高清數(shù)字電視的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)探討

摘要：該文對衛(wèi)星傳輸、有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸、地面/移動無線傳輸、IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸?shù)瘸Ｒ姷母咔鍞?shù)字電視信號傳輸方式進(jìn)行了介紹，圍繞面向4K超高清節(jié)目的有線網(wǎng)絡(luò)電視網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)要求、地面高清數(shù)字電視數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜髽?biāo)準(zhǔn)、高清數(shù)字電視的IP化建設(shè)方案等方面，探討相應(yīng)的技術(shù)要點(diǎn)，希望能為相關(guān)從業(yè)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：高清數(shù)字電視；數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)；有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸；地面無線傳輸

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.07.030

中圖分類號：TN 949.197 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編碼：1672-7274（2024）07-00-03

Exploration of Data Transmission Technology for High Definition Digital Television

PENG Qingfeng

（Guiyang Radio and Television Station， Guiyang 550002， China）

Abstract： This article introduces common high-definition digital TV signal transmission methods such as satellite transmission， cable TV network transmission， ground/mobile wireless transmission， IP network system transmission， etc. It explores the corresponding technical points around the technical requirements for cable network TV network transmission for 4K ultra high definition programs， the three standards for ground high-definition digital TV data transmission， and the IP construction plan for high-definition digital TV， hoping to provide reference for relevant practitioners.

Keywords： high-definition digital television; data transmission technology; cable TV network transmission; ground wireless transmission

0 引言

隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，電視行業(yè)受到了巨大沖擊。電視行業(yè)要想在數(shù)字化、信息化時(shí)代增強(qiáng)競爭力以及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必然要在各個(gè)維度進(jìn)行創(chuàng)新，其中數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)層面的進(jìn)步至關(guān)重要。電視數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的發(fā)展是支持高清乃至超高清數(shù)字電視發(fā)展的基礎(chǔ)，同時(shí)也是拓展電視業(yè)務(wù)與功能的關(guān)鍵，這是業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)議題。

1 高清數(shù)字電視的信號傳輸方式

高清數(shù)字電視有三種顯示格式，即720P、1080i和1080P。分辨率、比特率等因素，是影響高清數(shù)字電視收視質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)[1]。要確保高清數(shù)字電視的分辨率、比特率等技術(shù)參數(shù)符合相應(yīng)的規(guī)范要求，需確保相應(yīng)的信號傳輸能滿足相關(guān)要求。目前高清數(shù)字電視的信號傳輸方式主要有以下四種：

1.1 衛(wèi)星傳輸

衛(wèi)星傳輸需要將電視節(jié)目信息從衛(wèi)星地面發(fā)射站，通過微波發(fā)送到同步衛(wèi)星上，再由同步衛(wèi)星將微波轉(zhuǎn)發(fā)回地面，用戶電視機(jī)則能通過對星無遮擋的小型衛(wèi)星接收天線以及衛(wèi)星制式機(jī)頂盒接收微波信號。高清數(shù)字電視信號的衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)主要由發(fā)射天線、衛(wèi)星以及接收天線組成。高清電視節(jié)目信息通過高清數(shù)字電視編碼器經(jīng)過AST接口后由8PSK調(diào)制器進(jìn)行處理，然后再經(jīng)由上變頻器將信號頻率調(diào)高，通過高功放設(shè)備傳輸?shù)桨l(fā)射天線。之后發(fā)射天線會發(fā)射微波信號，衛(wèi)星接收信號后再將微波信號傳回地面，由接收天線接收信號后再通過低噪聲下變頻器將信號頻率轉(zhuǎn)低，然后依次通過8PSK解調(diào)器以及高清數(shù)字電視解碼器對信號進(jìn)行處理，得到衛(wèi)星機(jī)頂盒能識別的數(shù)據(jù)信號，最終電視基于接受到的信號數(shù)據(jù)呈現(xiàn)相應(yīng)的節(jié)目畫面。高清數(shù)字電視的衛(wèi)星傳輸方式在C波段36 MHz帶寬的轉(zhuǎn)發(fā)器支持下，往往只能安排一套高清節(jié)目。如果高清電視節(jié)目壓縮編碼后總碼率為45 Mbps，那么經(jīng)QPSK調(diào)制后占用帶寬為31.007 MHz，已經(jīng)十分接近C波段36 MHz轉(zhuǎn)發(fā)器的頻率上限，無法通過該接收器實(shí)現(xiàn)2套及以上高清電視節(jié)目的數(shù)據(jù)傳輸。

1.2 有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸

有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)通常包含了前端信號源子系統(tǒng)、復(fù)用和加擾子系統(tǒng)、條件接收子系統(tǒng)、用戶管理子系統(tǒng)、接入網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、用戶終端以及網(wǎng)關(guān)子系統(tǒng)等。電視節(jié)目信號經(jīng)過復(fù)用加擾子系統(tǒng)處理對碼流以及節(jié)目內(nèi)容處理后，一方面會受到用戶管理子系統(tǒng)以及條件接收子系統(tǒng)的影響，另一方面則能通過傳輸子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最終被用戶終端接收，用戶即可收看相應(yīng)的高清節(jié)目。至于網(wǎng)管子系統(tǒng)則能通過前端網(wǎng)管以及HFC網(wǎng)管實(shí)現(xiàn)對有線電視網(wǎng)絡(luò)的綜合管理，以此保障整個(gè)有線網(wǎng)絡(luò)的安全、穩(wěn)定與可靠。有線電視4K超高清節(jié)目平臺也得以快速發(fā)展，通過核心交換機(jī)、DCM復(fù)用加擾器、IPQAM以及混合器處理后的信號通過光發(fā)射機(jī)進(jìn)入有線電視網(wǎng)絡(luò)，用戶則可通過4K解碼器或機(jī)頂盒獲取信號并進(jìn)行解碼，收看4K超高清節(jié)目[2]。

1.3 地面/移動無線傳輸

地面/移動無線傳輸是通過電視塔、發(fā)射站以及接收裝置實(shí)現(xiàn)。地面數(shù)字電視作為依靠地面?zhèn)鞑シ绞絺鬏敂?shù)字電視信號的電視系統(tǒng)，電視信號會通過電視塔向空中傳播，再通過天線和接收設(shè)備傳輸給用戶，從而讓用戶收看相應(yīng)的電視節(jié)目。地面/移動無線傳輸?shù)膬?yōu)勢在于信號覆蓋范圍廣，用戶接收信號便捷，不過其信號傳輸質(zhì)量穩(wěn)定性較差。信號可通過電纜傳送、光線傳送、微波傳送、ADSL傳送等方式進(jìn)入發(fā)射站，再由發(fā)射站發(fā)射信號。用戶則可通過固定接收、移動接收以及便捷接收等不同方式接收信號，從而獲得便捷的高清數(shù)字電視收看體驗(yàn)。

1.4 IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸

高清數(shù)字電視通過IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸信號，用戶可在電視機(jī)、電腦、手機(jī)等終端觀看通過IP網(wǎng)絡(luò)獲得信號并解碼播放的電視節(jié)目。IP網(wǎng)絡(luò)傳輸相較于傳統(tǒng)廣播電視節(jié)目傳輸技術(shù)而言不但能實(shí)現(xiàn)高清傳輸，還能實(shí)現(xiàn)廣播電視節(jié)目的點(diǎn)播功能，從而為觀眾提供更為靈活、自由、個(gè)性化的觀看體驗(yàn)[3]。有線數(shù)字電視系統(tǒng)的IP化改造進(jìn)程逐步推進(jìn)，其能形成更簡單的結(jié)構(gòu)，同時(shí)干線傳輸中能通過大顆粒傳輸類型傳輸業(yè)務(wù)節(jié)約板卡，接收調(diào)制中的IPQAM成本也更低，再加上IP化后電視節(jié)目都將匯聚到核心交換機(jī)可實(shí)現(xiàn)更為方便快捷的調(diào)度，擴(kuò)容更加方便，可謂是在多個(gè)方面具有明顯優(yōu)勢。

2 高清數(shù)字電視的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)要點(diǎn)

2.1 面向4K超高清節(jié)目的有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸

技術(shù)要求

隨著觀眾對電視節(jié)目畫面要求的逐步提升，4K超高清節(jié)目的制作與播放逐漸成為主流發(fā)展趨勢。對目前應(yīng)用范圍最廣的有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸而言，自然需要在4K超高清節(jié)目發(fā)展的背景下進(jìn)一步提升傳輸技術(shù)水平，確保觀眾能充分享受4K超高清節(jié)目帶來的視聽享受。

（1）做好評估測試工作。4K超高清節(jié)目的制作與播出尚處于探索階段，相關(guān)技術(shù)并不完全成熟，需要做好相應(yīng)的評估測試工作，根據(jù)評估測試結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。搭建4K超高清節(jié)目傳輸系統(tǒng)用戶帶寬測試平臺，將4K超高清節(jié)目信號源通過DCM復(fù)用加擾器、IPQAM處理后，依靠混合器將其與多路信號源進(jìn)行混合，然后通過衰減器進(jìn)行衰減處理，之后再將信號分源傳輸?shù)?K機(jī)頂盒/解碼器與數(shù)字電視接收機(jī)中。在此過程中，可對4K超高清節(jié)目直播業(yè)務(wù)數(shù)字頻道輸出電平、調(diào)制誤差率、誤碼率門限等進(jìn)行測試。實(shí)際測試過程中需對調(diào)制方式、符號率進(jìn)行合理設(shè)置，并要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整衰減器衰減值，在確保4K超高清電視節(jié)目正常播放的情況下對數(shù)字頻道輸出電平、調(diào)制誤差率以及誤碼率進(jìn)行記錄與評估，從而評估得到4K超高清電視節(jié)目正常播放所需的數(shù)字頻道性能指標(biāo)。針對基于IP方式的4K超高清節(jié)目傳輸系統(tǒng)進(jìn)行測試，需對用戶帶寬以及系統(tǒng)端對端網(wǎng)絡(luò)時(shí)延進(jìn)行測試。將4K超高清節(jié)目平臺的數(shù)據(jù)信號通過核心交換機(jī)、路由器、OLT處理后通過有線電視ODN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，然后通過ONU、4K機(jī)頂盒/解碼器對信號進(jìn)行接收并完成數(shù)據(jù)處理，再由4K電視機(jī)通過屏幕呈現(xiàn)節(jié)目畫面與音頻。在此過程中，通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)分析儀對核心交換機(jī)以及ONU進(jìn)行分析。在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)分析儀發(fā)送不同背景流量的情況下，測試用戶電視端4K節(jié)目播放情況，從而判斷用戶帶寬能否滿足4K超高清節(jié)目的數(shù)據(jù)傳輸需求。另外還需對系統(tǒng)端到端的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、抖動以及丟包率進(jìn)行測試，將網(wǎng)絡(luò)損傷儀設(shè)置在ONU與4K機(jī)頂盒/解碼器之間，通過網(wǎng)絡(luò)損傷儀增加網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、抖動與丟包率并觀察用戶電視端4K節(jié)目播放情況，從而分析評價(jià)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、抖動、丟包率等對4K節(jié)目播放的影響[4]。

（2）有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)要求。為了保障4K超高清電視節(jié)目的流暢、穩(wěn)定播放，有線電視網(wǎng)絡(luò)輸出口必須滿足一定的技術(shù)要求。4K超高清電視節(jié)目的播放，數(shù)字頻道輸出電平應(yīng)設(shè)置為55-75 dBfalseV，建議一般不超過70 dBfalseV；電視頻道間電頻差也需得到有效控制，任意數(shù)字頻道間的電平差不得超過10 dB，而且相鄰數(shù)字頻道間的電平差不得超過3 dB；數(shù)字頻道和模擬頻道之間的電平差則應(yīng)控制在-10～0 dB范圍內(nèi)；在關(guān)均衡的情況下，64QAM的MER應(yīng)當(dāng)不小于

26 dB，256QAM的MER應(yīng)當(dāng)不小于30 dB；在開均衡的情況下，64QAM的MER應(yīng)當(dāng)不小于31 dB，256QAM的MER應(yīng)當(dāng)不小于33 dB；在RS解碼前，24 h誤碼率應(yīng)當(dāng)不超過0.01%；在RS解碼后，24 h誤碼率應(yīng)當(dāng)不超過0.00001%；載波復(fù)合三次差拍比應(yīng)當(dāng)不小于54 dB；載波復(fù)合二次差拍比應(yīng)當(dāng)不超過54 dB。而對基于IP的有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸而言，4K超高清電視節(jié)目的傳輸需確保用戶帶寬不小于50 Mbps；系統(tǒng)端到端網(wǎng)絡(luò)時(shí)延不超過5 000 ms；系統(tǒng)端到端網(wǎng)絡(luò)時(shí)延抖動不超過600 ms；系統(tǒng)端到端網(wǎng)絡(luò)丟包率不超過0.1%[5]。

2.2 地面高清數(shù)字電視數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜髽?biāo)準(zhǔn)

（1）ATSC標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)作為在美國廣泛應(yīng)用的高清數(shù)字電視數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，具有頻譜效率高、功率峰均比低的優(yōu)勢?；贏TSC標(biāo)準(zhǔn)的高清數(shù)字電視包含圖像層、圖像壓縮層、系統(tǒng)復(fù)用層以及傳輸層等，通過相互關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)完成信號數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化傳輸。其中圖像層作為電視圖像的呈現(xiàn)部分，其圖像陣列、幅型比以及幀頻均有明確標(biāo)準(zhǔn)，從而以特定、標(biāo)準(zhǔn)的形式呈現(xiàn)圖像；圖像壓縮層作為對圖像信號數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮以便傳輸?shù)牟糠郑渲饕腔贛PEG-2壓縮標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓縮；系統(tǒng)復(fù)用層作為對壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理的部分，其自然需要采取和圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)一樣的MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)；至于傳輸層作為支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)牟糠?，其需對具體的數(shù)據(jù)調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)以及信道編碼標(biāo)準(zhǔn)加以確定。地面廣播系統(tǒng)中的ATSC標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行是基于8-VSB傳輸模式進(jìn)行的，能在6 MHz有線電視信號中達(dá)到近39 Mbps的傳輸速率，可滿足高清數(shù)字電視的傳輸需求[6]。目前，基于ATSC標(biāo)準(zhǔn)的地面有線數(shù)字電視傳輸具有18種圖像標(biāo)準(zhǔn)，其中6種為高清數(shù)字電視圖像標(biāo)準(zhǔn)。

（2）DVB標(biāo)準(zhǔn)。DVB標(biāo)準(zhǔn)作為支持室內(nèi)接受、移動接收等多樣化需求的地面數(shù)字電視數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，其主要由傳輸系統(tǒng)基帶附加信息系統(tǒng)、交互業(yè)務(wù)系統(tǒng)、條件接受及接口系統(tǒng)等組成。不同傳輸媒體對應(yīng)的傳輸系統(tǒng)有所差別。首先是DVB-S數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，其通過衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，相應(yīng)的高清數(shù)字電視節(jié)目具有覆蓋面廣、節(jié)目容量大等優(yōu)勢，其轉(zhuǎn)發(fā)器傳送速率可高達(dá)68 Mbps，是目前被廣泛應(yīng)用的高清數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)。其次是DVB-C數(shù)字有線電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，其支持16、32、64QAM三種調(diào)制方式，單通道的傳輸碼率能達(dá)到盡42 Mbps，并且需要電纜機(jī)頂盒的支持。然后是DVB-T數(shù)字地面廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，其理論傳輸容量和有線電視系統(tǒng)相當(dāng)，通過編碼正交頻分復(fù)用調(diào)制方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和傳輸，是當(dāng)下傳輸質(zhì)量最高但成本也最高的數(shù)字電視DVB傳輸標(biāo)準(zhǔn)。DVB基帶附加信息系統(tǒng)則是在視頻、音頻信號傳輸之外對IRD調(diào)諧、節(jié)目指南、圖文、字母、圖標(biāo)等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸?shù)南到y(tǒng)，主要有DVB-SI、DVB-TET、DVB-SUB等傳送不同信息數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。DVB交互業(yè)務(wù)系統(tǒng)則是地面有線數(shù)字電視中提供交互業(yè)務(wù)服務(wù)的系統(tǒng)，主要有DVB-NIP、DVB-RCC、DVB-RCT等標(biāo)準(zhǔn)。至于DVB條件接受及接口系統(tǒng)，則是為地面數(shù)字電視數(shù)據(jù)傳輸提供解擾支持的部分，能通過加擾與解擾的方式保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩c質(zhì)量，同時(shí)也能確保高清數(shù)字電視的付費(fèi)管理正常進(jìn)行。

（3）ISDB標(biāo)準(zhǔn)。ISDB標(biāo)準(zhǔn)目前在日本被廣泛應(yīng)用，其能實(shí)現(xiàn)在一個(gè)傳輸信信道上發(fā)送不同信號，并且能實(shí)現(xiàn)不同傳輸信道發(fā)送復(fù)用信號，具有柔韌性、拓展性以及共通性良好的優(yōu)勢。

2.3 高清數(shù)字電視IP化建設(shè)方案

積極推進(jìn)高清數(shù)字電視IP化建設(shè)，是信息化時(shí)代電視業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，能在降低電視節(jié)目運(yùn)行成本的同時(shí)提高電視制作效率、保障電視傳輸質(zhì)量，另外還能支持電視業(yè)務(wù)的拓展以及電視功能與服務(wù)的豐富。目前高清數(shù)字電視IP化建設(shè)多只需對系統(tǒng)最終輸出的ASI流進(jìn)行IP化，這樣可能有效降低建設(shè)成本，同時(shí)能起到良好的IP化改造效果。根據(jù)實(shí)際情況合理選擇前端設(shè)備，做好前端規(guī)劃，科學(xué)制定包括業(yè)務(wù)保護(hù)機(jī)制、發(fā)送和接收的業(yè)務(wù)板配置優(yōu)化等在內(nèi)的干線網(wǎng)傳輸方案，能有效支持高清數(shù)字電視的IP化建設(shè)。

3 結(jié)束語

綜上可知，高清乃至超高清數(shù)字電視是當(dāng)下整個(gè)電視行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，其中電視數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)更是重中之重。根據(jù)當(dāng)下電視業(yè)的實(shí)際發(fā)展情況，合理制定高清數(shù)字電視數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的更新與優(yōu)化方案，投入足夠資金支持，加強(qiáng)技術(shù)人才隊(duì)伍建設(shè)，不斷加大對新技術(shù)的研發(fā)與推廣應(yīng)用，根據(jù)電視業(yè)發(fā)展需求靈活調(diào)整技術(shù)發(fā)展重心，能從技術(shù)維度促進(jìn)電視畫面?zhèn)鬏斮|(zhì)量的提升，進(jìn)而為電視行業(yè)逐步邁向大屏?xí)r代奠定良好支持。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹震．高清數(shù)字電視的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)及發(fā)展趨勢分析[J]．科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2022，12（2）：142-144．

[2] 劉泉．高清數(shù)字電視數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)分析[J]．?dāng)?shù)字通信世界，2020（4）：82．

[3] 劉瑤．對超高清數(shù)字電視傳輸技術(shù)及發(fā)展趨勢的探討[J]．衛(wèi)星電視與寬帶多媒體，2020（2）：12-13．

[4] 古力曼·居瑪哈里．高清數(shù)字電視數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)分析[J]．西部廣播電視，2019（21）：242-243．

[5] 張璐.高清數(shù)字電視的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)探討[J].衛(wèi)星電視與寬帶多媒體， 2023（6）：1-3.

[6] 黃云川，張超，潘長勇，等.基于DTMB-A的8K超高清數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)[J].中國傳媒大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版， 2022，29（1）：7.