多媒体信息传输中时频矩阵二维信道动态分配方法，其特征在于：它是在ＴＤＳ－ＯＦＤＭ即时域同步正交频分复用系统中传输多媒体信息的条件下，根据与自然时间同步的分层帧结构特性而提出的在物理层利用二维时间频率矩阵，即ＴＦＭ，来随机地动态分配信道的方法，它是在发射端，当对输入码流依次进行信道纠错编码、调制符号映射、ＩＤＦＴ变换后，通过利用现场可编程门阵列即ＦＰＧＡ对ＩＤＦＴ的输出码流依次进行如下处理而实现的：第１步：用一个下述的二维的时间－频率矩阵来描述多用户广播信道的多 媒体信息的分配图案：＊＊＊其中ＴＦＭ矩阵中的元素ＳＣ↓［ｍ×ｎ］表示ＴＤＳ－ＯＦＤＭ中第ｍ个信号帧中的第ｎ个ＯＦＤＭ子载波；在ＴＦＭ矩阵中，水平方向代表频率矢量，用符号＊表示，矢量＊中的元素代表了某个多媒体节目在ＯＦ ＤＭ子载波上的位置；垂直方向代表时间矢量，用符号＊表示，矢量＊中的元素代表某个多媒体节目在帧群中信号帧的索引；从而用ＴＦＭ矩阵中元素的赋值表示一个多媒体节目在ＴＤＳ－ＯＦＤＭ物理传输信道的分配；当传输ｐ个节目时，用一个由每个节目的时 间－频率矩阵构成的三维矩阵来表示该要传输的ｐ个节目，所述三维矩阵用一个节目矢量表示，用符号＊或ＴＦＭ↓［ｐ］代表：ＴＦＭ↓［ｐ］＝［ＴＦ↓［１］，ＴＦ↓［２］，…ＴＦ↓［ｍ］，…，ＴＦ↓［ｐ］］其中的ＴＦ↓［ｍ］表示第ｍ个节 目在时频二维矩阵ＴＦＭ中信道分配信息；第２步：依据步骤１所述的ＴＦＭ矩阵定义的多用户广播信道分配方案，把从上述ＩＤＦＴ输入的多媒体节目码流分配到ＴＦＭ矩阵的相应位置，用１表示该元素所代表的子载波传输该节目数据，用０表示此子载 波不传输该节目数据，接收机处于空闲状态，关闭相应的部分接收电路，但发射机此时继续发送其他的电视节目；第３步：用前向纠错码分别对每个用户的广播信息进行保护处理，前向纠错码后的数据经过调制作符号星座映射；第４步： 把多用户的数据在频域进行复接，形成长度在事先确定的数据块，然后采用ＩＤＦＴ即离散傅里叶变换把所形成的频域数据块变换成为相应长度的时域离散样值帧体，得到ＯＦＤＭ多载波基带调制信号，构成ＴＤＳ－ＯＦＤＭ信号帧的帧体；第５步：按Ｔ ＤＳ－ＯＦＤＭ的信道帧结构，在ＯＦＤＭ保护间隔内插入一定长度的ＰＮ序列作为帧头，把帧头和帧体组成信号帧；第６步：在ＴＤＳ－ＯＦＤＭ帧群的帧群头中插入ＴＦＭ矩阵信息；第７步：把帧群进一步组成超帧和日帧，构成一个 符合ＴＤＳ－ＯＦＤＭ传输帧结构的完整信号；发射端最后把步骤７形成的完整的ＴＤＳ－ＯＦＤＭ信号进行成形滤波处理，再经过频率上变换和功放，在预定的频道带宽中发射出去。
【技术实现步骤摘要】
多媒体信息传输中时频矩阵二维信道动态分配方法
本专利技术属于数字信息传输
，特别涉及到在使用正交频分复用(OFDM)多载波调制技术的多媒体信息传输中时频矩阵(Time-Frequency Matrx，TFM)二维信道动态分配方法。
技术介绍
当今世界己步人信息时代，社会的信息需求急剧增加和信息社会功能的显著变化，使多媒体的研究发展成为时代的必然，并得到了越来越广泛的应用。多媒体是将数据、文字、声音、音乐、动画、视频、图象等多种媒体综合于一体，通过数字化处理，实现人-机交互式信息交流和传播的新型信息技术。人们在获取、处理和交流信息时，最自然的形态是以多媒体方式进行的，往往表现为视觉、听觉、嗅觉等感觉器官的并用。实验心理学家赤瑞特拉(Treicher)做过一个关于人类获取信息来源的著名实验：人类获取的信息83％来自视觉，11％来自听觉，这两个加起来就有94％，还有3.5％来自嗅觉，1.5％来自触觉，1％来自味觉。由此可见，多媒体能与人们的自然交流和处理信息的方式达到最好的匹配。多媒体是一个涉及多门学科和多种
的系统工程，包括计算机技术、人工智能技术、电子技术、通信技术、广播电视技术以及其他若干技术。作为多媒体技术核心的视频技术、音频技术、信息压缩和解压技术、图像技术、高密度存储技术等日臻完善；多媒体硬件系统、操作系统平台、窗口系统、多媒体创作工具等正日趋成熟。多媒体应用是随着多媒体技术的研究开发而发展的，围绕着多媒体业务类型和针对不同的网络环境，正在不断地研究开发各种多媒体应用，从行政办公、军事安全、交通环保、教育医疗、金融保险、信息检索、休闲娱乐、出版印刷到动画、音视频制作、特技、虚拟世界、数字艺术创作等社会和经济的各个方面，都由于多媒体技术的广泛采用而发生了深刻的变革。多媒体的主要目标之一是满足人们对多种信息处理和传播的需求。没有信息传播的多媒体技术也将不会有如此迅速的应用和发展。人们对传媒的真实感、现场感、直接参与性提出的高要求，以及应用目的、对象和环境等外部条件的千差万别，迫切要求信息传输系统具有快速、灵活、有效率等特点。但不管是在电视广播、通信和网络系统中，多媒体信息的传播仍有许多特殊问题需要解决，例如不同-->终端和前端服务器的动态适应、多媒体信息的实时性要求、可变视频数据流的处理、网络频谱及信道分配、高性能和高可靠性、压缩性能等。例如对于视频的传输码率，不同的应用(高清晰度电视HDTV、标准清晰度电视SDTV和DVD、VCD和掌上电脑PDA、手机等)，有不同的需求。例如按照ITU-R 601标准，使用4：2：2的采样格式，去掉行场逆程后，SDTV传输率为165Mb/s，而HDTV更高达829Mb/s。而对于小屏幕的手持设备(如手机)，CIF和QCIF就用满足图像质量要求。CIF是352×288像素，8bit/像素，25帧/s，亮色4:2:0，则未压缩的图像信号传输码率是30Mb/s，目前的压缩技术，如MPEG-2/4、MS WM9、H264等，保守计算可做到压缩比R＝40倍，则压缩后的码率是760kb/s。若为QCIF(166×144)，则传输码率进一步降为190kb/s。因此，对于小屏幕，先进视频压缩技术使得视频流码率只有几百kbps量级。而信道的传输能力可能大于10Mbps，在地面数字电视广播中就是如此，这样的话，如何优化和灵活地利用传输资源就成为一个重要问题。对于短消息，信息量比较小，可能只有几个比特或几千个bit，如何高效地在大容量传输通道中传输如此小的信息量？而对于即时消息，如何快速地响应，如何快速地传输出去，也是一个关键问题。上述应用中的不同需求，体现了多媒体信息传输的快速、灵活、有效率性要求，对于一个信息传输系统来讲，可以在物理层、链路曾或应用层等不同的ISO协议层满足多媒体信息传输的快速、灵活和高效要求。本专利技术主要针对地面数字电视广播系统中传播多媒体电视节目，提出了一种在物理层上采用时域-频域二维矩阵方式的传输信道动态分配方法，满足多媒体信息传输的快速、灵活和高效要求。国内外地面数字电视广播(Digital TV terrestrial broadcasting，DTTB)正在高速发展。数字电视从80年代末研制到现在只有短短十几年的时间，但发展速度之快令人惊异。经过这些年坚持不懈的研究和发展，DTTB已经取得了很多的成果，达到了可以实现阶段。从1998年11月北美和欧洲已经开播DTTB节目，许多国家宣布了它们的DTTB制式选择和实现计划。目前，世界上主要有三种DTTB传输标准：1)美国高级电视系统委员会(Advanced Television Systems Committee，ATSC)研发的格形编码的八电平残留边带(Trellis-Coded 8-Level Vestigial Side-Band，8-VSB)调制系统。ATSC数字电视标准是高级电视系统委员会ATSC开发的。调制方案采用了具有导频信号的单载波调制，即八电平残留边带调制(8-VSB)，用于单发射机(多频网Multi-Frequency-->Network，MFN)实现。美国VSB系统加入了0.3dB的导频信号，用于辅助载波恢复。传输信号采用段、场结构，成帧发送，数据帧结构如图1所示。加入的段同步信号用于系统同步和时钟恢复；而长度达511的两电平场同步信号，用于系统同步和均衡器训练，通过采用精心设计的自适应判决反馈均衡器来消除多径衰落引起的回波干扰。在美国ATSC数字电视标准中，视频、音频和数据等多种媒体构成的传送流(TransportStream，TS)按上述图1所示构成数据帧结构，一个TS流是连续放置在固定的数据段位置，不存在信道动态分配问题，但不能满足多媒体信息传输的快速、灵活的要求，并且数据只是在时域放置(分配)的。2)欧洲数字视频地面广播(Digital Video Terrestrial Broadcasting-Terrestrial，DVB-T)标准采用的编码正交频分复用(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing，COFDM)调制。DVB-T系统是欧洲数字视频广播(Digital Video Broadcasting，DVB)组织开发的。在地面传输方面，它采用与美国8-VSB不同的调制技术COFDM，OFDM属于多载波调制技术(在ADSL相似的技术称为DMT调制)。8MHz信道内传输的有效净比特码率在4.98～31.67Mbit/s范围内，取决于信道编码参数、调制类型和保护间隔的选择。DVB-T在每个电视频道内使用了1705(2k模式)或6817(8k模式)个子载波。DVB-T的帧结构如图2所示。OFDM的基本原理就是将一个较宽频带分成一些子信道(Sub Channel or Subcarrier)。如果各子信道所占带宽足够窄，它们将分别经历平坦衰落。在这种情况下，接收机的均衡器很容易实现。而且，为了提高系统频谱效率，OFDM系统中各子信道的频谱是重叠的，但它们之间又是正交的，这就是其正交频分复用(OFDM)名称的由来。多径信道情况下，为了保持其各子信道间的正交性，必须加入保护间隔(Guard本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1、多媒体信息传输中时频矩阵二维信道动态分配方法，其特征在于：它是在TDS-OFDM即时域同步正交频分复用系统中传输多媒体信息的条件下，根据与自然时间同步的分层帧结构特性而提出的在物理层利用二维时间频率矩阵，即TFM，来随机地动态分配信道的方法，它是在发射端，当对输入码流依次进行信道纠错编码、调制符号映射、IDFT变换后，通过利用现场可编程门阵列即FPGA对IDFT的输出码流依次进行如下处理而实现的：第1步：用一个下述的二维的时间一频率矩阵来描述多用户广播信道的多媒体信息的分配图案：TFM=SC0,0SC0,1···SC0,N-2SC0,N-1SC1,0SC1,1···SC1,N-2SC1,N-1···············SCM-2,0SCM-2,1···SCM-2,N-2SCM-2,N-1SCM-1,0SCM-1,1···SCM-1,N-2SCM-1,N-1M×N]]>其中TFM矩阵中的元素SCm×n表示TDS-OFDM中第m个信号帧中的第n个OFDM子载波；在TFM矩阵中，水平方向代表频率矢量，用符号表示，矢量中的元素代表了某个多媒体节目在OFDM子载波上的位置；垂直方向代表时间矢量，用符号表示，矢量中的元素代表某个多媒体节目在帧群中信号帧的索引；从而用TFM矩阵中元素的赋值表示一个多媒体节目在TDS-OFDM物理传输信道的分配；当传输p个节目时，用...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨知行，兰军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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