CN1359204A - “丽音”数据广播系统 - Google Patents

Abstract

一种“丽音”数据广播系统,包括发射子系统和接收子系统,发送子系统和接收子系统之间由传输线路连接,发射子系统由信息服务器、发送卡、NICAM QPSK调制器和频道调制器组成,接收子系统由接收卡和信息终端组成。该系统具有数据传输速率高、电视台的相关建设费用和运营费用低、用户使用费用低的优点。

Description

“丽音”数据广播系统

本发明涉及一种数据广播系统，尤其是一种“丽音”数据广播系统，该系统利用现有的有线电视广播频道进行高速数据传输。

随着信息技术和网络技术的发展，对数据传输速度和数据传输质量以及数据传输运营成本提出了越来越高的要求。目前，数据广播系统有以下几种：1.VBI(场逆程数据广播)图文系统，它具有较高的覆盖率、较低的运营成本和用户使用费用以及较好的数据传输质量，但其传输速率较低(约100Kbps)；2.电话拨号上网系统，它是利用现有的电话线路作为传输媒介，明显的缺点是用户使用费用高和传输速率低(约几十Kbps)；3.专业信道数据广播系统，它具有很高的传输速率(接近1000Kbps)，但运营成本高，而且目前还没有统一的国家或行业标准；4.数字电视系统(DTV)，这是未来发展的趋势，但尚处于研究和开发阶段，无论从技术角度还是从运营费用投入角度都远未达到可推广和普及的程度。鉴于目前的数据广播系统存在上述缺点，开发高速度、高质量并且经济实用的数据广播系统已成为信息和网络技术发展的重要技术问题。

“丽音”是英国广播公司1986年开发出来的电视广播数字化传输的立体伴音方式，即准瞬时压扩音频复用(NICAM)，是一种数字化音频信号的传播方式。为了利用这种传播技术，我国1997年12月4日发布并于1998年5月1日实施的《PAL-D电视广播附加双声道数字声技术规范》对数字声电视广播的一系列技术参数给出了明确的规定，但是，除了少数电视台采用这种技术试播了少量立体声节目外，附加数字声的电视信号频带这一资源远未得到有效利用。随着有线电视(CATV)的普及和互连网的迅速发展，电视或网络运营部门都在追求一种成本低和高传输率的数据传输技术，来扩展以电视网络为基础的信息业务，个人用户更是期待利用有线电视实现上网的技术。

本发明的目的就是要克服现有数据广播系统的缺点，提供一种“丽音”数据广播系统，这种系统利用“丽音”技术与有线电视网络的有机组合达到了现有数据广播系统不能同时具备的多种优点，例如高的数据传输速率和数据传输质量以及低的运营成本和用户使用费用等优点。

为了实现上述目的，本发明的“丽音”数据广播系统包括发射子系统和接收子系统，发送子系统和接收子系统之间由传输线路连接，发射子系统由信息服务器、发送卡、NICAM QPSK调制器和频道调制器组成，接收子系统由接收卡和信息终端组成。信息服务器是指各种数据信息的提供源，包括数据服务器、因特网或其它专用网络，传输线路是指CATV传输线路，频道调制器是CATV频道调制器。

在本发明的“丽音”数据广播系统中，发射子系统还包括与电视信号相关的部分，即，视频处理单元、音频处理单元和中频调制器，电视信号依次经过这些部分进行处理，并且在“丽音”数据广播发射部分中，来自于信息服务器的数据信息被输入发送卡，进行数据格式变换和控制，并在NICAM QPSK调制器中进行调制，此后与经上述处理后的电视信号在中频混合器中复合，经上变频器发射。发送卡按照信号传输的方向依次包括缓存器、格式转换器、RS编码器、加扰器和输出接口，并且还包括控制器，其中，RS编码器有很强的抗随机误码的能力并能抗最长为44μs的突发误码，并且发送卡同时输出728KHz的时钟信号(上升沿数据有效)和728Kbps的NICAM串行数据流。加扰器的作用是数值伪随机化，使调制后信号能量分散，实现方法是模2加一个9阶伪随机二进制序列。

在本发明的“丽音”数据广播系统中，NICAM QPSK调制器按照信号传输的方向依次包括串并变换器、QPSK调制器、40％余弦滚降成形和群延时校正器、中频变换器和信号混合器，其中，串并变换器把728Kbps码率的数据变换成364Ksps(符号率)的2比特符号，QPSK调制器对5.85MHz的中间载频进行4相位移相调制，40％余弦滚降成形和群延时校正器以及中频变换器保证NICAM中频信号总是与图象载频信号差5.85MHz，并使NICAM信号具有良好的幅频和相频特性，信号混合器是一个定向耦合器，它把输入的IF与NICAM中频信号正确相加，送还有线电视频道调制器，把NICAM信号带入电视网。

在本发明的“丽音”数据广播系统中，接收子系统将来自于有线电视系统用户天线接口的RF信号输入数据接收卡，接收卡输出的PCI总线规范的数据由作为信息终端的个人计算机使用；或者，接收子系统将来自于有线电视系统用户天线接口的RF信号首先输入NICAM数字声电视接收机，后者输出的时钟信号和数据信号输入数据接收卡，接收卡输出的PCI总线规范的数据由作为信息终端的个人计算机使用；或者，接收子系统是NICAM数据广播接收和电视接收一体机。接收卡按照信号的传输方向依次包括调谐器、中频解调器、5.85MHz带通滤波器、QPSK解调器、解扰器、RS解码器以及数据处理器和格式转换器，其中，RS解码器用来纠正随机或突发误码，数据处理器和格式转换器用于从纠错后的正确数据中提取应用信息并按PCI总线要求的规范输出数据。接收卡包括对图象信号和伴音信号分别进行处理和解调的集成电路，用作QPSK解调器的集成电路。

由于采用了上述技术方案，本发明的“丽音”数据广播系统具有多方面的优点，首先是其数据传输速率高达728Kbps，不但比通过电话网络的传输速率高得多，而且比VBI和ISDN方式也要高出5倍以上；其次，电视台的相关建设费用和运营费用低；再者，对于用户而言，使用费用大大降低。另外，本发明通过独特的RS编码和解码技术，使误码率小于10^-9，显著提高了数据传输质量。

下面将参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明，附图中：

图1是“丽音”频带示意图；

图2是根据本发明的优选实施例的“丽音”数据广播系统的简要方框图；

图3是根据本发明的“丽音”数据广播系统的发射子系统的方框图；

图4是根据本发明的“丽音”数据广播系统的发送卡的方框图；

图5是根据本发明的“丽音”数据广播系统的NICAM QPSK调制器的电路方框图；

图6是根据本发明的“丽音”数据广播系统的接收子系统的一种实施方式的方框图；

图7是根据本发明的“丽音”数据广播系统的接收子系统的另一种

实施方式的方框图；

图8是根据本发明的“丽音”数据广播系统的接收子系统的再一种

实施方式的方框图；

图9是根据本发明的“丽音”数据广播系统的射频接收卡的电路方框图；

图10是图9中所示的接收卡的电路图。

在具体描述本发明的优选实施例之前，为了便于更清楚地理解本发明的原理，首先简要描述与“丽音”有关的技术内容，并且在本说明书及其附图中“丽音”与英文缩写NICAM是指相同的含义。在本发明的“丽音”数据广播系统中采用了《PAL-D电视广播附加双声道数字声技术规范》中规定的在PAL-D电视广播中附加播送NICAM-728数字声信号的技术要求和格式，包括：(1)副载波频率为5.85MHz，如图1中所示，相对图象载波的电平为-25dB，滚降系数为40％。这样选择的优点是：a).“丽音”信号的频谱全在电视频道之内，完全排除了CATV系统下邻频道使用的困难；b).“丽音”信号虽然稍稍占据了一点视频信号的带宽，但处于高端的边缘，对电视机来说完全察觉不到其影响；c).-25dB的相对电平既能保证电视机可靠地接收“丽音”信号，又不会造成对图象的干扰。(2)将串行数据流按帧结构划分，每帧728比特，帧速率为1帧/ms，具体地讲包括8比特帧同步字、5比特控制信息码、11比特附加数据和704比特声音数据/信息数据及校验位，总码率为728kb/s。(3)数据以帧同步字、控制信息码、附加数据和声音数据/数字数据为序传送。更进一步的技术细节可以参考《PAL-D电视广播附加双声道数字声技术规范》、《采用NICAM双通道数字声系统多声道电视接收机的电测量》和《采用NICAM双通道数字声系统多声道电视接收机的基本技术参数要求和测量方法》等技术标准，本说明书中不再详述。

另外，附图中有些部分是与已有技术相同的，比如图3中与电视信号相关的部分等，为简明起见，本说明书中对这些与已有技术中相同的部分也不作具体描述。

还应当指出的是，本发明中的许多电路组成部分是以具有相应功能的“…器”命名的，不过，本领域的普通技术人员很清楚，有些功能既可以通过硬件实现，也可以通过软件实现。

图2是根据本发明的优选实施例的“丽音”数据广播系统的简要方框图。如图所示，该“丽音”数据广播系统包括发射子系统和接收子系统，发射子系统由信息服务器、发送卡、NICAM QPSK调制器、CATV频道调制器组成，接收子系统由接收卡和信息终端组成，发送子系统和接收子系统之间由传输线路连接。其中，信息服务器是指各种数据信息的提供源，例如数据服务器、因特网或其它专用网络，传输线路是指CATV传输线路等。网络的数据信号的基本路径是：信源制作，信息服务器，NICAM数据广播发送卡，NICAM QPSK中频调制器，与电视节目复合后(还可参见图3)，通过有线电视前端发送进入有线电视网；用户通过NICAM接收卡和个人计算机连接，得到数据信息；也可以用WINDOWS CE机顶盒接收后和电视机连接，从电视上收到数据信息；还可以把因特网上的信息经交互式服务器，用电话网由MODEM和个人计算机或WINDOWS CE机顶盒相连，实现交互联络。

图3是根据本发明的“丽音”数据广播系统的发射子系统的方框图，它比图2更具体地示出了发射子系统的构成，并且还示出了与电视信号相关的部分(包括视频处理单元、音频处理单元、中频调制器等)。实际上，与原有的模拟信号电视广播发射系统相比较，本发明的改进在于图3中的下半部分，亦即“丽音”数据广播发射部分，其中，来自于信息服务器的数据信息被输入发送卡，进行数据格式变换和控制，并且在NICAM QPSK调制器中进行调制，与电视节目在中频混合器中复合后，经上变频器被发射出去。

具体地讲，根据本发明的“丽音”数据广播系统的发送卡如图4的方框图所示，它是一个PC插卡，按照信号传输的方向依次包括缓存器、格式转换器、RS编码器、加扰器和输出接口，并且还包括控制器，其中，按照PCI总线的规范从信息服务器上索取的信源数据首先进入缓存器，以实现非同步的数据传送，尔后通过格式转换器进行格式转换，遵从NICAM规范，将PCI总线规则的数据组成91字节为单位的NICAM数据包，即每帧8包，每包91字节，每毫秒1包，码率728Kbps。为了提高系统抗误码的能力，本发明优选采用RS前向纠错编码器，它具有很强的抗随机误码的能力并能抗最长为44μs的实发误码，这要比NICAM数字声编码用的奇偶保护方法具有强得多的纠错能力(原来只能每10位检1位错)。图4中的加扰器的作用是数值伪随机化，使调制后信号能量分散，实现方法是模2加一个9阶伪随机二进制序列。图4中系统的控制信号可以用微处理器或EPLD和相关的程序实现。进行加扰码处理之后，数据经输出接口输出，发送卡同时输出728KHz的时钟信号(上升沿数据有效)。

从发送卡输出的时钟信号和数据信号输入本发明的NICAM QPSK调制器(图3)，图5显示出根据本发明的“丽音”数据广播系统的NICAM QPSK调制器的电路方框图。该调制器按照信号传输的方向依次包括串并变换器、QPSK调制器、40％余弦滚降成形和群延时校正器、中频变换器和信号混合器，其中，串并变换器把728Kbps码率的数据变换成364Ksps(符号率)的2比特符号。QPSK调制器对5.85MHz的中间载频进行4相位移相调制，输入信号A、B的具体取值决定其输出载波信号的相位变化，可以用单片GALE实现此QPSK调制器的全部功能，电路简单且性能良好。40％余弦滚降成形和群延时校正器用组合的LC网络实现，以确保幅频特性和相频特性都达到实用的精度。中频变换器采用环形调制方案，采用载频锁相环路从输入的已调IF信号中正确恢复出IF载频信号，从而即使在有线电视频道调制器IF不很精确的情况下，NICAM中频信号也总是与图象载频信号差5.85MHz。信号混合器是一个定向耦合器，它把输入的IF与NICAM中频信号正确相加，送还有线电视频道调制器，把NICAM信号带入整个有线电视网。

图6是根据本发明的“丽音”数据广播系统的接收子系统的一种实施方式的方框图，其中，来自于有线电视系统用户天线接口的RF信号被输入数据接收卡，接收卡输出的PCI总线规范的数据由作为信息终端的个人计算机使用。

图7是根据本发明的“丽音”数据广播系统的接收子系统的另一种实施方式的方框图，其中，来自于有线电视系统用户天线接口的RF信号首先被输入NICAM数字声电视接收机，后者输出的时钟信号和数据信号输入数据接收卡，接收卡输出的PCI总线规范的数据由作为信息终端的个人计算机使用。在这种情况下，通过一根有线电视系统用户天线实现了电视节目和信息数据的双重传输。

图8是根据本发明的“丽音”数据广播系统的接收子系统的再一种实施方式的方框图，这种接收子系统就是NICAM数据广播接收和电视接收一体机，它是将图7中所示的电视机和个人计算机的共同部分(例如显示器和有关电路等)合一而形成的。

图9是根据本发明的“丽音”数据广播系统的接收卡的电路方框图，该接收卡是一个PC插卡，它的输入信号来自于有线电视用户天线接口(图6)、或者NICAM QPSK解调器(图7、图8)，其输出以PCI总线规范传送给作为信息终端的个人计算机。该接收卡按照信号的传输方向依次包括调谐器、中频解调器、5.85MHz带通滤波器、QPSK解调器、解扰器、RS解码器以及数据处理器和格式转换器，其中，调谐器、中频解调器、5.85MHz带通滤波器、QPSK解调器、解扰器等部分与常规的能够接收NICAM信号的电视机相同，在此不作详述。RS解码器有很强的纠错能力，只要错误不超过一定范围，就能无差错地恢复发端数据。如果有不可纠正的错误存在，RS解码器会发出标记信息，告诉后面的处理单元对该组数据进行特定处理。数据处理器和格式转换器用于从纠错后的正确数据中提取应用信息并按PCI总线要求的规范输出数据。

图10是图9中所示的接收卡的电路图，显然此电路图只是实现图9中所示的接收卡的电功能的具体电路实例之一，是为了便于进一步理解接收卡的原理，本领域的技术人员还能够设计出许多电路来实现接收卡的电功能，因此，图10的电路不能被视为对本发明的接收卡的具体限制。在图10中，调谐器的调谐方式为I²C控制，计算机可根据所需的电视广播频道向调谐器提供I²C数据，使调谐器将所需的电视广播频道的射频信号选出，并变为38MHz中频信号。调谐器的AGC电路受集成电路N201中VIF AGC电路的控制，可以根据信号强弱改变调谐器中高放电路的放大倍数。调谐器输出的38MHz中频信号先送入预中放电路进行放大，以补偿后面声表面滤波器的插入损耗，为了提高接收NICAM信号的灵敏度，减少图象信号对NICAM信号的干扰，采用了准分离中频处理电路，将38MHz中频信号送入一个VIF和SIF完全分离的双通道声表面滤波器中，在SIF通道滤波器中图象信号被完全抑制，把经过声表面滤波器的图象信号和伴音信号分别送入集成电路N201的(1)(2)和(19)(20)脚，N201是将图象信号和伴音信号分别进行处理和解调的集成电路，它包括图象中频放大器、VIF AGC电路、FPLL检波器、VCO和AFC电路、视频检波和放大电路、SIF放大和AGC电路、FM检波器、QSS检波器。从集成电路N201的(10)脚输出QPSK基带信号，把此基带信号进行放大，然后送入中心频率为5.85MHz的40％余弦滚降带通滤波器中，对NICAM基带信号进行滤波，滤除图象的色载波信号、伴音信号及其它杂波信号，以提高NICAM信号接收灵敏度。QPSK解调器由集成电路N301及外围电路组成，集成电路N301包括一个costas回路正交解调器、数字时钟还原电路及带串并变换的差分解码器，经滤波的NICAM基带信号送入它的(3)脚进行解调，解调后可输出NICAM数据流和与之同步的728KHz时钟。在数据处理和格式转换器中，从NICAM数据流中提取应用信息，并按计算机的TCP/IP协议把NICAM数据提供给计算机进行解码。图中的集成电路N701用于组成一个方波振荡电路，并对方波进行整流和三倍压转换，使12V直流电压变成30V直流电压供给调谐器。

最后应当指出的是，虽然在以上对本发明进行的描述中都是以有线电视网作为传输线路，但本发明的原理同样适用于现行的任意一种电视信号传输方式，只要符合《PAL-D电视广播附加双声道数字声技术规范》中规定的技术条件即可，甚至仅仅对传输参数进行适当调整(因为信号处理方式和信号结构对NICAM技术本身是固定的)，本发明的原理也可应用于I制等其它电视广播制式。另外，本说明书中有些电路组成部分是为了便于说明起见而划分的，其实有些部分可以组合在一起，而有些部分还可以进一步细分，只要具有了相应的电功能，本发明的目的和效果就可以实现。

Claims (10)

1.一种“丽音”数据广播系统，包括发射子系统和接收子系统，发送子系统和接收子系统之间由传输线路连接，其特征在于：发射子系统由信息服务器、发送卡、NICAM QPSK调制器和频道调制器组成，接收子系统由接收卡和信息终端组成。

2.根据权利要求1的“丽音”数据广播系统，其特征在于：信息服务器是指各种数据信息的提供源，包括数据服务器、因特网或其它专用网络，传输线路是指CATV传输线路，频道调制器是CATV频道调制器。

3.根据权利要求1或2的“丽音”数据广播系统，其特征在于：发射子系统还包括与电视信号相关的部分，即，视频处理单元、音频处理单元和中频调制器，电视信号依次经过这些部分进行处理，并且在“丽音”数据广播发射部分中，来自于信息服务器的数据信息被输入发送卡，进行数据格式变换和控制，并在NICAM QPSK调制器中进行调制，此后与经上述处理后的电视信号在中频混合器中复合，经上变频器发射。

4.根据权利要求1的“丽音”数据广播系统，其特征在于：发送卡按照信号传输的方向依次包括缓存器、格式转换器、RS编码器、加扰器和输出接口，并且还包括控制器，其中，RS编码器有很强的抗随机误码的能力并能抗最长为44μs的突发误码，并且发送卡同时输出728KHz的时钟信号(上升沿数据有效)和728Kbps的NICAM串行数据流。

5.根据权利要求4的“丽音”数据广播系统，其特征在于：加扰器的作用是数值伪随机化，使调制后信号能量分散，实现方法是模2加一个9阶伪随机二进制序列。

6.根据权利要求1的“丽音”数据广播系统，其特征在于：NICAM QPSK调制器按照信号传输的方向依次包括串并变换器、QPSK调制器、40％余弦滚降成形和群延时校正器、中频变换器和信号混合器，其中，串并变换器把728Kbps码率的数据变换成364Ksps(符号率)的2比特符号，QPSK调制器对5.85MHz的中间载频进行4相位移相调制，40％余弦滚降成形和群延时校正器以及中频变换器保证NICAM中频信号总是与图象载频信号差5.85MHz，并使NICAM信号具有良好的幅频和相频特性，信号混合器是一个定向耦合器，它把输入的IF与NICAM中频信号正确相加，送还有线电视频道调制器，把NICAM信号带入电视网。

7.根据权利要求1或2的“丽音”数据广播系统，其特征在于：接收子系统将来自于有线电视系统用户天线接口的RF信号输入数据接收卡，接收卡输出的PCI总线规范的数据由作为信息终端的个人计算机使用；或者，接收子系统将来自于有线电视系统用户天线接口的RF信号首先输入NICAM数字声电视接收机，后者输出的时钟信号和数据信号输入数据接收卡，接收卡输出的PCI总线规范的数据由作为信息终端的个人计算机使用；或者，接收子系统是NICAM数据广播接收和电视接收一体机。

8.根据权利要求1的“丽音”数据广播系统，其特征在于：接收卡按照信号的传输方向依次包括调谐器、中频解调器、5.85MHz带通滤波器、QPSK解调器、解扰器、RS解码器以及数据处理器和格式转换器，其中，RS解码器用来纠正随机或突发误码，数据处理器和格式转换器用于从纠错后的正确数据中提取应用信息并按PCI总线要求的规范输出数据。

9.根据权利要求8的“丽音”数据广播系统，其特征在于：接收卡包括对图象信号和伴音信号分别进行处理和解调的集成电路(N201)，用作QPSK解调器的集成电路(N301)。

10.根据权利要求1的“丽音”数据广播系统，其特征在于：该系统适用于任一种电视广播制式，并且优选用于PAL-D制电视广播。

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