淺談數(shù)字電視傳輸技術(shù)

張鵬浩 中國廣播電視國際經(jīng)濟技術(shù)合作總公司

隨著數(shù)字電視以及相關(guān)傳輸技術(shù)的成熟發(fā)展，模擬電視的使用范圍逐漸縮小，國家相關(guān)部門制定了數(shù)字電視的發(fā)展規(guī)劃，目前數(shù)字電視已經(jīng)基本實現(xiàn)了全國范圍的覆蓋。當(dāng)前數(shù)字電視的交互業(yè)務(wù)市場開發(fā)，多種不同業(yè)務(wù)的融合以及信息化的發(fā)展建設(shè)成為未來的主要發(fā)展趨勢。

一、數(shù)字電視

所謂數(shù)字電視，簡單的說就是通過信源、信道編碼方式，將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，實現(xiàn)高質(zhì)量、無噪聲、無重影、高清晰度的圖像和多聲道、增強的聲音節(jié)目播放。關(guān)于其轉(zhuǎn)換過程展開來說過于復(fù)雜，故在本文中不詳細贅述。與模擬電視相比，數(shù)字電視技術(shù)具有較多的優(yōu)點：可以實現(xiàn)無失真?zhèn)鬏敚豢梢詫崿F(xiàn)多媒體傳輸，如圖像、聲音、數(shù)據(jù)等；可以實現(xiàn)移動接收；還可以組網(wǎng)(單頻網(wǎng)/多頻網(wǎng))。

二、數(shù)字電視傳輸方式及標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)字電視傳輸方式主要有有線傳輸、地面無線傳輸和衛(wèi)星傳輸三種方式。

·有線傳輸：可利用已形成的有線電視傳輸網(wǎng)絡(luò)，其信息傳輸容量大、特別適合于在城鎮(zhèn)等人口居住稠密地區(qū)，著重于解決“信息到戶”；但需要鋪設(shè)到終端，工程量大、投資和工程維護費高、建設(shè)和運行的成本高。

·衛(wèi)星傳輸：無需復(fù)雜的傳輸網(wǎng)絡(luò)，接收條件簡單，適合于大面積的廣播，適合國家項目；但受衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的租用和帶寬的限制，建設(shè)和運行成本取決于受眾的規(guī)模。

·地面無線傳輸：便于大面積覆蓋，便于系統(tǒng)建設(shè)和功能升級，運行維護和運行成本較低，建設(shè)成本低，可實現(xiàn)無縫覆蓋、系統(tǒng)建設(shè)組織靈活，投資回報率高，適合區(qū)域性項目，著重于解決“信息到人”，性價比遠高于有線網(wǎng)絡(luò)。大幅度的改善了模擬電視節(jié)目少、圖像聲音效果差、不便于商業(yè)運作、系統(tǒng)功能單一等弊端，但與有線系統(tǒng)相比的缺陷是信息容量較小。

地面無線傳輸示意圖

數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)簡介

· DVB-C 有線電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)· DVB-S/DVB-S2 衛(wèi)星電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)

· ATSC 地面無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)(美國)

· DVB-T/DVB-T2 地面無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)(歐洲)

· ISDB-T 地面無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)(日本)

· DTMB/DTMB-A 地面無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)(中國)

我國于2006年8月正式頒布，成為了第四個經(jīng)國際電聯(lián)批準(zhǔn)的地面數(shù)字電視廣播傳輸國際標(biāo)準(zhǔn)。

三、地面無線傳輸技術(shù)問題與優(yōu)勢

(一)地面無線傳輸存在的技術(shù)問題

數(shù)字電視地面無線傳輸需要解決抗多徑干擾和抗多普勒頻移兩個主要問題。模擬電視的多徑干擾表現(xiàn)為重影，但數(shù)字電視的多徑干擾可能使信號無法正常接收，由于車輛高速行使，產(chǎn)生的多普勒頻移可能使信號無法接收。

多徑與保護間隔關(guān)系圖

(二)地面無線傳輸技術(shù)的優(yōu)勢

1.地面無線傳輸?shù)膬?yōu)點

地面數(shù)字電視傳輸?shù)男盘柋容^穩(wěn)定，通過編碼以及抽樣量化的處理可以提高畫面的清晰度，提高收視效果，減少不必要的干擾。同時可以保證信息傳輸?shù)陌踩?，不會因為信號量以及傳輸時間等方面的問題影響總體的質(zhì)量。另外在傳輸?shù)倪^程中可以進行信息壓縮，減少占據(jù)的空間，保證達到電視節(jié)目的需求。

對家庭普通用戶而言，模擬信號進行數(shù)字化轉(zhuǎn)變可以帶來很多的好處，如可以享受到高質(zhì)量、無噪聲、無重影、高清晰度的圖像和多聲道、增強的聲音節(jié)目；

對運營商而言：

·高質(zhì)量的音、視頻信號，演播室級別的音視頻質(zhì)量—贏得客戶，彌補不足。

·移動接收和高性能的抗干擾能力---拓展了應(yīng)用空間。

·地面無線和固定/移動接收兼顧----方便的接收只需簡單的設(shè)施和維護。

·數(shù)倍于模擬傳輸系統(tǒng)的“帶寬”資源，單機發(fā)射多套節(jié)目---以及相當(dāng)于一機多頻道使用，設(shè)備使用效率數(shù)倍的提高。

·靈活的頻率組織、分配和節(jié)目安排的性能，多項業(yè)務(wù)內(nèi)容融于同一系統(tǒng)中---電視、數(shù)據(jù)廣播、IP在同一系統(tǒng)中傳輸播出。

·根據(jù)市場需求逐步實現(xiàn)的系統(tǒng)組網(wǎng)和功能升級----應(yīng)用功能不斷的增多，系統(tǒng)價值持續(xù)提升。

·網(wǎng)絡(luò)管理計算機化，可實現(xiàn)集中管理控制和定量化、自動化、可記憶---系統(tǒng)管理、監(jiān)控更加先進便利----系統(tǒng)管理現(xiàn)代化。

·低成本實現(xiàn)大面積覆蓋，投入產(chǎn)出比遠高于有線播出----少投入多產(chǎn)出。

·商業(yè)運行和管理便利，傳輸通道可靠。

2.地面無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用市場

數(shù)字電視地面無線傳輸技術(shù)可以在生活中進行廣泛的應(yīng)用，具有很大的市場應(yīng)用價值。

車載移動接收：公交車，個人轎車；

便攜移動接收：手機，筆記本電腦，IPAD；

固定接收：除了應(yīng)用于每個家庭之外，還可應(yīng)用于公眾場合，如酒店、火車站、機場、長途汽車站、醫(yī)院、寫字樓、旅游景點等；

增值服務(wù)：立體聲廣播，新聞，股市，交通，旅游信息，視頻點播，電子商務(wù)等等

3.地面無線傳輸帶來的經(jīng)濟、社會效益

在經(jīng)濟效益方面，地面無線廣播具備接收簡單便捷的特點，亦可以實現(xiàn)移動接收，因此相比較其他的傳輸方式，更能夠滿足現(xiàn)代社會“信息到人”的基本需求。所以，數(shù)字電視地面無線傳輸具有極大的商業(yè)價值。在社會效益方面，數(shù)字電視地面無線傳輸可以實現(xiàn)移動(如車載移動接收、手持移動接收)和室內(nèi)固定兩種接收方式，與有線傳輸相比，有線傳輸?shù)慕ㄔO(shè)成本要遠遠高于地面無線傳輸；與衛(wèi)星傳輸相比，衛(wèi)星傳輸?shù)慕邮斩顺杀疽h遠高于地面無線傳輸；除此之外，地面無線傳輸還可以組網(wǎng)(單頻網(wǎng)/多頻網(wǎng))，覆蓋整個地區(qū)或國家。

四、單頻網(wǎng)和多頻網(wǎng)簡介

單頻網(wǎng)(SFN)：幾個發(fā)射臺站用同一個頻率、同一套節(jié)目組成的無線覆蓋網(wǎng)。單頻網(wǎng)的優(yōu)點是可以節(jié)省頻率資源、大范圍覆蓋，但缺點是所有的發(fā)射臺站必須“同步”，并且對發(fā)射臺站之間的距離以及節(jié)目源是的傳輸方式都有要求和限制，所以建設(shè)成本相對較高。一般而言，單頻網(wǎng)適用于移動接收和便攜接收。

多頻網(wǎng)(MFN)：節(jié)目源是同一套節(jié)目，也可以是不同的節(jié)目，并且?guī)讉€發(fā)射臺站采用不同的頻率組成的無線覆蓋網(wǎng)。每個站獨立工作，不需要“同步”，單站覆蓋范圍大，可充分利用高山臺站的優(yōu)勢，但占用頻率資源多。一般而言，多頻網(wǎng)適用于固定接收。

單頻網(wǎng)和多頻網(wǎng)也可以進行混合組網(wǎng)，如用于大范圍的固定覆蓋。

單頻網(wǎng)的工作原理

·當(dāng)相鄰臺站同頻發(fā)射時，系統(tǒng)必須“同步”：同頻、同相(同時)、同bit(同碼率、同節(jié)目)滿足上述要求，即可同頻發(fā)射。

·關(guān)鍵技術(shù)：單頻網(wǎng)適配器，在傳輸網(wǎng)絡(luò)的前端插入單頻網(wǎng)適配器，在發(fā)射端解碼或稱之為解適配器，時間會自動同步，也就是上文中所說的同時。同頻和同bit需要通過發(fā)射端的調(diào)制器來實現(xiàn)。單頻網(wǎng)適配器與調(diào)制器的配合使用，實現(xiàn)了同頻、同相(同時)、同bit的同步。

·GPS提供1PPS時間基準(zhǔn)和10MHz頻率基準(zhǔn)。提供秒脈沖1PPS，絕對精度100nS以內(nèi)，在全世界均相同；提供穩(wěn)定的10MHz時鐘，在鎖定狀態(tài)下可優(yōu)于1E-11。

理論組網(wǎng)距離

根據(jù)我國國家標(biāo)準(zhǔn)，單頻組網(wǎng)站間距離有三種選擇(理論值)：

·信號幀長度4200個符號PN420(55.6μS，對應(yīng)16.8公里)，多載波參數(shù)；

·信號幀長度4375個符號PN595(78.7μS，對應(yīng)23.7公里)，單載波參數(shù)；

·信號幀長度4725個符號PN945(125μS，對應(yīng)37.5公里)，多載波參數(shù)。

根據(jù)國外研究，一般在本發(fā)射臺3公里內(nèi)可以不考慮同步，所以真正的單頻網(wǎng)站間距離應(yīng)該為：

·信號幀長度4200個符號PN420：16.8+6 = 22.8公里；

·信號幀長度4375個符號PN595：23.7+6 = 29.7公里；

·信號幀長度4725個符號PN945：37.5+6 = 43.5公里。

五、結(jié)束語

數(shù)字電視可將電視和調(diào)頻廣播，數(shù)據(jù)廣播在同一系統(tǒng)中播出，便于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一管理，有利于系統(tǒng)管理、商業(yè)運行和管理，商業(yè)價值高。雙向交互信息傳輸技術(shù)在數(shù)字電視中的應(yīng)用水平逐漸提高，用戶與電視系統(tǒng)之間的互動得到明顯的加強，可以滿足用戶娛樂化的需求，用戶還可以在數(shù)字電視上實現(xiàn)遠程教育以及網(wǎng)絡(luò)購物等功能。因此，數(shù)字電視未來的主要發(fā)展趨勢將會是智能化，高清化，交互化。未來，數(shù)字電視會呈現(xiàn)出疾速發(fā)展的狀態(tài)，有著無限的前景。