基于數(shù)字技術(shù)的移動電視系統(tǒng)測試及分析

王洪海

（天津廣播電視臺 技術(shù)管理部，天津300070）

數(shù)字移動電視顧名思義就是采用了先進(jìn)的數(shù)字電視技術(shù)，可以在移動狀態(tài)中收看的電視。它以數(shù)字技術(shù)為支撐，通過無線數(shù)字信號發(fā)射、地面數(shù)字接收的方式進(jìn)行電視節(jié)目傳播，克服了模擬電視無線發(fā)射所無法處置的噪聲積累和多徑干擾問題。它最大的特點是在處于移動狀態(tài)、高速行駛的交通工具上， 能保持電視信號的穩(wěn)定接收和清晰播放，數(shù)字移動電視當(dāng)然也能在非移動的情況下接收。

1 系統(tǒng)原理分析

數(shù)字電視是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，主要包括完成信號的抽樣、量化、壓縮的信源編碼部分；為傳輸穩(wěn)定和可靠進(jìn)行的信道編碼部分；以及千家萬戶使用的接收和顯示部分等。

天津移動電視信源編碼部分采用的是MPEG（運(yùn)動圖像專家組） 提出的MPEG-2 視音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。在所有實際的節(jié)目內(nèi)容中有2 種信號分量：一種是異常而無法預(yù)見的，另一種是可以預(yù)見的。異常分量叫作熵，它是信號中的真實信息。余下的部分叫作冗余，因為它不是必需的。冗余可能是空間性的，它位于畫面的大片單色區(qū)域中，相鄰的象素幾乎具有相同值。冗余也可能是時間性的，它是連續(xù)畫面間相似部分使用的地方[1]。MPEG2 主要是利用空間性和時間性冗余的特點在壓縮中使用了幀間壓縮和幀內(nèi)壓縮2 種方式。首先通過使用連續(xù)畫面間的相似之處降低時間性冗余。即通過使用已發(fā)送畫面中的信息盡可能多地創(chuàng)建和“預(yù)見”當(dāng)前畫面。當(dāng)使用該項技術(shù)時，僅需要發(fā)送差異畫面，從而消除了實際畫面和預(yù)見畫面之間的差異。然后差異畫面被進(jìn)行空間壓縮以降低空間性冗余。MPEG2 有2 個大的特點， 一個是通過使用幀間壓縮帶來的高壓縮比，它可以有效地降低傳輸節(jié)目所需碼率。另一個就是根據(jù)不同的需求，通過參數(shù)的調(diào)節(jié)做到碼率可變。因為在得到相同畫面質(zhì)量情況下傳送新聞節(jié)目可使用比傳送體育節(jié)目低得多的碼率，從而節(jié)省了資源。

在信道編碼部分選擇的是清華大學(xué)提出的地面數(shù)字多媒體電視廣播（DMB-T：terrestrial digital multimedia/TV broadcasting）方案。DMB-T 方案可提供一種數(shù)字信息傳輸方法，系統(tǒng)的核心采用了mQAM/QPSK 的時域同步正交頻分復(fù)用（TDSOFDM：time domain synchronous-orthogonal frequency division multiplexing）調(diào)制技術(shù)；系統(tǒng)使用創(chuàng)新的前向糾錯編碼技術(shù)；并實現(xiàn)了分級調(diào)制和編碼；同時可以實現(xiàn)多媒體業(yè)務(wù)[1]。該方案主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 DMB-T 技術(shù)參數(shù)Tab.1 DMB-T technical parameters

DMB-T 系統(tǒng)的可用凈碼流傳輸率可以采用如下公式計算：

式中：Ru 為可用凈碼流比特率，Mb/s；Rs 為符號基帶速率，對于DMB-T 8 MHz 系統(tǒng)，Rs=7.56 MHz；b為載波比特數(shù)，QPSK 時b=2，16QAM 時b=4，64QAM時b=6；CRv 為內(nèi)糾錯碼率 （4/9、2/3、8/9）；CRrs 為RS 糾錯碼，188/208；Tu 為有用字符長度；Ts 為保護(hù)間隔字符和有用字符總長度。

由此，可以計算出DMB-T 系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的所有可用凈碼流比特率，如表2所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計及實施

數(shù)字電視地面廣播的出現(xiàn)，讓移動人流隨時隨地可以看到無線發(fā)射的數(shù)字移動電視，獲得更多更新的資訊，為了更大地滿足快節(jié)奏社會中人們對于信息的需求，同時也豐富市民文化生活，準(zhǔn)備在目前播出的模擬新27 頻道的8 MHz 帶寬中增加更多的內(nèi)容。由表2中可見，凈碼流比特率隨著內(nèi)糾錯碼率的提高而提高， 隨著保護(hù)間隔的減小而提高，隨著調(diào)制效率QPSK/16QAM/64QAM 的提高而提高。而凈碼流比特率與傳輸?shù)目煽啃约案采w范圍成反比。所以，為了保證覆蓋范圍和收看效果只能選擇比較低的傳輸碼率，這樣，信源編碼部分的壓縮率成為了能否在一個信道中更多傳輸節(jié)目套數(shù)的關(guān)鍵。

表2 DMB-T 系統(tǒng)凈碼流比特率Tab.2 DMB-T systeme net bit stream rate

實際上節(jié)目的內(nèi)容決定了碼流的高低，并不能單純地說每個頻道里能夠傳送多少數(shù)字電視節(jié)目，還要看具體是什么樣的節(jié)目， 應(yīng)用什么信源壓縮技術(shù)等因素。通常情況下，利用MPEG-2 壓縮標(biāo)準(zhǔn)傳送一套快速運(yùn)動的體育節(jié)目大概要求4～5 Mb/s 的碼流，傳送一套新聞、訪談節(jié)目大概需要3 Mb/s 的碼流，傳送一套圖文信息只需1.5 Mb/s 的碼流，而傳送高清電視節(jié)目需要20 Mb/s 左右的碼流。因此，為了傳送更多的節(jié)目內(nèi)容，為運(yùn)營單位合理地安排節(jié)目數(shù)量提供根據(jù)，在以往技術(shù)材料中介紹的視頻壓縮碼率經(jīng)驗值的基礎(chǔ)上又完成了進(jìn)一步的試驗。

試驗中使用設(shè)備有： 哈雷MV45 MPEG2 編碼器3 臺； 哈雷MN20 復(fù)用器1 臺； 泰克MTD200 MPEG2 測試解調(diào)器1 臺；泰克MTM400 碼流分析儀1 臺。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

試驗中分別選擇了現(xiàn)有的移動公交頻道、T5 體育頻道、 中9 新聞頻道3 套不同類型的電視節(jié)目，通過網(wǎng)管系統(tǒng)改變每套節(jié)目的壓縮碼率，并使用統(tǒng)計復(fù)用功能，以求達(dá)到節(jié)目傳輸?shù)淖罴研Ч?/p>

圖1 編碼及復(fù)用系統(tǒng)框圖Fig.1 Block diagram of coding and multiplexing system

復(fù)用后的碼流送至天塔發(fā)射機(jī)房，信道編碼部分選用的參數(shù)組合為QPSK 調(diào)制方式、 保護(hù)間隔55.56 μs、4/9 內(nèi)碼碼率。根據(jù)表2可知此時DMB-T系統(tǒng)可用凈碼流比特率為5.414 Mb/s， 即復(fù)用器輸出TS 流碼率不能超過5.4 Mb/s。經(jīng)對空發(fā)射，用機(jī)頂盒接收，觀察接收效果并作出主觀評價。試驗結(jié)果如表3所示。

3 結(jié)語

由試驗結(jié)果可知， 傳輸3 套電視節(jié)目的TS 流碼率為5.4 Mb/s 時，可做到基本不損傷圖像質(zhì)量。采用這種碼率分配方案，既可以兼顧到覆蓋范圍和傳輸可靠性，又可以最多的傳送電視節(jié)目。從而最大化的為市場服務(wù)。

在當(dāng)前的政策、市場和技術(shù)背景下，讓已有的資訊為最廣大的人群服務(wù)并產(chǎn)生最大的經(jīng)濟(jì)和社會效益，是廣播電視產(chǎn)業(yè)的一個新的增長點。相信通過先進(jìn)的技術(shù)手段， 實施科學(xué)的運(yùn)營方案，天津移動電視一定能夠在競爭中創(chuàng)造輝煌的業(yè)績。

表3 試驗效果對比Tab.3 Comparison of test results

計為自動化又獲深圳市科創(chuàng)委企業(yè)研發(fā)資助

近日，為貫徹落實深圳市委市政府《關(guān)于促進(jìn)科技創(chuàng)新的若干措施》(深發(fā)〔2016〕7 號)精神，根據(jù)《深圳市科技研發(fā)資金管理辦法》等有關(guān)規(guī)定，深圳市科技創(chuàng)新委員會公示了2018年第一批企業(yè)研究開發(fā)資助計劃擬資助企業(yè)的名單及金額，深圳計為自動化技術(shù)有限公司（以下簡稱“計為自動化”）赫然在列。

計為自動化自成立之日起, 即將研發(fā)和生產(chǎn)可靠性媲美進(jìn)口產(chǎn)品的高性價比物位測量儀表作為公司使命，高度重視技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)，每年斥巨資用于研究開發(fā)且成果豐碩。像近日又有多項新品研發(fā)項目通過驗收，已獲3 項發(fā)明專利和十余項實用新型專利授權(quán)，仍有多項發(fā)明專利和實用新型專利正處于審查階段。

出于對計為自動化所擁有的自主研發(fā)能力、 科技成果轉(zhuǎn)化能力和公司發(fā)展?jié)摿Φ鹊恼J(rèn)可和肯定，近期，政府認(rèn)定深圳計為自動化為“國家高新技術(shù)企業(yè)”。

同樣是政府對深圳計為自動化2018年研發(fā)投入和產(chǎn)出的高度肯定， 深圳市科創(chuàng)委將深圳計為自動化列入第一批企業(yè)研發(fā)資助名單。

計為自動化承諾，該資助金額將作為下一年度研發(fā)中心的研發(fā)經(jīng)費使用。該資助資金是政府對計為自動化立足自助創(chuàng)新的大力支持，也必將激勵和助推計為自動化加大在物位測量儀表領(lǐng)域的研究開發(fā)，進(jìn)一步增強(qiáng)企業(yè)的研發(fā)實力，提高企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新水平。

深圳計為自動化技術(shù)有限公司