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，導致公用天線系統在樓群中發展。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，ATSC采用了Zenith公司開發的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。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

DVB傳輸系統涉及衛星、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）數字衛星廣播系統標準。衛星傳輸具有覆蓋面廣、節目容量大等特點。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轉發器傳送速率可達68Mbps，可用于多套節目的復用。DVB-S標準幾乎為所有的衛星廣播數字電視系統所采用。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，可用于多套節目的復用。系統前端可從衛星和地面發射獲得信號，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標準。這是最復雜的DVB傳輸系統。地面數字電視發射的傳輸容量理論上與有線電視系統相當，本地區覆蓋最好。采用編碼正交頻分復用(COFDM)調制方式，在8MHz帶寬內能傳送4套電視節目，傳輸質量高，但接收費用也高。

3. 2 DVB 基帶附加信息系統

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

3.3 DVB交互業務系統

DVB數字廣播系統能根據需要，提供交互業務服務。構成交互業務系統的要素包括:與其他相關國際標準兼容的交互業務網絡獨立協議、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數字廣播系統中，有些業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發展表明，OFDM多載波技術是寬帶無線傳輸技術發展的方向，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 的優勢

國內有五套方案的研究小組都致力于研發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的時域同步正交頻分復用（TDS-OFDM）技術，擁有多項基礎性發明。與國際現有的數字電視地面傳輸標準比較，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采用了循環前綴填充的OFDM保護間隔，使其傳輸的效率有所損失。DMB-T發明了基于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發明了一種新的系統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展，用于更新觀念，指導日常工作。