卫星通信论文（数字电视系统信源信道编码技术）.docx

卫星数字电视系统信源信道编码技术摘要：本文介绍了有关卫星数字电视信源信道编码的一些主要技术和标准,包括数字演播室标准ITU--601,压缩编码的基本原理和方法,图像压缩编码标准H261,JPEG和MPEG；RS编码技术，数据交织技术，卷积编码技术。关键词：卫星数字电视，信源编码，信道编码　　一、数字电视简介数字电视，是从电视节目录制、播出到发射、接收全部采用数字编码与数字传输技术的新一代电视。它具有许多优点，如可实现双向交互业务、抗干扰能力强、频率资源利用率高等，它可提供优质的电视图像和更多的视频服务(如交互电视、远程教育、会议电视、电视商务、影视点播等)。数字电视系统作为一个多媒体通信系统，有效性与可靠性是系统的两个重要指标，信源编码实质属于有效性编码的范畴，信道编码属于可靠性编码的范畴。一个完整的数字电视系统包括数字电视信号的产生、处理、传输、接收和重现。数字电视信号在进入传输通道前的处理过程一般如图1所示： 卫星传输 地面无线传输 有线传输 图1 数字电视信号传输前的处理过程二、卫星数字电视系统按信号传输方式分类：数字电视可以分为地面无线传输（地面数字电视）、卫星传输（卫星数字电视）、有线传输（有线数字电视）三类。卫星广播具有覆盖面大、传输距离远、信息量大、信号质量高、不受地理条件限制等优点，近年来卫星广播事业得到了迅猛发展。在数字电视卫星广播中，通过采用数字化技术，并利用数据压缩编码技术，一颗大容量卫星可转播 100 ~ 500 套节目，其调制方式在世界范围内都统一采用QPSK(正交移相键控)方式。我国的卫星数字电视选用DVB-S标准。 I IF Q图2 数字电视卫星传输系统三、数字电视信源编码技术数字电视信号在获取后经过的第一个处理环节就是信源编码。信源编码是对原始图像或声音信息进行压缩编码表示，即进行比特率压缩的过程，它应保证接收端通过信源解码能还原出满足一定服务质量的图像与声音。信源编码是数字电视系统的核心技术，其本质就是通过压缩编码来去除视频、音频、数据等原始信号的冗余信息，以实现码率压缩与带宽减小，再使信号在各种传输信道中进行有效传输。因此压缩编码的技术与标准成为信源编码的核心。1．数字演播室标准ITU－R601信源编码的第一步首先要对模拟电视信号进行取样和模数变换，相应的需要一个统一的标准。数字演播室标准ITU－R601正是为此制定的国际标准，它是模拟电视向数字电视转变过程中的第一个标准规范。参数说明：① 取样频率：根据奈奎斯特定理，取样频率应至少不低于信号最高频率的2 倍。其次，为便于进行信源编码，取样结构最好为正交结构，即每个取样点应与其相邻行和相邻帧对齐。为此取样频率必须为行频的整数倍。要同时满足PAL与NTSC的正交取样，取样频率应为两者行频的公倍数。同时，取样频率的选取还必须兼顾码率和带宽。综合考虑上述因素，亮度信号的取样频率定为13.5兆赫。在4：2：2格式中，每个色差信号取样数为亮度信号的一半，取样频率定为6.75兆赫；② 每行取样数：由取样频率除以行频得到每行取样数。为提高编码效率，去掉行场逆程的取样，得到降低了的每数字有效行取样数；③ 编码方式：采用简单的线性PCM编码。量化比特数为8比特，这是一个由实验决定的结果。具体实验显示，8比特量化产生的256级量化级，已完全能满足人眼对亮度与色度层次分辨的需要。　ITU－R601主要是一种取样标准。模拟电视信号据此取样后进行8比特量化和线性PCM编码，即可得到符合数字演播室标准的基带数字信号。但是，由此得到的数字电视信号具有非常高的码率和带宽，难以进入实用。虽然ITU－R601建议早在1980年已经制定，但直到九十年代一系列有效的图像数据压缩技术及相应的国际标准出现以后，数字电视才得到了迅速的发展。2. 图像压缩的主要技术与标准目前有关图像压缩方面的主要标准包括CCITT的H.261,JPEG和MPEG。是分别针对电视电话图像，静止图像和活动图像的压缩编码标准。这几种压缩标准虽然各自针对性不同，但压缩编码方法大体相似。① H.261图像压缩编码标准的提出最早源于通讯中对可视电话的研究。经过多年努力，至1980年，国际电报电话咨询委员会CCITT所属的视频编码专家组的H.261建议被通过，成为可视电话和电话会议的国际标准。H.261又称Px64，传输码率为Px64kbps，其中P＝1－30可变，根据图像传输清晰度的不同，码率变化范围在64kbps至1.92Mbps之间，编码方法包括DCT变换，可控步长线性量化，变长编码及预测编码等。其简化的编码原理框图如图3所示。图3 H.261压缩编码原理简图 图中，DCT变换的输入输出选择开关由帧内/帧间模式选择电路控制。在帧内模式时，开关打到上面，输入信号经DCT变换，线性量化和变长编码后输出，