数模兼容有线电视接收机前端的设计

数模兼容有线电视接收机前端的设计 天津大学 硕士学位论文数模兼容有线电视接收机前端的设计 姓名:李燕青 申请学位级别:硕士 专业:通信与信息系统 指导教师:于振生 20030101 摘 要 本课题主要研究数模兼容有线电视接收机前端的设计，该前端可以与,,,,,,,或,,,,,,,配合接收标清或高清数字节目，并兼容模拟电视节目接收。设计中力求结合最新技术，提供一个低成本、高指标、免调试解决，以推动数字电视接收机的产品化。 电路选用了先进的硅单片集成调谐器,,,,,,、单片集成中频放大器,,,,,,，运用了高第一中频的二次变频结构，并且全部使用了表面贴装器件，避免了普通射频调谐器复杂的结构和大量的外围可调器件，实现高集成度的板上射频调谐器，在生产中无需人工调试。 鉴于数字电视广播(如,,,,,)与模拟电视广播(如,,,)在一定时期内将共同存在，为了适应用户的使用需要，解决方案将兼顾两种广播的兼容接收。为此，系统设计成第二中频可编程，中频信号可软件切换的结构。对于,,,—;信号，采用单片集成,,,解调和,,,芯片，进行直接中频采样，并进行全数字域的解调和处理，为后端提供基带,,,,传输流(,,);对于,,,信号，采用免调试的单片,,,解调芯片进行解调，电路简洁，无需外部振荡回路。此外，将模拟的,,,,信号转换成数字的,,彩色分量数据流供后端的数字化处理和显示，以得到高画质并提供较完美的屏幕显示。 设计按照有关入网和生产要求进行。经实际测量和验证，各项指标达到设计要求。该设计正在向产品转化。 关键词:,,,—, ,,,传输流二次变频直接中 ,,,, ,,,,,;,，,, ,,, 频取样,,, ,,,,,,;, ，, ,, ,,,,,, , ,,,,,:,, ;,,,,,,,,, ,,,,,—,,, ,,, ;,,,, ,,,,,,(，, ;,, ,,;,,,, ,,,, ,, ,,,, ,,,,,,,,, ,,,,,,, ,,,, ,,, ,,;,—,,, ,,,,, , , ,,,,,,,,, ,,,,,,,,(，, ;,,, ,,,, ,,,, ,,,, ,,, ,,, ,,,,,,,(,, ,,, ,,,,”,,,, ,, ,,, ,,, ,,,,,,,,,;,, ,,;,,,,,,, ,, ,,,,, ,, ,,,,,,, , ,,,—;,,, ,,, 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,,,;,,,;,,,,,, ,,, ,,,,,;,,,,,,？,,,,,,,,(,,,,, ,,, ,,,,,,,,,,, ,,, ,,,,,,,,,,,,,，,,, ,,, ,,,,,,,,,, ,,, ,,,;,,,,,, ,,,,,, ,,？,,,,,,,,,( ,,,,,,,,:,,,—,，,,,，,,,,,,,,, ,,,,,,，,,,,—;,,,,,,，,,,,;, ，, ,,,,,,,,，,,, 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤盗盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名 参照丽 签字日期:?伊,年, 月‖弓，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘盗盘堂有关保留、使用学位论文的。特授权墨洼盘茔可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 (保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名 墨燕肴 导师签名: 孑撩参签字日期:沙弓年 ,月珥日 签字日期:,哆年,月节日 第一章绪论 第一章绪论,(,模拟电视到数字电视的演进 模拟电视广播系统传送活动图像及其伴音信号，为人们提供视觉与听觉的双重感受，曾经给人们的生活带来一次革命。这种技术(包括,,,制、,,,,制等)以其较为完备的系统体制存在了几十年，实践证明，它是有着非凡的生命力的。 近年来，模拟电视的数字化处理更为其增添了新鲜血液。现代电子技术所提供的先进手段，使得模拟电视从发送到接收的各个环节都达到了空前的技术指标。显示器件的水平、解调解码电路的精确程度、图像增强技术的运用都是如此。可以说，最新的模拟电视技术基本上已经达到了其固有制式所能容纳的性能极限。 但是随着现代电子信息技术的发展和人们需求的日益增长，传统的模拟电视正面临极大的挑战。人们正期待着更细致、逼真的图像和高保真且具有临场感的伴音，同时也期待着更多样化的交互功能和多样化的服务。 作为科技发展的产物，数字电视技术应运而生。当前的数字电视技术，已经可以提供给我们到达或接近演播室或,,毫米电影胶片质量的图像和高保真、多声道的环绕声效果。 具体的说，数字电视系统在信源部分，运用了数字信号记录、活动图像压缩编码和音频压缩编码技术;在信道部分，运用了数字信道编码和数字信号的载波传输技术。与模拟电视相比，这是一套 全新的技术。 事实上，基于多年大量的研究、试验，随着有关的国际、国家、行业标准的制订、成熟，在大量厂商的推动下，新一代的数字电视正以不可抗拒的势头逐步取代传统模拟电视，并且其自身不断向前发展。 从以下列举的近年来这个领域的一些发展步伐中，我们可以看到模拟电视到数字电视的演进过程: ,,,,年,,，,(现，,,(,)制订了,,,号建议草案:演播室电视信号数字化参数(电视系统的发送端;信源)。 ,,,,年德国，,,研制出一套,,,，，对模拟电视接收机中的电视基带信号进行数字处理(电视系统的接收端;信宿)。 ,,,,年，,,，,,(现，,,，,)制订了,(,,,建议草案:电视电话,会议电视系统。其中活动图像(视频)压缩编码算法，是“图像编码,,年经验的总结”。随后制订的国际建议(,,,,(,、,,,,(,、,(,,,和,,,,(,等)中的视频压缩 第一章绪论编码算法，都是以,(,,,中的视频压缩编码算法为基础。 ,,,,年和,,,,年，相继制订了与数字电视发展密切关联的,,,,?,建议草案(，,,,,,,,)和,,,,(,建议草案(，,, ,,,,,)，为世界各国后来制定各自的数字电视标准奠定了基础。,(,各国数字电视的发展过程与趋势,(,(,欧洲数字电视的发展过程与趋势 ,,,,年，欧洲,,,个组织合作开发数字视频广播(,,〔，)项目，并成立了,,,联盟。,,,联盟是,个由,,多个国家的,,,多个成员组成的国际机构。该机构的首要目标是在全球范围内发展和推广共同的数字电视广播标准。,’,,联盟共同制定了数字电视的,,,(,,,,,,, ,,,,, ,,,,,;,,,)标准。这是一套有关电视广播系统大家庭诸多要素的统一标准，其中最引人瞩目的是,,,数字卫星和有线电视传输系统的标准。这些标准已作为世界统一的标准被包括中国在内的大多数国家接受。,,,标准规定数字电视系统使用统一的,,,,一,压缩方法和,,,,一,传输流及复用方法。 ,,,,年,月法国开始第一个欧洲商业数字电视广播;,,,,年,,月第一个地面数字电视——,,,的,, ,,,,,,,在英国开播;同年,,月英国的卫星数字电视开播。大概在同一时间段，欧洲的有线网也开始向数字化转换。 从,,,,年开始，欧洲数字电视市场无论从订户数量还是产值上都有相当高的增长率。,,,,年底数字电视用户数只有,,,万，只有,。,,的拥有电视的家庭能收看数字电视。到,,,,年中，欧洲数字电视有了快速发展，其中英国和瑞典既有卫星和有线数字电视、又有地面数字电视。 在卫星数字电视方面，卫星电视广播的数字化已接近,,,,，几乎所有的欧洲卫星电视频道都是按,,,(,标准广播。 有线数字化自,,,,年末以来取得重大进展，到,,,,年,月近,,,,万有线终端升级为数字传输。 欧洲数字电视频道增加得非常快，达到每年新增,,,个数字频道，到,,,,年末欧盟已有约,,,个数字电视频道。数字电视频道饕 牵保叮海垢袷绞 值缡印?校校趾停危郑希慕谀浚 庇行矶嘟谀糠掷嗥档溃ㄈ绲缬啊?逵 ?锹计 ?彝ス何锏龋 ,缱咏谀恐改希ǎ牛校牵 ?缱由涛瘛?缡右 小?畔?托挛拧?蜗贰?缡拥缱佑始 ?缡踊チ 尤牒徒换サ缡拥纫滴竦玫搅斯惴旱挠τ谩?根据,,,的估计，到,,,,年，英国卫星,,,用户为,,,万，有线,,,用户为,,,,万，地面,,,用户为,,,万。根据,,,的估计，到,,,,年英国 第一章绪论卫星,,,用户为,,,万，有线,,,用户为,,,万，地面,,,用户为,,,万。最近英国提出全面普及数字电视的时间表，最早可能从,,,,年开始，计划在,, ,,年停止模拟地面电视广播，这将取决于:首先数字电视信号必须能够覆盖全国,,(,,的人口，其次,,,的家庭拥有数字电视机或机顶盒等数字电视接收装置。,(,(,美国数字电视发展过程与趋势 与欧洲和日本相比，美国对,,,,(高清晰度数字电视)的研究起步较晚，但是由于它在发展数字电视机方面占有优势，特别是,,,,年成立的数字,,,,大联盟(,,)，使得它现在在,,,,的发展中具有举足轻重的作用。,,,,年,月，,,推出了数字,,,,大联盟制式，它不但吸取了本国各主要数字,,,,制式的优点，而且从日本和欧洲的研究中得到许多启示，因此标准高，方法灵活。,,,,年,,月，美国正式批准了由,,,,委员会制定的主要用于地面广播数字电视的标准，称之为,,,。,,,,年,月，又颁布实施了数字电视地面广播的时间表及电视频道分配方案。 ,,,,年,月底，,,,,;,,,和,,,,两个卫星业务的开播，目前主要是,,,,;,,,和,;,, ,,,,在播出。,,,,;, ,,主要是,,,和,,,,, ,,,,, ,,, ,,,,,,:,;,,,,,,主要是,,,和,,,;,,,,,的高清晰度电视(,,,,)。在市场稳定后的,,,,年,月，有,,,万家庭收订卫星,,,广播;到,,,,年,,月，,,,,;,,,用户达到,,,,万，,;,, ,,,,用户达,,,万，总计,,,,万(占,,,左右的家庭)。 到,,,,年美国已连接的模拟有线电视用户有,,,,万，到,,,,年,月数字有线电视用户达到,,,,万。与此相关，美国的宽带接入互联网业务开展得很快，,,,,年,月通过了,,,,, ,,,,, ,,,,，, ,(,标准。北美,,,,, ,,,,,数量到,,,,年底达,,,万个，估计到,,,,年可达到,,,,万个。 根据全国广播机构协会(,,,)的统计，到,,,,年,月,闷，在美国,,个地面电视广播城市和地区，已有,,,个数字电视台正式播出，,,,覆盖率已达,,,。根据,,,的统计和估计，美国数字电视机的销售呈稳定增长趋势，到,,,,年底，数字电视机的拥有量已达,,,万台。 按照时间表，在,,,,年,月,日以前，美国,,个最大城市，包括纽约、华盛顿、芝加哥等的,,多家电视台将播放数字电视节目，覆盖面占美国电视观众的比例为,,,。在,,,,年的,,月,目前，开播,,,节目的电视台数量将达,,,家，城市的数量将达,,个，覆盖面占美国电视观众的比例为,,,。到,,,,年，全美,,,多家电视台全部开播,,,节目。在这期间，美国数字电视广播和模拟电视广播同时播放，直到,,,,年全美将停止模拟电视的广播。 篁二里竺堡——,——————,—————————————，——————，——————,——————————————一一一 一—— ,(,(,日本数字电视的发展过程与趋势 ,本是数字电视研究与开发起步最早的国家。早在,,,,年它就建立了,,,, 线、每秒,,帧的,,,,制式。,,,,年率先在汉城奥运会进行大屏幕,,,,试 播。,,,,年，,,,开始进行面向,,,,的广播演示，到,,,,年底，这种广播 每天已定时播放,小时。,,,,公司也于,,,,年底发行了第一盘,,,,录像带。 日本的,,,,制式打破了现有电视机的生产模式，,,,,广播与现有电视广播 并行存在。日本第一台,,,,接收机体积很大，只适合在百货商店或其它公共 场合使用。随后各公司也致力于开发体积适中的家用,,,,接收机(以,,英寸 为主)。由于价格昂贵(,台,,英寸,,,,机约,,,,美元)，市场推广非常困难。 ,,,,年,月日本,,,,, ;, ,,用,,卫星开始卫星数字电视广播。,,,,年,, 月，开始用,,卫星进行广播，共有,套,,,,节目，,套标准清晰度电视(,,,,) 节目和,套数据广播。计划,,,,年,月另,颗,,卫星投入运营。,,,,年底,, 卫星用户为,,,万;到,,,,年,月达到,,,万数字电视用户(约占电视家庭的 ,,)，其中,,, ,,,,,;,,,用户为,,,万，,,,,;,,,用户为,,(,万。到,,,,年 ,,月，,,, ,,,,,;, ,,用户达到,,,万，,, ,,,,,,,用户达到,,,万。根据,,, 在,,,,年,月,,目的估计，到,,,,年,月,,曰，卫星,,,直接收看用户总 数将达到,,,万，通过有线网观看的用户数为,,,万，到,,,,年,,月,日用户 总数将超过,,,,万。 ,,,,对推动日本,,,起到了重要的作用，高清电视机的拥有量已达,, 万台，加上原来接收,,,,,,,,,的接收机，可接收高清的接收机达,,,万台。 ,,,,年,月，日本,,,开放有线电视行业，使外国投资能够进入日本有线 电视。日本的有线,,,始于,,,,年,月，到,,,,年,月已拥有,,,,万用户， ,,,的,,卫星用户是通过有线收看卫星电视的。日本计划到,,,,年有线电视全 部采用光纤，到,,,,年完成所有有线网的数字化改造。 日本的地面,,,广播计划于,,,,在东京、大阪和横滨开始，,,,计划最 晚在,,,,年前完成全国覆盖，主要是,,,,节目，计划到,,,,年关闭模拟电 杠,。 ,(,(,我国数字电视的发展过程与趋势 中国在数字电视领域一开始便与科技先进的发达国家保持同步。,,,,年中 央电视台开始利用数字电视系统播出加密频道，利用卫星向有线电视台传送,套加密电视节目。,,,,年开始通过卫星传输数字电视信号。卫星既能发送模拟信号也能发送数字信号。目前，几乎所有省市的电视台都上了卫星，发送的都是数字信号。 ((( 兰,望堡笙 ————————————————————————————————————一一一 一—— ,,,,年,月，我国研制成功第一套数字高清晰度电视系统，成为继美国、欧洲和日本之后世界上第四个拥有数字高清晰度电视地面广播传输系统的国家。在,月,日至,,目的,天时间里，中央电视塔利用这套系统试发射了数字电视节目。 国庆,,周年庆典上，我国也在北京试播了高清晰度数字电视,这次试播所使用的制式为,,,,,,和,,,,两种，并通过试播实地考察测量它们的性能指标，为最后确定我国数字电视,,,,制式提供第一手资料。 ,(,我国数字电视发展的战略规划 从数字电视的发展趋势来看，我国数字电视发展大致可分为三个阶段。 第一阶段，,,,,年以前 这,阶段数字电视的有线广播国家标准尚未完成，数字电视的产业链还无法 形成，不可能进行大规模的数字电视产业化。 在这一阶段，市场的热点在于电视台的设备更新与升级，这是数字电视产业 化的先行者。在,,,,(标准清晰度数字电视)制作播出设备大规模进入电视台 的同时，,,,,(高清晰度数字电视)制作播出设备也开始进入大型电视台。 各地有线数字电视广播处于试验阶段，同时许多企业试图进入有线电视运营 业，力求抢占市场先机，争取有线电视用户资源。 科研机构和一些企业研制有自主知识产权的符合数字电视标准要求的关键 技术和关键元器件，这些核心技术将在未来拥有巨大的市场潜力。 第二阶段，,,,,,,,,,年 我国主要城市的有线数字电视产业化开始启动。主要城市中,,,,开始大 规模的进入家庭，普通模拟电视也可以通过加 装机顶盒来实现数字电视的功能。 在一些发达地区，人们开始逐渐接触,,,,。这一阶段有如下特点: 由于电视台设备更新速度很快，这一阶段电视台设备更新升级韵需求依然很 大，并且,,,,的制作播出设备所占的比例逐渐增加。 有线数字电视在我国的大中城市开始商业化播出，一些发达地区开始播出 ,,,,节目。数字电视完整的产业链逐渐形成，数字电视对节目的内容、信息服 务等的需求使增值业务有了很大的发展，在经过初期的资金推动和政府支持后， 内容提供商、服务提供商和网络运营商将在数字电视产业中发挥越来越重要的作 用。 ,,,,和,,,,开始逐渐进入家庭，拥有数字电视产业核心技术的企业开 始显现其竞争优势。 第三阶段，,,,,,,,,,年 第一章绪论 我国主要城市将逐步普及数字高清晰度电视的商业播出。城市中,,,,成为电视机产品消费的主流。这一阶段有如下特点: 在数字电视播出前端，,,,,制作播出设备所占的比重进一步增加，在一些主要城市，将成为设备更新的主流，这些地区,,,,开始普遍进入家庭。人们对电视的要求迸一步提高，拥有数字电视产业核心技术的企业优势突显，机遇掌握在那些拥有核心技术并不断创新的企业手中。 数字电视给广播电视带来了新的活力，在市场经济中又给广播电视开展增值业务提供了较好的手段。数字电视不仅拉动制造业，促进信息化发展，而且为广播电视的持续发展提供了极大的空间。 总之，数字电视在世界各国都在迅速发展，与之相关的技术研究正在紧锣密鼓的进行。我们的课题研究正是为了适应这一需要，为数字电视在我国的普及做出实践。 , 篁 一 第二章数字电视的传输方三翌塑兰堕塑塑堡塑查垄兰里～壁:竺塑茎 一 (—— 式与,,,—,概要,(,数字电视的三种传输方式 数字电视信号的传输可以利用卫星、有线、地面等不同的媒体，因此通常可以分为地面无线传输、卫星传输、有线传输三种不同的传输方式。 我们知道，模拟电视在这几种信道上的传输采用的是同一种调制方式。对于数字信号的载波传输来说，则需要并且可以针对不同信道制定较为理想的传输方式。 我们以,,,为例说明这个问题。 对于卫星信道来说，相对而言，它具有可用频带宽、功率受限、干扰大、信噪比低的特点。这就要求采用可靠性高的信号调制方式，信道编码要有较强的纠错能力，而对带宽要求不是特别高。因此,,,一,(,,,中针对卫星传输的规范)采用包括,,,,,,,编码、交织、,,编码及加扰等信道编码方式，利用正交移相键控 (,,,,)的调制方式把频带信号馈给卫星链路，接收时进行相反的处理。 对于电缆有线信道来说，相对而言，它具有信嗓比高、频带资源窄、存在回波和非线性失真的特点。这些特点要求,,,,,采用带宽窄、频带利用率高、抗干扰能力较强的调制方式。同时，由于信道信噪比高，误码率较低，纠错能力要求不很高。因此，,,,,,的信道编码采用,,码和卷积码交织技术，调制方式采用正交幅度调制(,,,)。 另外一种信道就是地面广播信道。地面广播信道的特点是:地形复杂、存在时变衰落和存在多径干扰、信噪比较低。因此,,,—,采用包括内码交织、内码,,,,,,,编码、外码交织、外码,,编码的信道编码方式，并采用能有效消除多径干扰的正交频分复用(,,,,,,，)和格雷码映射,,,,,,,,,,等调制方法。然后在原来用于模拟的,,,,、,,,,和,,,,的频带内发送数字电视节日。,,,,,发送的比特率是可变的。例如:在,,,,频带可在,。,,,,。,,,,,,,比特率之间进行选择:在,,,,频带可在,(,,,，(,,,,,,,比特率之间进行选择。以适应不同的接收环境、如移动接收应适当降 低发送的码率。,(,三种传输方式在我国的应用情况 我国卫星数字电视已于,,,,年确定标准并成功播出，基本上采用的是,,,—,的标准。由于我国限制个人直接接收卫星数字电视节目，所以目前是由有线电视台集中接收数字电视信号，并将其转化为模拟信号通过有线网络传输给广大———————————,———————————————,——————————,————,———————————————————一一 第二章数字电视的传输方式与,,,，,概要用户收看的。但是为了普及广播电视的覆盖，今后会在这个方面加大投入。 ,,,,年国家广电总局已颁布行业标准《有线数字电视广播信道编码和调制规范》，该标准等同于,,,—,标准。行业标准的制订有利于我国有线数字电视的推进。 我国有线数字电视的发展基础较好，很多城市建立了较为完善的有线电视 网，播放和接收设备正在迅速普及，很多设备已经有了国产的能力，因此播出所 需的投入成本较小，部分大中型城市已经进行了试播。加上有线数字电视因不受 国家政策限制，同时很多有线电视服务提供商正在积极开展业务，所以在今后一 段时期内，有线电视数字广播将会迅速扩大、普及。这也是为什么我们的课题主要研究实用的,,,—,接收机的设计的一个原因。 地面数字电视正在安排试验播出，国家也正在组织力量进行可行化研究并制 定我们自己的标准。预计,,,,年确定标准，,,,,年就可以正式播出;地面数字 电视播出综合成本很高，普及速度可能相对较慢。 但是预计在我国举办的,,,,年奥运会必将促进数字电视的快速发展，不论 是卫星，还是有线、地面无线都会面临前所未有的发展良机。 目前，针对这种发展，世界上一些大的厂商正在积极推出各自的接收机解决方案，涌现出了一大批针对数字电视有线接收机的低成本高功能的产品开发平 台。我们的课题就是在这些平台的基础上，开发适合我们消费者需求的产品，并且使我们的设计更贴近实用、贴近生产，为推动有线数字电视接收机的商品化做 出努力。,(, ,,,—;规范概要 ,,,标准提供了一套完整的、适用于不同媒介的数字电视广播系统规范。,,,选定，,,,，,, ,,,,一,标准作为音频及视频的编码压缩方式，对信源编码进行 了统一，随后对,,,,一,码流进行打包形成传输流(,,)，进行多个传输流复用，最后通过卫星、有线电视及开路电视等不同媒介传输方式进行传输。 ,,,标准的核心是:系统采用,，,,,压缩的音频、视频及数据格式作为数据源;系统采用公共,,,,,一,传输流(,,)复用方式;系统采用公共的用于描述广播节目的系统业务信息用(,，);系统的第一级信道编码采用,—,前向纠错编码保护;调制与其它附属的信道编码方式，由不同的传输媒介来确定;使用.