采用64QAM調制方式，那么總傳輸率是=6.896×log2 64=6.896×6=41.376Mbps,由于RS編碼的效率為188/204，所以系統(tǒng)有效傳輸率是41.376×188/204=38.13Mbps。這也是一個8MHZ模擬信道能容納的MPEG-2數(shù)字信號壓縮編碼復用TS流的最大信息速率。數(shù)字有線電視使用的符號率、調制方式和MPEG-2 TS速率的關系見表（一）
表（一）數(shù)字有線電視傳輸參數(shù)
在衛(wèi)星數(shù)字電視DVB-S里，它的信道編碼采用RS＋交積＋卷積碼。如果上星節(jié)目使用SCPC傳輸方式，符號率為4.42 Mbps，滾降系數(shù)α=0.4，RS（204，188）編碼、3/4 卷積碼、QPSK調制方式（M=4）。則傳輸1套電視節(jié)目時，總信息速率為：Rb=Rs×log24=8.84，其中有效信息速率為：Rb× 3/4×188/204=8.84×3/4×188/204=6.11 Mbps。它占用的轉發(fā)器帶寬為：4.42×（1+0.4）=6.188MHz。傳5套電視節(jié)目占用的帶寬為：6.188×5=30.94MHZ。所以在SCPC傳輸方式和每個載波間隔預留1 MHZ的保護帶寬情況下，一個36 MHz衛(wèi)星轉發(fā)器可以傳送5套數(shù)字電視節(jié)目。
采用不同編碼效率的收縮卷積碼時，對確定帶寬的轉發(fā)器，它所能使用的符號率的大小隨著編碼效率提高。它們之間的關系見表（二）衛(wèi)星轉發(fā)器參數(shù)（其中符號率Rs=Ru）。
表（二）衛(wèi)星轉發(fā)器參數(shù)
