高清晰度數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)方案
在有限帶寬內(nèi)傳輸高清晰度數(shù)字電視對視頻、音頻壓縮編碼和信道編碼都提出了更高的要求，而且在進(jìn)行地面?zhèn)鬏數(shù)那闆r下無線環(huán)境的各種衰減和干擾也不可避免，同時考慮到移動環(huán)境下的接收需求，在新一代的地面數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)中必需引入無線通信的最新技術(shù)。數(shù)字電視廣播和現(xiàn)代數(shù)字通訊技術(shù)的結(jié)合，使得傳統(tǒng)的電視傳媒得以在通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上新生。
清華大學(xué)在綜合吸收國外已有高清晰度數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)點的基礎(chǔ)上，完全自主地開發(fā)完成了地面數(shù)字多媒體電視廣播傳輸協(xié)議DMB-T?并申請了職務(wù)發(fā)明專利。在深圳舉行的第二屆中國國際高新技術(shù)成果交易會上，清華大學(xué)對此項技術(shù)進(jìn)行了全面展示，得到眾多專家的肯定。
在DMB-T系統(tǒng)設(shè)計中采用了Cadence公司的系統(tǒng)級設(shè)計與仿真軟件SPWSignal Processing Worksystem。在大型系統(tǒng)設(shè)計中只有實現(xiàn)算法和系統(tǒng)級的優(yōu)化，才能對系統(tǒng)性能有極大的提升，因為它比底層優(yōu)化具有更大的優(yōu)化空間。
以Cadence公司的軟件工具為例?相應(yīng)的系統(tǒng)級設(shè)計流程如圖1所示。
傳統(tǒng)的電子設(shè)計流程通常從硬件描述語言VHDL或Verilog開始?直接進(jìn)行與硬件相關(guān)的優(yōu)化而真正高層算法的優(yōu)化十分有限。這種設(shè)計思想在系統(tǒng)規(guī)模較小，相應(yīng)算法也較成熟時比較適用，而現(xiàn)在電子設(shè)計的規(guī)模越來越大，復(fù)雜度越來越高，很大的工作量都會集中在前期的高層算法開發(fā)上，以前的流程將不再滿足需要。
系統(tǒng)級設(shè)計方法是指設(shè)計時首先利用專門的系統(tǒng)級設(shè)計工具如SPW來進(jìn)行算法開發(fā)，與傳統(tǒng)設(shè)計方法不同的是系統(tǒng)級設(shè)計工具可以使用戶從繁瑣的硬件實現(xiàn)中解脫出來，集中精力于相應(yīng)的算法開發(fā)，通過仿真來驗證系統(tǒng)算法的可行性并得到性能指標(biāo)。算法確定之后，設(shè)計者再通過硬件設(shè)計系統(tǒng)(Hardware Design System)和軟硬件協(xié)同仿真接口Co-Sim把系統(tǒng)級設(shè)計的結(jié)果轉(zhuǎn)換為硬件描述語言VHDL或Verilog，再用FPGA或ASIC實現(xiàn)。
1 理想系統(tǒng)仿真
數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)涉及調(diào)制、編碼、發(fā)送和接收、解碼、解調(diào)諸多子系統(tǒng)，但信道的建模對系統(tǒng)性能具有重要意義。DMB-T中采用的核心技術(shù)是OFDM正交頻分復(fù)用，在信道估計和同步算法上比歐洲的DVB-T有很大改進(jìn)。在設(shè)計方法學(xué)上，可先考慮建立信道噪聲和干擾不存在的理想傳輸信道，著重調(diào)制、解調(diào)、編碼與解碼系統(tǒng)的設(shè)計，先建立一個理想的系統(tǒng)模型。
對調(diào)制方式、糾錯外碼、時域和頻域的交織編碼、糾錯內(nèi)碼的描述如圖2所示。
在調(diào)制和編碼過程中提供了若干種可選的模式，如外碼選用高數(shù)據(jù)率的RS208?200或高保護(hù)率的RS208?188等。這主要是為了對不同的數(shù)據(jù)提供不同的優(yōu)先級和保護(hù)級別，達(dá)到分層傳輸?shù)哪康摹?BR>
理想系統(tǒng)仿真主要是為了驗證系統(tǒng)信號傳輸流程的正確性。本設(shè)計是一個數(shù)字電視的設(shè)計，所以最直觀的方法就是對傳輸系統(tǒng)輸入一個MPEG2的碼流，在系統(tǒng)輸出端觀察接收到的碼流并用MPEG2播放器播放，這樣可以看到理想系統(tǒng)中整個數(shù)據(jù)通道的設(shè)計是完全正確的。用SPW可以方便地調(diào)整參數(shù)及替換相關(guān)的模塊，以便系統(tǒng)的總體性能最佳。相應(yīng)的接收過程是解碼、解交織、解調(diào)制的過程，選用何種模式及選用什么參數(shù)只需在設(shè)計中簡單地修改即可，不斷調(diào)整參數(shù)和模塊可實現(xiàn)系統(tǒng)總體性能的最優(yōu)化。
可以看出，DMB-T具有很強(qiáng)的前向糾錯能力。從理論上來說，采用OFDM調(diào)制在接收機(jī)中的FFT可以平滑掉短持續(xù)時間的各種脈沖，所以應(yīng)該對時間域的脈沖干擾更為健壯；而高保護(hù)率的RS 208 188 碼和 104 2 、 52 4 模式的交織編碼也使DMB-T具有很強(qiáng)的抗脈沖干擾能力。
