Transcript 液晶电视实习教学平台电路分析

液晶电视实习教学平台
电路分析与实验
王金辉
主讲
2011年05月
液晶电视实习教学平台结构
高频头电路
液晶屏驱动
电源电路
单片机控制
中放电路
伴音电路
1 电源电路部分
• 根据调整管的工作状态，我们常把稳
压电源分成两类
– 线性稳压电源
– 开关稳压电源
1.1 线性稳压电源
• 1、原理、应用、特点
1.2 开关电源
• 开关电源的工作原理、应用、特点
~220V
电源整流
滤波
直流
电压
开关振荡
电路
高频脉
冲电压 脉冲整流
取样、稳压控
制电路
滤波
直流电压输出
两种电源比较
电源电路测试要求
•
•
•
•
了解线性稳压电源的工作原理
理解电源的重要性能参数的含义
懂得如何测量电源的重要性能参数
DC-DC变换的工作原理
课后学习：开关稳压电源的工作原理与实现。
电源电路测试报告要求
• 阐述液晶电视电源电路的基本结构
– 有几路电压，分别是怎么样得到的？
• 线性稳压电源的工作原理
– 画出方框图、说明各个方框的作用
• DC-DC变换的基本原理
– LM34063升压电路的实现原理
• 线性稳压电源和开关稳压电源的区别
2、高频调谐器模块
2.1 电视天线
• 电视天线有两种
– 半波振子天线：输入阻抗为75欧，如拉杆天线。
– 折合振子天线：输入阻抗为300欧，如仰角天线。
• 输入阻抗：当天线与高频电视信号谐振时天线的
阻抗（纯电阻）。
• 阻抗匹配（即阻抗相等）：天线特性阻抗应与馈
线阻抗相等；馈线应与电视机输入阻抗相等。
注：电视机的高频调谐器输入阻抗一般为75欧，且
为一端接地的非对称式。折合振子天线的输入阻抗
为300欧，所以要用阻抗变换器，以实现阻抗匹配。
2.2 高频调谐器的组成
天线
高通滤波器
高频放大器
混频器
38MHz 图像中频
31.5MHz 伴音中频
33.7MHz 色度中频（彩电）
本机振荡器
•
高频调谐器（高频头）：放大信号，产生混频
信号。
–
–
电子调谐式：遥控器，用电位器改变调谐电路中变容
二极管两端电压（即改变电容容量）来调节频道的。
机械式：靠旋转转换开关来实现频道转换的。
作用：选频、放大和混频。
天线
高通滤波器
高频放大器
混频器
38MHz 图像中频
31.5MHz 伴音中频
33.7MHz 色度中频（彩电）
本机振荡器
•
•
高通滤波器：防止工业高频（工频）及无线电通信信号输入。
高频放大器（高放）：从天线接收到的各种高频信号中，选出我们所需
接收的信号，加以放大，再将放大后的信号送入混频级。
•
本振：产生一个比要接收的图像载频（或伴音载频）高一个图像中频
（或伴音中频）的等幅波，并将该等幅振荡送入混频器。
•
混频：将高放送来的图像和伴音载频信号与本振信号差拍，产生图像和
伴音的中频信号，送给图像中频放大器。为了说明混频原理，举例如下：
例如第五频道：
122．25MHz（本振频率）-84.25MHz（图像载频）=38MHz（图像中频）
122．25MHz（本振频率）-90.75MHz（伴音载频）=31.5MHz（伴音中频）
2.2 高频头的电路分析
VL段：1-5频道
47-92MHz
VH段：6-12频道 BU段：13-68频道
167-223MHz
470-958MHz
2.3 高频头电路的测试内容
•
•
•
•
•
电视高频头的输入阻抗
VL波段电视频道
VH波段电视频道
BU波段电视频道
高频头输出固定中频信号
2.4 高频头模块报告内容
•
•
•
•
1、高频头的组成及各部分的作用。
2、说明高频头的作用。
3、说明高频头各引脚的功能。
4、电视机是如何实现调台的？
3、单片机控制模块
3.1 单片机控制模块的组成
液晶显示模块
按键
复位电路
晶振
存储器
单片机
AT89S52
红外接收头
ADC
•
•
•
•
晶振：11.0592MHz
ADC：ADC0832
按键：4个
液晶显示模块：
1602
• 存储器：AT24C08
• 红外接收头
3.2 工作原理
1脚：检测正脉冲的同步信号
2脚：+5V模块工作电压
3脚：检测正脉冲的同步信号
4脚：接来自中放电路的AFT电压，经A/D转换后判断接收电台的最佳状态
5脚：输出到音量自动调节电路，在自动调节电路中经PWM调节后输出
6脚：输出控制VH波段电压
7脚：输出到亮度自动调节电路，在自动调节电路中经PWM调节后输出
8脚：输出控制VL波段电压
9脚：输出到对比度自动调节电路，在自动调节电路中经PWM调节后输出
10脚：输出到调台自动调节电路，在自动调节电路中经PWM调节后输出
3.2 单片机模块测试内容
• 单片机晶振产生的波形
• PWM波形输出
3.3 单片机测试报告内容
• 单片机模块的组成
4、中放模块测试实验
4.1 中放电路模块组成
混频输出
高放
高放AGC
中频放大器
视频检波器
预视放
伴音通道
视放输出级
AGC电路
• 我国对电视机中频信号的规定：图像中频
38MHz、伴音中频31.5MHz，色度中频
33.7MHz。
• 放大倍数在1000倍以上，放大增益60-80dB。
混频输出
高放
•
•
•
•
高放AGC
中频放大器
视频检波器
预视放
伴音通道
视放输出级
AGC电路
中频放大器：将混频器送来的图像中频和伴音中频，按一定频率特性
进行放大，对图像中放信号放大达60dB左右，而对伴音中频信号放
大量仅为图像中频放大量的3-5%。压低伴音中频放大量是为了防止
伴音干扰图像。
视频检波器：从图像中频信号中间出视频全电视信号，（其峰峰值约
为1-1.4V），然后送到视放进行放大。另外，利用检波管的非线性特
性，将38MHz的图像中频和31.5MHz的伴音中频进行差拍，产生
6.5MHz的第二伴音中频信号.
预视放：将图像检波器检出的视频信号进行放大，然后分别送到下述
各部分：视频放大器、AGC电路、同步分离电路、伴音中放电路。
预视放电路既作为信号分配电路，又作为第二伴音中频的第一级放大
器。
AGC电路：把ANC电路送来的强弱不同的视频信号，变成强弱不同
的直流电压，去控制电视机高放及第二、三级中放的增益，使检波输
出信号保持在一定电平，使图像清晰稳定。
4.2 中放电路模块电路分析
•
•
•
•
•
•
•
IF输入38MHz图像中频，31.5MHz伴音中频，33.7MHz色度中频。
AGC给高频头提供高放延迟AGC电压（+3V）
V201 放大管，为了弥补Z201的损耗
Z201 声表面滤波器，一次成型所需中频特性曲线，但信号经过时损耗较大。
38MHz图像中频信号、31.5MHz伴音中频信号经过V201放大，Z201成形中频
特性曲线，从①⒃脚双端输入IC201。
IC201完成中频放大，视频检波、中放AGC、高放延迟AGC等功能。
IC201各脚的功能：
–
–
–
–
–
–
–
–
–
①⒃ 输入38MHz图像中频、31.5MHz伴音中频，双端输入，差分放大。
⑿ 输出0-6MHz全电视信号，6.5MHz第二伴音中频信号。
④ 输出高放延迟AGC电压
②⒂ 外接滤波电容，给IC内部提供交流通路。
③ 外接高放延迟AGC调整电路
⑤⑥ 自动频率微调电路
⑦⑩⒀ 接地
⑾ （+12V）
⒁ 外接中放AGC峰值检波充放电电容
4.3 中放电路模块实验内容
• 静态工作电压测量
• 幅频特性曲线的测量
4.4 中放模块实验报告内容
• 1、画出电视机中放电路原理框图，说明各
框功能。
• 2、说明频率特性测试仪的预置过程。
• 3、画出中放幅频特性曲线，并简单说明该
曲线的含义。
• 4、中放电路输出的信号包括哪些？分别被
送到什么电路？
5、 伴音模块测试实验
5.1 伴音模块组成
•
•
•
伴音中放：将预视放放大了的6.5MHz第二伴音
中频信号进一步放大，并将放大后的信号送给
鉴频器。
鉴频器：将伴音中放送来的伴音中频信号进行
鉴频，取出音频信号，并将此信号送到伴音低
放。
伴音低放：将鉴频器送来的音频信号进行电压
和功率放大，然后推动扬声器，还原出声音。
• （2）MPEG-1标准
MPEG-1是针对数据传输率在1.5Mbit/s以下的数字
存储介质图像及其伴音编码而制定的国际标准，
VCD主要采用MPEG-1标准，MPEG-1的视频原理框图
和H.261的相似。
为了提高压缩比，MPEG-1标准采用了帧内/帧间
图像数据压缩技术。帧内压缩算法与JPEG压缩算
法大致相同，采用基于DCT的变换编码技术，用
以减少空域冗余信息。帧间压缩算法，采用预测
法和插补法。预测误差可在通过DCT变换编码处
理，进一步压缩
• （3）MPEG-2标准
MPEG-2标准的全称为“运动图像及其伴音的编
码”，其中H.262就是它的视频编码部分。MPEG2包括系统、视频、音频及一致性（检验和测试视
音频及系统码流）4个文件。作为一个目前在
DVD存储和数字电视广播方面得到了广泛应用的
国际标准，它的成功之处在于提出了通用的压缩
编码方法，它按照不同的压缩比分成5个档次
(Profiles)，并按视频清晰度分别分成四个级别
(Levels)，共有20种组合。其中最常用的有11种，
分别用于标准数字电视、高清晰度电视，码率从
4Mbit/s～100Mbit/s。
• （4）MPEG-4标准
MPEG-4标准并非是MPEG-2的替代品，它
着眼于不同的应用领域。MPEG-4的制定初
衷主要针对视频会议、可视电话超低比特
率压缩（小于64Kb/s）的需求。在制定过程
中，MPEG组织深深感受到人们对媒体信息，
特别是对视频信息的需求由播放型转向基
于内容的访问、检索和操作。
• MPEG-4视频压缩算法相对于MPEG-1/2在
低比特率压缩上有着显著提高，在CIF
（352*288）或者更高清晰度（768*576）
情况下的视频压缩，无论从清晰度还是从
存储量上都比MPEG1具有更大的优势，也
更适合网络传输。另外MPEG-4可以方便地
动态调整帧率、比特率，以降低存储量。
• （5）MPEG-7和MPEG-21
• MPEG-7标准被称为“多媒体内容描述接口”，这
种标准化的描述可以加到任何类型的媒体信息上，
不管视频信息的表达形式或压缩形式如何，允许
快速有效的查询用户感兴趣的信息。它的目标是
支持多种音频和视觉的描述，包括自由文本、N维
时空结构、统计信息、客观属性、主观属性、生
产属性和组合信息，因此MPEG-7主要是用于数字
化图书馆和广播式媒体。
• MPEG-21则是一些关键技术的集成，通过这种集
成环境就对全球数字媒体资源进行透明和增强的
管理，实现内容描述、创建、发布、使用、识别、
收费管理、产权保护、用户隐私保护、终端和网
络资源抽取、事件报告等功能。
• （6）H.264/ MPEG-4 AVC
H.264/ MPEG-4 AVC是ITU-T和ISO/IEC共同成立的
联合视频组JVT(Joint Video Team)共同制定的新
标准。JVT标准在ITU-T中的正式名称为H.264，在
ISO/IEC中的正式名称为：MPEG-4 AVC标准，作为
MPEG-4标准的第十部分。
H.264/ MPEG-4 AVC作为面向电视电话、电视会
议的新一代编码方式，目标是在同等图像质量条
件下，新标准的压缩效率比任何现有的视频编码
标准要提高1倍以上。H264/ MPEG-4 AVC集中了
以往标准的优点，并吸收了以往标准制定中积累
的经验, 采用简洁设计,使它比MPEG4更容易推广。
H.264/MPEG-4 AVC使用了多参考帧、多块类型、
整数变换、帧内预测等新的压缩技术，创造性地
使用了更精细的分象素运动矢量（1/4、1/8）和新
一代的环路滤波器，使得压缩性能大大提高，系
统更加完善。
13.2.2 音频压缩编码
• 音频压缩编码一种是利用统计相关性去除
音频信息中的冗余数据；另一种是不相关
压缩，利用人耳的心理声学现象，如频域
掩蔽效应和时域掩蔽效应。
1．音频信号压缩的基本技术
• 音频信号压缩基本技术包括波形编码、参
数编码、混合编码。
2．人耳听觉特点
• （1）人耳听觉域值特性
• 在安静的环境中人耳刚刚能感觉到的最小
声音强度称为听域，其与频率变化的曲线
如图13-4所示。
图 13-4 人耳听觉域值特性曲线图
• （2）人耳听觉的掩蔽特性
• 当有一个强度为70dB、频率为1kHz的纯音
出现时，与人耳听觉域值特性曲线混合，
形成新的掩蔽特性曲线，见图13－5。
图 13-5 人耳听觉掩蔽特性
3．音频压缩编码
数学电视广泛采用的音频数据压缩编码是
MUSICAM编码和杜比AC-3编码。
• （1）MUSICAM编码
MUSICAM（自适应掩蔽模型的通用子带综
合编码及复用）已经被MPEG音频压缩标准
采用。
MUSICAM的编码原理图如图13-6所示。
图 13-6
MUSICAM 编码原理图
（2）AC-3编码
• 美国高级电视制式委员会(ATSC)规定电视伴音压
缩标准是杜比实验室开发的AC-3系统。该系统的
音响效果为高保真环绕立体声。目前市场流行的
家庭影院的音响系统多数采用此标准。
• 杜比AC-3规定的取样频率为48kHz，每个音频节目
最多可有6个音频声道。这6个声道是：左(Left)、
右 (Right) 、 中 央 （ Center ） 、 左 环 绕 (Left
Surround)、右环绕(Right Surround)和低频增强
(LFE Low Frequency Enhancement)。LFE声道的
带宽限于20～120Hz，其它声道道的带宽为20kHz。
美国的HDTV标准中AC-3可以对1到5.1声道的音频
源编码。
图 13-7
AC-3 编码原理图
4．声像同步
• 图像数据冗余量大小不同，压缩比不同，
延时也各不相同。声音和图像分别处理，
也造成延时的不同。为了实现声像同步，
在信号码流中每经过一个规定的间隔加入
一个时间标记，有了这个标记，就可以在
接收端显示之前的解码过程中，根据这个
标记进行重新排序，重建在压缩编码之前
图像的顺序，以及声音与图像之间的时间
关系，从而实现声像同步。
13.2.3 中国音视频编解码技术标准
――AVS标准
• 在HDTV视频压缩编解码标准方面，美国、欧洲
和日本都采用MPEG-2标准。MPEG-2压缩后的信
息可以供计算机处理，也可以在现有和将来的电
视广播频道中进行分配。在音频编码方面，欧洲、
日本采用了MPEG-2标准；美国采纳了杜比(Dolby)
公司的AC-3方案，MPEG-2为备用方案。但随着
技术的进步，1994年完成的MPEG-2随着技术的进
步现在显得越来越落后，国际上正在考虑用
H.264/MPEG-4 AVC来代替目前的MPEG-2。
• 在中国，为规避国外专利，中国的“数字音视频
编解码标准工作组”制定了面向数字电视和高清
激光视盘播放机的AVS
（Audio Video coding Standard）标准。AVS 1.0包
括系统、视频、音频和一致性等标准支撑部分。
该标准具有自主知识产权，与MPEG-2标准完全兼
容，也可以兼容H.264/MPEG-4 AVC国际标准基本
层，其压缩水平据称可达到MPEG-2标准的2-3倍，
而与H.264/MPEG-4 AVC相比，AVS更加简洁的设
计降低了芯片实现的复杂度。
1.AVS标准的技术路线
• 制定AVS标准的基本技术路线是“大胆采用主流
技术，小心规避国外专利”，即在清楚分析国际
标准的发展历程、技术框架、关键技术和利益关
系的基础上，采用当前国际主流的技术方案，在
认真分析本领域已注册专利的基础上，大胆采用
国际范围内积累的公开编码压缩技术，用自主技
术“绕开”正在处于专利保护期的技术，加入我
国自主创新的成果，制定性能上超过国际标准、
技术上具有自主权的国家标准。AVS采用了很多
不受专利保护的公开技术；在AVS的自主专利中，
一部分是针对国际专利提出的另外一种解决方案，
另一部分是创新技术。
2.AVS标准的特点
• (1)高效
AVS比MPEG-2编码效率高2倍，与H.264编码效率相
当。
• (2)复杂度低
AVS编码复杂度相当于H.264的30％，解码复杂度相
当于H.264的70％。而且与MPEG-2系统兼容，电视
台现有的基于MPEG-2编辑与传输系统不需要改变。
• (3)许可费低
MPEG-2许可费为20元，而AVS许可费初步为1元。
3.AVS产业实现的可行性
• (1)芯片实现
AVS标准在数字电视系统的产品实现关键
是AVS编码和AVS解码芯片。前者能够把各
种输入音视频信号编码压缩为AVS码流，用
于数字电视节目播出。后者作为数字电视
机顶盒或接收机中的核心芯片。
• (2)数字电视运营业
数字电视运营系统的三个主要环节是：制作、
播出、传输。其中制作（电视台演播室）
和传输（数字电视传输网）是数字电视运
营业投入最大的部分，但二者都与播出节
目所采用的格式无关，因此采用AVS，不影
响这些设备的既有投入。
对于已经开播数字节目的电视台，如果要
换成AVS，唯一要求修改的是播出环节。
• (3) 数字电视制造业
数字电视信道标准有DVB、ATSC、ISDB和中国标准
四 种 制 式 ； 数 字 电 视 信 源 标 准 有 MPEG-2 、
H.264/MPEG-4 AVC 和AVS三种制式。
无论AVS标准还是MPEG标准，实现信源解码都是一
块解码芯片。这块芯片和整机其他部分的之间的
接口是统一的，数字电视接收机通过更换解码芯
片，可以支持不同的信源标准。接收机制造商可
以根据目标市场的信源标准，更换解码芯片后出
口销售。AVS标准对接收机制造商的利益不仅是节
省专利费。国外厂商可能会以多种技术贸易措施
(TBT)对我国制造业进行牵制，AVS提供了一个互
为准入、交叉许可的谈判筹码，可以改变我国制
造业的被动局面。
• (4)高清晰度视盘机
我国正在发展自主的光盘和光盘机技术与标准
EVD（Enhanced Versatile Disc，增强型多能光
盘），红光光学伺服系统和盘片较为切实可行。
但是需要3张以上盘片才能存放一部MPEG-2编码
的高清电影。由于AVS压缩高清节目效率比
MPEG-2高三倍，因此一张盘片就可以存放一部电
影。AVS和EVD配合，就可以产生我国的高清晰
度视盘机。
13.3 多路复用
• 多路复用分为节目复用和系统复用，前者
是将一路数字电视节目的视频、音频和数
据等各种媒体流按照一定的方法时分复用
成一个单一的数据流。后者是将各路数字
电视节目的数据流进行再复用，实现节目
间的动态带宽分配，提供各种增值业务。
13.3.1 节目复用
• 1. PES流
MPEG-2的结构可分为压缩层和系统层。一路节目的视
频、音频及其他辅助数据经过数字化后通过压缩层完
成 信 源 压 缩 编 码 ， 分 别 形 成 视 频 的 基 本 流 ES
(Elementary Stream)、音频的基本流和其他辅助数据的
基本流；紧接着系统层将不同的基本流分别打包（分
组）为PES(Packetized ES，打包基本流)包,又称为分组
基本码流。
• 2. TS流
为了多路数字节目流的复用和有效的传输，又将各种
PES包（视频PES包、音频PES包和其它辅助数据的
PES包）按一定的比率复用后可形成一路节目的TS流。
图 13-8
MPEG-2 视频流和音频流的节目复用
13.3.2 系统复用
• 在实际的通信系统中，一路常规的模拟电
视信道中可传送多路数字电视节目，在调
制之前要将多路节目(可能具有不同时基：
PCR)的TS流进行再复用(Remultiplex)，实
现节目间的动态带宽分配，提供各种增值
业务，以适合传输的需要。这种多路节目
的复用常称为系统复用
图 13-9 节目复用和系统复用方框图
13.4
信道编码
• 信道编码又称为纠错编码，是指将数字电
视信号进行编码处理，以使编码后的传送
码流与信道传输特性相匹配，其根本目的
是为了提高信息传输的可靠性，即提高数
字电视系统的抗干扰能力。信道编码是数
字通信区，其主要实现方法是通过增大码
率或频带，即增大所需的信道容量。
• 数字电视的信道也就是数字电视信号传输
的通道，一般有地面广播信道、有线电视
传输信道和卫星广播信道等3种。
• 数字电视系统对信道编码技术可概括为两
点：一是通过附加一些数据信息以实现最
大的检错纠错能力；二是数据流频谱特性
适应传输信道的通频带特性，以使信号能
量经由通道传输时损失最小。
• 数字电视系统信道编码技术主要包括纠错
编码技术、数据交织技术、网格编码技术
等。
13.4.1 差错控制系统
• 在数字通信系统中，利用纠错检错码进行
差错控制的基本方式大致可分为以下三类：
前向纠错(FEC)、反馈重发(ARQ)与混合纠
错(HEC)。
1．前向纠错(FEC，
Forward Error Correction)
• 信息在发送端经纠错编码后送入信道，接收端通
过纠错解码自动纠正传输中的差错，这种方式称
为前向纠错。前向表示差错控制过程单向，不存
在差错信息反馈。前向纠错具有无需反向信道、
时延小、实时性好等优点，它既适用于点对点通
信，又适用于点对多点组播或广播式通信，其缺
点是解码设备比较复杂、纠错码必须与信道特性
相匹配、为提高纠错性能必须插入更多监督码元
致使码率下降。
2．反馈重发(ARQ，
Automatic Repeat Request)
发送端发送检错码，接收端通过解码器检测接收码
组是否符合编码规律，从而判决该码是否存在传
输差错，若判定码组有错，则通过反向信道通知
发送端重发，如此反复直至接收端认为正确为止，
这种方式称为反馈重发。ARQ系统有两类：一类
是等待式，即发送端每发一码字或一帧，就停下
来等待接收端回音，回音分ACK(认可)与NAK(有
差错)两种，发送端如收到ACK反馈信息则继续发
送下一帧，收到NAK则重发上一帧；另一类是连
续式，对帧或码字进行顺序编号后连续发送，接
收端对所有帧的正确与否按顺序号给出反馈回音，
发端根据回音决定重发与否。
3．混合纠错(HEC，
Hybrid Error Correction)
• 混合纠错是前向纠错与反馈重发二者的结
合，发送端发送的码字兼具有检错及纠错
两种能力，接收端解码器收到码字后首先
校验错误情况，如果差错不超过误码纠错
能力，则自动进行纠错，如果差错数量已
超出误码纠错能力，则接收端通过反馈信
道给发送端一个要求重发的信息。HEC性能
及优缺点介于EEC与ARQ之间，误码率低、
设备不太复杂、实时性与连贯性也比较好，
它在卫星通信中得到了广泛应用。
13.4.2 纠错码分类
根据信道噪声干扰的性质，可将差错分成三类：
• 随机错误：它由信道中的随机噪声干扰所引起，
由于噪声的随机性，因而误码的发生相互独立，
不会出现成片错误；
• 突发错误：它由突发噪声干扰引起，如电火花等
脉冲干扰，会使差错成群出现通常用突发持续时
间与突发间隔时间分布来描述；
• 混合错误：既包括随机错误又包括突发错误，因
而既会出现单个错误，也会出现成片错误。
与差错种类相对应，可对纠错码进行分类，按照适
用的差错类型可划分为纠随机差错码和纠突发差
错码两种(也有介于二者之间的纠随机／突发差错
码)。
1 ． 随 机 差 错 纠 错 码 (Random Error Correction
Code)
其设计目标是纠正随机差错，纠错能力用码组或码
段内允许的独立差错个数来衡量；
2 ． 突 发 差 错 纠 错 码 (Burst Error Correction
Code)
其设计目标是纠正突发差错，纠错能力用可纠突发
差错的最大长度来衡量。
13.4.3 RS编码技术
• RS码由Reed和Solomon两位研究者发明，故
称为里德一所罗门(Reed-Solomon)码，简称
RS码，它是广泛应用在数字电视传输系统
中的一种纠错编码技术。RS码以字节为单
位进行前向误码纠正(FEC)，它具有很强的
随机误码及突发误码纠正能力。
13.4.4 数据交织技术
• RS码具有强大的抵御突发差错的能力，但对数据
进行交织处理，则可进一步增强抵御能力，数据
交织是指在不附加纠错码字的前提下，利用改变
数据码字传输顺序的方法，来提高接收端去交织
解码时的抗突发误码能力，通过采用数据交织与
解交织技术，传输过程中引入的突发连续性误码
经去交织解码后恢复成原顺序，此时误码分散分
布，从而减少了各纠错解码组中的错误码元数量，
使错误码元数目限制在RS码的纠错能力之内，然
后分别纠正，从而大大提高了RS码在传输过程中
的抗突发误码能力。
13.4.5 卷积编码技术
• 卷积编码又称内码或循环码，它是一种非
分组码，其前后码字或码组之间有一定约
束关系。在数字电视信道编码系统中，卷
积编码是RS编码与数据交织的有效补充，
当信道质量较差时，通常采用RS码与卷积
码相级联的形式作为信道编码方案。
13.4.6 网格编码调制技术
• 网格编码调制(TCM，Trellis Coding
Modulation)是指将多电平、多相位调制技
术与卷积纠错编码技术相结合，采用欧式
距离进行信号空间分割，在一系列信号点
之间引入依赖关系，仅对某些信号点序列
允许可用，并模型化为格状结构。TCM技
术的本质是在频带受限的信号中，在不增
加信道传输带宽的前提下，将编码技术与
调制技术相结合，以实现进一步降低误码
率。
13.4.7 级联编码技术
• 数字电视系统由于采用卫星传输、有线传输、地面无
线传输三种方式进行单向广播，因而只能采用正向纠
错编码技术(FEC)进行纠错编码。实际的信道编码系统
通常采用外码加内码的级联编码技术，即采用两级纠
错编码来实现高性能，其解码系统也不复杂。编码部
分主要由外编码、交织、内编码三部分组成，如ATSC
（VSB）采用RS作外码，再交织，然后是TCM编码；
而DVB（COFDM）采用RS作外码，再交织，然后是
卷积编码作为内码。解码部分则由内解码、解交织、
外解码三部分组成。级联编码系统的各部分需要联合
设计，以使整个系统性能能够满足数字电视卫星广播、
数字电视有线广播及数字电视地面广播的需要。
13.5
调制
13.5.1 数字电视信号调制目的
• 数字电视信号经信源编码及信道编码后，将面临
信号传输，传输目的是最大限度地提高数字电视
覆盖率，根据数字电视信道特点，要进行地面信
道、卫星信道、有线信道的编码调制后，才能进
行传输。调制技术分为模拟调制技术与数字调制
技术，其主要区别是：模拟调制是对载波信号的
某些参量进行连续调制，在接收端对载波信号的
调制参量连续估值，而数字调制是用载波信号的
某些离散状态来表征所传送信息，在接收端只对
载波信号的离散调制参量进行检测。
• 由于在数字电视系统中传送的是数字电视信号，
因此必须采用高速数字调制技术来提高频谱利用
率，从而进一步提高抗干扰能力，以满足数字高
清晰度电视系统的传输要求。与模拟调制系统中
的调幅、调频和调相相对应，数字调制系统中也
有 幅 度 键 控 (ASK) 、 移 频 键 控 (FSK) 和 移 相 键 控
(PSK)三种方式，其中移相键控调制方式具有抗噪
声能力强、占用频带窄的特点，在数字化设备中
应用广泛。此外，正交幅度调制(QAM)是对载波振
幅与相位同时进行数字调制的一种复合调制方式，
可进一步提高信号传输码率，在实际中得到广泛
应用。
• 高速数字调制技术通常用于混合光纤同轴电缆传
输系统中，主要有QPSK调制、QAM调制、
COFDM调制、VSB调制、扩频调制五种，目前在
数字电视传输系统中采用的调制技术主要包括正
交相移键控调制(QPSK)、多电平正交幅度调制
(MQAM)、多电平残留边带调制(MVSB)以及正交
频分复用调制(OFDM)。例如，在欧洲DVB系统
中，数字卫星广播(DVB-S)采用QPSK，数字有线
广播(DVB-C)采用QAM，数字地面广播(DVB-T)
采用编码正交频分复用调制(COFDM)。
13.5.2 数字调制技术
• 数字基带信号不适于在传输信道中直接传送。通
常在传输前要对数字基带信号进行处理，减少其
低频分量与高频分量，使能量向中频集中，或者
采用数字调制技术进行频谱搬移，以适应传输信
道更高频谱范围的要求。
• 数字调制技术是指将数字基带信号调制在载波上，
使其变换成适合信道传输的数字频带信号，从而
实现频谱搬移。
• 为提高频谱利用率，通常采用多进制调制
方法，以提高单位频带的利用率，从而可
降低码率、减少信道带宽。利用M进制数字
基带信号分别调制载波的幅度、频率和相
位，可分别产生MASK、MFSK及MPSK等
多进制载波数字调制信号，其中四相移相
键控(QPSK)、正交振幅调制(QAM)及残留
边带调制(VSB)在多进制调制中比较常用。
• QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)是一种相
位调制技术，它规定了4种载波相位，QPSK中每次
调制可传输2个信息比特，这些信息比特通过载波
的4种相位来传递，解调器再根据星座图及接收到
的载波信号相位来判断发送端发送的信息比特。
• 在QPSK中，数字序列相继两个码元的4种组合对
应4个不同相位的正弦载波，即00、0l、10、11分
别对应A0cos(ωct+π/4)、A0cos(ωct-π/4 )、
A0cos(ωct+3π/4 )、A0cos(ωct-3π/4),其中0≤t＜
2T，T为比特周期。图13-10（a）是QPSK相位矢
量图，图中I表示同相信号，Q表示正交信号。
图 13-10 QPSK 的矢量图和星座图
• 图13-10（b）是QPSK星座图，星座图中不
画矢量箭头只画出矢量的端点。星座图中
星座间距离越大，信号的抗干扰能力就越
强，接收端判决再生时就越不容易出现误
码。星座间的最小距离表示调制方式的欧
几里德距离。欧几里德距离d可表示为信号
平均功率S的函数。
图 13-11 QPSK 调制器原理方框图
• 图13-11是QPSK调制器的原理框图，码率为R的数
字序列S(t)经分裂器分裂为码率为R／2的I、Q信
号，再由I、Q信号生成幅度为-A～A的双极性不归
零序列Re(t)、Im(t)，Re(t)和Im(t)分别对相互
正 交 的 两 个 载 波 cosωct 和 cos(ωct+π/2) ＝ sinωct进行ASK(幅度键控)调制，然后相加得到
已调信号SQPSK(t)。
• SQPSK(t)＝Re(t)cosωct-Im(t)sinωct
• QPSK是数字微波通信系统、数字卫星通信系统及
数字电视有线广播上行通信中最常用的一种单载
波传输方式，它具有较强的抗干扰能力，在电路
实 现 上 也 比 较 简 单 ， 在 DVB 数 字 电 视 卫 星 广 播
(DVB-S)系统中就是采用QPSK调制技术。
2. QAM调制技术
• 正 交 幅 度 调 制 (Quadrature Amplitude
Modulation)也称为正交幅移键控。这种键控由两
路数字基带信号对正交的两个载波调制合成而得
到。为了避免符号上的混淆，一般用m-QAM代表m
电平正交调幅，用MQAM代表M状态正交调幅。通常
有2电平正交幅移键控(2-QAM或4QAM)、4电平正交
幅移键控(4-QAM或16QAM)、8电平正交幅移键控
(8-QAM或64QAM)等。电平数m和信号状态M之间的
关系是M＝m2。
• 图13-12是MQAM正交振幅调制方框图。
图 13-12 MQAM 正交振幅调制方框图
• 调制信号S由分裂器(串／并变换)分成I、Q
两路信号，再经2-m电平变换器从2电平信
号变成m电平信号x(t)、y(t),用x(t)、y(t)
对正交的两个载波cosωct和sinωct进行
调幅再相加得到已调信号MQAM。
• 正交幅移键控信号的解调采用正交相干解
调器，如图13-13所示。
图 13-13 MQAM 正交振幅解调方框图
• MQAM信号经相干解调后，在输出端分别得
到两个m电平信号x(t)和y(t)，再对m电平
信号进行判决，恢复二进制信号I、Q，最
后将I、Q信号合成为S(t)。
• 在DVB-C中采用QAM调制方式。
3. VSB调制技术
• VSB(Vestigial Side-Band)调制，就是调幅信号
抑制载波、并且两个边带信号中一个边带几乎完
全通过而另一个边带只有少量残留部分通过。为
保证所传输的信息不失真，要求残留边带分量等
于传输边带中失去的那一部分。这就要求残留边
带滤波器在载频处具有互补滚降特性(奇对称)，
这样有用边带分量在载频附近的损失能被残留边
带分量补偿。
• 基带信号经平衡调幅器产生双边带平衡调幅波形,
再通过一个合适的残留边带滤波器得到残留边带
调制信号。
• 图13-14 是VSB调制和解调的波形图。若发送码元
的基带信号频谱波形如图13-14(a)所示，经平衡
调幅后双边带频谱如图13-14 (b)。残留边带滤波
器的幅频特性如如图13-14(c)所示，此滤波器让
大部分上边带(或下边带)通过，同时也让小部分
下边带(或上边带)通过，它的过渡特性就以fc为
中心，呈奇对称形状。于是系统的传输特性如图
13-14 (c)所示，称为残留边带传输。在接收端，
用相乘解调器恢复基带信号，上边带经过解调得
到基带频谱如图13-14(d)所示，在低频部分有一
个缺口；下边带(残留边带)经解调也得到一个低
频频带，如图13-14(e)所示。由于传输特性的对
称性，这两个频带叠加起来正好恢复原来的基带
频谱，如图13-14 (f)示。
图 13－14 VSB 调制、解调频谱图
4. OFDM调制技术
• OFDM(Orthogonal
Frequency
Division
Multiplexing)即正交频分复用调制，它是通过延
长传输符号周期来有效克服多径干扰的一种数字
调制技术，是欧洲数字电视系统所采用的数字调
制方案。OFDM由大量的在频率上等间隔的子载波
构成(设有N个子载波)，将各载波加以调制，也就
是说，将串行传输的符号序列分成长度为N的段，
将每段内的N个符号分别调制到N个子载波上，然
后一起发送。所以，OFDM是一种并行调制技术，
将符号周期延长了N倍，从而提高了对多径干扰的
抵抗能力。
• OFDM调制技术具有很强的抗多径干扰能力，
因而在数字电视系统中应用非常广泛。欧
洲DVB-T与日本ISDB-T调制系统中都是采
用多载波OFDM调制技术，但二者又有区别，
ISDB-T是采用BST-OFDM(Band Segmented
Transmission-OFDM)，即分段传输的OFDM
技术，它将信道分割成多个OFDM段，在每
段内使用相同的载波结构。
• COFDM（Coded OFDM）实际上是将编码和OFDM结合
起来的一种传输方案。OFDM本身不能够抑制衰减，
不同子信道在频域中所处位置不同，受到的衰减
也不同。这就要求采用信道编码进一步保护传输
数据。在所有信道编码方案中，TCM调制结合频率
和时间交织被认为是频率选择性衰减信道中最有
效的方法。COFDM是欧洲DVB地面广播的调制方法，
它最早成功应用在数字音频广播(DAB，Digital
Audio Broadcasting)中，后来被移植到数字电视
中。
13.6 数字电视标准
13.6.1 数字电视标准的作用
• 1．系统方面
• 模拟电视系统是单一的、相互独立的业务系统，而数字
电视系统则是统一的、综合的、从播出到接收的大系统，
接收端与播出端必须完全对应，这就要求对播出系统、
传输系统、接收机或机顶盒制订统一的标准。
• 2．设备方面
• 数字电视的标准不仅规定设备的外在接口，还要对数字
信号处理的整个过程和细节甚至每个比特都作了详细的
规定。如果标准不统一，设备和网络都将无法联通，数
字信号也就无法畅通。
• 3．相互关系方面
• 模拟电视系统的标准是单层次的技术标准，而数字电视
系统的标准则是集信息标准、广播电视标准、通信传输
标准、计算机标准于一体的多层次的标准。
13.6.2 世界三大数字电视标准
• 目前数字电视广播有三种相对成熟的国际
标准制式：
• 欧洲的DVB(Digital Video Broadcasting)
• 美国的ATSC（Advanced Television Systems
Committee）
• 日本的ISDB(Integrated Services Digital
Broadcasting)
1．欧洲数字电视标准DVB
• 欧洲数字电视标准为DVB，DVB制式应用最广泛、
最灵活。DVB制式主要包括数字卫星电视(DVBS)、数字有线电视(DVB-C)和数字地面广播电视
(DVB-T)三个标准，这三个标准的信源编码都采
用MPEG-2标准，规定视频采用MPEG-2编码，音
频采用MPEG Audio层II(MUSICAM)编码标准。
DVB标准对于不同的传输信道，采用了不同的调
制方式：DVB-S采用QPSK四相相移键控调制方式，
DVB-C采用QAM正交幅度调制方式，DVB-T采用
COFDM 多 载 波 正 交 频 分 复 用 技 术 。 DVB-S 和
DVB-C已被世界各国采纳。
• DVB-S为数字卫星广播系统标准。卫星传输具有覆
盖面广、节目容量大等特点。数据流的调制采用
四 相 相 移 键 控 调 制 (QPSK) 方 式 ， 工 作 频 率 为
11/12GHz。DVB-S标准几乎为所有的卫星广播数字
电视系统所采用。我国也选用了DVB-S标准。
• DVB-C为数字有线电视广播系统标准。它具有16、
32、64QAM(正交调幅)三种调制方式，工作频率在
10GHz以下。采用64QAM时，一个PAL通道可用于多
套节目的复用。系统前端可从卫星和地面发射获
得信号，在终端需要电缆机顶盒。
• DVB-T为数字地面电视广播系统标准。这是最复
杂的DVB传输系统。地面数字电视发射的传输容
量，理论上与有线电视系统相当，本地区覆盖好。
采用编码正交频分复用(COFDM)调制方式，在
8MHz带宽内能传送4套电视节目，传输质量高；
但其接收费用高。
2．美国数字电视标准ATSC
• ATSC标准视频压缩采用MPEG-2标准，音频压缩采用
杜比公司的AC-3，节目复用采用MPEG-2标准，完成
各种码流的组合和调整。ATSC数字电视标准由四个分
离的层级组成，层级之间有清晰的界面。最高为图像
层，确定图像的形式，包括象素阵列、幅型比和帧频。
接着是图像压缩层，采用MPEG-2压缩标准。再下来是
系统复用层，特定的数据被纳入不同的压缩包中，采
用MPEG-2压缩标准。最后是传输层，确定数据传输的
调制和信道编码方案。对于地面广播系统，采用Zenith
公司开发的8-VSB传输模式，在6MHz地面广播频道上
可实现19.3Mb/s的传输速率。该标准也包含适合有线电
视系统高数据率的16-VSB传输模式，可在6MHz有线
电视信道中实现38.6Mb/s的传输速率。
3．日本数字电视的标准ISDB
• 日本数字电视首先考虑的是卫星信道，采用QPSK
调制，并发布了数字电视的标准ISDB。ISDB是日
本的DIBEG(Digital Broadcasting Experts Group 数
字广播专家组)制订的数字广播系统标准，它利用
一种已经标准化的复用方案在一个普通的传输信
道上发送各种不同种类的信号，同时已经复用的
信号也可以通过各种不同的传输信道发送出去。
ISDB具有柔软性、扩展性、共通性等特点，可以
灵活地集成和发送多节目的电视和其它数据业务。
4．三种数字电视标准的异同
数字电视标准
欧洲标准DVB
美国标准ATSC
日本标准ISDB
传输媒介
卫星
有线
地面
卫星
有线
地面
卫星
有线
地面
调制方式
QPSK
QAM
COFDM
QPSK
QAM/16VSB
8VSB
QPSK
QAM
COFDM
视频编码方式
MPEG-2
MPEG-2
MPEG-2
音频编码方式
MPEG-2
Dolby AC-3
MPEG-2
复用方式
MPEG-2
MPEG-2
MPEG-2
13.6.3 中国的数字电视标准
• 1、中国的卫星数字电视标准
• 中国卫星数字电视采用QPSK调制方式，与欧洲、
美国和日本采用的标准相同。由于中国限制个人
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用户收看的。
• 2、中国的有线数字电视标准
• 中国有线数字电视的标准采用QAM调制方式，
与欧洲、美国和日本相同。中国有线数字
电视的发展基础较好，且播出所需的投入
成本较小，已经在部分大中型城市试播。
有线数字电视因不受国家政策限制，有可
能会得到很快推广。
• 3、中国的地面数字电视标准
• 数字电视地面广播与数字卫星广播相较，
有容易普及、接收价格低廉的特点；与数
字有线电视广播相较，则较不易受城市施
工建设、自然灾害、战争等因素造成的网
络中断影响。因此，在传输状况、应用需
求等方面，地面传输方式更加复杂，全球
各地在地面数字电视传输系统方案的选择
上争议也最大。
13.7 数字电视接收机
13.7.1数字电视信号接收的基本原理
• 在电视台中，数字电视信号经过信源编码、
多路复用、信道编码、调制后经信道发送，
在接收机中则相反，如图13-15所示。
图 13-15 数字电视接收机方框图
• 调谐模块接收射频信号并下变频为中频信号，
然 后 进 行A/D 转换 变 为 数 字 信 号 ， 再 送 入
QAM解调模块进行QAM解调，输出 MPEG传输
流串行或并行数据。解复用模块接收MPEG传
输流，从中抽出一个节目的PES数据，包括
视频PES、音频PES以及数据PES。解复用模
块中包含一个解扰引擎，可在传输流层和
PES层对加扰的数据进行解扰，其输出是已
解扰的PES。
• 视频PES送入视频解码模块，取出MPEG视频
数据，并对 MEPG视频数据进行解码，然后
输出到PAL/NTSC编码器，编码成模拟电视
信号，再经视频输出电路输出。与此同时，
音频PES送入音频解码模块，取出MPEG音频
数据，并对MPEG音频数据进行解码，输出
PCM音频数据到PCM解码器，PCM解码器输出
立体声模拟音频信号，经音频输出电路输
出。
• 上述电路如果和显示器、音响做在一起，
就组成数字电视机。上述电路常做成一个
盒子放在模拟电视机顶上，就称为数字电
视机顶盒。
13.7.2 数字电视机顶盒
• 数字电视机顶盒STB（Set Top Box）是一
种将数字电视信号转换成模拟信号的变换
设备，通过对数字化压缩的图像和声音信
号进行解码还原，产生模拟视频和声音信
号，以提供给观众高质量的电视节目。
• 数字电视机顶盒STB（Set Top Box）是数字电视
接收中的特有设备，是现阶段模拟广播电视向数
字广播电视过渡的最好解决方案。将数字电视机
顶盒与普通的模拟电视结合起来，就可以实现数
字电视的功能。数字电视机顶盒可以把的数字电
视信号转换成模拟电视机能够接收的PAL/NTSC信
号，亦可支持视频点播、互联网浏览等功能。目
前具有实用开发价值的机顶盒可分为卫星数字接
收（DVB-S）机顶盒和有线数字电视（DVB-C）
机顶盒两种。
• 下面以有线数字电视机顶盒为例，简要介
绍它的系统结构，如图13-16所示。
• 下面以有线数字电视机顶盒为例，简要介
绍它的系统结构，如图13-16所示。
图 13-16 有线数字电视机顶盒结构方框图
• 有线数字电视机顶盒的结构分为如下四个主要单
元：
• 1．网络接口单元
• 网络接口单元的任务是信号的接收、变频和解调。
主要包括有线电视调谐器（TUNER）、 QAM解调芯
片、一级A／D转换及声表面波滤波等相关组件。
• 2．系统模块和解码模块
• 系统模块主要包括CPU、外围存储器及相关电路，
完成系统控制及机顶盒与外界的通信控制，
MPEG-2传输解复用，解扰等。解码模块对
MPEG-2码流进行音频视频解码，按所需的制式
（PAL／NTSC／MECAM）编码并可插入图文信
号。
• 3．模拟视音频电视信号编码单元
• 模拟视频音频电视信号编码单元包括D／A转换器、音视
频放大器等相关电路用于音视频的输出，具体的就是将
解码芯片输出的数字音频信号进行D／A转换，输出模拟
音频信号；同时将解码芯片输出的视频信号进行PAL或
NTSC编码，输出基频或射频的PAL／ NTSC信号，也可同
时输出 Y／C、 YUV、RGB格式的视频信号。
• 4．外围数据接口单元
• 外围数据接口单元包括SmartCard读写器、高速数据传
输口和低速数据传输口等外围接口。Smartcard 读写器
主要是协助完成解密的工作；高速数据接口指IEEE1284
或IEEE1394等数据接口，主要完成MPEG码流的输入或输
出。低速数据接口是指RS232，USB的接口，主要是完成
机顶盒与外界的低速数据通讯。
• 事实上，一个完整的数字机顶盒由硬件平
台和软件系统组成。底层软件提供操作系
统内核以及各种硬件驱动程序；中间件将
应用软件与依赖于硬件平台的底层软件分
隔开，使应用不依赖于具体的硬件平台；
应用软件包括本机存储的应用和可下载的
应用程序，通过应用程序来实现机顶盒的
各种功能。
13.7.3 数字电视机的功能
• 数字机顶盒的基本功能是接收和解码数字电视广
播。此外，围绕数字机顶盒的数字视频、数字信
息与交互式应用三大核心功能开发了多种增值业
务，包括：
• 1．电子节目指南EPG(Electronic Program Guide)
• 它为用户提供一种容易使用、界面友好、快速访
问所需节目的方式，用户可以通过EPG看到一个或
多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节目。
• 2．高速数据广播
• 它能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、
热门网站等各种信息。
• 3．软件在线升级
• 是数据广播的应用之一，数据广播服务器按DVB
（Digital Video Broadcasting）数据广播标准
将升级软件广播下来，数字机顶盒能识别该软件
的版本号，在版本不同时接收该软件以对保存在
存储器中的软件进行更新。
• 4．有条件接收
• 其核心是加扰和加密。数字机顶盒应具有解扰和
解密功能，这是交互式电视收费运营机制的保证，
通过建立一种有偿服务机制，使授权用户能够得
到所需要的数字电视节目及其服务，从而保证数
字电视运营系统的良性循环。为交互式电视产业
的发展奠定良性循环的经济基础。