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地面数字电视广播技术

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电视作为一种最为广泛的信息传播媒体正迅速走进数字化时代. 特别是基于无线传输的地面数字电视, 更使移动数字电视成为可能, 实现电视"无处不在". 被认为是数字多媒体技术及应用的一场革命. 它不仅将刷新电视媒介的概念,更将极大地改变我们的生活方式, 因而成为近年来年技术及产业发展的热点

本文全面介绍了数字电视的概念, 以及地面移动数字电视技术和应用, 国外及国内发展状况. 文章也对手机电视概念, 技术及国内外发展状况作了介绍.

作者: 深圳力合微电子有限公司
关键词: 数字电视, 移动数字电视, DVB-T, DTMB (DMB-TH), 手机电视

1. 电视广播数字化

数字化 (digitalization) 是当今所有通信及信息系统发展的趋势.  任何一个通信或信息系统可以用一个简单的模型表示, 那就是它包括信源 (图象, 声音, 音乐, 数据等), 传输, 以及接收 (显示, 存储, 输出等). 那么一个全数字化系统就包括了信源的数字化, 传输的数字化, 以及接收处理的数字化. 数字化所带来的优点因而也就十分明显了. 首先, 信源的数字化可以使用先进的信源压缩编码技术在保留原始信息的条件下将信源数据量大大减小,  传输时占用的信道资源因而大大减小, 同时也便于存储. 其次, 传输的数字化使得先进的数字传输技术, 纠错编码技术, 加密技术等得以应用, 使得信息传输高效, 可靠. 最后, 接收端可利用先行的数字信号处理技术将信息可靠恢复, 超大规模集成电路的应用也使得接收机更小巧, 可靠, 低功耗. 此外, 数字化显示/输出, 数字化存储等使得在接收端信息处理更容易, 更灵活, 效果也更好. 

电视广播在数字化的进程中其实是一个较慢的领域. 目前世界上大部分地区使用的仍然是模拟电视. 传统的模拟电视使用6, 7 或8MHz 带宽传输一路电视, 从信源, 到传输, 再到接收显示都是模拟方式. 但近年来, 数字化电视发展十分迅速, 世界上多数国家都作出了归化, 基本上在2015年前后结束模拟电视, 全面走进数字电视时代!

数字电视的特点:

  • 信源数字化 - 利用先进的音视频信号数字压缩编码技术(MPEG-2, MPEG-4, H.264, AVS等) 对电视音视频信源进行编码.
  • 传输数字化 - 利用先进的数字调制技术及信道编码技术实现数据的高效及可靠传输. 这样, 在同样的8MHz 带宽内, 可传输多路数字电视节目.
  • 接收处理及显示数字化 - 超大规模集成电路接收芯片运用, 数字信号处理技术运用, 数字化平板显示, 数字化存储等.

(在数字电视发展的过程中, 大量的现有电视机为了接收数字电视必须使用机顶盒. 机顶盒为一数字电视接收终端, 它将接收到的数字电视信号进行处理, 输出模拟音视频信号供现有模拟电视显示)

2. 数字电视

根据传输方式的不同, 数字电视主要分成三种:

  • 有线数字电视
  • 卫星数字电视
  • 地面无线数字电视.

有线数字电视

电视广播一开始其实是利用地面无线方式传输的. 电视信号通过电视塔天线发出, 用户使用户外或户内天线接收. 但由于无线模拟电视信号的传播特点, 使得接收质量难尽人意. 同时, 由于无线频段带宽有限, 为避免相互干扰, 每个城市分配到的频点有限, 因而能传送节目数量有限. 有线电视的发展大大改善了电视接收质量, 而且由于有线电缆具有更宽的带宽可以使用, 传输的电视节目数量大大增多. 因此, 利用通向千家万户的有线电缆传输电视信号, 在城市家庭中获得广泛应用.

由于数字电视的种种优点, 近年来有线数字电视取代传统的有线模拟电视发展迅速. 数字化使音视频质量提高. 同时, 数字化使传输效率提高, 因此, 节目数量大大增加. 此外, 数字化还使高清电视的传输, 以及一系列数字增值服务成为可能.

我们国家的有线数字电视采用的是欧洲 DVB-C 有线数字电视标准.

地面无线数字电视

但一个国家电视广播数字化的标志其实是地面无线电视的数字化. 这是因为地面无线电视不受有线电缆的限制, 覆盖面更广.  特别是在我国, 有线电视的覆盖主要集中在城市, 而全国大部分地区其实是在地面无线电视的覆盖之下. 而地面无线电视的数字化可大大改善这些地区的电视接收. 对于城市, 地面无线数字电视则可以提供前所未有的移动电视服务, 具有巨大的市场潜力.

移动数字电视

移动数字电视基于地面无线数字电视广播技术, 使人们利用车载电视终端, 个人便携或手持终端随时随地收看数字电视, 被认为是数字多媒体技术及应用的一场革命. 它不仅将刷新电视媒介的概念,更将极大地改变我们的生活方式, 因而成为未来几年技术及产业发展的热点.

 地面数字电视终端  说明
 数字电视机顶盒 用于地面数字电视固定接收. 机顶盒接收地面数字电视信号, 其音视频输出与传统模拟电 视机连接.
 数字电视一体机 用于地面数字电视固定接收. 电视机本身具有接收地面数字电视功能.
 车载电视 车载电视终端移动接收地面数字电视. 用于公交BUS, 地铁及私家轿车.
 电脑电视 笔记本电脑或台式电脑通过小型USB数字电视接收器接收地面数字电视.  
 便携/手持电视 利用小型个人多媒体终端 (如PMP, PDA等) 收看地面数字电视. 
 手机电视 具有地面数字电视功能的手机. 

3. 地面数字电视技术及标准

国外主要有三种数字电视地面广播标准:欧洲的 DVB -T(Digital Video Broadcasting - Terrestrial)、美国的ATSC(Advanced Television Systems Committee)和日本的ISDB-T (Integrated Servic es Digital Broadcasting Terrestrial )(综合业务数字广播)。 DVB-T 是欧洲 DVB 系列标准中较新的一个标准 (此外还有有线数字电视标准 DVB-C, 以及卫星数字电视标准DVB-S),也是最复杂的 DVB 传输系统。此标准是 1998 年 2 月批准通过的。 DVB-T 标准的核心是 MPEG-2 数字视音频压缩编码, 采用编码正交频分复用 COFDM ( Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing ) 调制方式,适用于大范围多发射机的 8k载波方式。 为高清晰度电视( HDTV )信号传输提供大于 20Mbps 的净荷码率, 支持简单天线室内固定接收。为标准清晰度电视( SDTV )信号传输提供大于 5Mbps 的净荷码率 , 并能在车速移动条件下支持移动接收;具有单频组网能力。

移动电视技术的核心是移动接收,即车载高速移动接收。移动接收主要面临动态多径和多普勒频移的问题。因为移动接收主要受地形地貌,如山、房屋等反射的影响,使到达接收点的信号不止一个,而且不断变化。在模拟电视中的反映是重影,在数字接收中,某些特定相位的多径信号将使接收完全失败。在这种情况下,接收好坏不单单依赖于与发射台距离的远近,而且在很大程度上还依赖于接收到的多径信号之间的相位变化所引起的信号衰落。

DVB-T 采用 OFDM 调制系统,它首先是将高码率的串行数据流变成 N 个低码率的并行数据流,并对 N 个彼此互不影响(正交)的载波分别进行调制符号码率的降低,实际上是符号周期的增大,使动态多径和多普勒频移造成的码间干扰减小,加上保护间隔的设置,减少了多径对多载波正交特性的影响,使码间干扰进一步减小,从而能较好的支持移动接收。

我国地面数字电视传输标准于2006年8月18日颁布(GB20600-2006),并自2007年8月1日起正式实施 (国标地面数字电视标准简称为DTMB - Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting.。较早时也称为DMB-TH )。国标中的一种主要传输模式采用时域同步OFDM技术(TDS-OFDM),具有自主知识产权,能较好地支持移动接收,高清数字电视广播,单频组网。同时,测试表明在频谱利用,同步速度,支持单天线移动接收,室内接收等方面亦表现出了比DVB-T更好的性能。

4. 手机电视

手机电视其实是移动数字电视的一种终端形式. 由于手机已成为人们最为普遍使用个人多媒体终端, 利用手机收看电视节目及其它数据增值服务成为移动数字电视发展的重要部分.

理论上,  手机终端也同样可以接收地面数字电视广播, 包括DVB-T及国标地面数字电视标准DTMB。但手机作为电视终端有一些特殊要求。例如,由于显示屏尺寸较小,不需要对其传送高清晰度视频信号,因此,一路手机电视节目只需要占用较小的信道带宽。此外,由于手机采用电池供电,因而希望收看电视节目时耗电要小。对于这些要求,以提供标清及高清数字电视广播服务地面数字电视系统(包括DVB-T,DTMB等)并不能很好地满足。因此,就出现了专门针对手机电视的移动多媒体广播标准。

DVB-H是在DVB-T基础上针对手机电视而提出的,主要引入了时间分片技术(time slicing)及MPE-FEC技术,降低接收终端功耗及提高接收灵敏度。T-DMB 是在欧洲数字音频广播标准DAB基础上而提出的一种窄带移动多媒体广播系统。我国目前也在积极制定具有自主知识产权的手机电视标准。

 

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