談數字電視傳輸的網絡技術

邵旭彤

摘要：數字電視傳輸網絡主要指地面、有線和衛(wèi)星三大數字電視廣播傳輸網絡。地面數字電視廣播網絡通過電視臺制高點天線發(fā)射無線電波，覆蓋電視用戶，用戶通過接收天線和電視機收看電視節(jié)目。這是數字電視廣播最基本的傳輸網絡形式，除了娛樂、學習等公益功能之外，其普遍性、可控性和抗毀性還被視為國家安全設施，使之成為緊急情況下動員國民最直接最可靠的政府喉舌。

關健詞：數字電視；傳輸網絡；DVB；有線電視

1 數字電視傳輸網絡

由于模擬電視傳輸網絡無力處置噪聲積累和多徑干擾，迫使人們把天線架出室外，導致公用天線系統(tǒng)在樓群中發(fā)展。隨著全頻道模擬電視廣播信號的光纖寬帶傳輸技術的突破，一個以光纖為干、同軸電纜為支的樹形光纖/同軸電纜混合網（HFC）在城市得到普遍利用，逐漸演進成為脫離地面廣播系統(tǒng)而獨立存在的有線電視廣播網絡，擁有絕大多數的城市電視用戶。

2 ATSC標準:頻譜效率高、功率峰均比低

目前，數字電視傳輸有三大標準，即美國的ATSC、歐洲的DVB和日本的ISDB三種不同的標準。

ATSC數字電視標準由四個分離的層級組成，層級之間有清晰的界面。最高為圖像層，確定圖像的形式，包括像素陣列、幅型比和幀頻；圖像壓縮層，采用MPEG-2壓縮標準；系統(tǒng)復用層，特定的數據被納入不同的壓縮包中，采用MPEG-2壓縮標準；最后是傳輸層，確定數據傳輸的調制和信道編碼方案。對于地面廣播系統(tǒng)，ATSC采用了Zenith公司開發(fā)的8-VSB傳輸模式，在6MHz地面廣播頻道上可實現19.3Mbps的傳輸速率。該標準也包含適合有線電視系統(tǒng)的16-VSB傳輸模式，可在6MHz有線電視信道中實現38.6Mbps的傳輸速率。

最低的兩層共同承擔普通數據的傳輸。最高的兩層確定在普通數據傳輸基礎上運行的特定配置，如HDTV或SDTV；確定ATSC標準支持的具體圖像格式，共有18種(HDTV 6種、SDTV 12種)，其中14種采用逐行掃描方式。

3 DVB標準：支持室內接收、移動接收等需求DVB標準包括4個系統(tǒng)。我國的數字電視標準是在移植歐洲數字視頻廣播標準（DVB，由ISO/ICE 13818描述）的基礎上制定的。

3.1DVB傳輸系統(tǒng)

DVB傳輸系統(tǒng)涉及衛(wèi)星、有線電視、地面、SMATV、MMDS 等所有傳輸媒體。它們對應的DVB標準為：

● DVB-S（QPSK調制）數字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)標準。衛(wèi)星傳輸具有覆蓋面廣、節(jié)目容量大等特點。數據流的調制采用四相相移鍵控調制(QPSK)方式，工作頻率為11G/12GHz。在使用MPEG-2 MP@ML格式時，用戶端若達到CCIR 601演播室質量，碼率為9Mbps；達到PAL質量，碼率為5Mbps。一個54MHz轉發(fā)器傳送速率可達68Mbps，可用于多套節(jié)目的復用。DVB-S標準幾乎為所有的衛(wèi)星廣播數字電視系統(tǒng)所采用。我國也選用了DVB-S標準。

● DVB-C（QAM調制）數字有線電視廣播系統(tǒng)標準。它具有16、32、64QAM(正交調幅)三種調制方式，工作頻率在10GHz以下。采用64QAM時，一個PAL通道的傳送碼率為41.34Mbps，可用于多套節(jié)目的復用。系統(tǒng)前端可從衛(wèi)星和地面發(fā)射獲得信號，在終端需要電纜機頂盒。

● DVB-T（OFDM調制）數字地面電視廣播系統(tǒng)標準。這是最復雜的DVB傳輸系統(tǒng)。地面數字電視發(fā)射的傳輸容量理論上與有線電視系統(tǒng)相當，本地區(qū)覆蓋最好。采用編碼正交頻分復用(COFDM)調制方式，在8MHz帶寬內能傳送4套電視節(jié)目，傳輸質量高，但接收費用也高。

3. 2 DVB 基帶附加信息系統(tǒng)

DVB數字廣播系統(tǒng)除傳送視頻、音頻信號外，還可傳送接收IRD調諧、節(jié)目指南及圖文、字幕、圖標等信息。適用于此類基帶附加信息系統(tǒng)的DVB標準包括： DVB-SI為數字廣播業(yè)務信息系統(tǒng)標準； DVB-TXT為數字圖文廣播系統(tǒng)標準，用于固定格式圖文電視的傳送；DVB-SUB為數字廣播字幕系統(tǒng)標準，用于字幕及圖標的傳送。

3.3 DVB交互業(yè)務系統(tǒng)

DVB數字廣播系統(tǒng)能根據需要，提供交互業(yè)務服務。構成交互業(yè)務系統(tǒng)的要素包括:與其他相關國際標準兼容的交互業(yè)務網絡獨立協議、傳送交互服務過程命令與控制信號的回傳信道等。對應的DVB標準有：DVB-NIP、DVB-RCC和DVB-RCT。

3.4 DVB 條件接收及接口標準

在DVB數字廣播系統(tǒng)中，有些業(yè)務傳送加擾的條件接受信息。通過條件接收的通用接口，使 IRD能夠解擾采用通用加擾算法的加擾信息。條件接收是付費電視廣播的基本部分，對數字電視運行的成功至關重要。DVB數字廣播系統(tǒng)與其他電信網絡(如SDH、ATM等)連接，擴展了DVB技術的應用范圍，可實現DVB向電信網絡的過渡。此外，還有利于連接專業(yè)設備及IRD的接口。關于這些接口的DVB標準包括：DVB-CI、DVB-PDH、DVB-SDH、DVB-ATM、DVB-PI和DVB-IRDI。

近年來大量的研究和產業(yè)發(fā)展表明，OFDM多載波技術是寬帶無線傳輸技術發(fā)展的方向，不僅在數字電視傳輸方面被多數國家采納，而且已成為新一代（4G）移動通信和寬帶無線局域網的主流技術。

4 自有標準DMB-T 的優(yōu)勢

國內有五套方案的研究小組都致力于研發(fā)我國的地面數字電視傳輸標準。這里僅以清華方案為例，1999年7月，清華大學數字電視傳輸技術研發(fā)中心提出了地面數字多媒體/電視廣播傳輸標準（DMB-T）方案。該方案采用自主原創(chuàng)的時域同步正交頻分復用（TDS-OFDM）技術，擁有多項基礎性發(fā)明。與國際現有的數字電視地面?zhèn)鬏敇藴时容^，具有多項鮮明的應用特點、較好的整體性能和清晰的自主知識產權。其采用以下幾項主要技術：

時域同步的正交多載波技術。地面寬帶無線傳輸的最大困難在于多徑引起的頻率選擇性衰落，OFDM技術則在對抗頻率選擇性衰落方面具有獨特的優(yōu)勢。然而，子載波間的正交性對同步提出嚴格的要求。

保護間隔的PN填充技術。為了在多徑時延擴散信道中避免碼間串擾，DVB采用了循環(huán)前綴填充的OFDM保護間隔，使其傳輸的效率有所損失。DMB-T發(fā)明了基于PN序列擴頻技術的高保護同步傳輸技術，并用其填充OFDM保護間隔，使系統(tǒng)的頻譜利用效率提高10%，并有20dB以上同步保護增益。

快速信道估計技術。針對現有地面數字電視傳輸標準的信道估計迭代過程較長（一次有效參數估計約需1.024ms）的不足，DMB-T發(fā)明了新的TDS-OFDM信道估計技術，通過正交相關和付立葉變換實現快速信道估計（一次有效參數估計約需0.6ms），提高了系統(tǒng)移動接收性能。

前向糾錯編碼與相位映射相結合的糾錯技術。針對采用多載波COFDM技術的信噪比門限相對VSB單載波技術較差的現實，DMB-T發(fā)明了一種新的系統(tǒng)級聯糾錯內碼和最小歐氏距離最大化映射技術，使采用多載波技術的系統(tǒng)信噪比門限獲得10%以上的改善。

與絕對時間同步的幀結構。DMB-T傳輸協議設計了與絕對時間同步的復幀結構，方便自動喚醒功能設置，達到省電目的，支持便攜接收；與絕對時間同步機制有利于單頻網同步發(fā)送信號的功能控制，使DMB-T單頻網同步設備比國際現有標準的同類設備更容易實現。

系統(tǒng)信息傳送。DMB-T傳輸協議為每一個長度500μS信息數據的信號幀設定了獨特地址的幀頭，方便數據信息的識別和分離，具有融合多業(yè)務廣播的技術基礎，故稱“多媒體/電視廣播”。該幀識別功能還將為“雙向互動”系統(tǒng)提供同步體系。

了解和掌握數字電視傳輸網絡技術與標準，是每一個電視工作人員必須熟悉的知識，特別是工程技術人員更應該掌握電視技術的發(fā)展，用于更新觀念，指導日常工作。