CN103237240A - 地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒，包括：依次连接的接收天线、下变频处理模块、信源数据解码模块、去卷积交织模块、纠错解码模块、输出预处理模块、解复用模块和解TS包模块，以分别对接收到的地面信道传输超高清数字电视信号进行射频信号接收、下变频处理、信源数据解码、去卷积交织、纠错解码、输出预处理、解复用和解TS包处理，获得超高清数字音频信号、超高清数字视频信号和附加数据编码数据以用于超高清音视频内容的播放。通过本发明，能够使用为超高清数字音频、超高清数字视频的传输提供合适的信道载体和压缩编码工具，满足了希望观看到高分辨率音视频内容的电视用户的需求。

Description

地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒

技术领域

本发明涉及超高清数字电视领域，尤其涉及一种地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒。

背景技术

电视是人类了解世界、娱乐活动、监视监控的重要工具，电视技术的发展中，一开始追求的是尽可能获取最多的内容，因此出现了数字电视代替模拟电视的发展趋势，然而，随着科技的发展和人们生活水平的提高，人们已经不满足对内容的多样化的需求了，开始关注信息质量本身，即希望获得越来越高分辨率的视频数据和音频数据以及其他数据，来满足个人感官上的需求。

但是，现有的一些高清电视中，分辨率受数据压缩比不足、信道传输带宽较小的限制，即使能够设计出来超高清分辨率的视频图像和音频，如15360×8640分辨率的图像，每声道48KHz的采样率的音频信号，但是由于压缩不够以及现有信道传输模式的限制，导致无法发送和接收超高清数字电视信号，而只能选择分辨率较低的音视频信号进行收看，即使超高清分辨率的视频图像和音频的技术本身已经发展成熟。

因此，需要一种地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒，改造原先的信道传输机制，采用数据压缩比较高的音频数据压缩模式和视频数据压缩模式，为超高清分辨率的视频图像和音频的传输创造条件，同时采用地面电视信道传输方式，为即使在移动交通工具中的电视观众，也能接收到超高清分辨率的视频内容和音频内容。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒，采用空间音频编码SAC编码对超高清数字音频信号进行压缩编解码，采用高效视频编码HEVC编码对超高清数字视频信号进行压缩编解码，同时改造了原有的地面电视信道传输技术，为超高清电视的传输创造了条件，使得电视观众不仅能接收越来越多的电视节目，而且大大提高了接收的电视节目的分辨率，为电视观众的感官提供完美的视听享受。

根据本发明的一方面，提供了一种地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒，包括，依次连接的接收天线、下变频处理模块、信源数据解码模块、去卷积交织模块、纠错解码模块、输出预处理模块、解复用模块和解TS包模块，以分别对接收到的地面信道传输超高清数字电视信号进行射频信号接收、下变频处理、信源数据解码、去卷积交织、纠错解码、输出预处理、解复用和解TS包处理，获得超高清数字音频信号、超高清数字视频信号和附加数据编码数据以用于超高清音视频内容的播放。

更具体地，所述地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒进一步包括：接收天线，接收在地面信道中传输的超高清数字电视信号，获得射频信号；下变频处理模块，连接所述接收天线以接收所述射频信号，将所述射频信号进行模拟下变频以转换到中频上，在中频上对信号数字化，然后对数字化后的信号进行数字下变频；信源数据解码模块，连接所述下变频处理模块以接收数字下变频后的信号，并对所述接收到的数字下变频后的信号依次进行解OFDM帧、解数据片、OFDM解调处理，以获得OFDM解调处理后的字节；去卷积交织模块，连接所述信源数据解码模块以接收所述OFDM解调处理后的字节，并对所述字节进行深度为12的去卷积交织；纠错解码模块，连接所述去卷积交织模块以接收去卷积交织后的信号，并对去卷积交织后的信号进行内码为里德所罗门RS解码、外码为低密度奇偶校验LDPC解码的纠错解码，以获得纠错解码后的多个逻辑数据流；输出预处理模块，连接所述纠错解码模块以接收所述纠错解码后的多个逻辑数据流，并将所述纠错解码后的多个逻辑数据流合并为一个传输流TS流；解复用模块，连接所述输出预处理模块以接收所述输出预处理模块输出的TS流，对所述输出预处理模块输出的TS流进行解复用，以分别获得音频TS包、视频TS包和附加数据TS包，所述音频TS包、视频TS包和附加数据TS包具有不同的包标识符PID，所述PID是用来为复用后的TS流中不同类型数据包分配不同值的标识符；解TS包模块，连接所述解复用模块以接收所述音频TS包、视频TS包和附加数据TS，并对所述音频TS包、视频TS包和附加数据TS进行解TS包，以分别获得压缩音频数据、压缩视频数据和附加数据编码数据；空间音频编码SAC解码模块，连接所述解TS包模块以获得压缩音频数据，对获得的压缩音频数据进行SAC解码，以得到超高清数字音频信号，所述超高清数字音频信号具有每声道44.1KHz的采样率，所述超高清数字音频信号具有22声道，所述22声道的布置为，在听者所在的空间中，中间层设置了10个声道，底层设置了3个声道，顶层设置了9个声道；高效视频编码HEVC解码模块，连接所述解TS包模块以获得压缩视频数据，对获得的压缩视频数据进行HEVC解码，以得到超高清数字视频信号，所述超高清数字视频信号具有三种分辨率：3840×2160、7680×4320或15360×8640；附加数据解码模块，连接所述解TS包模块以接收所述附加数据编码数据，并对所述附加数据编码数据进行解码，以获得数字化的附加数据，所述附加数据包括独立的数据业务的数据，也包括与所述数字音频信号、所述数字视频信号有关的数据；音频播放模块，连接所述SAC解码模块以接收并播放所述SAC解码模块输出的超高清数字音频信号；视频播放模块，连接所述HEVC解码模块、附加数据解码模块以分别接收所述超高清数字视频信号和所述数字化的附加数据，并将所述超高清数字视频信号和所述数字化的附加数据在液晶显示屏上进行组合播放；其中，所述下变频处理模块包括数控振荡器混频单元，所述数控振荡器混频单元产生正余弦波样本值，并将产生的正余弦波样本值与所述下变频处理模块中的所述数字化后的信号相乘，完成混频，以得到比所述数字化后的信号更低频率的信号。

更具体地，所述地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒进一步包括：所述附加数据为字幕数据，所述字幕数据对应的字幕图像在所述视频播放模块中重叠在所述超高清数字视频信号对应的图像上以进行显示。

更具体地，所述地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒进一步包括：所述TS流由包头和负载组成，所述包头包括一个同步字节SYNC1和三个其他字节，所述三个其他字节用于业务识别、加扰和控制信息，所述负载包括184字节的MPEG-2数据，所述TS流包头的三个其他字节的具体分布为，1个传输误码指示比特位，1个净数据单元起始指示比特位，1个传送优先级比特位，13个包识别符PID比特位，2个传送加扰控制比特位，2个自适应区控制比特位和4个连续计数器比特位。

更具体地，所述地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒进一步包括：所述数字机顶盒被安装在包括出租车、公共汽车或家用汽车的移动车辆上。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1根据本发明实施方案示出的地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒的结构方框图。

其中，1、接收天线；2、下变频处理模块；3、信源数据解码模块；4、去卷积交织模块；5、纠错解码模块；6、输出预处理模块；7、解复用模块；8、解TS包模块；9、SAC解码模块；10、HEVC解码模块；11、附加数据解码模块；12、音频播放模块；13、视频播放模块。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒的实施方案进行详细说明。

图1示出根据本发明实施方案示出的地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒的结构方框图。其中所述数字机顶盒包括，依次连接的接收天线1、下变频处理模块2、信源数据解码模块3、去卷积交织模块4、纠错解码模块5、输出预处理模块6、解复用模块7和解TS包模块8，以分别对接收到的地面信道传输超高清数字电视信号进行射频信号接收、下变频处理、信源数据解码、去卷积交织、纠错解码、输出预处理、解复用和解TS包处理，获得超高清数字音频信号、超高清数字视频信号和附加数据编码数据以用于超高清音视频内容的播放。进一步地，所述地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒还包括，接收天线1，接收在地面信道中传输的超高清数字电视信号，获得射频信号；下变频处理模块2，连接所述接收天线1以接收所述射频信号，将所述射频信号进行模拟下变频以转换到中频上，在中频上对信号数字化，然后对数字化后的信号进行数字下变频；信源数据解码模块3，连接所述下变频处理模块2以接收数字下变频后的信号，并对所述接收到的数字下变频后的信号依次进行解OFDM帧、解数据片、OFDM解调处理，以获得OFDM解调处理后的字节；去卷积交织模块4，连接所述信源数据解码模块3以接收所述OFDM解调处理后的字节，并对所述字节进行深度为12的去卷积交织；纠错解码模块5，连接所述去卷积交织模块4以接收去卷积交织后的信号，并对去卷积交织后的信号进行内码为里德所罗门RS解码、外码为低密度奇偶校验LDPC解码的纠错解码，以获得纠错解码后的多个逻辑数据流；输出预处理模块6，连接所述纠错解码模块5以接收所述纠错解码后的多个逻辑数据流，并将所述纠错解码后的多个逻辑数据流合并为一个传输流TS流；解复用模块7，连接所述输出预处理模块6以接收所述输出预处理模块6输出的TS流，对所述输出预处理模块6输出的TS流进行解复用，以分别获得音频TS包、视频TS包和附加数据TS包，所述音频TS包、视频TS包和附加数据TS包具有不同的包标识符PID，所述PID是用来为复用后的TS流中不同类型数据包分配不同值的标识符；解TS包模块8，连接所述解复用模块7以接收所述音频TS包、视频TS包和附加数据TS，并对所述音频TS包、视频TS包和附加数据TS进行解TS包，以分别获得压缩音频数据、压缩视频数据和附加数据编码数据；空间音频编码SAC解码模块9，连接所述解TS包模块8以获得压缩音频数据，对获得的压缩音频数据进行SAC解码，以得到超高清数字音频信号，所述超高清数字音频信号具有每声道44.1KHz的采样率，所述超高清数字音频信号具有22声道，所述22声道的布置为，在听者所在的空间中，中间层设置了10个声道，底层设置了3个声道，顶层设置了9个声道；高效视频编码HEVC解码模块10，连接所述解TS包模块8以获得压缩视频数据，对获得的压缩视频数据进行HEVC解码，以得到超高清数字视频信号，所述超高清数字视频信号具有三种分辨率：3840×2160、7680×4320或15360×8640；附加数据解码模块11，连接所述解TS包模块8以接收所述附加数据编码数据，并对所述附加数据编码数据进行解码，以获得数字化的附加数据，所述附加数据包括独立的数据业务的数据，也包括与所述数字音频信号、所述数字视频信号有关的数据；音频播放模块12，连接所述SAC解码模块9以接收并播放所述SAC解码模块9输出的超高清数字音频信号；视频播放模块13，连接所述HEVC解码模块10、附加数据解码模块11以分别接收所述超高清数字视频信号和所述数字化的附加数据，并将所述超高清数字视频信号和所述数字化的附加数据在液晶显示屏上进行组合播放；其中，所述下变频处理模块2包括数控振荡器混频单元，所述数控振荡器混频单元产生正余弦波样本值，并将产生的正余弦波样本值与所述下变频处理模块2中的所述数字化后的信号相乘，完成混频，以得到比所述数字化后的信号更低频率的信号。

其中，分辨率（resolution，又称之为解析度）就是屏幕图像的精密度，是指显示器所能显示的像素的多少。由于屏幕上的点、线和面都是由像素组成的，显示器可显示的像素越多，画面就越精细，同样的屏幕区域内能显示的信息也越多，所以分辨率是个非常重要的性能指标之一。可以把整个图像想象成是一个大型的棋盘，而分辨率的表示方式就是所有经线和纬线交叉点的数目。

其中，Reed-Solomon,通常称为RS码，是一种线性分组循环冗余码。RS码中编码后的数据通常包括数据信息和校正信息。而在RS码中信息并不是以bit位进行处理的，而是以数位bit组成一个码中的符号位进行处理。通常编码符号的长度的为8bits或8bits的倍数。这样设计是为了便于同计算机内的字长进行互相转换。假设一个长度为N的RS码数据包中包含I个信息符号，P个校正符号，那么通过RS码的解码处理可以纠正数据包内I个信息符号中的t=P/2个错误,如果知道错误位置，则可纠正P个错误。

其中，音频采样率是指录音设备在一秒钟内对声音信号的采样次数，采样频率越高声音的还原就越真实越自然。在当今的主流采集卡上，采样频率一般共分为22.05KHz、44.1KHz、48KHz三个等级，22.05KHz只能达到FM广播的声音品质，44.1KHz则是理论上的CD音质界限，48KHz则更加精确一些。对于高于48KHz的采样频率人耳已无法辨别出来了，所以在电脑上没有多少使用价值。

其中，LDPC码即低密度奇偶校验码（Low Density Parity Check Code，LDPC），他是由Robert G.Gallager博士于1963年提出的一类具有稀疏校验矩阵的线性分组码，不仅有逼近Shannon限的良好性能，而且译码复杂度较低,结构灵活，是近年信道编码领域的研究热点，目前已广泛应用于深空通信、光纤通信、卫星数字视频和音频广播等领域。LDPC码已成为第四代通信系统(4G)强有力的竞争者，而基于LDPC码的编码方案已经被下一代卫星数字视频广播标准DVB-S2采纳。

其中，OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多载波调制的一种，其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰ICI。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。

另外，所述地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒进一步包括：所述附加数据为字幕数据，所述字幕数据对应的字幕图像在所述视频播放模块13中重叠在所述超高清数字视频信号对应的图像上以进行显示。

另外，所述地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒进一步包括：所述TS流由包头和负载组成，所述包头包括一个同步字节SYNC1和三个其他字节，所述三个其他字节用于业务识别、加扰和控制信息，所述负载包括184字节的MPEG-2数据，所述TS流包头的三个其他字节的具体分布为，1个传输误码指示比特位，1个净数据单元起始指示比特位，1个传送优先级比特位，13个包识别符PID比特位，2个传送加扰控制比特位，2个自适应区控制比特位和4个连续计数器比特位。

其中，TS的全称则是Transport Stream。MPEG2-PS主要应用于存储的具有固定时长的节目，如DVD电影，而MPEG-TS则主要应用于实时传送的节目，比如实时广播的电视节目。这两种格式的主要区别是，如果将DVD上的VOB文件的前面一截剪掉（或者干脆就是数据损坏），那么就会导致整个文件无法解码，而电视节目是任何时候打开电视机都能解码（收看）的，所以，MPEG2-TS格式的特点就是要求从视频流的任一片段开始都是可以独立解码的。

另外，所述地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒进一步包括：所述数字机顶盒被安装在包括出租车、公共汽车或家用汽车的移动车辆上。这样，使得电视的接收模式不只是面对固定观看用户，而是面对移动性更强、受众更广的电视观众。

采用本发明的地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒，针对现有电视传输中因为数据压缩比不够、信道传输机制限制的技术问题，为大数据的超高清数字音频信号和超高清数字视频信号选择合适的压缩工具，同时改造现有的地面传输机制以满足超高清数字电视信号传输的要求，为包括移动电视观众的电视用户接收到高质量、高分辨率的音视频内容，从而提高了人们的生活品质。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒，其特征在于，所述数字机顶盒包括：

依次连接的接收天线、下变频处理模块、信源数据解码模块、去卷积交织模块、纠错解码模块、输出预处理模块、解复用模块和解TS包模块，以分别对接收到的地面信道传输超高清数字电视信号进行射频信号接收、下变频处理、信源数据解码、去卷积交织、纠错解码、输出预处理、解复用和解TS包处理，获得超高清数字音频信号、超高清数字视频信号和附加数据编码数据以用于超高清音视频内容的播放。

2.如权利要求1所述的地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒，其特征在于，进一步包括：

接收天线，接收在地面信道中传输的超高清数字电视信号，获得射频信号；

下变频处理模块，连接所述接收天线以接收所述射频信号，将所述射频信号进行模拟下变频以转换到中频上，在中频上对信号数字化，然后对数字化后的信号进行数字下变频；

信源数据解码模块，连接所述下变频处理模块以接收数字下变频后的信号，并对所述接收到的数字下变频后的信号依次进行解OFDM帧、解数据片、OFDM解调处理，以获得OFDM解调处理后的字节；

去卷积交织模块，连接所述信源数据解码模块以接收所述OFDM解调处理后的字节，并对所述字节进行深度为12的去卷积交织；

纠错解码模块，连接所述去卷积交织模块以接收去卷积交织后的信号，并对去卷积交织后的信号进行内码为里德所罗门RS解码、外码为低密度奇偶校验LDPC解码的纠错解码，以获得纠错解码后的多个逻辑数据流；

输出预处理模块，连接所述纠错解码模块以接收所述纠错解码后的多个逻辑数据流，并将所述纠错解码后的多个逻辑数据流合并为一个传输流TS流；

解复用模块，连接所述输出预处理模块以接收所述输出预处理模块输出的TS流，对所述输出预处理模块输出的TS流进行解复用，以分别获得音频TS包、视频TS包和附加数据TS包，所述音频TS包、视频TS包和附加数据TS包具有不同的包标识符PID，所述PID是用来为复用后的TS流中不同类型数据包分配不同值的标识符；

解TS包模块，连接所述解复用模块以接收所述音频TS包、视频TS包和附加数据TS，并对所述音频TS包、视频TS包和附加数据TS进行解TS包，以分别获得压缩音频数据、压缩视频数据和附加数据编码数据；

空间音频编码SAC解码模块，连接所述解TS包模块以获得压缩音频数据，对获得的压缩音频数据进行SAC解码，以得到超高清数字音频信号，所述超高清数字音频信号具有每声道44.1KHz的采样率，所述超高清数字音频信号具有22声道，所述22声道的布置为，在听者所在的空间中，中间层设置了10个声道，底层设置了3个声道，顶层设置了9个声道；

高效视频编码HEVC解码模块，连接所述解TS包模块以获得压缩视频数据，对获得的压缩视频数据进行HEVC解码，以得到超高清数字视频信号，所述超高清数字视频信号具有三种分辨率：3840×2160、7680×4320或15360×8640；

附加数据解码模块，连接所述解TS包模块以接收所述附加数据编码数据，并对所述附加数据编码数据进行解码，以获得数字化的附加数据，所述附加数据包括独立的数据业务的数据，也包括与所述数字音频信号、所述数字视频信号有关的数据；

音频播放模块，连接所述SAC解码模块以接收并播放所述SAC解码模块输出的超高清数字音频信号；

视频播放模块，连接所述HEVC解码模块、附加数据解码模块以分别接收所述超高清数字视频信号和所述数字化的附加数据，并将所述超高清数字视频信号和所述数字化的附加数据在液晶显示屏上进行组合播放；

其中，所述下变频处理模块包括数控振荡器混频单元，所述数控振荡器混频单元产生正余弦波样本值，并将产生的正余弦波样本值与所述下变频处理模块中的所述数字化后的信号相乘，完成混频，以得到比所述数字化后的信号更低频率的信号。

3.如权利要求2所述的地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒，其特征在于：

所述附加数据为字幕数据，所述字幕数据对应的字幕图像在所述视频播放模块中重叠在所述超高清数字视频信号对应的图像上以进行显示。

4.如权利要求2所述的地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒，其特征在于：

所述TS流由包头和负载组成，所述包头包括一个同步字节SYNC1和三个其他字节，所述三个其他字节用于业务识别、加扰和控制信息，所述负载包括184字节的MPEG-2数据，所述TS流包头的三个其他字节的具体分布为，1个传输误码指示比特位，1个净数据单元起始指示比特位，1个传送优先级比特位，13个包识别符PID比特位，2个传送加扰控制比特位，2个自适应区控制比特位和4个连续计数器比特位。

5.如权利要求2所述的地面信道传输超高清数字电视信号的数字机顶盒，其特征在于：

所述数字机顶盒被安装在包括出租车、公共汽车或家用汽车的移动车辆上。

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