1.3 数字电视信道编码
1.3.1 数字信号的检错与纠错
数字电视信号在传输中会因各种原因出现差错，产生误码。如将“1”变为“0”，或将“0”变为“1”，这就需要在接收端能发现错误并加以纠正。完成这项工作就是在传送的数字信息码元中附加一些监督码元来进行检错和纠错。
在信源编码中，需除去冗余，压缩码元数量，提高传输效率。而在信道编码中却要增加冗余，增加码元数量，降低传输效率，增加的冗余部分即监督码元，信道编码是以降低传输效率为代价而获得传输的可靠性。
例如有一个通知：“星期五14∶30～16∶30开会”，但在发通知过程中由于某种原因产生了错误，变成“星期五10∶30～16∶30开会”。别人收到这个错误通知后由于无法判断其正确与否，就会按这个错误时间去行动。为了使接收通知的人能判断正误，可以在发的通知内容中增加“下午”两个字，即改为“星期五下午14∶30～16∶30开会”，这时，如果仍错为“星期五下午10∶30～16∶30开会”，则收到此通知后根据“下午”两字即可判断出其中“10∶30”发生了错误。但仍不能纠正其错误，因为无法判断“10∶30”错在何处，即无法判断原来到底是几点钟。这时，接收者可以告诉发端再重发一次通知，这就是检错重发。为了实现不但能判断正误（检错），同时还能改正错误（纠错），可以把发的通知内容再增加“两个小时”四个字，即改为“星期五下午14∶30～16∶30两个小时开会”。这样，如果其中“14∶30”错为“10∶30”，不但能判断出错误，同时还能纠正错误，因为其中增加的“两个小时”四个字可以判断出正确的时间为“14∶30～16∶30”。
这个例子中“下午”两个字和“两个小时”四个字是冗余，具有监督码元的作用，但打字员需多打六个字，工作效率降低了（传输效率降低）。
【小知识】
数字电视信号在传输过程中与模拟电视有明显的区别。模拟电视信号由于传输条件变差，图像质量也逐渐变差，出现噪波点，但还能勉强收看；但数字电视信号在发生不可纠正的误码情况下，特别是当误码发生在码流各层头部载有的重要信息部位时，图像往往表现为不能解码，或出现严重的“马赛克”现象。因此，数字电视图像质量变化只有三种情况：一是有清晰稳定的图像，二是马赛克，三是无图像。这种现象在数字电视中一般称为“峭壁效应”。
1.3.2 数字信号的差错控制方式
为适应不同的通信业务、通信环境及通信方式的需要，数字信号在传输过程中，往往采用不同的差错控制方式。常用的有三种，即前向纠错（FEC）、检错重发（ARQ）及混合纠错（HEC）。
1.前向纠错（FEC）
图1-17所示为前向纠错（FEC）框图，它用于正向信道，适用于点对多点的广播业务。由于它有较强的纠错能力，且能自动纠错，因而接收信号的时延小，实时性好。当然，编解码设备也较复杂。
图1-17 前向纠错（FEC）框图
2.检错重发（ARQ）
图1-18所示为检错重发（ARQ）框图，它用于双向信道，适用于计算机通信业务。其纠错编码信号在接收检验后通过反向信道反馈一个应答信号给发送端，若有错，则发送端应重发，直到接收正确为止。
图1-18 检错重发（ARQ）框图
3.混合纠错（HEC）
图1-19所示为混合纠错（HEC）框图，其内层采用FEC方式，纠正部分差错；外层采用ARQ方式，重发那些虽已检出但未纠正的差错。这种方式是前两种方式的折衷，也适用于对时延要求不高的高速数据传输系统。
图1-19 混合纠错（HEC）框图
【小知识】
数字信号在传输过程中，由于信道不理想以及噪声的干扰，以致在接收端判决再生后的数字比特可能出现错误，这叫做传输误码。误码的多少用误码率来衡量，误码率是数字通信系统中单位时间内错误比特数与发送总比特数之比。例如，误码率2×10-4表示每发送10000bit，产生2bit的错误。
1.3.3 3种信道编码方式简介
根据信道的情况不同，信道编码方案也有所不同，在地面数字电视传输过程中，由于是无线信道且存在多径干扰和其它的干扰，所以信道很“脏”，为此它的信道编码是：RS+外交织+卷积码+内交织。采用了两次交织处理的级联编码，增强其纠错的能力。RS作为外编码，其编码效率是188/204（又称外码率），卷积码作为内编码，其编码效率有1/2、2/3、3/4、5/6、7/8五种（又称内码率）选择，信道的总编码效率是两种编码效率的级联叠加。设信道带宽8MHz，符号率为6.8966 MBaud/s，内码率选2/3，16QAM调制，其总传输率是27.586Mbit/s，有效传输率是27.586×（188/204）×（2/3）Mbit/s=16.948Mbit/s，如果加上保护间隔的插入所造成的开销，有效码率将更低，其信道编码和调制框图如图1-20所示。
图1-20 地面数字电视信道编码和调制框图
在有线数字电视传输过程中，由于是有线信道，信道比较“干净”，所以它的信道编码是：RS+交织。一般有线电视的信道物理带宽是8MHz，在符号率为6.8966 MBaud/s，调制方式为64QAM的系统，其总传输率是41.379Mbit/s，由于其编码效率为188/204，所以其有效传输率是41.379×188/204=38.134Mbit/s。其信道编码和调制框图如图1-21所示。
图1-21 有线数字电视信道编码和调制框图
在卫星数字电视传输过程中，由于它也是无线信道，所以它的信道编码是：RS+交织+卷积码，也是级联编码。其信道编码和调制框图如图1-22所示。
图1-22 卫星数字电视信道编码和调制框图
【知识链接】
信道编码又称纠错编码，是指将数字电视信号进行编码处理，以使编码后的传送码流与信道传输特性相匹配，其根本目的是为了提高信息传输的可靠性，即提高数字电视系统的抗干扰能力。信道编码是数字通信区别于模拟通信的显著标志，其主要实现方法是通过增大码率或频带，即增大所需的信道容量。这一点恰好与信源编码为适应存储及信道传输要求而进行压缩码率或频带的方式相反。
【思考题】
1.信道编码与信源编码有哪些异同点？
2.什么是传输误码？什么是误码率？
3.数字电视图像主要有哪几种故障现象？