基于数字电视传输系统Turbo编码器芯片设计

文章摘要：摘要：本文介绍了数字电视传输系统中信道编码的应用及发展的新方向，并在此基础上我们设计了可以应用于数字电视传输的Turbo码编码器芯片，并通过EDA前后端设计工具，完成了整个ASIC级的设计。为了满足实际数字电视信号的实时处理要求，芯片必须工作在较高的频率上，因此设计中采用了流水线技术。 关键词：Turbo编码器，数字电视，信道编码，T-TCM 1.前言信道编码在数字电视中是非常关键的部分，它对数字电视系统整体性能的好坏起到了举足轻重的作用。而Turbo码是目前所有信道编码方案中最好的，我们在数字电视信道编码理论和Turbo编解码理论研究的基础上设计了可用于数字电视传输系统的Turbo码编码器芯

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摘要：本文介绍了数字电视传输系统中信道编码的应用及发展的新方向，并在此基础上我们设计了可以应用于数字电视传输的Turbo码编码器芯片，并通过EDA前后端设计工具，完成了整个ASIC级的设计。为了满足实际数字电视信号的实时处理要求，芯片必须工作在较高的频率上，因此设计中采用了流水线技术。
关键词：Turbo编码器，数字电视，信道编码，T-TCM

1.前言

信道编码在数字电视中是非常关键的部分，它对数字电视系统整体性能的好坏起到了举足轻重的作用。而Turbo码是目前所有信道编码方案中最好的，我们在数字电视信道编码理论和Turbo编解码理论研究的基础上设计了可用于数字电视传输系统的Turbo码编码器芯片。设计中我们用EDA前后端设计工具完成了整个芯片的设计流程。Turbo编码器芯片的电路功能是实现Turbo信道编码及其发送过程，编码数据流结构为16bits/block。为了满足实际数字电视信号的实时处理要求，芯片必须工作在较高的频率上，因此设计中采用了流水线技术。

2.数字电视中的信道编码

2.1 数字电视传输标准

(1) 美国的高级数字电视系统委员会标准，即ATSC，采用格型编码的八电平残留边带调制（8-VSB）。

(2) 欧洲的数字地面视频广播标准DVB-T，采用的是编码正交频分复用调制（COFDM）。

(3) 日本的地面综合业务数字广播ISDB-T，采用的频带分段传输正交复用调制（BST-OFDM）。

以上是国际三大数字电视标准。

2006年8月30日，以清华大学数字电视传输技术研发中心提出DMB-T标准和上海交大的ADTB-T标准的融合标准，最终被确立为我国数字电视地面传输国家标准，名为《数字电视地面广播传输系统帧、信道编码和调制》（简称DMB-TH标准）。根据国家标准化管理委员会发布的国际公告，该标准号为GB20600-2006的数字电视标准已被正式批准成为强制性国家标准，将在明年8月1日正式实施。它标志着中国数字电视自主知识产权标准产业化破冰启航。

2.2 数字电视系统信道编码方案

数字电视国际三大标准的信道编码方案及我国数字电视新标准的信道编码方案（采用的是清华的信道编码方案）基本上都是采用RS码作为外码，加上交织器，加上内码（卷积码或TCM）的典型级联码的结构^[2]。而作为内码的卷积码/TCM的保护能力在很大程度决定了系统的白噪声门限。其纠错能力与香浓极限相比还有一定的距离。

本文的Turbo码编码器芯片的设计是在国家新标准出台之前，但在我们的设计之前已经深入研究了清华DMB-T标准和上海交大的ADTB-T标准，并在此基础上，设计了可用于数字电视传输系统的Turbo码编码器芯片，以它作为内码，从而可大大降低系统的噪声门限。

2.3 数字电视信道编码的新思路

网格编码调制技术（简称TCM）克服了传统信道编码的缺点，把调制与编码结合起来，能够在不增加带宽和减小数据传输速率的基础上，获得3～6dB的编码增益，是一种高效调制方案。Turbo作为一种在低信噪比条件下性能优异的信道编码方法，显然是实现网格编码调制的理想方案，为编码调制提供了新的思路^[1]。

采用Turbo码于调制技术结合的Turbo-TCM技术（又称为T-TCM技术）和用Turbo码做子码的多层编码已成为实现编码调制方案的新方向。图1是一个二维T-TCM编码器结构图。

图1 T-TCM的编码器结构      

 

     图2 Turbo编码器电路框图

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