數(shù)字電視傳輸技術(shù)新進展及展望

秦朝輝

【摘要】數(shù)字電視傳輸技術(shù)是數(shù)字技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，代表了一個國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的水平。本文介紹了數(shù)字電視傳輸技術(shù)以及常見的幾種數(shù)字電視傳輸技術(shù)應(yīng)用場景，指明了數(shù)字電視傳輸技術(shù)未來發(fā)展方向，提出了數(shù)字電視傳輸技術(shù)應(yīng)當緊跟時代潮流發(fā)展的結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電視;傳輸技術(shù);衛(wèi)星電視

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2022.03.006

數(shù)字電視傳輸技術(shù)所涉及的技術(shù)包括三個方面，第一是現(xiàn)代通信技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)和微電子技術(shù)。所以綜合來看，數(shù)字電視傳輸技術(shù)的發(fā)展水平是由這三項技術(shù)決定的，如果這三項技術(shù)中有一項技術(shù)不能實現(xiàn)，那整個數(shù)字電視傳輸技術(shù)就實現(xiàn)不了。

1. 數(shù)字電視傳輸技術(shù)概述

數(shù)字電視是一個相對的概念，是相對于模擬電視而言的。相對于模擬電視來說，它的集中優(yōu)勢有以下幾點：第一，具有更高的頻譜利用率。它的高頻譜利用率是依靠單頻網(wǎng)SFN技術(shù)實現(xiàn)的。SFN技術(shù)集結(jié)多種先進技術(shù)于一身，可以有效靈活的解決廣播的覆蓋問題，更能解決數(shù)字電視地面廣播的“峭壁效應(yīng)”;第二，超強的抗干擾能力，正是這種能力極大提高了電視節(jié)目傳輸?shù)目煽啃?第三，從技術(shù)層面說的，具有更高的有效性，就是說要覆蓋同樣的范圍，數(shù)字電視的發(fā)射功率相比模擬電視要小一個數(shù)量級。第四，數(shù)字電視傳輸技術(shù)具有很強的可擴展性、可分級性和操作性。這樣設(shè)計的目的就是為了實現(xiàn)各類通信網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，這一點是有長遠發(fā)展目標的，是為了國家未來信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)目標的實現(xiàn)。中國社會所處的發(fā)展階段，有一個大的背景是三網(wǎng)的融合。在這個發(fā)展環(huán)境下，不僅有利于電視新業(yè)務(wù)的開展，也可以促進廣電新經(jīng)濟增長。為了實現(xiàn)電視新業(yè)務(wù)的發(fā)展，促進數(shù)字技術(shù)和主流媒體建設(shè)，國家財政給予很大的財政支持。在全國實行數(shù)字電視的覆蓋，并全面關(guān)停模擬電視網(wǎng)絡(luò)。

但是不得不承認的是，這種數(shù)字電視系統(tǒng)的實現(xiàn)是一個復(fù)雜的工程，從節(jié)目制作到信號的傳輸方式，這些都涉及新技術(shù)、新設(shè)備的使用。當然還包括了相應(yīng)的接收設(shè)備，顯示設(shè)備，這些在數(shù)字化的過程中要實現(xiàn)更新?lián)Q代。同時從電視臺到終端用戶設(shè)備的全部改造和替換，所以從這些設(shè)備和技術(shù)方面說，這就是一個規(guī)模巨大的系統(tǒng)工程，發(fā)達國家在實現(xiàn)這一數(shù)字化改造過程中，用了很長的時間，同時也付出了很大的代價，不僅僅是經(jīng)濟成本和人力成本，這是以他們網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展為基礎(chǔ)，為他們電視產(chǎn)業(yè)搶占了商機，提供了全球市場。但是他們制定的各種標準，都是出于他們自身的發(fā)展目的。

從技術(shù)角度來說，標準清晰度數(shù)字電視的信源編碼標準基本采用的都是MPEG-2標準，但是隨著電視清晰度的提高，高清及超高清電視多采用H.264/AVC標準，更高效的標準是H.265，這是一種效率更高的標準，目前在很多國家已經(jīng)普遍推廣。按照信號的傳輸方式，人們將數(shù)字電視傳輸技術(shù)分為三種：第一種就是地面?zhèn)鬏敂?shù)字電視;第二種是衛(wèi)星傳輸數(shù)字電視;第三種是有線傳輸數(shù)字電視。本文用地面?zhèn)鬏敂?shù)字電視標準為例。眾所周知，數(shù)字電視的三種標準之間最明顯的區(qū)別就是信道編碼與調(diào)制技術(shù)的不同，在這個方面，美國、歐洲國家、日本都各不相同。中國發(fā)展了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的信源編碼標準-AVS。從整個全球范圍來分析，廣電頻譜的利用率較低，解決這一問題的辦法就是研究新的數(shù)字通信理論，開發(fā)出高頻譜利用率的傳輸技術(shù)。

2. 目前常見的數(shù)字電視傳輸技術(shù)

2.1 有線數(shù)字電視

從全球數(shù)有線數(shù)字電視的發(fā)展來看，歐洲的DVB-C代表的一些數(shù)字電視在技術(shù)方面已經(jīng)較為成熟。DVB組織為了更好的使用這種技術(shù)的發(fā)展，更新了新的標準，也就是我們現(xiàn)在看到了DVB-C2，它在原來的基礎(chǔ)上增加了有限網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娜萘?，并且這種容量，促進了新業(yè)務(wù)模式的開展，同時也提供了很多根據(jù)不同服務(wù)需求定制的模式和選項，實驗表明，它在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上，時下了頻譜率的30%提升，在模擬電視關(guān)閉以后，HFC網(wǎng)在優(yōu)化后它的下行容量增加了60%以上，據(jù)有關(guān)專家的分析，這種技術(shù)可以滿足下個十年有線電視發(fā)展需求。

2.2 衛(wèi)星數(shù)字電視

衛(wèi)星數(shù)字電視有很強的應(yīng)用地域劃分，在農(nóng)村或者地形復(fù)雜的偏遠地區(qū)，利用衛(wèi)星傳輸?shù)母吒采w率可以實現(xiàn)數(shù)字電視信號的有效傳輸，不僅可以降低成本，同時也能增強傳輸?shù)馁|(zhì)量，如果要追溯這種技術(shù)，就要回到1994年，那個時候，DVB-S的業(yè)務(wù)發(fā)展明顯不能滿足需求，所以在2004年推出了新的技術(shù)，也就是DVB-S2。它在傳輸性能和業(yè)務(wù)支撐能力方面提高了很多，正在向著全球市場進軍。從目前發(fā)展情況來看，全球最大的直播衛(wèi)星運營商技術(shù)平臺擁有上千萬的用戶，這些衛(wèi)星數(shù)字電視提供了100多套高清節(jié)目。根據(jù)中國的國情，使用衛(wèi)星數(shù)字電視對邊遠地區(qū)進行覆蓋必然是一種大勢。我國利用自主標準ABS-S傳輸?shù)闹辈バ恰按宕逋ā惫こ虒崿F(xiàn)了對新疆、西藏等邊遠地區(qū)實現(xiàn)了電視信號覆蓋，很好解決了農(nóng)牧民看電視的問題。

2.3 地面數(shù)字電視

地面?zhèn)鬏斂梢杂行У慕鉀Q農(nóng)村電視信號覆蓋問題。從現(xiàn)實情況來看，農(nóng)村的人口相對較少，利用地面?zhèn)鬏敚梢院芎玫慕鉀Q這個問題。地面的數(shù)字電視目前的受眾是很多的。地面的廣播信道有一個缺點就是有長達幾十微秒的多徑延遲、信號場強的變化范圍很大、單頻網(wǎng)干擾等?；谶@些原因，地面的傳輸成為難度最大的一種傳輸方式，這樣的信道條件下，接收機的設(shè)計就相對困難。世界上目前有四種支持地面?zhèn)鬏數(shù)募夹g(shù)標準。歐洲的DVB-T、我國的DTMB、美國的ATSC以及日本的ISDB-T，這是目前地面?zhèn)鬏敿夹g(shù)領(lǐng)先的四個可利用的技術(shù)標準。但是信息技術(shù)的發(fā)展是與時俱進的，目前全球發(fā)展的目光都聚集在3D電視技術(shù)和超高清電視技術(shù)層面，而要實現(xiàn)這些技術(shù)，它的傳輸方式必然要在技術(shù)上和設(shè)備上進行革新。DVB組織在2008年推出了二代標準DVB-T2，這種標準支持固定接受和便攜移動接受，這是最先進行革新的技術(shù)，說明歐洲國家在數(shù)字電視方面是領(lǐng)先國際水平的。尤其是在地面數(shù)字電視方面。目前很多國家雖然展開了一系列的追逐比賽，但是它的專利費用是很多國家難以接受的。所以DVB-T是目前最佳的解決問題方案。

3. 數(shù)字電視的發(fā)展前景

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是沒有終點的，無論是高清晰度數(shù)字電視還是3D電影都不能給觀眾最好的視覺體驗，其中6電影技術(shù)的缺點是需要觀眾佩戴眼鏡，眼鏡是公用，并且長時間佩戴對眼睛也有損害。3D電視的觀看可以采用裸眼，但是這對技術(shù)有極高的要求。不管是哪種路線技術(shù)，其中的傳輸能力都需要擴展。下文為了更好的發(fā)展電視行業(yè)從兩種技術(shù)進行論述，打開未來更好的發(fā)展前景。

3.1 MIMO技術(shù)的探索

數(shù)字電視的發(fā)展具有很強的技術(shù)性，在世界范圍內(nèi)要實現(xiàn)技術(shù)的領(lǐng)先是比較困難的。在世界范圍中，廣電頻譜的利用率相對于通信行業(yè)來說還是相對較低的，就是技術(shù)領(lǐng)先的美國也同樣面臨這樣的問題。在美國，廣電產(chǎn)業(yè)正在面臨頻譜被收回的可能，這是技術(shù)層面提出的新挑戰(zhàn)，要迎接這一挑戰(zhàn)，就需要充分利用數(shù)字通信的最新技術(shù)，進而提高頻譜利用率，這是一條唯一可行的路線，再沒有其他途徑。要實現(xiàn)這一目標，有幾個可行的方法，第一就是采用MIMO技術(shù)，這種技術(shù)的優(yōu)勢體現(xiàn)的范圍比較小，主要是在無限局域網(wǎng)中。是5G移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。這是一種多天線技術(shù)，它除了增加一定的傳輸容量以外，還可以擴大覆蓋面積，同時也提升了抗干擾能力。

3.2 高階調(diào)制技術(shù)的探索

這種技術(shù)在相同發(fā)射功率下，接收機的工作門限上升使得覆蓋范圍變小，有一個必須回答的問題就是提高頻譜效率的同時如何保證原有的覆蓋，很多人都知道，高階調(diào)制可以有效的提高頻譜效率。在采用單頻網(wǎng)增加覆蓋范圍的同時，同時也就引入了干擾因素，這對高階調(diào)制接收機技術(shù)來說又是一種挑戰(zhàn)。這是因為采用高階調(diào)制技術(shù)的接收機性能受到嚴重影響，它對噪聲、干擾器件、具體的量化表現(xiàn)等都表現(xiàn)出極為敏感的狀態(tài)，這不僅影響了它的工作，也直接造成整個運營系統(tǒng)變得低效，造成資源浪費。這個時候也就只能對接收技術(shù)進行革新了。這還不是唯一的困境，還有一個困境就是高階調(diào)制對PAPR也異常敏感，這樣就會使得射頻器件的要求變得越來越高，不僅提高了可實現(xiàn)成本，也造成了技術(shù)上的一種鴻溝。在技術(shù)方面最近新研究的方法中，需要有一種數(shù)字信號處理的方法補償RF損傷。

4. 結(jié)束語

廣播電視數(shù)字化不只是為了給群眾帶來娛樂的方式，還是代表國家科學(xué)技術(shù)水平發(fā)展，因為廣播電視數(shù)字化和現(xiàn)代通信技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、微電子技術(shù)等都有緊密關(guān)系。綜合來看，上述的這些技術(shù)已經(jīng)取得了比較顯著的發(fā)展，并為電視事業(yè)的發(fā)展做出了巨大的貢獻，但是技術(shù)的發(fā)展是沒有止境的，即使是超高清數(shù)字電視也不是電視技術(shù)發(fā)展的終點。但是對于技術(shù)的發(fā)展可以各執(zhí)己見，未來數(shù)字電視傳輸技術(shù)的發(fā)展有很多的可能性，也有很多的挑戰(zhàn)，需要在技術(shù)上不斷探索，不斷證實。

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