地面數字電視技術的現狀與未來發展

【摘 要】本文根據目前國內和國際上的地面數字電視產業現狀，詳細的分析了各國的傳輸標準，數字電視的優勢以及未來發展方向。

【關鍵詞】DTMB;數字地面電視;單頻網;國際標準

1.數字電視的介紹

數字電視（DTV：Digital Television）是指采用數字技術將活動圖像和聲音等信號加以處理、壓縮、編碼，經存儲或實時廣播后，供用戶接收、播放的電視系統。系統的各個環節，包括從演播室節目制作，到處理、傳送、存儲/傳輸，直至接收、顯示等過程都采用數字信號。與傳統的模擬電視相比，數字電視在圖像和聲音質量兩面都有重大改進。根據清晰度可分為：標準清晰度數字電視（SDTV：Standard Definition Television）和高清晰度數字電視（HDTV：High Definition Television），碼率分別約為4兆和20兆比特左右。

1.1數字電視的優勢和特點

（1）數字地面電視廣播通常傳送只有兩個取值“0”或“1”，接收端只需用對接收信號進行對應于數字“0”或“1”兩狀態的判定。這一特點使信號在傳輸過程中，噪聲和干擾雖然對信號的波形有影響，使其產生失真，但在很大程度上仍能判定傳送信息是“0”或“1”碼的波形，消除了失真與噪聲的積累，通信質量可達到或接近信號源的質量。

（2）數字地面電視廣播的傳輸由于采用了二進制信息形式，便于采用糾錯編碼從而實現信息無差錯傳輸和存儲，所以移動電視的傳輸可靠性高。基于以上特點，移動電視接收的信號僅要求較低的載噪比，因此發射機功率可以降低，即節約了能源，也降低了電磁污染，使環境得到了改善和保護。

（3）此外，移動電視由于采用了數字傳輸技術，具有頻譜利用率高、可以通過計算機網絡實現互聯和資源共享、便于實現多媒體廣播以及設備體積小、重量輕、功耗省、可靠性高、多功能和智能化等一系列模擬電視無可比擬的優勢。

（4）清晰度高、音頻效果好。由于數字電視全過程采用數字信號，不受節目編輯、傳輸、轉播和接收的影響。SDTV數字電視節目可以達到DVD質量，在觀看HDTV節目時清晰度是目前電視的4倍以上，如35mm電影般清晰。

（5）頻帶利用率高。原PAL頻道可播放4到8套標清數字電視。

（6）抗干擾性能好。解決了模擬電視中的閃爍、重影、亮色互串等問題；可以實現城市樓群的高質量接收，移動載體中也可接收到清晰的數字電視節目。

（7）便于開展各種綜合業務和交互業務（包括因特網業務），有利于構建“三網合一”的信息基礎設施。

（8）有利于節目的加密處理等應用。

1.2數字電視的傳輸媒介

根據傳輸媒介的不同，主要分為：地面數字電視、有線數字電視（包括光纖、銅軸和兩者的混合網）、衛星數字電視等。

1.3數字電視的國際標準

數字電視是一個復雜的系統，主要包括演播室里完成信號的抽樣、量化、壓縮編碼的信源壓縮部分，發射機房中的為傳輸穩定和可靠進行的信道傳輸部分，以及千家萬戶使用的接收和顯示部分等。

信源部分的國際標準主要是MPEG（活動圖像專家組）提出的MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4 等視音頻標準。信道部分的標準比較多，根據傳輸媒介的不同分為衛星、有線、地面三種，其中衛星的標準有歐洲DVB 組織提出的DVB-S，有線主要有DVB-C。

當前，地面數字電視的國際標準主要有四個：歐洲DVB組織提出的以COFDM為核心技術的DVB-T標準；美國大聯盟組織提出的以8VSB為核心技術的ATSC標準；日本提出的以BST-OFDM為核心技術的ISDB-T 標準；中國提出的以TDS－OFDM為核心技術的DTMB標準。

2.數字地面電視系統主要組成

（1）前端系統，主要完成節目的制作、編輯、播出控制、視音頻編碼、數據協議轉換，碼流復用、單頻網適配等任務。

（2）傳輸網絡：主要數字電視碼流傳輸到發射系統，并完成碼流的恢復和同步等。系統前端一般與發射系統不在同一處。在單頻網模式下，一般有多個發射系統。

（3）發射系統：主要任務是對輸入的碼流進行同步調制、變頻、放大、濾波、信號合成，然后通過饋線送至天線進行傳輸。

（4）接收系統：主要任務是對所收到的高頻調制信號進行變頻、解調，得到數字電視碼流，再進行解復用、解碼并結合相應的控制，完成用戶所要求的功能。

3.數字電視單頻網(SFN)

3.1數字電視單頻網介紹

數字電視單頻網就是由多個發射臺發射組成的數字電視覆蓋網絡，所有發射臺采用同一個頻率在同一時間發送同一個節目。典型的數字電視單頻網系統主要由SFN(Single Frequency Network)適配器、GPS時鐘、數字電視發射機等組成。

數字電視單頻網的主要優點是:

（1）節省頻率資源。

（2）覆蓋范圍大。

（3）用戶在網絡覆蓋范圍內移動接收中不需要更換頻道。

3.2數字電視單頻網的核心問題

單頻網的核心問題是同步問題，主要包括三個同步：

（1）頻率同步，即所有發射臺的載波頻率必須同步。

（2）時間同步，即各個發射臺播出的節目相同，且時間同步。

（3）碼元同步，即調制信號的比特率必須同步。

上述同步主要通過GPS時鐘和SFN適配器來解決。

發端SFN適配器對輸入的TS流進行兆幀信息包(MIP)處理，同時插入時間、系統控制等信息，然后送入傳輸網絡。在收端，對應的SFN適配器解析MIP包，計算傳輸延時并自動補償，即可實現發射臺端單頻網同步的要求。

3.3數字電視單頻網的實現方案

對單頻網系統需要解決兩方面的問題:一是信源傳輸問題，二是發射臺站設計問題。系統同步主要與傳輸系統有關，所以必須首先考慮。

目前信源傳輸主要有幾種方式:

（1）采用SDH干線網傳輸，較適合于大范圍覆蓋，優點是傳輸質量高，缺點是成本高，而且部分需要建站的地區可能沒有現成的網絡。

（2）利用電視發射臺傳輸，在覆蓋中心區或高山上用一個頻道發射數字電視信號，其余發射臺接收該信號并解調后再調制，以單頻網形式發射出去。該方案的優點是充分利用廣電有利資源，不受地面網絡的限制，但缺點是多占用一個電視頻道，且覆蓋范圍有限，僅適合于局部地區的覆蓋使用。

（3）利用微波信道進行信源分發。 實際使用中可能幾種方式混合使用。

3.4數字電視單頻網與模擬電視廣播系統的區別

數字電視單頻網是一個網絡的概念，不是單臺發射機。單頻網類似于移動通信的蜂窩網，但又不同于蜂窩網，因為所有發射臺采用的是同一個發射頻率。

（1）以前的模擬電視多采用大功率、大面積覆蓋，頻段以VHF為主;而數字電視單頻網以中小功率、多布點、局部覆蓋，頻段以UHF為主。

（2）由于組網方式多種多樣，每一個地區采用的方案均有差別。

（3）從接收端來講，數字電視將支持固定、車載、手持等接收方式，而且畫面清晰，不會有重影的現象。

（4）一個頻道可以同時收看多套標清晰度電視節目、調頻廣播節目及數據廣播，如股票信息等，而且可以對每一個用戶、每一套節目進行單獨進行收費。

4.發展地面數字電視有什么益處與未來發展

首先，地面數字電視廣播網絡可以通過電視臺制高點的天線發射無線電波覆蓋電視用戶，客戶端通過接收天線和電視機收視節目。地面廣播也是數字電視廣播最基本的傳輸網絡形式。除了提供娛樂、學習等公益服務之外，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。

其次，開發地面數字電視市場可以滿足人們隨時隨地收看多媒體節目的要求。數字電視的發展已經不僅僅是收看內容的多少，而是收看地點的靈活性、收看時段的隨意性。

更重要的是，開展地面數字電視服務能夠利用目前大量閑置的無線頻譜資源，實現更多的應用業務以提高頻率效益。作為廣播運營單位，不但可以利用原有電視頻道，也可利用閑置的無線頻譜來開展地面數字電視廣播，提供數字電視的移動接收和便攜接收服務（支持大于5Mbps的碼率），或者提供高清晰度電視以便用室內簡單天線進行固定接收（傳輸大于20Mbps的碼率來），提高頻率利用的經濟效益。此外在開發一般的數字電視業務和數據廣播的同時，如果能夠實現接收機定位、定時接收和雙向交互業務以及對用戶的個性化信息等業務，將大大擴展無線頻道的業務能力。據相關數據顯示，目前我國約3.78億電視用戶中，有線電視用戶數約1.43億戶，農村衛星電視用戶約3000多萬戶，其余約2億戶需要依靠地面無線的方式來接收電視節目。這些有利條件都為數字地面電視產業提供更廣闊的發展機會。

另外，DTMB成為國際標準也將有助于其國際化進程。目前世界各國都把發展地面數字電視上升為政府行為，投入巨資，由政府指導選定標準并強制推行。而可供選擇的有中國、歐洲、日本、美國的四個數字電視國際標準。世界上尚有100多個國家沒選定標準，技術先進的中國DTMB標準將獲得巨大的海外拓展空間和戰略性機遇。

在四個數字電視國際標準中，歐洲DVB-T應用最廣，DTMB與之比較的主要技術特點為是：系統性能更穩?。邯毺氐募夹g體系，同步保護增益20dB以上，具備快速的碼字捕獲和穩健的同步跟蹤性能。移動性能更好：信道估計速度提高一倍，信號捕獲延時縮短20倍，實現了單天線高清電視移動接收。信息容量更大：在相同的保護間隔條件下，提高了傳輸系統地頻譜利用效率10%左右。廣播覆蓋性能更好：信噪比門限改善約3dB，同等發射功率下可接收范圍顯著擴大。

中國DTMB標準系統的設備成本優勢明顯。同類系統的建設費用遠低于歐洲、日本和美國。而且DTMB標準系統在國內已經完全產業化，通用性強、規模效益大。

盡管DTMB正式成為國際標準是最近不久的消息，但它的海外市場已在2年多以前便打開了。

2010年，DTMB信號順利在老撾開通，并在短期內發展了數萬用戶，老撾也成為海外市場上第一個使用DTMB標準的國家。據了解，2012年，老撾將完成全國的模擬電視向數字電視的轉制。另外，2010年8月，柬埔寨也宣布在地面數字多媒體項目中采用我國DTMB標準。

目前，我國DTMB標準在東南亞及非洲一些國家得到廣泛認可，已經被老撾、柬埔寨、越南、埃塞俄比亞等國家采用。這些成果和中國標準在技術方面的優越性是密不可分的，為DTMB邁出國門走向國際市場奠定了堅實的基礎。

總之，地面數字電視項目具有投資少、見效快的特點，而且可以帶動相關產業的發展。開展地面數字電視，等于為我國這個世界上最大的電視消費和生產國開發了一個巨大的產業機會。 [科]