CN106658163A - 交互式数字电视前端高清音视频接口设备及其高清音视频接入的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交互式数字电视前端高清音视频接口设备。所述交互式数字电视前端高清音视频接口设备包括无线接收模块、信号处理模块以及信号接口模块。所述无线接收模块接收承载有音视频业务的射频信号。所述信号处理模块将所述无线接收模块接收到的射频信号进行TDS-OFDM解调、解码以及同步处理，得到音视频信号，并输出该音视频信号。所述信号接口模块接收所述信号处理模块输出的音视频信号。本发明的交互式数字电视前端高清音视频接口设备能高可靠性地接收和处理射频信号以得到高质量的音视频信号，设备集成度高，具有收敛误差小，收敛时间短的优点。

Description

交互式数字电视前端高清音视频接口设备及其高清音视频接入的方法
技术领域
本发明涉及数字电视技术领域，更具体地涉及一种交互式数字电视前端高清音视频接口设备。
背景技术
目前，数字电视地面广播（Digital Television Terrestrial Broadcasting，DTTB）已经达到可实现阶段，当前世界上公布的DTTB传输标准主要有3种：美国高级电视系统委员会（Advanced Television System Committee，ATSC）制定的ATSC标准、欧洲的数字视频地面广播（Digital Video Terrestrial Broadcasting-Terrestrial，DVB-T）、日本的地面综合业务数字广播（Integrated Service Digital Broadcasting-Terrestrial，ISDB-T）。基于对这3种地面数字电视系统的深入研究，清华大学提出了基于时域同步正交频分复用（Time Domain Synchronous Orthogonal Frequency Division Multiplex，TDS-OFDM）调制技术的地面数字电视广播传输系统，并被我国采纳、制定为我国的DTTB标准，命名为“地面数字多媒体电视广播（Terrestrial Digital Multimedia Television Broadcasting，DMB-T）传输系统”。
DMB-T传输系统采用以下几项主要技术：
时域同步的正交多载波技术。地面宽带无线传输的最大困难在于多径引起的频率选择性衰落，OFDM技术则在对抗频率选择性衰落方面具有独特的优势。然而，子载波间的正交性对同步提出严格的要求。欧洲采用全频域处理方式形成其核心技术——编码的OFDM（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex，COFDM）技术，由于其系统同步和信道估计互为条件，需用复杂的迭代算法和强功率同步导频等技术措施。而TDS-OFDM通过时域和频域混合处理，简单方便地实现了快速码字捕获和稳健的同步跟踪。
保护间隔的伪随机序列(Pseudo-Noise，PN)填充技术。为了在多径时延扩散信道中避免码间串扰，DVB采用了循环前缀填充的OFDM保护间隔，使其传输的效率有所损失。DMB-T发明了基于PN序列扩频技术的高保护同步传输技术，并用其填充OFDM保护间隔，使系统的频谱利用效率提高10%，并有20dB以上同步保护增益。
快速信道估计技术。针对现有地面数字电视传输标准的信道估计迭代过程较长（一次有效参数估计约需1.024ms）的不足，DMB-T使用新的TDS-OFDM信道估计技术，通过正交相关和傅立叶变换实现快速信道估计（一次有效参数估计约需0.6ms），提高了系统移动接收性能。
前向纠错编码与相位映射相结合的纠错技术。针对采用多载波COFDM技术的信噪比门限相对VSB单载波技术较差的现实，DMB-T发明了一种新的系统级联纠错内码和最小欧氏距离最大化映射技术，使采用多载波技术的系统信噪比门限获得10%以上的改善。
与绝对时间同步的帧结构。DMB-T传输协议设计了与绝对时间同步的复帧结构，方便自动唤醒功能设置，达到省电目的，支持便携接收；与绝对时间同步机制有利于单频网同步发送信号的功能控制，使DMB-T单频网同步设备比国际现有标准的同类设备更容易实现。其物理信道帧结构如图1所示：
帧结构是分级的，一个基本帧结构称为一个信号帧。帧群定义为255个信号帧，其第一帧定义为帧群头。帧群中的信号帧有唯一的帧号，标号从0到254，信号帧号(则)被编码到当前信号帧的帧同步序列中。超帧定义为一组帧群，帧结构的顶层称为超帧群。超帧被编号，从0到最大帧群号。超帧号(SFN)与超帧群号(SFGN)一起被编码到超帧的第一个帧群头中。SFGN被定义为超帧群发送的日历日期，超帧群以一个自然日为周期进行周期性重复，它被编码为下行线路超帧群中一个超帧的第一个帧群头中的前两个字节。在北京时间00：00：00AM，物理信道帧结构被复位并开始一个新的超帧群。一个信号帧由两部分组成：帧同步和帧体。帧同步和帧体的基带符号率相同，规定为7．56MSps。帧同步信号采用沃尔什编码的随机序列，以实现多基站识别。帧同步包含前同步、帧同步序列和后同步。对于一个信号帧群中的不同的信号帧，有不同的帧同步信号。所以，帧同步能作为一个特殊信号帧的帧同步特征而用于识别。帧同步采用二进制移相键控（Binary Phase Shift Key, BPSK）调制以得到稳定的同步。
系统信息传送。DMB-T传输协议为每一个长度500μS信息数据的信号帧设定了独特地址的帧头，方便数据信息的识别和分离，具有融合多业务广播的技术基础。
目前，清华针对DMB-T传输系统的上述技术，申请了专利名称为“地面数字多媒体电视广播系统”，专利号为00123597.4的专利。所述专利揭露：一种地面数字多媒体广播电视系统，如图2所示，其包括：一个网络控制中心10、至少一个发射机20和至少一个接收机30，把所传输的数字码流从所述网络控制中心10至少传送第一和第二信号帧给发射机20，发射机20将所接收到的信号调制发射到空中，由接收机30接收。
上述清华专利采用的核心技术为TDS-OFDM调制技术，其调制步骤包括：a、输入的MPEG-TS码流经过信道编码处理后在频域形成长度为3780的IDFT数据块；b、采用DFT将IDFT数据块变换为长度为3780的时域离散样值帧体，7.56M/s个样值；c、在OFDM的保护间隔插入长度为378的PN序列作为帧头；d、将帧头和帧体组合成时间长度为550的信号帧；e、采用具有线性相位延迟特性的FIR低通滤波器对信号进行频域整形；f、将基带信号进行上变频调制到RF载波上。
由上述可知，目前针对DMB-T提出了一种地面数字多媒体广播电视系统及其传输的方案，但对于用户侧接收传输系统传送的RF载波，以及对RF载波的处理得到音视频信号，没有一个更好的解决方案。
现今，由于地面数字多媒体广播电视系统中“高清”数字电视机的显示终端分辨率达到1920×1080像素，视觉效果号，性价比高，因此人们对“高清”数字电视机的需求不断呈现出日益增长的趋势。然而，由于上述原因，目前的高清数字电视对RF载波处理音视频信号方面也存在不足。因此，有必要提供一种能高可靠性接收并处理RF载波的交互式数字电视前端高清音视频接口设备以及交互式数字电视前端系统中高清音视频接入的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种交互式数字电视前端高清音视频接口设备，能高可靠性接收并处理RF载波从而得到高质量的音视频信号。
为了实现上述目的，本发明提供的交互式数字电视前端高清音视频接口设备包括无线接收模块、信号处理模块以及信号接口模块。所述无线接收模块接收承载有音视频业务的射频信号。所述信号处理模块将所述无线接收模块接收到的射频信号进行TDS-OFDM解调、解码以及同步处理，得到音视频信号，并输出该音视频信号。所述信号接口模块接收所述信号处理模块输出的音视频信号。
在本发明的一个实施例中，所述信号处理模块包括解调模块、解码模块以及同步恢复模块。所述解调模块对所述承载有音视频业务的射频信号进行TDS-OFDM解调，得到基带信号。所述解码模块对所述解调模块解调出的基带信号进行解码，得到所述音视频码流。所述同步恢复模块对所述解码模块解码输出的所述音视频码流在时域和/或频域进行同步。
较佳地，所述解调模块包括载波恢复单元、TDS-OFDM解调单元、信道估计单元以及同步恢复单元。所述载波恢复单元从所述无线接收模块接收到的承载有音视频业务的射频信号中提取用于TDS-OFDM解调的载波信号。所述TDS-OFDM解调单元使用所述载波恢复单元恢复得到的载波对接收到的射频信号进行解调，得到基带信号。所述信道估计单元根据所述无线接收模块接收到的射频信号进行信道估计，从而对所述TDS-OFDM解调单元解调出的基带信号进行补偿。所述同步恢复单元恢复所述无线接收模块接收到的射频信号的同步信息。
较佳地，所述解码模块包括解交织单元以及纠错解码单元。所述解交织单元对所述解调模块解调后的基带信号进行解交织变换，并输出变换数据。所述纠错解码单元利用纠错解码算法对所述解交织单元输出的变换数据进行解码，得到音视频信号。
在本发明的一个实施例中，所述无线接收模块包括一天线。
与现有技术相比，本发明的交互式数字电视前端高清音视频接口设备能通过无线接收模块高可靠性地接收射频信号，并通过信号处理模块高可靠性地处理射频信号以得到高质量的音视频信号。另外，本发明交互式数字电视前端高清音视频接口设备通过将无线接收模块和具有解调解码功能的信号处理模块集成在一起，提高了系统集成度。此外，本发明采用无线接入的方式接收射频信号，节省了大量电缆或光缆的使用，降低了建网成本，同时也节省了用户线路，降低了用户成本。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1为现有技术物理信道帧结构示意图。
图2为现有技术地面数字多媒体广播电视系统框图。
图3为本发明交互式数字电视前端高清音视频接口设备的结构框图。
图4为图3所示交互式数字电视前端高清音视频接口设备的信号处理模块的结构框图。
图5为本发明交互式数字电视前端系统中高清音视频接入的方法的流程图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。
参考图3，本实施例的一种交互式数字电视前端高清音视频接口设备包括无线接收模块110、信号处理模块120以及信号接口模块130。所述无线接收模块110接收承载有音视频业务的射频信号。所述无线接收模110包括天线。所述信号处理模块120将所述无线接收模块110接收到的射频信号进行TDS-OFDM解调、解码以及同步处理，得到音视频信号，并输出该音视频信号。所述信号接口模块130接收所述信号处理模块120输出的音视频信号。
详细地，参考图4，所述信号处理模块120包括解调模块121、解码模块122以及同步恢复模块123。所述解调模块121对所述承载有音视频业务的射频信号进行TDS-OFDM解调，得到基带信号。所述解码模块122对所述解调模块121解调出的基带信号进行解码，得到所述音视频码流。所述同步恢复模块123对所述解码模块122解码输出的所述音视频码流在时域和/或频域进行同步。
所述信号处理模块120的解调模块121包括载波恢复单元121b、TDS-OFDM解调单元121a、信道估计单元121c以及同步恢复单元121d。所述载波恢复单元121b从所述无线接收模块110接收到的承载有音视频业务的射频信号中提取用于TDS-OFDM解调的载波信号。所述TDS-OFDM解调单元121a使用所述载波恢复单元121b恢复得到的载波对接收到的射频信号进行解调，得到基带信号。所述信道估计单元121c根据所述无线接收模块110接收到的射频信号进行信道估计，从而对所述TDS-OFDM解调单元121a解调出的基带信号进行补偿。所述同步恢复单元121d恢复所述无线接收模块110接收到的射频信号的同步信息。
所述信号处理模块120的解码模块122包括解交织单元122a以及纠错解码单元122b。所述解交织单元122a对所述解调模块121解调后的基带信号进行解交织变换，并输出变换数据。所述纠错解码单元122b利用纠错解码算法对所述解交织单元122a输出的变换数据进行解码，得到音视频信号。
参考图5，本发明的交互式数字电视前端系统中高清音视频接入的方法包括如下步骤：（1）接收承载有音视频业务的射频信号(步骤S1)；（2）从所述射频信号中提取用于TDS-OFDM解调的载波信号(步骤S2);（3）使用所述载波对接收到的射频信号进行解调，得到基带信号(步骤S3);（4）根据所述射频信号进行信道估计，从而对所述基带信号进行补偿(步骤S4);（5）恢复所述接收到的射频信号的同步信息(步骤S5)；（6）对所述基带信号进行解交织变换，并输出变换数据(步骤S6)；（7）利用纠错解码算法对所述变换数据进行解码，得到音视频信号(步骤S7)；（8）对所述音视频码流在时域或/和频域进行同步(步骤S8)；（9）向终端输出所述音视频信号(步骤S9)。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (5)

1.一种交互式数字电视前端高清音视频接口设备，包括：
无线接收模块，所述无线接收模块接收承载有音视频业务的射频信号；
信号处理模块，所述信号处理模块将所述无线接收模块接收到的射频信号进行TDS-OFDM解调、解码以及同步处理，得到音视频信号，并输出该音视频信号；以及
信号接口模块，所述信号接口模块接收所述信号处理模块输出的音视频信号。
2.如权利要求1所述的交互式数字电视前端高清音视频接口设备，其特征在于：所述信号处理模块包括：
解调模块，所述解调模块对所述承载有音视频业务的射频信号进行TDS-OFDM解调，得到基带信号；
解码模块，所述解码模块对所述解调模块解调出的基带信号进行解码，得到所述音视频码流；以及
同步恢复模块，所述同步恢复模块对所述解码模块解码输出的所述音视频码流在时域和/或频域进行同步。
3.如权利要求2所述的交互式数字电视前端高清音视频接口设备，其特征在于：所述解调模块包括：
载波恢复单元,所述载波恢复单元从所述无线接收模块接收到的承载有音视频业务的射频信号中提取用于TDS-OFDM解调的载波信号;
TDS-OFDM解调单元,所述TDS-OFDM解调单元使用所述载波恢复单元恢复得到的载波对接收到的射频信号进行解调，得到基带信号;
信道估计单元，所述信道估计单元根据所述无线接收模块接收到的射频信号进行信道估计，从而对所述TDS-OFDM解调单元解调出的基带信号进行补偿;
同步恢复单元，所述同步恢复单元恢复所述无线接收模块接收到的射频信号的同步信息。
4.如权利要求2所述的交互式数字电视前端高清音视频接口设备，其特征在于：所述解码模块包括：
解交织单元，所述解交织单元对所述解调模块解调后的基带信号进行解交织变换，并输出变换数据；以及
纠错解码单元，所述纠错解码单元利用纠错解码算法对所述解交织单元输出的变换数据进行解码，得到音视频信号。
5.如权利要求1所述的交互式数字电视前端高清音视频接口设备，其特征在于：所述无线接收模块包括一天线。
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