ATSC制數字電視機頂盒研究

1 引 言
　　隨著科技進步及數字技術的發展，廣播電視進入了從模擬廣播到數字廣播的過渡階段。自從歐洲率先于20世紀80年代提出數字視頻廣播的概念之后，歐美國家的企業和研發機

構用了近8年的時間完成了數字視頻廣播技術的研發以及標準的制定，極大地推動了數字電視的發展。美國于1995年通過了ATSC數字電視標準。歐洲制定了包括DVB－T在內的一體化

數字電視廣播標準，目前側重于標準清晰度數字電視。日本從模擬高清晰度電視研究轉向數字電視之后，確立了ISDB－T的地面廣播標準。三種標準在信源編碼方面相似，都采用

MPEG－2視頻壓縮，高清晰度電視圖像常用格式為1920×1080，每秒60場／50場隔行，最大的區別是信道調制和傳輸方式的不同。因此，三種制式接收機的不兼容主要在于接收機信

道解調模塊。

　　圖1表示了數字電視廣播和接收系統基本原理。從內容上分為信源部分和信道部分；從結構上分為發送端、傳輸網絡和接收端。發送端包括信源編碼（音視頻編碼）、業務復用

、信道編碼和調制。傳輸網絡既可以是地面廣播，也可以是有線電視和衛星接收。調制信號到達接收端，先進行信道解調形成基帶TS流，然后進行解復用，形成音視頻PES／ES

（Packet EssentialStream／EssentialStream）流分別解碼，最后輸出音頻和視頻信號。
2　ATSC電視制式簡介
　　ATSC的英文全稱是Advanced TelevisionSystems Committee（美國高級電視業務顧問委員會）。該委員會于1995年9月15日正式通過ATSC數字電視國家標準。ATSC制信源編碼采

用MPEG－2視頻壓縮和AC－3音頻壓縮；信道編碼采用格形編碼殘留邊帶（VSB）調制，提供了兩種模式：地面廣播模式（8VSB）和高數據率模式（16VSB）。隨著多媒體傳輸業務的

不斷發展，為了適應移動接收的需要，近來又計劃增加2VSB的移動接收模式。下面從信源部分和信道部分來作介紹。
2．1　信源編碼與解碼
　　由于數字化的HDTV原始視頻數據量非常大，碼率高達1Gbps以上。為了能在一個6MHz頻道帶寬內廣播HDTV信號，必須采用壓縮比很高的視頻壓縮算法。ATSC制采用MPEG－2視頻

壓縮。MPEG－2視頻壓縮格式分為4級5類，從低分辨率圖像到高清晰度視頻有十幾種格式，其中，MP＠HL格式完全符合HDTV廣播需要。MPEG－2視頻壓縮采用了運動估計和補償，幀

內預測和幀間預測編碼，離散余弦變換（DCT）編碼和熵編碼等算法，壓縮率可達30～50倍，但其代價是MPEG－2壓縮算法運算量極大。AC－3有5＋1聲道編碼，可以復用成TS流。信

源解碼是編碼的逆過程，包括TS的解復用和音視頻ES的解壓縮，整個過程符合MPEG－2和AC－3的解壓縮語法。HDTV解碼運算量相對較低，是壓縮編碼運算量的十分之一。
2．2　信道調制與解調
　　以地面廣播8VSB模式為例，信道調制與解調原理如圖2所示。發送端：碼率為19．39Mbps的TS流輸入到信道調制單元。信道編碼過程包括數據隨機處理、RS糾錯編碼、卷積交織

、格狀編碼、同步信號插入，形成符號率為10．76Msym／s的8電位符號流（八種電位：±7V，±5V，±3V，±1V）。然后進行模擬處理，插入導頻，預均衡和單邊帶調制，最后送

到發射機。接收端：射頻RF經調諧器鎖定，形成中頻IF輸出，A／D變換后逐級進行8VSB信道解調處理，完成解調后輸出碼率為19．39Mbps的TS流。8VSB傳輸模式的參數如表1所示。

　　對TS流進行信道編碼，要經過以下處理：首先，TS包中187個字節和一個偽隨機序列按比特位異或運算（TS包長度為188個字節，同步頭0x47沒有進行異或和RS編碼），使TS流