侯小芳

數(shù)字電視及其測(cè)量淺談

侯小芳

(安徽廣電信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司淮北分公司,安徽淮北 235000)

數(shù)字電視已走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)。對(duì)于普通用戶(hù)來(lái)說(shuō),了解數(shù)字電視基本常識(shí)的愿望非常迫切;而對(duì)于數(shù)字電視測(cè)試方面的技術(shù)人員來(lái)說(shuō),掌握數(shù)字電視測(cè)試的主要參數(shù),正確使用測(cè)試儀器,則是必不可少的技能。因此,正確理解和把握數(shù)字電視的概念、分類(lèi)、標(biāo)準(zhǔn)及各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的要求,是很有必要的。

數(shù)字電視測(cè)試;傳輸碼流;信號(hào)源

1 數(shù)字電視概念及其優(yōu)點(diǎn)

1.1 什么是數(shù)字電視

所謂數(shù)字電視,是在電視的全過(guò)程中,視音頻信號(hào)都是數(shù)字信號(hào),即節(jié)目攝制、剪接、編輯、存儲(chǔ)、發(fā)送、傳輸、接收和顯示等環(huán)節(jié)全部采用數(shù)字處理的全新電視系統(tǒng)。也可以說(shuō)數(shù)字電視是在信源、信道、信宿三個(gè)方面全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和數(shù)字化處理的電視系統(tǒng)。其中電視信號(hào)的采集(攝取)、編輯加工、播出發(fā)送(發(fā)射)屬于數(shù)字電視的信源,傳輸和存儲(chǔ)屬于信道,接收端與顯示器件屬于信宿。

1.2 數(shù)字電視分類(lèi)

數(shù)字電視按其傳輸途徑可分為三種:數(shù)字衛(wèi)星電視(DVB-S),數(shù)字有線(xiàn)電視(DVB-C)和數(shù)字地面廣播電視(DVB-T),數(shù)字手持電視(DVB-H)。數(shù)字電視按其傳輸視頻(活動(dòng)圖像)比特率的大小可粗略劃分為三個(gè)等級(jí):普及型數(shù)字電視(PDTV),標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視(SDTV)和高清晰度數(shù)字電視(HDTV)。其中PDTV屬于SDTV的最低等級(jí),現(xiàn)在數(shù)字電視的發(fā)展方向是以SDTV為主要發(fā)展方向,而在數(shù)字電視源端或某些領(lǐng)域采用HDTV。

1.3 數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)

與模擬電視相比,數(shù)字電視有如下優(yōu)點(diǎn):

①圖像傳輸質(zhì)量較高,距離遠(yuǎn)。數(shù)字電視信號(hào)在傳輸過(guò)程中,多次中繼(或復(fù)制)后不會(huì)發(fā)生干擾和噪聲的積累,同時(shí)可采用糾錯(cuò)編碼技術(shù),提高抗干擾能力。所以數(shù)字電視在傳輸中保持信噪比基本不變,收端圖像質(zhì)量基本保持與發(fā)端一致,且傳輸距離不受限制。

②頻譜資源利用率高。頻譜資源是國(guó)家重要資源,模擬電視的頻譜資源有限。一套模擬電視節(jié)目要占用36MHz帶寬的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器,占用8MHz的地面電視廣播和有線(xiàn)電視頻率。而數(shù)字電視采用壓縮編碼技術(shù),在36MHz的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中可傳送5套SDTV節(jié)目,在一個(gè)8MHz頻道內(nèi)可傳送4套以上的SDTV節(jié)目。

③提供全新的業(yè)務(wù),實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)字電視通信中可以互不干擾地同時(shí)傳送文字、數(shù)據(jù)、語(yǔ)言、靜止圖像等多種數(shù)字信息。

④信息穩(wěn)定可靠,設(shè)備維護(hù)、使用簡(jiǎn)單。

⑤節(jié)省發(fā)送功率,覆蓋范圍廣。

⑥靈活友好的人機(jī)界面,易于實(shí)現(xiàn)條件接收。

因此,技術(shù)上先進(jìn)的數(shù)字電視系統(tǒng)必然會(huì)取代模擬電視。

1.4 數(shù)字電視系統(tǒng)簡(jiǎn)介

數(shù)字電視廣播系統(tǒng)主要包括地面廣播、有線(xiàn)廣播和衛(wèi)星廣播系統(tǒng)。數(shù)字電視廣播系統(tǒng)主要分為以下幾個(gè)部分:

①數(shù)字演播室系統(tǒng);

②視、音頻信號(hào)的壓縮編碼部分;

③系統(tǒng)業(yè)務(wù)復(fù)用部分;

④信通編碼部分;

⑤調(diào)制傳輸部分。

數(shù)字電視廣播系統(tǒng)框圖:(如圖121)

圖121

2 數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)字電視測(cè)試大致可分為四個(gè)層次,即應(yīng)用層、協(xié)議層、傳輸層、物理層。應(yīng)用層測(cè)試主要針對(duì)于SD/HD的節(jié)目制作和播出部門(mén),測(cè)試儀器應(yīng)當(dāng)提供多格式、多標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試平臺(tái),對(duì)數(shù)字電視音頻基帶信號(hào)進(jìn)行質(zhì)量測(cè)試。協(xié)議層測(cè)試主要用于衡量設(shè)備對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的符合性,要求此類(lèi)儀器盡可能多的具有當(dāng)前通用協(xié)議,進(jìn)行協(xié)議測(cè)試,如MPEG-2、MPEG-4、H.264/AVC和VC-1等。傳輸層測(cè)試用于評(píng)估各種調(diào)試方式的調(diào)試性能,如星座圖、調(diào)制誤差率、誤碼率等。物理層測(cè)試包括具體的物理接口測(cè)試,如輸出功率、端口阻抗、回波損耗等。

2.1 位誤碼率(BER)

位誤碼率是發(fā)生誤碼的位數(shù)與傳輸?shù)目偽粩?shù)之比。早期的數(shù)字電視監(jiān)視接收機(jī)提供了一個(gè)位誤碼率指示,作為數(shù)字信號(hào)質(zhì)量的唯一度量。誤碼率實(shí)質(zhì)上與信號(hào)的信噪比(S/N)有關(guān),它受到噪聲、脈沖抖動(dòng),工業(yè)干擾及突發(fā)信號(hào)(如雷擊)的影響。誤碼率可以由信噪比計(jì)算出來(lái)。

BER測(cè)量結(jié)果通常使用工程表示法,并常常顯示為一個(gè)瞬時(shí)比值和一個(gè)平均比值。典型的目標(biāo)值為1E-09,準(zhǔn)無(wú)誤碼BER為2E-04;臨界BER為1E-03;BER大于1E-03將喪失服務(wù)。

2.2 調(diào)制誤差率(MER)

調(diào)制誤差率是信號(hào)理想的矢量幅度和信號(hào)誤差矢量幅度和之比,以dB表示,其中誤差矢量幅度是指信號(hào)能受到噪聲干擾的總和,MER是表征尚未誤碼時(shí)信號(hào)的質(zhì)量,即正常工作時(shí)廣義噪聲干擾狀態(tài)。調(diào)制誤差率的測(cè)量目的是為了給接收信號(hào)提供一個(gè)單一的品質(zhì)因數(shù)。MER可以為接收機(jī)對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行正確解碼能力提供一個(gè)早期指示。事實(shí)上,MER將接收符合(代表調(diào)制圖案中的一個(gè)數(shù)字值)的實(shí)際位置與其理想位置比較。當(dāng)信號(hào)質(zhì)量降低時(shí),接收符號(hào)距離理想位置更遠(yuǎn),MER測(cè)量值將會(huì)減少。(如圖122)

圖122

2.3 星座圖

星座圖可以看成數(shù)字信號(hào)的一個(gè)“二維眼圖”陣列,同時(shí)符號(hào)在圖中所處的位置具有合理的限制或判決邊界。代表名接收符合點(diǎn)在圖中越接近,信號(hào)質(zhì)量就越高。由于屏幕上的圖形對(duì)應(yīng)著幅度和相位,陣列的形狀可用表分析和確定系統(tǒng)或信道的許多缺陷和畸變,并幫助查找其原因。星座圖對(duì)于識(shí)別幅度失衡,正交誤差,相關(guān)干擾,相位、幅度噪音,相位誤差,調(diào)制誤差比等調(diào)制問(wèn)題相當(dāng)有用。

2.4 正交誤差

正交誤差使得符號(hào)在圖中的位置更靠近邊界限制,因而降低了噪聲度。當(dāng)I、Q相差不精確為90°,便會(huì)出現(xiàn)正交誤差。其結(jié)果是使得星座圖不再為方形,而是看起來(lái)象一個(gè)平行四邊形或菱形一樣。

2.5 噪聲誤差

噪聲是包括QAM在內(nèi)的任何信號(hào)中最為常見(jiàn)和無(wú)法避免的損傷。加性高斯百噪聲(AWGN)是噪聲損傷的常規(guī)類(lèi)型。由于它是白色(在頻率上為平坦功率密度函數(shù))和高斯性質(zhì)(數(shù)學(xué)上為“正態(tài)”幅度密度)的,使得接收符號(hào)分布在理想位置。

未來(lái)數(shù)字電視測(cè)量?jī)x器將向兩個(gè)方向發(fā)展:一個(gè)方向主要針對(duì)數(shù)字電視傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)的工程級(jí)測(cè)試。另一個(gè)方向主要針對(duì)高頻用戶(hù),如數(shù)字電視設(shè)備研發(fā)。這就要求廣大數(shù)字電視測(cè)試設(shè)備廠商,給自己一個(gè)比較準(zhǔn)確的定位,更快地發(fā)展。

[1] Melody Zhao.DTV廣播和視頻終端開(kāi)發(fā)需要視頻技術(shù)的革新[J].北京:電子工程專(zhuān)輯,2006(3).

[2] 向天明.數(shù)字電視及測(cè)量[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù), 2006(9).

[3] 章文輝,王世平.數(shù)字視頻測(cè)量技術(shù)[M].北京:北京廣播學(xué)院出版社,20031

[4] 姜秀華.數(shù)字電視原理與應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社,2003.

責(zé)任編輯:何玉付

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侯小芳(19732),女,安徽蕭縣人,安徽廣電信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司淮北分公司工程師。