DTMB地面數字電視技術在電視直播中的應用

董 鑫，陽 輝，胡曾千

（1.長沙廣電數字移動傳媒有限公司，湖南 長沙 410005；2.清華大學 信息技術研究院，北京 100084；3.深圳清華大學研究院，廣東 深圳 518057）

1 DTMB標準與直播工作模式

2006年8月誕生的中國地面數字電視標準GB20600—2006《數字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結構、信道編碼和調制》[1]已經成為國際標準，該標準的英文縮寫為 DTMB（Digital Terrestrial Multimedia Broadcast）。DT?MB 系統(tǒng)的調制方式為 TDS－OFDM（Time Domain Syn?chronous－Orthogonal Frequency Division Multiplexing），其關鍵技術有：使用能實現快速同步和高效信道估計的PN序列幀頭，信道編碼為性能優(yōu)異的低密度校驗糾錯碼（LDPC），抗衰落的系統(tǒng)信息保護，支持單載波和多載波兩種模式，支持單頻網應用。

經過6年的推廣，DTMB信號已經在包括香港和澳門在內的中國數百個城市播出，DTMB技術日益成熟，各種配套設備也應運而生，采用DTMB技術的電視直播設備開始在一些電視臺得到應用。DTMB有330種模式，適合用于電視直播的模式有兩種[2]，如表1所示。模式1適合用MPEG－2編碼傳輸D1圖像，模式2適合用H.264編碼傳輸720p或1080i圖像。

2 DTMB電視直播系統(tǒng)的主要設備

采用DTMB技術的電視直播系統(tǒng)由攝像機掛接式發(fā)射機、接收機、車載轉發(fā)式發(fā)射機等幾種設備組成。

表1 適合電視直播的兩種DTMB工作模式

2.1 攝像機掛接式發(fā)射機

攝像機掛接式發(fā)射機由視頻編碼、DTMB調制、D/A、基帶濾波、射頻正交調制、功放等模塊組成，機械結構具有攝像機BP型電池陰陽卡口，可直接卡裝在攝像機電池卡口上，攝像機電池則卡在發(fā)射機上，同時為發(fā)射機和攝像機供電。視頻編碼可以采用MPEG－2或H.264標準，視頻輸入可以提供CVBS，HDMI，SDI等多種接口，支持D1，720p，1080i等多種圖像格式。DTMB調制可以由單片ASIC完成，功放輸出的功率為1～2 W，一般都提供30 dB的數控衰減用于調整輸出功率，工作頻率可涵蓋300～1500 MHz的頻段，在直播現場需要預先測試電磁頻譜，選擇一個干凈的頻點作為工作頻率使用。功放的輸出接口為天線標準接口，可以把全向的鞭狀天線直接接上。

2.2 DTMB接收機

DTMB接收機由高頻頭、DTMB解調、視頻解碼等模塊組成，有的接收機為了改善接收效果，可以提供分集接收功能。DTMB解調由單片ASIC完成，視頻輸出可提供CVBS，HDMI，SDI等多種接口，為了方便轉發(fā)，減少一次視頻編解碼造成的圖像質量損失，還提供未解碼ASI碼流輸出。

2.3 車載轉發(fā)式發(fā)射機

車載轉發(fā)式發(fā)射機的結構與掛接式發(fā)射機類似，不同之處在于：為了方便轉發(fā)，提供ASI碼流輸入，不需要視頻編碼，直接進行DTMB調制，這樣可以減少一次視頻編解碼，降低圖像損失。采用12 V或24 V直流供電，方便車載使用。有的發(fā)射機為了接駁車載攝像機，保留視頻編碼單元，可以選擇由視頻輸入或ASI輸入。輸出功率為10～20 W，輸出接口一般為N型接頭，直接與饋線相連。使用時車載發(fā)射機必須與掛接式發(fā)射機錯開一定的頻率，并加裝發(fā)射、接收濾波器，消除收發(fā)干擾。

3 DTMB電視直播系統(tǒng)的應用方式

DTMB電視直播系統(tǒng)的應用主要有衛(wèi)星轉發(fā)、車載轉發(fā)和移動轉發(fā)等3種應用方式。

3.1 衛(wèi)星轉發(fā)式應用

該應用方式如圖1所示，攝像師攜帶掛接了發(fā)射機的攝像機進入直播現場，拍攝畫面，得到音視頻信號送到掛接式發(fā)射機，調制成DTMB信號之后用某個射頻頻率發(fā)射出來，?？吭谥辈ガF場附近的衛(wèi)星轉播車上面安裝有DTMB接收機，接收到掛接式發(fā)射機的信號之后，輸出音視頻信號或ASI碼流給衛(wèi)星發(fā)射機，通過衛(wèi)星轉發(fā)到電視臺，經過剪輯之后播出。掛接式發(fā)射機的傳輸距離在視距條件下可達1～3 km，有遮擋的情況下也可傳輸數百米。

直播前先調試掛接式發(fā)射機傳輸鏈路，衛(wèi)星轉播車?？吭谥辈ガF場附近，找建筑物有門窗的方向停放，攝像師進入直播現場，一邊拍攝，一邊在現場走動，要保證在現場的各處拍攝的畫面都能正常地傳輸到轉播車上，如果有的地方圖像出現中斷，可調整轉播車的位置，直至各處的圖像都能正常傳輸為止。正常傳輸時接收的圖像質量與編碼輸出時相同，沒有任何損失，這正是數字電視優(yōu)越性的體現。

3.2 車載轉發(fā)式應用

該應用方式如圖2所示，與衛(wèi)星轉發(fā)式應用類似，不同之處在于收到掛接式發(fā)射機的信號之后，不是用衛(wèi)星發(fā)射機轉發(fā)，而是用車載發(fā)射機轉發(fā)，接收天線與DTMB接收機之間插入接收濾波器，發(fā)射天線與車載發(fā)射機之間插入發(fā)射濾波器，收發(fā)頻率至少錯開32 MHz以上，為兩個濾波器留出足夠的過渡帶，保證收發(fā)隔離度。車載發(fā)射機在視距條件下的傳輸距離可達到20 km以上，有遮擋的情況下也可傳輸5～10 km。

直播前先調試車載發(fā)射機與電視臺的轉發(fā)鏈路，轉播車找一個合適的地方停放，使轉播車與電視臺之間沒有距離很近的障礙物，必要時可以使用升降桿將發(fā)射天線提升一定的高度，以改善轉發(fā)效果，車載發(fā)射機以最大功率發(fā)射。在電視臺的接收點要將接收天線放置在盡可能高的位置，在接收天線與DTMB接收機之間插入接收濾波器，以濾除帶外的干擾，如果接收天線安裝在電視臺的發(fā)射塔上，在高度上要與塔上的發(fā)射天線錯開，接收頻率也要與塔上發(fā)射的電視信號頻率錯開足夠的間隔，否則塔上發(fā)射機的帶外泄漏會淹沒接收到的車載發(fā)射機信號。轉發(fā)鏈路調通之后，可逐漸降低車載發(fā)射機的功率，直至轉發(fā)鏈路達到臨界點，用這種方法可估測出轉發(fā)鏈路的功率裕量，一般來說，至少要有6 dB的裕量以保證轉發(fā)鏈路的可靠傳輸。

轉發(fā)鏈路調通之后，用前述方法調試掛接式發(fā)射機的傳輸鏈路，注意此時轉播車的位置不能移動，否則調試好的轉發(fā)鏈路可能受影響。如果掛接式發(fā)射機的傳輸效果受車載發(fā)射機的影響，可設法將轉播車上的收發(fā)天線在高度上錯開。

3.3 移動轉發(fā)應用

本應用方式如圖3所示，在轉播馬拉松、火炬接力、賽車等體育賽事[2－3]時，需要攝影師攜帶掛接式發(fā)射機在車上跟蹤拍攝運動員，或者將掛接式發(fā)射機安置在賽車內，以車內的角度拍攝賽道，這時需要將轉發(fā)式發(fā)射機安裝在車頂、高樓、直升機等高處，以改善轉發(fā)效果。在這種應用環(huán)境中，掛接式發(fā)射機始終處于移動狀態(tài)，轉發(fā)式發(fā)射機或固定或移動，可以將DTMB系統(tǒng)抗多徑性能強、可快速移動的特點發(fā)揮得淋漓盡致。

4 應用實例

2011年6月，深圳力合視達公司攜帶自行研制的DTMB直播設備，與湖南電視臺合作在長沙進行了一次直播實驗，直播現場設在長沙市某體育場館，當晚有演唱會。

湖南電視臺派出衛(wèi)星直播車到現場，攝影師攜帶掛接式發(fā)射機進入現場，拍攝演出現場的畫面，用546 MHz的頻率發(fā)射，功率為1 W。直播車用增益為5.5 dBi的全向天線接收，DTMB接收機輸出的ASI碼流送給衛(wèi)星發(fā)射機，通過衛(wèi)星轉發(fā)到臺里，經過剪輯之后播出。

接收機輸出的視頻信號通過HDMI接口送到直播車內的顯示器，可以實時監(jiān)控掛接式發(fā)射機的傳輸效果。實驗還嘗試了車載轉發(fā)，使用714 MHz的頻率，在直播車上用升降桿把增益為10 dBi的玻璃鋼全向天線提升10 m的高度，發(fā)射10 W的信號，車載轉發(fā)的接收天線設在電視臺的樓頂，接收天線是增益為13 dBi的板狀天線，水平方向角的主瓣指向體育館方向。為了改善收發(fā)隔離度、濾除其他頻率的干擾信號，在直播車內的DTMB接收機輸入端加裝了546 MHz濾波器、車載發(fā)射機的功放輸出端和電視臺的DTMB接收機輸入端都加裝了714 MHz濾波器。這些措施有效地提高了收發(fā)隔離度，電視臺收到的DTMB信號質量很好，在直播過程中沒有出現停頓、黑屏、馬賽克等現象。

實驗表明，掛接式發(fā)射機能很好地完成把現場圖像傳輸到直播車的任務，在條件許可的情況下，車載轉發(fā)也能達到良好的傳輸效果，可以代替衛(wèi)星轉播，節(jié)省昂貴的衛(wèi)星轉播費用，或者與衛(wèi)星轉播互為備份。

5 結束語

本文主要介紹了DTMB地面數字電視技術在電視直播中的應用，介紹了系統(tǒng)構成與主要應用方式，并給出了湖南電視臺在長沙市的應用實例。隨著技術的發(fā)展和設備性能的提高，DTMB電視直播系統(tǒng)將會在電視直播領域發(fā)揮越來越重要的作用，并將開辟一些全新的直播模式，為電視直播領域帶來一場變革。

[1]GB/20600—2006，數字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結構、信道編碼和調制[S].2006.

[2]GY/T 236—2008，地面數字電視廣播傳輸系統(tǒng)實施指南[S].2006.

[3]龍海，李遠新，周曉東.衡陽九運會電子火炬啟動電視直播系統(tǒng)設計[J].電視技術，2012，36（4）：51－53.

[4]陳上，吳德生.廣州亞運火炬?zhèn)鬟f佛山站信號傳輸方案[J].電視技術，2011，35（10）：24－25.