1.引言

    在數(shù)字電視的概念提出以前，高清晰度電視的開發(fā)是以模擬電視技術(shù)為基礎(chǔ)的。數(shù)字電視的開發(fā)工作始于1980年代末期，當(dāng)時集成電路技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得將高清晰圖象和高保真音響以數(shù)字技術(shù)壓縮進(jìn)單一模擬電視頻道成為可能。

    在有限帶寬內(nèi)傳輸高清晰度電視對視頻、音頻壓縮編碼和信道編碼都提出了更高的要求，而且在地面?zhèn)鬏數(shù)那闆r下無線環(huán)境的各種衰落和干擾也不可避免，同時考慮到移動環(huán)境下的接收需求，在新一代的地面數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)中必需引入無線通信的最新技術(shù)。數(shù)字電視廣播和現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)的結(jié)合，使得傳統(tǒng)的電視傳媒得以在通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上新生。

    我們在數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)設(shè)計中采用了Cadence公司的系統(tǒng)級設(shè)計與仿真軟件SPW(Signal Processing Worksystem)。在大型系統(tǒng)設(shè)計中只有實現(xiàn)算法和系統(tǒng)級的優(yōu)化，才能對系統(tǒng)性能有極大的提升，因為它比底層優(yōu)化具有更大的優(yōu)化空間。

    2.理想系統(tǒng)仿真

    數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)涉及調(diào)制、編碼、發(fā)送和接收、解碼、解調(diào)諸多子系統(tǒng)，但信道的建模對系統(tǒng)性能具有重要意義。在設(shè)計方法學(xué)上，可先考慮建立信道噪聲和干擾不存在的理想傳輸信道，即著重調(diào)制、解調(diào)、編碼與解碼系統(tǒng)的設(shè)計。若以信號幀為基本信息單元，信號幀的同步頭采用沃爾斯(Walsh)編碼的偽隨機(jī)序列，數(shù)據(jù)體采用多載波調(diào)制(OFDM)信號且由保護(hù)間隔(Guard Interval)和離散傅里葉變換（DFT）模塊構(gòu)成。

    用SPW可以方便地調(diào)整參數(shù)及替換相關(guān)的模塊，以便系統(tǒng)的總體性能最佳。對調(diào)制方式、糾錯外碼、時域和頻域的交織編碼、糾錯內(nèi)碼的描述如信號流程圖如圖1所示。相應(yīng)的接收過程是解碼、解交織、解調(diào)制的過程，選用何種模式及選用什么參數(shù)只需在設(shè)計中簡單地修改即可，不斷調(diào)整參數(shù)和模塊可實現(xiàn)系統(tǒng)總體性能的最優(yōu)化。

    在調(diào)制和編碼過程中提供了若干種可選的模式，如外碼選用高數(shù)據(jù)率的RS(208,200)或高保護(hù)率的RS(208,188)等。這主要是為了對不同的數(shù)據(jù)提供不同的優(yōu)先級和保護(hù)級別，達(dá)到分層傳輸?shù)哪康摹＠硐胂到y(tǒng)仿真只對成幀、分幀、編碼和調(diào)制驗證其可行性。仿真分兩部分：1)信號源用給定數(shù)據(jù)碼流，以在接收端得到源碼流為仿真正確的標(biāo)準(zhǔn)。2)信號源為一幀圖象，在接收端解碼后恢復(fù)此圖象，這是一個直觀正確的結(jié)果。
 
    3．高斯白噪聲（AWGN）和多徑性能研究。

    因多徑建模和信道估計算法相對較為復(fù)雜，故仿真較耗時。除了參數(shù)仿真，還做了MPEG2碼流的仿真。

    對應(yīng)美國標(biāo)準(zhǔn)mpath_b信道模型，與本系統(tǒng)根據(jù)接收信號作出的信道估計結(jié)果作對比。可以看出這兩者是非常匹配的。

    4．系統(tǒng)同步性能仿真。

    設(shè)計包括transmitter、Code acquisition、STR、AFC、FFT和Channel Estimation等部分，完整地實現(xiàn)了系統(tǒng)同步功能。

    Time(ms)域示出的是實際系統(tǒng)運行的時間(與仿真時間不同)，下面各域表示頻率偏移、時間偏移以及設(shè)計系統(tǒng)同步電路估計出來的頻偏和時偏，右半部分的域表示了信道估計之前和之后對應(yīng)的星座圖。從仿真可以得到整個碼同步捕獲時間僅僅需要5ms, 這比同類系統(tǒng)的同步時間大大縮短，且時偏和頻偏的糾正都達(dá)到了設(shè)計要求。

    5．分層傳輸性能仿真

    本系統(tǒng)中HDTV和SDTV以復(fù)合信號的形式傳輸。該復(fù)合信號由基本信號和增強(qiáng)信號兩部分組成并且分別以不同的優(yōu)先級別傳送，基本信號和增強(qiáng)信號一起可以產(chǎn)生HDTV信號，僅用基本信號可以產(chǎn)生SDTV信號。這種方法的效率稍低于只傳送HDTV信號，但是SDTV信號的抗干擾能力比HDTV大大提高，特別適合于移動接收環(huán)境。具體實現(xiàn)中對基本信號（base signal）采用高保護(hù)級，而對增強(qiáng)信號(enhanced signal)采用一般保護(hù)級，這樣可以實現(xiàn)SDTV和HDTV電視信號的分層傳輸。仿真時給出兩組信號源，將HDTV和SDTV以復(fù)合信號的形式進(jìn)行傳輸，對應(yīng)于不同的調(diào)制方式。仿真結(jié)果表明系統(tǒng)在信噪比很高(如22dB)時能夠接收到高清晰度的電視信號，信噪比下降以后(如10dB) 由于高保護(hù)級的信號仍然能夠被接收，所以用戶還可以接收標(biāo)準(zhǔn)清晰度的數(shù)字電視信號，甚至當(dāng)信噪比已經(jīng)無法忍受時仍然能夠收聽到高保真的聲音。

    綜上所述，采用SPW軟件進(jìn)行系統(tǒng)級設(shè)計與仿真可以讓設(shè)計者把主要的精力放在系統(tǒng)的算法實現(xiàn)及優(yōu)化上面，而不必過多地考慮具體硬件實現(xiàn)。當(dāng)這些系統(tǒng)級仿真都全部完成以后，我們可以采用Cadence的硬件設(shè)計系統(tǒng)HDS、Verilog仿真軟件Verilog-XL和NC-Verilog、SPW和Verilog描述的接口協(xié)同仿真軟件等把SPW中的系統(tǒng)設(shè)計轉(zhuǎn)換為Verilog語言硬件描述，之后再用FPGA實現(xiàn)、PCB布板進(jìn)行驗證。最后把完整的設(shè)計做成ASIC。