Внешнее кодирование и перемежение

Расчет количества транслируемых цифровых каналов для эфирного и кабельного телевидения

Вариант 8

Выполнил студент

заочного отделения ФАП

группы ИКТ-419СФ

_____________КорносенковА.В.

Проверил

_______________Мешков И.К.

УФА – 2014

Цель РГР.

Рассчитать максимальное количество каналов транслируемых в кабельных и эфирных сетях.

Исходные данные.

- SD канал занимает 3 Мбит/с скорости информации;

- HD канал занимает 15 Мбит/с скорости информации;

- один цифровой пакет программ должен содержать один HD канал, остальные SD каналы;

- МГц для эфирного и кабельного цифрового ТВ;

- коэффициент скругления спектра ;

- Вид модуляции – 16-QAM;

- Скорость сверточного кодера – 3/4

- Скорость кодера Рида-Соломона – 188/204;

- Длительность полезной символьной части – 1/4

- Вид цифрового ТВ – кабельное;

- Количество транслируемых пакетов – 2.

Расчет количества транслируемых цифровых каналов.

На первом этапе рассчитаем полезную битовую скорость одного цифрового пакета программ, которая зависит от ширины полосы и от выбранной кратности модуляции. Модулятор, в зависимости от реализации, может допускать дискретное или непрерывное изменение символьной скорости и, соответственно, полосы передачи.

Согласно исходным данным ширина полосы - 7,61 МГц. Для определения скорости передачи символов и ширины выбранной полосы надо учесть 23-процентное расплывание символов за счет скругления их АЧХ фильтром Найквиста. Таким образом символьная скорость для наших исходных данных составит:

Мбит/с

По символьной скорости определим битовую скорость. Для этого необходимо символьную скорость умножить на количество бит, передаваемых одним символом. Согласно исходным данным выбрана модуляция 16-QAM, исходя из этого битовая скорость потока составит:

Мбит/с

Определить полезную скорость передачи. Для этого следует вычесть контрольные биты, добавляемые при наложении помехозащитного кода Рида-Соломона:

Мбит/с

По условию цифровой пакет обязательно должен содержать один HD канал, занимающий 15 Мбит/с. Поэтому состав рассчитанного цифрового пакета будет следующим: 1 HD + 6 SD канала.

Согласно исходным данным рассчитываемая система передачи подразумевает организацию 2 цифровых пакета. Таким образом количество транслируемых цифровых каналов составит: 2HD + 12SD канала.

Вывод.

В данной расчетно-графической работе представлен краткий обзор стандарта цифрового телевидения DVB-C. Произведен расчет количества транслируемых цифровых каналов для системы, подразумевающей организацию 7ми цифровых пакетов с использованием модуляции 16-QAM.

Часть 2

Внешнее кодирование и перемежение

В системе внешнего кодирования для защиты всех 188 байтов транспортного пакета (включая байт синхронизации) используется код Рида-Соломона. В процессе кодирования к этим 188 байтам добавляется 16 проверочных байтов (рис. 5). При декодировании на приемной стороне это позволяет исправлять до восьми ошибочных байтов в пределах каждого кодового слова длиной 204 байта.

Рис.5.
Формирование пакетов данных с защитой от ошибок с памятью внешнего кода Рида-Соломона RS (204, 188)

Внешнее перемежение осуществляется путем изменения порядка следования байтов в пакетах, защищенных от ошибок. В соответствии со схемой, показанной на, перемежение выполняется путем последовательного циклического подключения источника и получателя данных к двенадцати ветвям, причем за одно подключение в ветвь направляется и из ветви снимается 1 байт данных. В одиннадцати ветвях включены регистры сдвига, содержащие разное количество ячеек (каждая ячейка хранит байт данных) и создающие увеличивающуюся от ветви к ветви задержку. Входной и выходной ключи синхронизированы. Интересно, что предложенная схема не нарушает периодичность и порядок следования байтов синхронизации. Первый же синхробайт направляется в ветвь с номером 0, которая не вносит задержки. После семнадцати циклов коммутации ключей через устройство пройдет 204 байта (12і17=204, что совпадает с длиной кодового слова, в которое превращается пакет данных после кодирования Рида-Соломона). Следовательно, следующий байт синхронизации опять пройдет через ветвь с нулевой задержкой.

Перемежение является временным перемешиванием байтов данных, в приемнике исходный порядок следования байтов данных восстанавливается. Полезным в перемежении является то, что длинные пакетные ошибки, обусловленные шумами и помехами в канале связи и искажающие последовательно идущие байты данных, в результате обратного перемежения в приемнике разбиваются на небольшие фрагменты и распределяются по разным кодовым словам кода Рида-Соломона. В каждое кодовое слово попадает лишь малая часть пакетной ошибки, с которой легко справляется система обнаружения и исправления ошибок при сравнительно небольшом объеме проверочных данных.

Прямое и обратное перемежения могут выполняться с помощью практически одинаковых схем, но только порядок изменения задержки в ветвях схемы обратного перемежения в приемном устройстве должен быть изменен на противоположный. Синхронизация устройств прямого и обратного перемежения осуществляется путем направления первого же обнаруженного байта синхронизации через ветвь с номером 0.

Повышение достоверности приема сигналов в цифровом теле) видении требует использования помехоустойчивого кодирования. При канальном кодировании используется каскадное кодирование с внешним и внутренним кодами. Внешний код — код, применяемый на передающей стороне пер) вым, но декодируемый на приемной стороне последним. Внутренний код — код, применяемый на передающей стороне последним, но декодируемый на приемной стороне в первую очередь. В цифровом ТВ данные транспортного пакета подвергаются пе) ремежению, а затем помехоустойчивому кодированию каскадным кодом. В качестве внешнего в DVB)T используется код Рида)Соломо) на, а в качестве внутреннего — сверточный код. Основной принцип построения корректирующих кодов заклю) чается в том, что в каждую передаваемую кодовую комбинацию, со) держащую k информационных двоичных символов, вводят р допол) нительных двоичных символов. В результате получается новая кодо) вая комбинация, содержащая п = k + рдвоичных символов. Такой код обозначается как (n, k). Доля информационных символов в нем ха) рактеризуется относительной скоростью кода, определяемой соот) ношением R = k / n = k / k + p. Для оценки способности кода обнаруживать и исправлять ошиб) ки используется понятие кодового расстояния d. Линейные коды — цифровые комбинации, обладающие важ) ным свойством: два кодовых слова можно сложить и получить третье кодовое слово. К ним применимы методы линейной алгебры. Следующая ступень классификации — систематические и несис) тематические коды [1;3]. В систематических кодах kстарших коэффи) циентов сформированного кода с(x) содержат исходное сообщение. В процессе кодирования к блоку kинформационных символов в конце кодового слова добавляется блок из 2t проверочных симво) лов, где t— число исправляемых ошибок. Это удобно при декодиро) вании, поэтому в телевидении используется систематический код РС. Несистематические коды не содержат исходного сообщения в явной форме (например, сверточный код). Циклическим кодом является линейный код, обладающий следу) ющим свойством: если в кодовом слове выполнена циклическая пе) рестановка, то полученное слово также является кодовым словом. Рассмотрим коды РС и сверточные коды, используемые в стан) дарте DVB)T. Коды Рида)Соломона Коды РС — недвоичные блочные циклические коды, позволяю) щие исправлять ошибки в блоках данных. Недвоичные они, потому что элементами кодового слова являются не биты, а группы битов. В телевидении это — байты. Для восьмибитовых символов полная длина кодового слова составляет 28–1 = 255 символов, из них 239 информационных и 16 проверочных. На рис. 3 показано размещение байтов в пакете данных MPEG) 2 с защитой от ошибок блочным кодом РС. В стандарте цифрового телевидения DVB используется код РС, записываемый как (204, 188, 8). Здесь 188 — количество инфор) мационных байтов в пакете транспортного потока MPEG)2, 204 — количество байт в пакете после добавления проверочных символов, 8 — число корректируемых байт. Таким образом, в каче) стве кодовых комбинаций берутся целые пакеты транспортного по) тока, содержащие 188 байт, а добавляемые проверочные симво) лы содержат 16 байт. 30 T)Comm, #9)2013Построение кодового слова, защищенного кодами РС Формирование циклических кодовых слов производится с по) мощью порождающего многочлена g(x), максимальная степень ко) торого равна числу проверочных символов nk (для телевидения n)k = 2t = 16): Процедура нахождения кодового слова с(х) заключается в ум) ножении исходного информационного многочлена i(x) на порожда) ющий многочлен кода: с(х) = g(x) i(x). В приемнике для каждого принятого транспортного пакета, со) держащего 204 байта, вычисляются полиномы синдромов ошибки. Синдромы ошибок получаются делением кодового слова на порож) дающие многочлены. Если кодовые слова делятся на порождающий многочлен без остатка, то ошибок нет. Принятые слова, которые не делятся без остатка на порождающий многочлен, не являются раз) решенными и, следовательно, содержат ошибки. При наличии ос) татка деления — включается процедура исправления ошибки. Описание кодера РидаСоломона Кодер осуществляет деление многочлена v(x), отображающего принятое слово, на порождающий многочлен g(x). Полученный ос) таток от деления приписывается к v(x) в качестве младших разрядов и это кодовое слово идет на передачу. Деление в кодере реализует) ся посредством умножения и сложени