數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)研究

【摘要】隨著技術(shù)的不斷進步，當(dāng)前廣播電視工程中數(shù)字信號得到了越來越廣泛的應(yīng)用。數(shù)字信號穩(wěn)定性強、存儲和處理簡便，傳輸效能也更高?？梢灶A(yù)見，未來數(shù)字信號必然會有更廣闊的應(yīng)用場景。加強對數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)的研究，對于拓展數(shù)字信號應(yīng)用路徑十分關(guān)鍵?；诖?，本文首先簡要敘述了數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，然后分析了數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)的基本原理、技術(shù)分類和硬件設(shè)備，最后探討了該技術(shù)未來的發(fā)展前景，希望有助于促進我國廣播電視事業(yè)的長遠發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】廣播電視信號；發(fā)射技術(shù)；數(shù)字信號

中圖分類號：TN92" " " " " " " " " " " " " " 文獻標(biāo)識碼：A" " " " " " " " " " " " " " DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.22.006

廣播電視媒體是大眾生活中不可或缺的構(gòu)成部分，隨著社會的發(fā)展，大眾對于廣播電視節(jié)目的要求不斷提高，以期獲得更好的觀看體驗。相較于模擬信號，數(shù)字信號具有質(zhì)量高、抗干擾強、傳輸距離遠等優(yōu)勢，深入探究數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)，有助于進一步提升數(shù)字信號的質(zhì)量和傳輸效能，促進廣播電視事業(yè)的長遠發(fā)展。本文以數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)為研究對象，分析了該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢、運行原理和技術(shù)分類，并探討了技術(shù)的未來發(fā)展趨勢，以供參考。

1. 數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 傳輸穩(wěn)定性優(yōu)勢

相較于抗干擾能力弱、傳輸距離有限的模擬信號，數(shù)據(jù)信號在傳輸上更具穩(wěn)定性，能夠給觀眾帶來更好的信號接收體驗。其穩(wěn)定性主要表現(xiàn)在三個方面：①抗干擾能力強。數(shù)字信號的抗干擾能力主要由兩項技術(shù)來實現(xiàn)，一是信號再生技術(shù)，能夠有效消除信號在發(fā)射和傳輸過程中出現(xiàn)的信號失真、信號干擾現(xiàn)象，讓信號恢復(fù)到最初的狀態(tài)；二是抗干擾技術(shù)，數(shù)字信號采用的抗干擾技術(shù)是編碼解碼技術(shù)，以非歸零編碼技術(shù)為例，該技術(shù)能夠保持?jǐn)?shù)字信號的電平穩(wěn)定、減少直流分量的影響，避免信號變化過程中噪聲的引入，有效保持了信號的質(zhì)量[1]。②傳輸距離長。數(shù)字信號在遠距離傳輸?shù)倪^程中，不容易出現(xiàn)信號衰減現(xiàn)象，確保了長距離傳輸過程中的穩(wěn)定性。③信號傳輸準(zhǔn)確。數(shù)字信號發(fā)射技術(shù)采用了前向糾錯、自動重傳請求等先進技術(shù)，能夠?qū)π盘栧e誤進行自動糾錯，避免信號傳輸出現(xiàn)失誤現(xiàn)象。以前向糾錯為例，該技術(shù)會在信號傳輸?shù)倪^程中，額外發(fā)送算法生成的冗余信息，當(dāng)信號出現(xiàn)錯誤時，通過冗余信息對信號進行修復(fù)。

1.2 運行可靠性優(yōu)勢

數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)的可靠性主要體現(xiàn)在兩個方面：①信息加密便捷。數(shù)字信號由于采用了與計算機相同的二進制代碼，在進行信息加密時，具有多樣化的加密技術(shù)可供選擇，如加密算法、密鑰管理等。②故障自診斷能力強。相較于傳統(tǒng)的人工故障診斷技術(shù)，數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)具有故障自診斷能力，能夠借助診斷程序?qū)收项愋?、故障因素進行診斷，并通過循環(huán)反饋模式實現(xiàn)故障的自動處理。

1.3 控制自動化優(yōu)勢

當(dāng)前數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)中集成了多種信息化、數(shù)字化和自動化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)全過程的自動化控制。以數(shù)字化發(fā)射機的自動化控制為例，自動化技術(shù)借助自動控制芯片取代了傳統(tǒng)的電路控制模式，對發(fā)射機的控制系統(tǒng)進行了全方位的改造，不僅提升了控制能力和運行效率，還提供了多樣化的功能模塊，如調(diào)度控制模塊、預(yù)警保護模塊、自動監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊等[2]。

1.4 應(yīng)用開放性優(yōu)勢

數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)在滿足國家相關(guān)規(guī)范的同時，具有突出的開放性優(yōu)勢，能夠滿足未來技術(shù)發(fā)展的功能拓展需求。當(dāng)前現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)迎來了高速發(fā)展時期，廣播電視行業(yè)的技術(shù)手段也同樣如此，廣播電視信號發(fā)射系統(tǒng)造價很高，如果隨著技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)不能同步更新和優(yōu)化，必然會對廣播電視媒體的正常服務(wù)造成影響，帶來較大的資源浪費。數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)的開放性優(yōu)勢充分滿足了技術(shù)更新和功能拓展的需求，能夠確保廣播電視信號發(fā)射系統(tǒng)在一定周期內(nèi)的穩(wěn)定運行，讓投入的資金、設(shè)備等資源的效益最大化。

2. 數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)的構(gòu)成

在數(shù)字電視系統(tǒng)模式下，電視節(jié)目從采編拍攝環(huán)節(jié)開始，其制作、壓縮、發(fā)射、傳輸和接收的每個環(huán)節(jié)均以數(shù)字信號為基礎(chǔ)。數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)的基本原理是電視臺通過攝像設(shè)備和節(jié)目制播設(shè)備傳輸圖像和聲音信號，經(jīng)過編轉(zhuǎn)碼器進行數(shù)字壓縮和數(shù)字調(diào)制，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后通過衛(wèi)星、地面無線、有線、微波等傳輸方式將信號傳輸至電視終端，電視終端通過解調(diào)、解碼對數(shù)字信號進行還原，又轉(zhuǎn)化為電視圖像和聲音。

2.1 數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)

根據(jù)應(yīng)用范圍、編碼技術(shù)特點的不同，數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)可以分為數(shù)字視頻廣播（Digital Video Broadcasting，DVB） 、高級電視系統(tǒng)（Advanced Television Systems Committee，ATSC）、地面數(shù)字電視（Digital Terrestrial Multimedia Broadcast，DTMB）等多種類型，其中我國應(yīng)用較多的是DTMB技術(shù)。

2.1.1 DVB技術(shù)

DVB技術(shù)構(gòu)建了衛(wèi)星與地面設(shè)備、光纖與地面設(shè)備之間的數(shù)字信息交流路徑，能夠?qū)崿F(xiàn)各類廣播電視節(jié)目信息的傳輸和接收。DVB技術(shù)在數(shù)字信號發(fā)射時需要經(jīng)過編碼、傳輸和解碼三個階段，根據(jù)一定編碼標(biāo)準(zhǔn)完成編碼后，信號將會以傳輸流的形式通過有線信道或無線信道進行傳輸。傳輸流中包含了多個數(shù)據(jù)包，通過多路復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)傳輸，并依托糾錯技術(shù)提升數(shù)據(jù)的抗干擾能力。接收端在接收到數(shù)據(jù)后，會通過解調(diào)和解碼將其恢復(fù)，以便在終端設(shè)備上播放[3]。

2.1.2 ATSC技術(shù)

ATSC技術(shù)是一種數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)傳輸技術(shù)，其編碼和調(diào)制技術(shù)較為先進，廣播電視信號的傳輸效果較高。ATSC技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面：①高清晰度。ATSC技術(shù)能夠高效地利用地面頻譜資源，從而為觀眾提供更加清晰逼真的圖像效果。②高傳輸效率。ATSC技術(shù)能夠借助先進的編碼技術(shù)，將高清視頻信號以低比特率進行傳輸，對帶寬的要求較低，傳輸效率反而有所提升。③強抗干擾能力。ATSC技術(shù)借助編碼正交頻分復(fù)用等技術(shù)手段，能夠產(chǎn)生更具抗干擾能力的信號，有效提升了信號質(zhì)量。④多頻道傳輸。ATSC技術(shù)能夠通過多路復(fù)用實現(xiàn)多頻道信號在同一信道中的傳輸，大大提升了頻譜資源的應(yīng)用效率。

2.1.3 DTMB技術(shù)

DTMB技術(shù)采用的是正交頻分復(fù)用技術(shù)進行編碼和調(diào)制，具有傳輸高效、容量大、信號質(zhì)量高等突出優(yōu)勢。①DTMB技術(shù)引用正交頻分復(fù)用技術(shù)進行信號編碼，能夠滿足不同音視頻信號的傳輸需求，即使在復(fù)雜的傳輸環(huán)境下，傳輸效率依然很高。②DTMB技術(shù)能夠為高清節(jié)目提供大容量的單信道碼率，滿足不同廣播電視節(jié)目的傳播需求。③DTMB技術(shù)采用前向糾錯技術(shù)，能夠有效確保數(shù)字信號的傳輸質(zhì)量。

2.2 DVB的分類

DVB技術(shù)根據(jù)傳輸媒體和應(yīng)用領(lǐng)域的差異，可以分為地面無線傳輸（Digital Video Broadcasting-Terrestrial，DVB-T）、衛(wèi)星傳輸（Digital Video Broadcasting-Satellite，DVB-S）、有線傳輸（Digital Video Broadcasting-Cable，DVB-C）等多種類型。

2.2.1 地面無線傳輸DVB-T

地面無線傳輸DVB-T是指利用地面無線電波進行傳輸?shù)南到y(tǒng)，主要服務(wù)于地面數(shù)字電視，需要借助地面發(fā)射塔等發(fā)射設(shè)備進行信號傳輸。DVB-T音視頻編碼采用活動圖像專家組（Moving Picture Experts Group，MPEG）等標(biāo)準(zhǔn)實施信號采樣和壓縮，并壓縮調(diào)制為射頻信號進行發(fā)射。

2.2.2 衛(wèi)星傳輸DVB-S

衛(wèi)星傳輸DVB-S是指利用同步衛(wèi)星將數(shù)字編碼壓縮為電視信號然后進行傳輸?shù)囊环N系統(tǒng)，其信號發(fā)射和接收需要借助衛(wèi)星發(fā)射器和接收器。DVB-S具有信號覆蓋范圍廣、節(jié)目容量大等突出優(yōu)勢，但相對而言，設(shè)備更加昂貴。DVB-S信號編碼方式為卷積碼和里德-所羅門碼（Reed-Solomon codes，RS碼）級聯(lián)編碼，其中RS碼具有糾正隨機錯誤和突發(fā)錯誤的能力，卷積碼則能夠進一步提升RS碼的糾錯能力；信號調(diào)制方式為正交相移鍵控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK），因此信號質(zhì)量高，抗干擾能力強。

2.2.3 有線傳輸DVB-C

有線傳輸DVB-C是指利用有線電視網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)進行數(shù)字信號傳輸?shù)募夹g(shù)，主要服務(wù)于有線電視網(wǎng)絡(luò)的電視廣播服務(wù)，該技術(shù)的信號發(fā)射和接收需要借助有線電視網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，是城市廣播電視服務(wù)的常見形式。DVB-C采用多傳輸流、可變編碼調(diào)制技術(shù)、編碼正交頻分復(fù)用（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing，COFDM）技術(shù)、硬判+軟判決算法（Bose-Ray-Chaudhuri -Hocquenghem，BCH/Low Density Parity Check Code，LDPC）前向糾錯技術(shù)，具有極高的頻譜效率，信道容量也明顯提高。

2.3 數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)的主要硬件設(shè)備

2.3.1 編轉(zhuǎn)碼器

轉(zhuǎn)編碼器是數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)應(yīng)用的重要設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)化。為了確保信號質(zhì)量滿足觀眾需求，需要合理選擇編轉(zhuǎn)碼器。

轉(zhuǎn)編碼器的選擇主要有三個要點：①應(yīng)用需求。不同應(yīng)用需求下可以選擇不同類型的設(shè)備，應(yīng)當(dāng)根據(jù)廣播電視媒體的實際需求進行選擇。②編轉(zhuǎn)碼方式和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。不同技術(shù)所采用的編碼方式、轉(zhuǎn)碼方式和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)各有不同，常見的包括MPEG-2、H.264、AVS+等，要結(jié)合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)備選型，以確保兼容性和應(yīng)用效能符合需求。③接口類型。編轉(zhuǎn)碼器的輸入、輸出接口各有不同，常見的包括串行數(shù)字接口（Serial Digital Interface，SDI）、高清多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）等類型，合理選擇接口能夠確保編轉(zhuǎn)碼器滿足不同信號輸入和輸出的要求[4]。

2.3.2 發(fā)射機

隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進步，當(dāng)前數(shù)字廣播電視信號源在生成和應(yīng)用的過程中，頻繁受到不同信號源的干擾，導(dǎo)致數(shù)字信號質(zhì)量有所降低?，F(xiàn)階段數(shù)字信號源發(fā)射的路徑主要有無線傳輸發(fā)射、有線接口發(fā)射等多種，要不斷提升信號源質(zhì)量，確保信號不被非正規(guī)信號干擾，應(yīng)當(dāng)持續(xù)優(yōu)化信號的發(fā)射和傳輸形式。

發(fā)射機是數(shù)字廣播電視信號進行發(fā)射和傳輸?shù)慕橘|(zhì)，數(shù)字信號的質(zhì)量和傳輸穩(wěn)定性與其發(fā)射機有密切關(guān)聯(lián)，廣播電視媒體要持續(xù)增強發(fā)射機功率，優(yōu)化傳輸路徑和電平分配，從而提高數(shù)字信號的抗干擾能力和傳輸安全性。此外，還可以開發(fā)應(yīng)用發(fā)射機模塊智慧共享系統(tǒng)，通過自動化技術(shù)、智能化技術(shù)將多種不同類型的發(fā)射機進行模塊化、集成化的綜合控制，以滿足可視化、遠程化和自動化的管理需求，提升發(fā)射機控制效能。

2.3.3 發(fā)射天線

發(fā)射天線是數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)的重要支撐。一方面，發(fā)射天線具有一定的信號轉(zhuǎn)化功能，可以提升信號的功率強度，使其具備更好的傳輸效果；另一方面，發(fā)射天線還能夠發(fā)揮信號監(jiān)測功能，對信號接收效果、信號傳輸效能進行監(jiān)測，從而為廣播電視信號的優(yōu)化調(diào)整提供有力的參考。

為了確保數(shù)字廣播電視信號的最佳發(fā)射和傳輸效果，需要對發(fā)射天線進行必要的優(yōu)化。①設(shè)備選型。在選擇發(fā)射天線設(shè)備時，要充分考慮數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)的實際需求以及廣播電視工程的實際場景，在符合信號覆蓋要求的同時，保證選型的經(jīng)濟性。②設(shè)計優(yōu)化。在設(shè)計發(fā)射天線結(jié)構(gòu)時，要充分考慮信號發(fā)射需求，合理選用發(fā)射技術(shù)，如雙補償技術(shù)等。③參數(shù)優(yōu)化。發(fā)射天線的參數(shù)決定了天線的運行效果，其參數(shù)主要有增益、駐波比、阻抗匹配、天線位置、安裝角度等。在進行參數(shù)優(yōu)化時，要充分考慮信號質(zhì)量的影響因素，進行校正和優(yōu)化。

3. 數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 超高清發(fā)展趨勢

超高清是廣播電視系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，然而從實際情況來看，4K/8K超高清的普及度仍然不夠高，這與技術(shù)水平的限制有密切關(guān)聯(lián)。

數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)在超高清發(fā)展上主要需要考慮三方面：①采樣率。單位時間內(nèi)對信號采樣的頻率就是采樣率，采樣率越高，越能夠捕捉圖像中的細(xì)節(jié)，從而讓畫面更加清晰逼真，但要提高采樣率，需要從存儲量和帶寬兩方面入手。②量化精度。取得采樣值后，需要對其進行量化，精度越高，誤差越低，意味著能夠提升圖像的色彩深度和灰度級別，圖像的逼真度越高。③壓縮算法。超高清數(shù)據(jù)量龐大，在信號傳輸過程中需要進行壓縮，但如果壓縮算法不佳，必然會對圖像的清晰度產(chǎn)生不良影響。采用合理的壓縮算法就意味著要實現(xiàn)圖像品質(zhì)與傳輸效率之間的平衡。

3.2 智能化發(fā)展趨勢

以數(shù)字信號處理與人工智能技術(shù)的結(jié)合為例，人工智能技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩方面：①提升信號處理精度。人工智能技術(shù)能夠從信號中分析并提取出有價值的信息，從而讓信號處理精度更高。②增強信號抗干擾水平。人工智能技術(shù)提供多種智能算法技術(shù)，如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、濾波算法等，能夠提升信號處理質(zhì)量。針對不同類型的干擾信號，可以采用不同的算法技術(shù)以取得最佳處理效果。例如針對白噪聲干擾，可以采用濾波算法進行處理；對于多徑干擾，則可以采用多徑抑制算法進行抑制[5]。

3.3 虛擬化發(fā)展趨勢

當(dāng)前虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，VR）和增強現(xiàn)實技術(shù)（Augmented Reality，AR）已然成為廣播電視媒體領(lǐng)域的重要技術(shù)，將數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)與VRAR技術(shù)進行融合，有助于在數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)的幫助下，真正實現(xiàn)虛擬世界與現(xiàn)實世界的結(jié)合，給觀眾帶來全新的觀看體驗。數(shù)字信號不僅穩(wěn)定性強，在存儲、處理等環(huán)節(jié)同樣具有高穩(wěn)定性、高精度的優(yōu)勢。VRAR圖像要達到良好的虛實結(jié)合效果，就需要依托圖像和音頻的高品質(zhì)，營造身臨其境的獨特效果。數(shù)字信號能夠傳輸分辨率和位深度高的音頻和視頻，與5G技術(shù)融合則能夠帶來更高的帶寬和更低的延時，從而滿足VRAR圖像的傳輸需求。

4. 結(jié)束語

當(dāng)前數(shù)字信號正在逐漸取代模擬信號，對于廣播電視媒體以及相關(guān)從業(yè)者而言，加強對數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)的探究，不斷拓展該技術(shù)的應(yīng)用場景和功能優(yōu)勢，對于促進我國廣播電視事業(yè)的發(fā)展有重要意義。相關(guān)從業(yè)者要深入研究數(shù)字廣播電視信號發(fā)射技術(shù)，積極推動該技術(shù)與信息技術(shù)、自動化技術(shù)和智能技術(shù)的融合，從而更好地滿足廣播電視工程的發(fā)展需要，為大眾提供高質(zhì)量的廣電服務(wù)。

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