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地面數字電視廣播技術

電視作為一種最為廣泛的信息傳播媒體正迅速走進數字化時代. 特別是基于無線傳輸的地面數字電視, 更使移動數字電視成為可能, 實現電視"無處不在". 被認為是數字多媒體技術及應用的一場革命. 它不僅將刷新電視媒介的概念,更將極大地改變我們的生活方式, 因而成為近年來年技術及產業發展的熱點

本文全面介紹了數字電視的概念, 以及地面移動數字電視技術和應用, 國外及國內發展狀況. 文章也對手機電視概念, 技術及國內外發展狀況作了介紹.

作者: 深圳力合微電子有限公司
關鍵詞: 數字電視, 移動數字電視, DVB-T, DTMB (DMB-TH), 手機電視

1. 電視廣播數字化

數字化 (digitalization) 是當今所有通信及信息系統發展的趨勢.  任何一個通信或信息系統可以用一個簡單的模型表示, 那就是它包括信源 (圖象, 聲音, 音樂, 數據等), 傳輸, 以及接收 (顯示, 存儲, 輸出等). 那么一個全數字化系統就包括了信源的數字化, 傳輸的數字化, 以及接收處理的數字化. 數字化所帶來的優點因而也就十分明顯了. 首先, 信源的數字化可以使用先進的信源壓縮編碼技術在保留原始信息的條件下將信源數據量大大減小,  傳輸時占用的信道資源因而大大減小, 同時也便于存儲. 其次, 傳輸的數字化使得先進的數字傳輸技術, 糾錯編碼技術, 加密技術等得以應用, 使得信息傳輸高效, 可靠. 最后, 接收端可利用先行的數字信號處理技術將信息可靠恢復, 超大規模集成電路的應用也使得接收機更小巧, 可靠, 低功耗. 此外, 數字化顯示/輸出, 數字化存儲等使得在接收端信息處理更容易, 更靈活, 效果也更好. 

電視廣播在數字化的進程中其實是一個較慢的領域. 目前世界上大部分地區使用的仍然是模擬電視. 傳統的模擬電視使用6, 7 或8MHz 帶寬傳輸一路電視, 從信源, 到傳輸, 再到接收顯示都是模擬方式. 但近年來, 數字化電視發展十分迅速, 世界上多數國家都作出了歸化, 基本上在2015年前后結束模擬電視, 全面走進數字電視時代!

數字電視的特點:

  • 信源數字化 - 利用先進的音視頻信號數字壓縮編碼技術(MPEG-2, MPEG-4, H.264, AVS等) 對電視音視頻信源進行編碼.
  • 傳輸數字化 - 利用先進的數字調制技術及信道編碼技術實現數據的高效及可靠傳輸. 這樣, 在同樣的8MHz 帶寬內, 可傳輸多路數字電視節目.
  • 接收處理及顯示數字化 - 超大規模集成電路接收芯片運用, 數字信號處理技術運用, 數字化平板顯示, 數字化存儲等.

(在數字電視發展的過程中, 大量的現有電視機為了接收數字電視必須使用機頂盒. 機頂盒為一數字電視接收終端, 它將接收到的數字電視信號進行處理, 輸出模擬音視頻信號供現有模擬電視顯示)

2. 數字電視

根據傳輸方式的不同, 數字電視主要分成三種:

  • 有線數字電視
  • 衛星數字電視
  • 地面無線數字電視.

有線數字電視

電視廣播一開始其實是利用地面無線方式傳輸的. 電視信號通過電視塔天線發出, 用戶使用戶外或戶內天線接收. 但由于無線模擬電視信號的傳播特點, 使得接收質量難盡人意. 同時, 由于無線頻段帶寬有限, 為避免相互干擾, 每個城市分配到的頻點有限, 因而能傳送節目數量有限. 有線電視的發展大大改善了電視接收質量, 而且由于有線電纜具有更寬的帶寬可以使用, 傳輸的電視節目數量大大增多. 因此, 利用通向千家萬戶的有線電纜傳輸電視信號, 在城市家庭中獲得廣泛應用.

由于數字電視的種種優點, 近年來有線數字電視取代傳統的有線模擬電視發展迅速. 數字化使音視頻質量提高. 同時, 數字化使傳輸效率提高, 因此, 節目數量大大增加. 此外, 數字化還使高清電視的傳輸, 以及一系列數字增值服務成為可能.

我們國家的有線數字電視采用的是歐洲 DVB-C 有線數字電視標準.

地面無線數字電視

但一個國家電視廣播數字化的標志其實是地面無線電視的數字化. 這是因為地面無線電視不受有線電纜的限制, 覆蓋面更廣.  特別是在我國, 有線電視的覆蓋主要集中在城市, 而全國大部分地區其實是在地面無線電視的覆蓋之下. 而地面無線電視的數字化可大大改善這些地區的電視接收. 對于城市, 地面無線數字電視則可以提供前所未有的移動電視服務, 具有巨大的市場潛力.

移動數字電視

移動數字電視基于地面無線數字電視廣播技術, 使人們利用車載電視終端, 個人便攜或手持終端隨時隨地收看數字電視, 被認為是數字多媒體技術及應用的一場革命. 它不僅將刷新電視媒介的概念,更將極大地改變我們的生活方式, 因而成為未來幾年技術及產業發展的熱點.

 地面數字電視終端  說明
 數字電視機頂盒 用于地面數字電視固定接收. 機頂盒接收地面數字電視信號, 其音視頻輸出與傳統模擬電 視機連接.
 數字電視一體機 用于地面數字電視固定接收. 電視機本身具有接收地面數字電視功能.
 車載電視 車載電視終端移動接收地面數字電視. 用于公交BUS, 地鐵及私家轎車.
 電腦電視 筆記本電腦或臺式電腦通過小型USB數字電視接收器接收地面數字電視.  
 便攜/手持電視 利用小型個人多媒體終端 (如PMP, PDA等) 收看地面數字電視. 
 手機電視 具有地面數字電視功能的手機. 

3. 地面數字電視技術及標準

國外主要有三種數字電視地面廣播標準:歐洲的 DVB -T(Digital Video Broadcasting - Terrestrial)、美國的ATSC(Advanced Television Systems Committee)和日本的ISDB-T (Integrated Servic es Digital Broadcasting Terrestrial )(綜合業務數字廣播)。 DVB-T 是歐洲 DVB 系列標準中較新的一個標準 (此外還有有線數字電視標準 DVB-C, 以及衛星數字電視標準DVB-S),也是最復雜的 DVB 傳輸系統。此標準是 1998 年 2 月批準通過的。 DVB-T 標準的核心是 MPEG-2 數字視音頻壓縮編碼, 采用編碼正交頻分復用 COFDM ( Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing ) 調制方式,適用于大范圍多發射機的 8k載波方式。 為高清晰度電視( HDTV )信號傳輸提供大于 20Mbps 的凈荷碼率, 支持簡單天線室內固定接收。為標準清晰度電視( SDTV )信號傳輸提供大于 5Mbps 的凈荷碼率 , 并能在車速移動條件下支持移動接收;具有單頻組網能力。

移動電視技術的核心是移動接收,即車載高速移動接收。移動接收主要面臨動態多徑和多普勒頻移的問題。因為移動接收主要受地形地貌,如山、房屋等反射的影響,使到達接收點的信號不止一個,而且不斷變化。在模擬電視中的反映是重影,在數字接收中,某些特定相位的多徑信號將使接收完全失敗。在這種情況下,接收好壞不單單依賴于與發射臺距離的遠近,而且在很大程度上還依賴于接收到的多徑信號之間的相位變化所引起的信號衰落。

DVB-T 采用 OFDM 調制系統,它首先是將高碼率的串行數據流變成 N 個低碼率的并行數據流,并對 N 個彼此互不影響(正交)的載波分別進行調制符號碼率的降低,實際上是符號周期的增大,使動態多徑和多普勒頻移造成的碼間干擾減小,加上保護間隔的設置,減少了多徑對多載波正交特性的影響,使碼間干擾進一步減小,從而能較好的支持移動接收。

我國地面數字電視傳輸標準于2006年8月18日頒布(GB20600-2006),并自2007年8月1日起正式實施 (國標地面數字電視標準簡稱為DTMB - Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting.。較早時也稱為DMB-TH )。國標中的一種主要傳輸模式采用時域同步OFDM技術(TDS-OFDM),具有自主知識產權,能較好地支持移動接收,高清數字電視廣播,單頻組網。同時,測試表明在頻譜利用,同步速度,支持單天線移動接收,室內接收等方面亦表現出了比DVB-T更好的性能。

4. 手機電視

手機電視其實是移動數字電視的一種終端形式. 由于手機已成為人們最為普遍使用個人多媒體終端, 利用手機收看電視節目及其它數據增值服務成為移動數字電視發展的重要部分.

理論上,  手機終端也同樣可以接收地面數字電視廣播, 包括DVB-T及國標地面數字電視標準DTMB。但手機作為電視終端有一些特殊要求。例如,由于顯示屏尺寸較小,不需要對其傳送高清晰度視頻信號,因此,一路手機電視節目只需要占用較小的信道帶寬。此外,由于手機采用電池供電,因而希望收看電視節目時耗電要小。對于這些要求,以提供標清及高清數字電視廣播服務地面數字電視系統(包括DVB-T,DTMB等)并不能很好地滿足。因此,就出現了專門針對手機電視的移動多媒體廣播標準。

DVB-H是在DVB-T基礎上針對手機電視而提出的,主要引入了時間分片技術(time slicing)及MPE-FEC技術,降低接收終端功耗及提高接收靈敏度。T-DMB 是在歐洲數字音頻廣播標準DAB基礎上而提出的一種窄帶移動多媒體廣播系統。我國目前也在積極制定具有自主知識產權的手機電視標準。

 

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