数字电视地面广播技术及应用

刘固蒂

随着数字技术、信息技术和网络技术的迅猛发展,无线传播领域正在引发一场深刻的技术革命,就在这一两年间,无线数字媒体的类型骤然丰富,除传统媒体之外,手机电视、车载移动电视、楼宇分类电视、多媒体信息亭、地铁多媒体信息系统等新兴媒体纷纷涌现,移动接收是个热点,尤其是广播电视的移动接收,成为发展方向之一。在电子管时代,器件的尺寸比较大,耗电也多,真正的“移动”只在军事方面,便携式的收音机也有,但一直不能普及。到了晶体管时代,收音机小到可以放在口袋里,广播的移动接收在一定程度上解决了。但是电视的移动接收问题要比广播的移动接收困难得多,所以至今还没有得到完全解决。

一、什么是真正的数字电视

对于真正的数字电视,或许还有很多消费者并不十分了解。那么什么才是数字电视呢?首先数字电视就是采用数字编码与数字传输技术,进行节目的采集、录制、发射和接收的电视。由于采用数字压缩技术大大节省了频道传输空间,这就是为什么原来模拟频道传送一个节目的空间现在却可以传输6~8个频道。同时数字电视还提供更多新颖并附有互动性的功能,如提供天气预报、路况信息等诸多信息,通过数字电视发送短信,甚至使用数字电视的交易功能进行购物等。正是因为数字电视的不同,所以现在绝大多数的电视是无法接收数字电视内容的,这些我们通常使用的电视都是所谓的“模拟电视”,就是说这种电视只能接收模拟信号。

现在市场上所出售的常见的数字电视也并不能被称为严格意义上的数字电视,真正的数字电视应该是集数字、高清于一体的电视机,即数字电视一体机。

数字电视时代,电视本身也是数据的一种。数字电视地面广播(DTTB)的应用将会带动除电视以外的其他业务,首先数字电视出现在移动交通工具上,随着移动电视的面世,传统的电视覆盖理论被打破了!电视将无所不在!中国数字电视地面广播(DTTB)已经进入了实施阶段,同时开创了传统无线电视的一种全新应用:移动接收。随着该业务被大众接受,又逐步扩大到移动载体。随着视频压缩技术的发展,从车载发展到个人手持终端。数字电视地面广播(DTTB)技术在更大程度上给传统的收看电视方式带来新的变化,孕育着创造一个新的移动电视市场的机遇,其应用前景将更加深远。

二、数字电视地面广播

在现代通信中,通信传输手段主要是光纤、卫星、数字微波等,加上地面无线电广播电视发射构成信息传输主体。目前在我国数字电视按信号传输方式可以分为地面无线传输数字电视(地面数字电视)、卫星传输数字电视(卫星数字电视)、有线传输数字电视(有线数字电视)三类。而移动电视是数字电视地面广播的重要应用。数字电视地面广播在应用需求上要求实现移动和便携接收的功能,使整个技术系统的要求最高。它具备无线数字系统所共有的优点;较之卫星接收,有实现容易、价格低廉的特点;较之有线接收;不易受城市施工建设、自然灾害、战争等因素造成的断网影响;数字电视地面广播通过电视台制高点天线发射无线电波,覆盖电视用户,用户通过接收天线和电视机收看电视节目,主要的用户也是针对本地区的。完善的数字电视地面广播(DTTB)系统所具备的蜂窝单频网功能,不仅提高了频谱的利用率,而且可应用与宽带无线接入市场;而移动和便携的独特优势使该系统能满足现代信息社会“信息到人”的要求,也就是无论何人何时在何地均能任意获取他想得到的信息。

地面数字电视可以做到便携接收和移动接收,可以供私人轿车、出租车、长途客车和火车乘客观看,还可以供手机等便携机用户观看。按接收方式可分为固定接收、车载移动接收和便携接收。固定接收接有固定天线,电视机不能随便搬移,一般来说接收条件经调整后不再变化;便携接收是可以将接收机装入衣袋,在户外低速移动接收。移动接收,指车载高速移动接收。我们日常接触最多的是传统的固定接收的电视,下面就对车载移动电视和手机电视进行详细的介绍。

1.车载移动电视。所谓移动电视就是通过无线数字信号发射、地面数字设备接收的方法进行电视节目的播放和接收。在数字电视技术的支持下,交通工具在时速120公里以下的移动状态中,能够稳定、清晰地接收到电视节目,主要针对公交、地铁、出租等交通工具上的移动人流。这种在数字技术支持下,人们在运动状态中可以收看电视节目的方式被称为”移动电视”。学术界、传媒界已经开始将“移动电视(移动多媒体)”称为区别于传统媒体和网络媒体的“第五大媒体”。

移动电视技术的核心是移动接收,即车载高速移动接收,接收的条件因地貌不断变化而变化,同时因车速的变化还会受到多普勒效应频率变化的影响。接收地点是指由于接收地点离主发射台的距离变化和与其他发射台发射信号间相对关系的变化而引起的接收条件的变化。移动接收主要解决是动态多径和多普勒频移的问题。因为移动接收主要受地形地貌,如山、建筑物等反射的影响,使到达接收点的信号不止一个。在模拟电视中的反映是重影,在数字接收中,某些特定相位的多径信号将使接收完全失败。在这种情况下,接收好坏不单单依靠于与发射台距离的远近,而且在很大程度上还依靠于接收信号之间的相位。由于上述问题使得地面广播问题复杂化,使接收信道随时间、频率和地点而发生变化。引起不同频率信号衰落的主要原因是多径接收,其结果使信道出现频率选择性。移动接收时,主信号和反射信号到达接收点的角度有可能不同,因多普勒效应,其频率发生了不同的变化,两者的差拍使接收信号的幅度随时间周期变化,其结果使信道出现时间选择性。而由于接收地点的不同和相邻台距离的不同,主信号和其他台信号之间的关系不同而使接收出现地点的选择性。

DVB-T由于采用OFDM调制系统,它首先是将高码率的串行数据流变成N个低码率的并行数据流,并对N个彼此互不影响的载波分别进行调制符号码率的降低,实际上是符号周期的增大,使动态多径和多普勒频移造成的码间干扰减小,加上保护间隔的设置,减少了多径对多载波正交特性的影响,使码间干扰进一步减小,从而能很好的支持移动接收。我国现在正在研究适合自己的数字电视地面广播的标准,期望在搭建数字电视中有更大的自主权。地面数字电视传输标准作为一个基础标准,涉及的是一个无线系统,我国明确提出必须满足数字电视广播传输系统应用和产业两个方面的基本需求,并为今后实现扩展功能做好必要的预备。我国DTTB的制定原则是:①传输信息量要大,支持包括高清电视的多媒体广播服务;②抗干扰能力强,在一般室内环境下可接收;③与现有模拟广播电视频道兼容,并有利于频道规划和模拟向数字过渡;④具有灵活性:支持标准高清楚度和高清楚度兼容的电视广播,支持移动接收设备,支持便携接收设备;⑤具有可扩展性:支持包括互联网的交互数据综合业务,支持广播网络化的发展需要,整体性能指标应优于或相当于相应的国外现有标准的性能。据悉国家有意考虑以清华大学提交的方案为主融合其他方案之长,形成我国的DTTB标准。清华的地面数字多媒体/电视广播传输标准方案采用自主原创的时域同步正交频分复用技术。与国际现有的数字电视地面传输标准比较,具有多项鲜明的应用特点、较好的整体性能。其采用以下几项主要技术:时域同步的正交多载波技术;保护间隔的PN填充技术;快速信道估计技术;前向纠错编码与相位映射相结合的纠错技术;与绝对时间同步的帧结构。

2.手机电视。电视是最大的媒体,是手机中缺少的一个内容,数字移动通信系统的高速发展提高了人们生活空间的移动性,在这个移动世界中公众也非常渴望让电视进入手机,这样无论身处何地都可以看到自己喜欢的电视节目如:喜剧、旅游指南、商务电视、游戏、音乐、体育、购物、新闻服务、媒体点播和互动式选择等。这不仅将取悦移动运营商,对于设备制造商和广播业者来说,它将使电视变成寿命更长、重量更轻的手持产品。

数字电视地面广播与移动通信的结合将给人们带来更多新的业务,它不仅扩展了电视广播内容的种类,而且支持内容的移动接收,这种结合最新的体现就是欧洲DVB-T标准的出现。对采用移动网络(手机)和地面广播(电视机)两种接收电视节目方式进行比较,可以看出,由于手机电视的屏幕较小,因此每一路电视节目所需的码率较低,对于基于DVB-T的IP数据广播,每个视频流占用100-384KHz的带宽,于是在一个8MHz带宽的电视频道上可以传送25-80套电视节目。由于移动网络覆盖能力强大,带宽不高,价格较贵,非常适合小文件VOD使用;而地面电视广播每个电视节目需要2-5MHz的带宽,一个8MHz频道只能广播3-4套节目,地面电视广播的优点是没有带宽限制,价格便宜,但不适合VOD,网络覆盖能力也差。它主要使用范围在城市地区,而且仍然有很多盲区,如在楼道、地铁、电梯和高楼林立的地方。为了寻求两者结合的模式,DVB组织制定出了一个地面数字广播网络向便携/手持终端提供多媒体业务的传输标准:DVB-H。它将蜂窝电话网络和地面数字电视广播网络更好的结合,并将用于向所有用户传送视听及多媒体服务。今年2月份DVB-H标准得到了TDVB Technical Module的批准。这标志着DVB成员公司走过了最后一个阶段,接下来就可以利用该标准设计产品和服务,目前正在进行的最大的试验性项目是把广播视频和音频扩展到移动设备。

3.地面电视广播技术应用前景。自上海宣布开展移动电视试验后,得到了国家有关部门的支持,现在已经初见成效,移动电视创造了市场的需求。事实上,数字电视地面广播的开通,是开通了一个宽带的支持移动的数据广播通道,它不仅可以传输电视,而且可传输数据,数字电视时代,电视本身也是数据的一种。未来数字电视地面广播的应用将会带动除电视以外其他业务,借助于数字电视地面广播的技术和目前技术条件,并分析目前的市场情况,首先在公共汽车进行移动电视的业务是比较明智的选择,随着该业务被大众接受,将逐步扩大到移动载体。随着电池容量和视频压缩技术的发展,从车载将发展到个人手持终端。随着终端产品的发展,其他业务又将得到发展。数字电视地面广播的特点和应用将会引起人们收视和获得信息的方式变化,让我们借助于支持移动和宽带广播的技术,去想像它的应用,去发现市场,去创造市场。数字广播电视地面广播,时不我待。

(作者单位:国家广电总局七二二台)