CN105847872A - 一种可提高电视节目分辨率的超高清数字电视信号发射机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可提高电视节目分辨率的超高清数字电视信号发射机，包括：打包复用模块、输入预处理模块、纠错编码模块、卷积交织模块、信道处理模块、数字上变频处理模块，打包复用模块接收超高清数字视音频数据并进行打包和复用，输入预处理模块、纠错编码模块、卷积交织模块、信道处理模块、数字上变频处理模块依次连接以对打包复用模块输出的传输流TS流依次进行输入预处理、纠错编码、卷积交织、信道处理和数字上变频处理，获得发射机发射天线发射所需的射频信号。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

一种可提高电视节目分辨率的超高清数字电视信号发射机

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发射机。

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发射机，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，也能提供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发射机，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发射机，包括，超高清数字音频采集模块、超高清数字视频采集模块、编码附加数据获取模块、打包复用模块、输入预处理模块、纠错编码模块、卷积交织模块、信道处理模块、数字上变频处理模块，打包复用模块与超高清数字音频采集模块、超高清数字视频采集模块、编码附加数据获取模块连接以分别接收压缩音频数据、压缩音频数据和编码附加数据并进行打包复用，输入预处理模块、纠错编码模块、卷积交织模块、信道处理模块、数字上变频处理模块依次连接以对打包复用模块输出的传输流TS流依次进行输入预处理、纠错编码、卷积交织、信道处理和数字上变频处理，获得发射机发射天线发射所需的射频信号。

所述地面信道传输超高清数字电视信号的发射机的工作方法，包括：超高清数字音频采集模块，采集超高清22声道的音频源所播放的音频信号，并对采集到的音频信号依次进行模数转换、音频压缩编码，输出压缩音频数据，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；超高清数字视频采集模块，采集使用了超高清电视分辨率的超高清视频源所播放的视频信号，并对采集到的视频信号依次进行模数转换、视频压缩编码，输出压缩视频数据；编码附加数据获取模块，对来自附加数据源的附加数据进行采集，并对采集到的附加数据进行压缩编码，输出压缩编码后的编码附加数据，所述附加数据包括独立的数据业务的数据，也包括与所述音频信号、所述视频信号有关的数据；打包复用模块，连接所述超高清数字音频采集模块、所述超高清数字视频采集模块和所述编码附加数据获取模块，对接收到的压缩音频数据、压缩视频数据和编码附加数据分别进行传输流TS打包，以分别获得音频TS包、视频TS包和附加数据TS包，并对所述音频TS包、视频TS包和附加数据TS包进行复用，获得复用后的TS流，所述TS流具有188字节的MPEG-2帧结构；输入预处理模块，连接所述打包复用模块以接收所述复用后的传输流TS流，并将所述复用后的传输流TS流分割成多个逻辑数据流，输出所述多个逻辑数据流；纠错编码模块，连接所述输入预处理模块，对接收到的逻辑数据流采用内码为里德所罗门RS编码、外码为低密度奇偶校验LDPC编码的纠错编码模式进行纠错编码；卷积交织模块，连接所述纠错编码模块，对接收到的纠错编码后的数据流进行深度为12的卷积交织，以获得卷积交织后的字节；信道处理模块，连接所述卷积交织模块，对接收到的卷积交织后的字节依次进行OFDM调制、数据片生成、OFDM帧生成和数字预失真处理，输出数字预失真处理后的数字信号，在数据片生成处理中，将经过OFDM调制获得的比特流映射到一组相邻的OFDM子载波以作为一个数据片；数字上变频处理模块，连接所述信道处理模块，将接收到的数字预失真处理后的数字信号转换成模拟信号，对转换后的模拟信号进行混频处理以获得具有比所述转换后的模拟信号的中心频率更高的中心频率的射频信号，并将获得的射频信号进行放大和限制带宽；发射天线，连接所述数字上变频处理模块以接收经过放大和限制带宽的射频信号以在地面信道中发射超高清数字电视信号；其中，所述超高清数字音频采集模块的采集的采样率为每声道44.1KHz，所述超高清数字音频采集模块中音频压缩编码采用的是空间音频编码SAC编码，超高清电视分辨率有三种：3840×2160、7680×4320或15360×8640，所述超高清数字视频采集模块中视频压缩编码采用的是高效视频编码HEVC编码；其中，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，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。

进一步：所述信道处理模块中包括OFDM调制器，以实现所述信道处理模块中的OFDM调制功能，所述OFDM调制器中包括升采用处理单元、快速傅立叶变换单元、添加循环前后缀单元和加窗单元，对输入信号进行升采样处理、快速傅立叶变换变换、添加循环前后缀和加窗处理。

进一步：所述发射机发射的信号用于包括出租车、公共汽车或家用汽车的移动车辆上的地面信道传输超高清数字电视信号的接收机的接收。

进一步：所述附加数据为字幕数据。

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发射机的结构方框图。

其中，1、超高清数字音频采集模块；2、超高清数字视频采集模块；3、编码附加数据获取模块；4、打包复用模块；5、输入预处理模块；6、纠错编码模块；7、卷积交织模块；8、信道处理模块；9、数字上变频处理模块；10、发射天线。

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发射机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发射机的结构方框图。其中所述发射机包括，超高清数字音频采集模块1、超高清数字视频采集模块2、编码附加数据获取模块3、打包复用模块4、输入预处理模块5、纠错编码模块6、卷积交织模块7、信道处理模块8、数字上变频处理模块9，打包复用模块4与超高清数字音频采集模块1、超高清数字视频采集模块2、编码附加数据获取模块3连接以分别接收压缩音频数据、压缩音频数据和编码附加数据并进行打包复用，输入预处理模块5、纠错编码模块6、卷积交织模块7、信道处理模块8、数字上变频处理模块9依次连接以对打包复用模块4输出的传输流TS流依次进行输入预处理、纠错编码、卷积交织、信道处理和数字上变频处理，获得发射机发射天线10发射所需的射频信号。进一步地，所述地面信道传输超高清数字电视信号的发射机还包括，超高清数字音频采集模块1，采集超高清22声道的音频源所播放的音频信号，并对采集到的音频信号依次进行模数转换、音频压缩编码，输出压缩音频数据，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；超高清数字视频采集模块2，采集使用了超高清电视分辨率的超高清视频源所播放的视频信号，并对采集到的视频信号依次进行模数转换、视频压缩编码，输出压缩视频数据；编码附加数据获取模块3，对来自附加数据源的附加数据进行采集，并对采集到的附加数据进行压缩编码，输出压缩编码后的编码附加数据，所述附加数据包括独立的数据业务的数据，也包括与所述音频信号、所述视频信号有关的数据；打包复用模块4，连接所述超高清数字音频采集模块1、所述超高清数字视频采集模块2和所述编码附加数据获取模块3，对接收到的压缩音频数据、压缩视频数据和编码附加数据分别进行传输流TS打包，以分别获得音频TS包、视频TS包和附加数据TS包，并对所述音频TS包、视频TS包和附加数据TS包进行复用，获得复用后的TS流，所述TS流具有188字节的MPEG-2帧结构；输入预处理模块5，连接所述打包复用模块4以接收所述复用后的传输流TS流，并将所述复用后的传输流TS流分割成多个逻辑数据流，输出所述多个逻辑数据流；纠错编码模块6，连接所述输入预处理模块5，对接收到的逻辑数据流采用内码为里德所罗门RS编码、外码为低密度奇偶校验LDPC编码的纠错编码模式进行纠错编码；卷积交织模块7，连接所述纠错编码模块6，对接收到的纠错编码后的数据流进行深度为12的卷积交织，以获得卷积交织后的字节；信道处理模块8，连接所述卷积交织模块7，对接收到的卷积交织后的字节依次进行OFDM调制、数据片生成、OFDM帧生成和数字预失真处理，输出数字预失真处理后的数字信号，在数据片生成处理中，将经过OFDM调制获得的比特流映射到一组相邻的OFDM子载波以作为一个数据片；数字上变频处理模块9，连接所述信道处理模块8，将接收到的数字预失真处理后的数字信号转换成模拟信号，对转换后的模拟信号进行混频处理以获得具有比所述转换后的模拟信号的中心频率更高的中心频率的射频信号，并将获得的射频信号进行放大和限制带宽；发射天线10，连接所述数字上变频处理模块9以接收经过放大和限制带宽的射频信号以在地面信道中发射超高清数字电视信号；其中，所述超高清数字音频采集模块1的采集的采样率为每声道44.1KHz，所述超高清数字音频采集模块1中音频压缩编码采用的是空间音频编码SAC编码，超高清电视分辨率有三种：3840×2160、7680×4320或15360×8640，所述超高清数字视频采集模块2中视频压缩编码采用的是高效视频编码HEVC编码；其中，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，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，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。

另外，所述地面信道传输超高清数字电视信号的发射机进一步包括：所述信道处理模块8中包括OFDM调制器，以实现所述信道处理模块8中的OFDM调制功能，所述OFDM调制器中包括升采用处理单元、快速傅立叶变换单元、添加循环前后缀单元和加窗单元，对输入信号进行升采样处理、快速傅立叶变换变换、添加循环前后缀和加窗处理。

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发射机进一步包括：所述发射机发射的信号用于包括出租车、公共汽车或家用汽车的移动车辆上的地面信道传输超高清数字电视信号的接收机的接收。

另外，所述地面信道传输超高清数字电视信号的发射机进一步包括：所述附加数据为字幕数据。在电视接收端，能够将字幕数据和视频数据进行重叠显示，为电视用户提供如紧急报警、导视、广告等内容，以满足电视运营商的各种需要。

采用本发明的地面信道传输超高清数字电视信号的发射机，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提供高质量、高分辨率的音视频内容，从而提高了人们的生活品质。

Claims (1)

1.一种地面信道传输超高清数字电视信号的发射机的工作方法，其特征在于，所述发射机包括：超高清数字音频采集模块、超高清数字视频采集模块、编码附加数据获取模块、打包复用模块、输入预处理模块、纠错编码模块、卷积交织模块、信道处理模块、数字上变频处理模块，打包复用模块与超高清数字音频采集模块、超高清数字视频采集模块、编码附加数据获取模块连接以分别接收压缩音频数据、压缩音频数据和编码附加数据并进行打包复用，输入预处理模块、纠错编码模块、卷积交织模块、信道处理模块、数字上变频处理模块依次连接以对打包复用模块输出的传输流TS流依次进行输入预处理、纠错编码、卷积交织、信道处理和数字上变频处理，获得发射机发射天线发射所需的射频信号；

所述的工作方法，包括：

超高清数字音频采集模块，采集超高清22声道的音频源所播放的音频信号，并对采集到的音频信号依次进行模数转换、音频压缩编码，输出压缩音频数据，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；

超高清数字视频采集模块，采集使用了超高清电视分辨率的超高清视频源所播放的视频信号，并对采集到的视频信号依次进行模数转换、视频压缩编码，输出压缩视频数据；

编码附加数据获取模块，对来自附加数据源的附加数据进行采集，并对采集到的附加数据进行压缩编码，输出压缩编码后的编码附加数据，所述附加数据包括独立的数据业务的数据，也包括与所述音频信号、所述视频信号有关的数据；

打包复用模块，连接所述超高清数字音频采集模块、所述超高清数字视频采集模块和所述编码附加数据获取模块，对接收到的压缩音频数据、压缩视频数据和编码附加数据分别进行传输流TS打包，以分别获得音频TS包、视频TS包和附加数据TS包，并对所述音频TS包、视频TS包和附加数据TS包进行复用，获得复用后的TS流，所述TS流具有188字节的MPEG-2帧结构；

输入预处理模块，连接所述打包复用模块以接收所述复用后的传输流TS流，并将所述复用后的传输流TS流分割成多个逻辑数据流，输出所述多个逻辑数据流；

纠错编码模块，连接所述输入预处理模块，对接收到的逻辑数据流采用内码为里德所罗门RS编码、外码为低密度奇偶校验LDPC编码的纠错编码模式进行纠错编码；

卷积交织模块，连接所述纠错编码模块，对接收到的纠错编码后的数据流进行深度为12的卷积交织，以获得卷积交织后的字节；

信道处理模块，连接所述卷积交织模块，对接收到的卷积交织后的字节依次进行OFDM调制、数据片生成、OFDM帧生成和数字预失真处理，输出数字预失真处理后的数字信号，在数据片生成处理中，将经过OFDM调制获得的比特流映射到一组相邻的OFDM子载波以作为一个数据片；

数字上变频处理模块，连接所述信道处理模块，将接收到的数字预失真处理后的数字信号转换成模拟信号，对转换后的模拟信号进行混频处理以获得具有比所述转换后的模拟信号的中心频率更高的中心频率的射频信号，并将获得的射频信号进行放大和限制带宽；

发射天线，连接所述数字上变频处理模块以接收经过放大和限制带宽的射频信号以在地面信道中发射超高清数字电视信号；

其中，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，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；

所述信道处理模块中包括OFDM调制器，以实现所述信道处理模块中的OFDM调制功能，所述OFDM调制器中包括升采用处理单元、快速傅立叶变换单元、添加循环前后缀单元和加窗单元，对输入信号进行升采样处理、快速傅立叶变换变换、添加循环前后缀和加窗处理。