數字電視地面廣播技術及應用

劉固蒂

隨著數字技術、信息技術和網絡技術的迅猛發展,無線傳播領域正在引發一場深刻的技術革命,就在這一兩年間,無線數字媒體的類型驟然豐富,除傳統媒體之外,手機電視、車載移動電視、樓宇分類電視、多媒體信息亭、地鐵多媒體信息系統等新興媒體紛紛涌現,移動接收是個熱點,尤其是廣播電視的移動接收,成為發展方向之一。在電子管時代,器件的尺寸比較大,耗電也多,真正的“移動”只在軍事方面,便攜式的收音機也有,但一直不能普及。到了晶體管時代,收音機小到可以放在口袋里,廣播的移動接收在一定程度上解決了。但是電視的移動接收問題要比廣播的移動接收困難得多,所以至今還沒有得到完全解決。

一、什么是真正的數字電視

對于真正的數字電視,或許還有很多消費者并不十分了解。那么什么才是數字電視呢?首先數字電視就是采用數字編碼與數字傳輸技術,進行節目的采集、錄制、發射和接收的電視。由于采用數字壓縮技術大大節省了頻道傳輸空間,這就是為什么原來模擬頻道傳送一個節目的空間現在卻可以傳輸6~8個頻道。同時數字電視還提供更多新穎并附有互動性的功能,如提供天氣預報、路況信息等諸多信息,通過數字電視發送短信,甚至使用數字電視的交易功能進行購物等。正是因為數字電視的不同,所以現在絕大多數的電視是無法接收數字電視內容的,這些我們通常使用的電視都是所謂的“模擬電視”,就是說這種電視只能接收模擬信號。

現在市場上所出售的常見的數字電視也并不能被稱為嚴格意義上的數字電視,真正的數字電視應該是集數字、高清于一體的電視機,即數字電視一體機。

數字電視時代,電視本身也是數據的一種。數字電視地面廣播(DTTB)的應用將會帶動除電視以外的其他業務,首先數字電視出現在移動交通工具上,隨著移動電視的面世,傳統的電視覆蓋理論被打破了!電視將無所不在!中國數字電視地面廣播(DTTB)已經進入了實施階段,同時開創了傳統無線電視的一種全新應用:移動接收。隨著該業務被大眾接受,又逐步擴大到移動載體。隨著視頻壓縮技術的發展,從車載發展到個人手持終端。數字電視地面廣播(DTTB)技術在更大程度上給傳統的收看電視方式帶來新的變化,孕育著創造一個新的移動電視市場的機遇,其應用前景將更加深遠。

二、數字電視地面廣播

在現代通信中,通信傳輸手段主要是光纖、衛星、數字微波等,加上地面無線電廣播電視發射構成信息傳輸主體。目前在我國數字電視按信號傳輸方式可以分為地面無線傳輸數字電視(地面數字電視)、衛星傳輸數字電視(衛星數字電視)、有線傳輸數字電視(有線數字電視)三類。而移動電視是數字電視地面廣播的重要應用。數字電視地面廣播在應用需求上要求實現移動和便攜接收的功能,使整個技術系統的要求最高。它具備無線數字系統所共有的優點;較之衛星接收,有實現容易、價格低廉的特點;較之有線接收;不易受城市施工建設、自然災害、戰爭等因素造成的斷網影響;數字電視地面廣播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,主要的用戶也是針對本地區的。完善的數字電視地面廣播(DTTB)系統所具備的蜂窩單頻網功能,不僅提高了頻譜的利用率,而且可應用與寬帶無線接入市場;而移動和便攜的獨特優勢使該系統能滿足現代信息社會“信息到人”的要求,也就是無論何人何時在何地均能任意獲取他想得到的信息。

地面數字電視可以做到便攜接收和移動接收,可以供私人轎車、出租車、長途客車和火車乘客觀看,還可以供手機等便攜機用戶觀看。按接收方式可分為固定接收、車載移動接收和便攜接收。固定接收接有固定天線,電視機不能隨便搬移,一般來說接收條件經調整后不再變化;便攜接收是可以將接收機裝入衣袋,在戶外低速移動接收。移動接收,指車載高速移動接收。我們日常接觸最多的是傳統的固定接收的電視,下面就對車載移動電視和手機電視進行詳細的介紹。

1.車載移動電視。所謂移動電視就是通過無線數字信號發射、地面數字設備接收的方法進行電視節目的播放和接收。在數字電視技術的支持下,交通工具在時速120公里以下的移動狀態中,能夠穩定、清晰地接收到電視節目,主要針對公交、地鐵、出租等交通工具上的移動人流。這種在數字技術支持下,人們在運動狀態中可以收看電視節目的方式被稱為”移動電視”。學術界、傳媒界已經開始將“移動電視(移動多媒體)”稱為區別于傳統媒體和網絡媒體的“第五大媒體”。

移動電視技術的核心是移動接收,即車載高速移動接收,接收的條件因地貌不斷變化而變化,同時因車速的變化還會受到多普勒效應頻率變化的影響。接收地點是指由于接收地點離主發射臺的距離變化和與其他發射臺發射信號間相對關系的變化而引起的接收條件的變化。移動接收主要解決是動態多徑和多普勒頻移的問題。因為移動接收主要受地形地貌,如山、建筑物等反射的影響,使到達接收點的信號不止一個。在模擬電視中的反映是重影,在數字接收中,某些特定相位的多徑信號將使接收完全失敗。在這種情況下,接收好壞不單單依靠于與發射臺距離的遠近,而且在很大程度上還依靠于接收信號之間的相位。由于上述問題使得地面廣播問題復雜化,使接收信道隨時間、頻率和地點而發生變化。引起不同頻率信號衰落的主要原因是多徑接收,其結果使信道出現頻率選擇性。移動接收時,主信號和反射信號到達接收點的角度有可能不同,因多普勒效應,其頻率發生了不同的變化,兩者的差拍使接收信號的幅度隨時間周期變化,其結果使信道出現時間選擇性。而由于接收地點的不同和相鄰臺距離的不同,主信號和其他臺信號之間的關系不同而使接收出現地點的選擇性。

DVB-T由于采用OFDM調制系統,它首先是將高碼率的串行數據流變成N個低碼率的并行數據流,并對N個彼此互不影響的載波分別進行調制符號碼率的降低,實際上是符號周期的增大,使動態多徑和多普勒頻移造成的碼間干擾減小,加上保護間隔的設置,減少了多徑對多載波正交特性的影響,使碼間干擾進一步減小,從而能很好的支持移動接收。我國現在正在研究適合自己的數字電視地面廣播的標準,期望在搭建數字電視中有更大的自主權。地面數字電視傳輸標準作為一個基礎標準,涉及的是一個無線系統,我國明確提出必須滿足數字電視廣播傳輸系統應用和產業兩個方面的基本需求,并為今后實現擴展功能做好必要的預備。我國DTTB的制定原則是:①傳輸信息量要大,支持包括高清電視的多媒體廣播服務;②抗干擾能力強,在一般室內環境下可接收;③與現有模擬廣播電視頻道兼容,并有利于頻道規劃和模擬向數字過渡;④具有靈活性:支持標準高清楚度和高清楚度兼容的電視廣播,支持移動接收設備,支持便攜接收設備;⑤具有可擴展性:支持包括互聯網的交互數據綜合業務,支持廣播網絡化的發展需要,整體性能指標應優于或相當于相應的國外現有標準的性能。據悉國家有意考慮以清華大學提交的方案為主融合其他方案之長,形成我國的DTTB標準。清華的地面數字多媒體/電視廣播傳輸標準方案采用自主原創的時域同步正交頻分復用技術。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。其采用以下幾項主要技術:時域同步的正交多載波技術;保護間隔的PN填充技術;快速信道估計技術;前向糾錯編碼與相位映射相結合的糾錯技術;與絕對時間同步的幀結構。

2.手機電視。電視是最大的媒體,是手機中缺少的一個內容,數字移動通信系統的高速發展提高了人們生活空間的移動性,在這個移動世界中公眾也非常渴望讓電視進入手機,這樣無論身處何地都可以看到自己喜歡的電視節目如:喜劇、旅游指南、商務電視、游戲、音樂、體育、購物、新聞服務、媒體點播和互動式選擇等。這不僅將取悅移動運營商,對于設備制造商和廣播業者來說,它將使電視變成壽命更長、重量更輕的手持產品。

數字電視地面廣播與移動通信的結合將給人們帶來更多新的業務,它不僅擴展了電視廣播內容的種類,而且支持內容的移動接收,這種結合最新的體現就是歐洲DVB-T標準的出現。對采用移動網絡(手機)和地面廣播(電視機)兩種接收電視節目方式進行比較,可以看出,由于手機電視的屏幕較小,因此每一路電視節目所需的碼率較低,對于基于DVB-T的IP數據廣播,每個視頻流占用100-384KHz的帶寬,于是在一個8MHz帶寬的電視頻道上可以傳送25-80套電視節目。由于移動網絡覆蓋能力強大,帶寬不高,價格較貴,非常適合小文件VOD使用;而地面電視廣播每個電視節目需要2-5MHz的帶寬,一個8MHz頻道只能廣播3-4套節目,地面電視廣播的優點是沒有帶寬限制,價格便宜,但不適合VOD,網絡覆蓋能力也差。它主要使用范圍在城市地區,而且仍然有很多盲區,如在樓道、地鐵、電梯和高樓林立的地方。為了尋求兩者結合的模式,DVB組織制定出了一個地面數字廣播網絡向便攜/手持終端提供多媒體業務的傳輸標準:DVB-H。它將蜂窩電話網絡和地面數字電視廣播網絡更好的結合,并將用于向所有用戶傳送視聽及多媒體服務。今年2月份DVB-H標準得到了TDVB Technical Module的批準。這標志著DVB成員公司走過了最后一個階段,接下來就可以利用該標準設計產品和服務,目前正在進行的最大的試驗性項目是把廣播視頻和音頻擴展到移動設備。

3.地面電視廣播技術應用前景。自上海宣布開展移動電視試驗后,得到了國家有關部門的支持,現在已經初見成效,移動電視創造了市場的需求。事實上,數字電視地面廣播的開通,是開通了一個寬帶的支持移動的數據廣播通道,它不僅可以傳輸電視,而且可傳輸數據,數字電視時代,電視本身也是數據的一種。未來數字電視地面廣播的應用將會帶動除電視以外其他業務,借助于數字電視地面廣播的技術和目前技術條件,并分析目前的市場情況,首先在公共汽車進行移動電視的業務是比較明智的選擇,隨著該業務被大眾接受,將逐步擴大到移動載體。隨著電池容量和視頻壓縮技術的發展,從車載將發展到個人手持終端。隨著終端產品的發展,其他業務又將得到發展。數字電視地面廣播的特點和應用將會引起人們收視和獲得信息的方式變化,讓我們借助于支持移動和寬帶廣播的技術,去想像它的應用,去發現市場,去創造市場。數字廣播電視地面廣播,時不我待。

(作者單位:國家廣電總局七二二臺)