陳 剛 王 華

1.內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

2.內(nèi)蒙古新聞出版廣電局501臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010070

1 引 言

在數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)中，根據(jù)傳輸信道各自的特點(diǎn)，信道編碼采用了不同的糾錯(cuò)編碼模式，編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，本文對(duì)RS 編碼技術(shù)，卷積編碼技術(shù)，LDPC 編碼技術(shù)等逐一進(jìn)行了技術(shù)探析。

2 DVB-S采用的信道編碼技術(shù)

信道編碼與信源編碼技術(shù)原理有著本質(zhì)的區(qū)別，信源編碼的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)信息的冗余去除，從而達(dá)到壓縮的目的。信道編碼是為適應(yīng)不同傳輸信道下的可靠傳輸，使用糾錯(cuò)編碼達(dá)到糾正誤碼的目的。

DVB-S信道編碼的流程為復(fù)用適配和能量擴(kuò)散、外編碼、卷積交織、內(nèi)編碼和基帶成形。復(fù)用適配的程序是將8 個(gè)傳輸包整合為1 個(gè)大的數(shù)據(jù)包，一般將第1 個(gè)同步字節(jié)0X47 經(jīng)過逐比特異或輸出為0XB8，作為該數(shù)據(jù)包的同步字節(jié)。能量擴(kuò)散是由于調(diào)制輸入的碼流不是想要的MPEG-2數(shù)據(jù)或者是無輸入數(shù)據(jù)時(shí)，輸出的頻譜能量太集中，勢(shì)必對(duì)鄰頻產(chǎn)生干擾，或者數(shù)據(jù)本身的分布不均勻等，通常使用生成多項(xiàng)式為1+x14+x15，使產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為近似隨機(jī)分布的偽隨機(jī)序列。

DVB-S中使用了多級(jí)級(jí)聯(lián)的糾錯(cuò)編碼方式，外編碼用的是里德索羅門碼，接著使用交織深度為12的卷積交織編碼，內(nèi)編碼采用了收縮類型卷積編碼。

外編碼采用RS（204，188，T=8），經(jīng)過隨機(jī)化的傳送復(fù)用包，按照RS 碼編碼規(guī)則，加入了16 個(gè)校驗(yàn)字節(jié)，組成204 字節(jié)的數(shù)據(jù)包，這里的外碼是指離信道較遠(yuǎn)的糾錯(cuò)編碼。RS碼可糾正8 個(gè)字節(jié)的錯(cuò)誤，超過8 個(gè)字節(jié)的錯(cuò)誤是無法糾正的，為此還需要卷積交織和卷積編碼。

卷積交織編碼器是將碼流中連續(xù)的比特流，通過交織深度為12的卷積交織，變?yōu)椴贿B續(xù)的比特流。在收端再按照同一規(guī)則進(jìn)行反交織，還原最初的數(shù)據(jù)包比特流，在傳輸信道中受到突發(fā)干擾時(shí)，通過反交織將突發(fā)錯(cuò)誤離散化，最后經(jīng)RS 碼進(jìn)一步糾錯(cuò)。卷積交織可糾正不大于96字節(jié)的突發(fā)干擾。

內(nèi)編碼采用卷積編碼，不同于外編碼。外編碼用188 字節(jié)組建204 字節(jié)的碼長，內(nèi)碼用短碼，它不適合糾正突發(fā)的大量誤碼，它充分利用了前后碼元的相關(guān)性，內(nèi)碼編碼效率較高。DVB-S 標(biāo)準(zhǔn)采用（2，1，7）卷積編碼，通過刪除規(guī)則在發(fā)端進(jìn)行刪除，提高了編碼效率，達(dá)到刪余增信的目的。而后在收端按原規(guī)則補(bǔ)充完整，再進(jìn)行譯碼。

卷積編碼由（2，1，7）經(jīng)不同的規(guī)則進(jìn)行刪除。DVB-S中共使用了5 種編碼效率卷積碼，分別為1/2，2/3，3/4，5/6 和7/8。我國廣播電視傳輸專用衛(wèi)星中星6B 采用的卷積編碼多為3/4，也有使用2/3和7/8的。信道編碼是增加冗余碼來換取可靠性的，在發(fā)端給有用的信息比特，按照預(yù)定規(guī)則增加監(jiān)督碼元使信息位和監(jiān)督碼元之間的關(guān)系確定，傳輸過程中信道有誤碼時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)和糾正誤碼。

RS 碼不但用于糾正隨機(jī)錯(cuò)誤，更適合用于糾正突發(fā)錯(cuò)誤，通常使用縮短的RS 碼，RS（204，188）是由RS（255，239）截短所得，雖然分組長度變短，由于監(jiān)督碼元未變，碼元最小距離就不變，從而達(dá)到同樣的效果。

卷積碼的譯碼充分利用了信道的統(tǒng)計(jì)特性，最大似然譯碼的維特比算法，自70 年代發(fā)明以來，由于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低，因此得到了最廣泛的使用。

雖然理論上使用足夠隨機(jī)足夠長的碼可以無限接近信道容量，但是很難找到一種足夠隨機(jī)的糾錯(cuò)編碼。此外，特別長的碼由于硬件實(shí)現(xiàn)太復(fù)雜，根本無法實(shí)現(xiàn)。看來單靠使用一種碼來實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)編碼有其局限性，人們便提出了級(jí)聯(lián)碼，實(shí)現(xiàn)多級(jí)糾錯(cuò)編碼，通常有并行級(jí)聯(lián)碼和串行級(jí)聯(lián)碼。DVB-S和DVB-T就普遍采用了串行級(jí)聯(lián)碼。應(yīng)用最廣泛的串行級(jí)聯(lián)碼是通過RS 碼和卷積碼實(shí)現(xiàn)串行級(jí)聯(lián)，構(gòu)建的級(jí)聯(lián)碼最大限度提高了信道糾錯(cuò)能力。

3 DVB-S2采用的信道編碼技術(shù)

2005 年獲得批準(zhǔn)的DVB-S2采用了BCH 碼為外碼，LDPC 碼作為內(nèi)碼的串行級(jí)聯(lián)碼，憑借其卓越的性能，即非常接近香農(nóng)理論極限，只差極限不到1dB。

LDPC 碼于上世紀(jì)60 年代創(chuàng)造出來時(shí)，由于硬件所限沒有實(shí)現(xiàn)，30 年后到1990 年被重視并一度成為研究的熱點(diǎn)，LDPC 碼屬于線性分組碼，其校驗(yàn)矩陣行列較多，但每行或每列中1的個(gè)數(shù)很少，是稀疏矩陣。由于LDPC碼存在誤碼平臺(tái)效應(yīng)，需要使用BCH碼進(jìn)一步降低其誤碼。

LDPC 碼輸出碼長分為64.8K比特和16.2K比特，與RS碼比較碼長增加非常多，RS 碼碼長為255×8=2040，即2K 比特，碼長的增加使得其性能達(dá)到最佳，LDPC 碼采用11 種不同的碼率，校驗(yàn)位數(shù)也不同，可供不同的應(yīng)用靈活選擇使用。我國地面數(shù)字電視采用了7488 比特的LDPC碼， BCH 碼 采 用BCH （765，752）的串行級(jí)聯(lián)碼編碼。

DVB-S2使用LDPC碼使得其性能非常優(yōu)越，與當(dāng)前先進(jìn)的信源編碼技術(shù)，如（H.264、H.265以及AVS2 等）和高階調(diào)制技術(shù)（8PSK，16APSK，32APSK） 組合在衛(wèi)星傳輸領(lǐng)域使用，使衛(wèi)星的傳輸容量達(dá)到最大化。

4 其他數(shù)字電視系統(tǒng)采用的信道編碼技術(shù)

4.1 有線電視系統(tǒng)

我國有線電視系統(tǒng)采用了RS碼和卷積交織的方式實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)編碼，這是由于有線電視系統(tǒng)不是開路傳輸，傳輸鏈路產(chǎn)生的干擾和噪聲是有限和可控的，信道質(zhì)量好，因此沒有使用卷積編碼。

4.2 CMMB電視系統(tǒng)

我國CMMB 采用RS 編碼、字節(jié)交織、LDPC 編碼及比特交織的糾錯(cuò)編碼方式。提供4種RS編碼模式，分別為RS （240，240）、 RS （240， 224）、 RS（240，192）、RS （240，176）。LDPC 編碼碼率為1/2 和3/4，對(duì)應(yīng) 為LDPC （4608， 9216） 和LDPC（6912，9216）。

4.3 直播衛(wèi)星電視系統(tǒng)

我國直播衛(wèi)星同樣采用了LDPC碼，但并未采用64.8K比特的長碼，而是采用15.36K比特幀長的LDPC 碼，未采用BCH 作為外碼，降低了糾錯(cuò)編碼、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難度，傳輸效率大幅度提升，是很好的改進(jìn)技術(shù)。

直播衛(wèi)星未采用級(jí)聯(lián)編碼，而采用15.36K比特的短碼，但其技術(shù)性能可與DVB-S2 相媲美。這是我國在信道編碼方式上的自主創(chuàng)新，直播衛(wèi)星下行EIRP 高達(dá)56dBW。結(jié)合采用上述信道編碼和調(diào)制技術(shù)，使用30厘米的小口徑天線實(shí)現(xiàn)地面接收，是現(xiàn)階段廣播電視傳輸覆蓋的最有效方式之一。