数字立体声广播情况.ppt

1,数字立体声广播情况,2,一、世界各国立体声伴音广播情况：,美国：导频制（模拟）日本：FMFM制（模拟）西德：双载波制（模拟）英国：NICAM728（数字）中国：1988年国标GB930888规定用双载波制，主伴音载波仍用6.5MHz，副伴音载波用6.742MHz。识别信号为54.6875KHz。单声道广播时，对导频不调制；立体声广播时，用117.5Hz对导频进行50调幅；双伴音广播时，用274.1Hz对导频进行50调幅。,3,二、数字立体声广播情况,1986年，英国广播公司（BBC）公布了一项数字声广播技术，后由欧洲广播联盟（EBU）建议作为地面电视广播的一种数字立体声伴音制式。先后在英国、法国、新加坡、西班牙进行广播。1997年12月，我国颁布PALD电视广播附加双声道数字声技术规范，并于1998年5月1日正式实施，同时，北京电视一台也开始了数字立体声广播。,4,三、丽音信号的传输方式,丽音（NICAM）采用的是一种数字信号传输方式。它首先将两路模拟伴音信号进行AD变换，变为两路数字信号，然后再按规定的要求进行编码和处理。这些处理包括：“数据压缩”、“奇偶校验保护”、“比特交织”、“加入控制信号”、“加扰”、“加同步信息”等。两路模拟信号经过以上处理后，变成码率为728Kbit/s的NICAM数据流，再经过规定的频谱成形滤波器后，对所选定的载波进行“差分编码正交移相键控调制”（DQPSK），最后，随电视广播信号一起传送出去。,5,四、几种制式丽音的差异,100余弦滚降带宽为728KHz364KHz40余弦滚降带宽为510KHz255KHz在不同的电视制式中，虽然NICAM信号的结构和处理方法都是相同的，但在传输中仍有一些参数不一样。,6,五、几种制式丽音的频谱结构,（1）I制NICAM频谱图,7,（2）B制NICAM频谱图,8,（3）PALD丽音的频谱结构,数字声副载频位于视频频带之内，对邻近频道不产生干扰。同时，在使用单频道天线放大器或单频道带通滤波器时，不致使NICAM频谱发生畸变从而避免产生误码。,9,六、丽音广播信号的四种组合方式,（1）传送一套立体声节目。这时，（L+R）由原FM伴音传送。（2）传送双声道节目。此时NICAM可传送两路相干或不相干的附加声音，加上原有的FM声音，用户可选择其中的一路。（3）传送一路声音、一路数据。此时，NICAM与FM一道可传送两路声音供用户选择。（4）全部传送数据。此时，NICAM的两个声道皆不传送声音，而以704KbitS的速率传送数据。,10,NICAM的工作方式，由电视台设定，通过数据流中的控制字由用户的电视机进行自动识别，显示目前NICAM的工作方式，以提示用户选择。,11,七、NICAM数字声信号的形成,12,工作原理详解：,1）、预加重在对音频信号处理之前，首先要通过预加重和低通滤波。所谓“预加重”，就是对信号中的高频部分进行提升。提升的目的是提高信号的抗干扰能力。因为音频信号的能量分布是低频端强，高频端弱，而在传输过程中又是高频端容易受到干扰。,13,预加重特性：,2）、低通滤波任何信号在进行数字化处理之前，都要进行频带限制，以防止产生频谱混叠。在NICAM广播中，将音频信号的上限频率选为15KHz，因此，要设置一个15KHz低通滤波器，以滤除15KHz以上的“噪声”。,14,3）、AD变换,根据“尼奎斯特取样定律”，取样频率必须大于两倍模拟信号的上限频率，音频信号的上限频率已选为15KHz，因此，在NICAM中，将取样频率选为32KHz。在将模拟信号转换为数字信号时，必须对取样信号进行“量化”，NICAM728规定，每一个取样值按14bit进行量化，并用二进制补码表示量化后的信号。NICAM中还规定，在14bit原始码中，用最高位表示音频信号的极性。“0”表示音频信号为正，“1”表示音频信号为负。,15,4）、141014比特压缩扩展,a)、为什么要进行1410bit压缩？根据人耳的生理特点，人们在听音乐或语言时，不可能连续的听下去，总是存在一个时间间隔，此间隔大约为1ms，因此NICAM728规定，将连续取样的信号每一毫秒分为一段，并称为“一帧”。一帧内包含LR通道的两个数据块，每一个数据块中有32个取样值，因此，一帧内的比特数为14322896bit，再加上帧同步字8bit，控制字5bit，附加数据11bit，共计920bit。换算成以秒为单位，即：920KbitS(接近1Mbit/S)，如果不进行压缩，经调制后插入电视频带内，就会对原调频伴音造成干扰，同时，还会对邻频道图像(外插)或本频道色度(内插)产生干扰。,16,b）、压缩方法：,将每个数据块的信号样值幅度以1/2的幂次分为8个段落，并用3bit段落码来表示音频信号幅度所处的段落，并根据每个数据块内幅度最大的取样值所处的段落确定5种编码范围。,17,如果编码范围为1，表示一个数据块在1ms时间内有最大幅度信号存在，经1410bit压缩后，可以不传送4位低有效值，人们的听觉分辨不出来，接收端解码时，在最低位补上4个0，就实现了1014bit扩展。如果编码范围为5，相对幅度在-1/161/16之间，其最高位是0表示正极性，1表示负极性，这时，可以丢掉4个次高位而保留最高位，就把14bit信号压缩成10bit了。,18,5）、奇偶校验位：,在2、3、4编码范围，既要丢掉最低有效位，也要丢掉次高有效位。这样，经过压扩处理的音频信号分解力随幅度减小而增加，在编码范围1内为10bit，编码范围2内为11bit，编码范围3内为12bit，编码范围4内为13bit，编码范围5内为14bit。,3bit段落码代表了信号幅度范围，如果在传输过程中段落码出错，会造成整个一帧出错，因此，对段落码实施保护尤为重要。,19,在NICAM728中，3bit段落码不占用专门的比特位，而通过奇偶校验位副带传送。一帧内有两个取样块，每个取样块32个取样值，共64个取样值，即需要64个奇偶校验位，根据规定，一帧内每个数据块有3bit段落码，两个数据块共6bit，并规定9个奇偶校验位为一组，并副带传送一位段落码，传送6位段落码共需54个奇偶校验位(69=54)，余下的10bit奇偶校验位不传送段落码。,20,关于奇偶校验：,在1410bit压缩后的数据最高位后面增加一位“奇偶校验位”，它可以保护最高6个有效位不出错。校验位的值由高6位的值和校验法则决定。,假设要传输三个四比特信号分别为0110、1101、1010。可将这三个信号排列成一个3X4的矩阵：,21,加奇偶校验位的方法是在每一行和每一列的后面增加一位冗余数据，通过计算每一行或每一列中“1”的个数来确定校验位的值，当“1”的个数为偶数时，奇偶校验位设为“0”，当“1”的个数为奇数时，奇偶校验为设为“1”，最后一个奇偶校验位的值则由三组数据中“1”的总数确定。据此，上面传输的三个四比特数便成为：,22,纠错方法：,原编码信号,出错数据,解码纠错,重新计算,23,6）、压缩后的NICAM数据结构：,24,各部分的作用：,（1）帧同步字FAW为8位，并固定为“01001110”。帧同步字用于接收端一帧信号的同步和识别一帧信号的开始。（2）控制字C有5位，C0是帧标记位，前8帧C0置1，后8帧C0置0，16帧构成一个循环，并规定在一个循环内传送的信号类型(即4种不同的组合方式)必须相同。信号类型由控制字C1、C2、C3三位来表示。控制字第5位C4代表某一频道NICAM信号与模拟调频伴音信号所载信息之间的关系。（3）附加数据AD共有11位，目前还没有规定它的用途。,25,（4）在一帧结构中，真正用于传送音频信号数据是从第25位开始，到728位，共704位。在播送立体声节目时，是将左右两个数据块的数据交替传送的，即A1、B1、A2、B2A32、B32。在播送非立体声或数据时，是以数据块交替传送的，即A1、A2A32、B1、B2B32。（5）每一个数据块包含32个取样值，每一个取样值中前10位为1410bit压缩后的音频数据，最后一位为奇偶校验位，采用奇偶校验位可以有效的保护段落码。除非在9个一组中有5个以上的取样值同时出错才会使副带传送的一位段落出错，这种情况一般不会出现。,26,7）、位交织处理,位交织处理就是把原来的码序打乱，按照规定的码序重新排列。NICAM728中规定：帧同步字、控制字、附加数据不进行位交织，704bit音频数字按44列X16行进行位交织，即用一个44X16的存储器，按列顺序写入，而按行顺序读出，从而实现了“位交织”。,27,8）、加扰码,由于接收端在解调数字信号时需要恢复时钟脉冲，而串行传输时不能象并行传输那样使用单独的数据线来传输时钟信号，时钟的恢复只能利用信号本身的跳变来产生。在数据流中，免不了有长串的连“0”和连“1”出现，会导致电平跳变数目减少而缺乏时钟信息。常用的解决方案是加“扰码”。加扰码的方法是：在帧同步后面用一个规定的伪随机二进制码(PRBS)分别与控制字、附加数据和音频信号数据逐位进行“模二加”。经过扰码后的数据流中将只有很短的连“0”和连“1”，从而电平跳变多，时钟信息丰富。,28,串行原码入,实现扰码的生存多项式为：G1(x)=x9+x4+1扰码产生电路如下：,接收端在解码时，也在帧同步字之后用与编码端相同的伪随机二进制码与传输的数据进行“模二加”，这样，就得到了未加扰码时的数据流（即去扰码）。,扰码出,扰码器,图中D为1比特延时器。模二加为：000011101110,PRBS：G1(X)=X9+X4+1,29,加扰码也是一种防错保护措施。加扰码还有一个好处，就是在无声音期间，不致使能量全部集中在数字载频上，以致对图像和原调频伴音形成干扰。扰码虽然扰乱了原有数据的本来规律，但因为是特意扰乱的，在接收端可以用同样的PRBS电路对扰码数据进行“去扰”,恢复出原数据流。,30,脉冲滚降成形滤波器,脉冲滚降电路实际上是一个脉冲成形滤波器，用它来改变脉冲形状，以便适应传输要求。基带信号(未经调制的数字信号)是以矩形脉冲来表征二元码的。这种矩形脉冲具有无限多的高次谐波分量，如果直接传输，则会因为传输通道频带有限而造成信号中的高频丢失，产生波形失真。当一系列脉冲因信道带宽受限而出现波形失真时，其波形会在时域内扩散，影响到邻旁的数据波形，引起相邻数字信号波形之间在时间上的重叠，如果传输系统的性能不理想或者通道特性不良而引起判决时出现时钟抖动、截止频率变化或者信号速率变化，都会使数码脉冲再生电路产生误码。,31,解决的办法是修正数字信号脉冲的幅度特性形状，使在截止频率点的幅度特性变得圆滑一些，这称为幅度特性的“滚降”。因输入数字脉冲的频谱和脉冲成形滤波器频谱的乘积成余弦，因此又称为余弦滚降滤波。,升余弦滚降特性：图中/c称为滚降系数，c是无滚降时的截止频率，是滚降部分的带宽，0c，所以01。在B/G、D、L制式中均规定滚降系数为40%。,32,根据奈奎斯特第一准则，无码间干扰时的基带传输特性应满足以下公式：,33,满足上述传输函数的频谱特性如下：,34,物理意义：,将（3/T，/T）一段曲线与(/T，3T）一段曲线均平移至（/T，/T）上，与（/T，/T）上那段曲线相加，结果，得到在（/T，/T）频带内幅度为恒值，在此频带外幅度为0的总曲线。该曲线对应一个理想的低通滤波器。,35,9）、DQPSK调制,DQPSK调制是一种数字调制方式。数字调制方式也有调幅、调频和调相之分，DQPSK是数字调制方式中的相位调制方式，在相位调制方式中又有绝对调相和相对调相之分，DQPSK是一种相对相位调制方式。DQPSK调制意为“差分正交相移键控调制”。其中PSK意为移相键控调制，QPSK（或4PSK）为四相移相键控调制。QPSK为绝对调相，而DQPSK为相对调相。,36,A）、QPSK调制器电路组成：,37,B）、串并转换电路,根据多相调制的要求，串行数据信号首先要进行串并转换，按2n相调制要求，每n个数据分为一组，二相调制时n1，此时每一比特为一组，四相调制时n2，此时，每两个比特为一组，八项调制时n=3，此时，每三个比特分为一组QPSK调制器为四相移相键控调制，n=2,因此，要将输入的串行二进制数据按每两位数字信号分为一组。前一码元用a表示，后一码元用b表示，变为两路速率减半的二进制序列a和b，然后并行输出。这种由两个二进制码组成的码元又称为“双比特码元”。,38,C）、数模变换,数模变换器是要将二进制数“0”和“1”变换为1和1，因为“0”对载波进行平衡调制时无输出，而1和1对载波进行平衡调幅时输出信号反相。令a路比特序列中的0和1以1和1表示，并用函数I(t)标记，令b路比特序列中的0和1也以1和1表示，并用函数Q(t)标记。数模变换器可以使每对双比特码元形成四种数据组合方式，对载波进行调制以后就能得到四种不同的相位。,39,D）、QPSK信号的形成,经数模变换后，由I(t)对载波Sint进行平衡调幅，得到I(t)SintSint，同样，由Q(t)对载波Cost进行平衡调幅，得到Q(t)CostCost。最后，将Sint与Cost信号相加，从而形成QPSK信号。QPSK调制是一种绝对调相方式，它是以双比特码元的绝对值来确定输出载波的相位的。,40,E）、ab码元调制波的四种组合状态：,QPSK的星座图：,双比特码元与载波相位关系：,41,F）、DQPSK调制器电路组成,42,在DQPS调制中，用载波的相对相位值表示所传送的信息。每个码元的载波相位不是以未调载波的相位作为基准，而是以相邻的前一码元载波相位为基准确定其相位，也就是利用前后码元(数字信号)的载波相位的相对变化来传送信息(差分调相)。DQPSK与QPSK相比较，是以前后符号间调相波的相位差来反映当前调制符号的数据的。所以在串并转换电路之后要经过差分编码处理，然后再进行QPSK调制。,43,G）、差分编码,差分编码的作用是将输入的双比特绝对码ab变换成双比特相对码cd，从而由cd码产生的QPSK信号与由ab码产生的DQPSK信号完全相同。在差分编码前使用的二进制码为非归零码(NRZ)，在NRZ码中用低电平表示“0”，高电平表示“1”，这称为绝对码。再经差分变换成倒相的非归零码(NRZI)，在NRZI中，用数据周期内电平跳变表示“1”，不跳变表示“0”，这称为相对码或差分码。经过差分编码以后再对载波进行绝对调相，得到的基准相位不是一个固定的载波相位，而是用前面一个符号（双比特码元）的相位作为基准相位。,44,NRZI码的优点在于，接收端对数据流的极性不敏感，只响应于极性的变换，容易解码和提取时钟信息。差分编码规则用数学公式表示为：bk=akbk-1式中bk是编码后的差分码序列，ak是原码序列，表示模二加，bk与ak之间的关系是：当ak为1时，bk的值与其前一位bk-1的值相反；当ak为零时，bk的值与其前一位bk-1的值相同。,45,实现差分编码的电路为：,图中D为1bit延时器。编码输出可以是bk序列，也可以是bk-1序列，区别在于前者是在ak=1的前沿发生电平跳变，后者是在ak=1的后沿发生电平跳变。,46,DQPSK信号的载波相位变化,DQPSK信号的星座图,47,八、丽音解码电路,48,1）、电路组成：,在有丽音接收功能的彩电中，SIF既有丽音中频，又有原调频伴音中频，因此，要求SIF带宽较宽，一般都采用“伴音准分离”电路来分离SIF。通过FM中频滤波和NICAM中频滤波将调频广播与丽音广播分开。为了避免调频广播对丽音的干扰，在对丽信号解调前，还要对FM中频进行陷波。,49,SIF2经NICAM滤波、模拟SIF滤波以后，送入DQPSK解调器，将DQPSK信号与5.85MHz载波进行正交解调，取出I信号和Q信号，经数模转换以后送入差分逻辑电路，再由并行数据变为串行数字信号送入NICAM解码器。在NICAM解码器中，对NICAM数据流进行“去扰码”、“去交织”、“检错”、“1014bit扩展”、数字低通滤波、数字去加重，还原LR数字信号。最后经D/A变换输出。,50,2）、DQPSK信号的解调,A）、电路组成：,51,DQPSK调制也是一种抑制载波的调制方式，因此，接收端在解调时必须恢复载波。若不考虑传输信道引起的失真和噪声的影响，则解调器输入的DQPSK信号在一个码元内可以表示为：s(t)g(t)Sin(t+k)式中k表示载波相位上支路乘法器输出为：S(t)Sin(t-/4)=g(t)Sin(t+k)Sin(t-/4)=1/2g(t)Cos(k+/4)Cos(2t+k/4)经低通滤波器后输出为：u=1/2g(t)Cos(k+/4),B）、解调原理,52,同理，下支路乘法器输出为：S(t)Sin(t/4)=g(t)