DTMB地面数字电视技术在电视直播中的应用

2012-06-26胡曾千

电视技术 2012年12期

董鑫，阳辉，胡曾千

（1.长沙广电数字移动传媒有限公司，湖南长沙 410005；2.清华大学信息技术研究院，北京 100084；3.深圳清华大学研究院，广东深圳 518057）

1 DTMB标准与直播工作模式

2006年8月诞生的中国地面数字电视标准GB20600—2006《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》[1]已经成为国际标准，该标准的英文缩写为 DTMB（Digital Terrestrial Multimedia Broadcast）。DT⁃MB 系统的调制方式为 TDS－OFDM（Time Domain Syn⁃chronous－Orthogonal Frequency Division Multiplexing），其关键技术有：使用能实现快速同步和高效信道估计的PN序列帧头，信道编码为性能优异的低密度校验纠错码（LDPC），抗衰落的系统信息保护，支持单载波和多载波两种模式，支持单频网应用。

经过6年的推广，DTMB信号已经在包括香港和澳门在内的中国数百个城市播出，DTMB技术日益成熟，各种配套设备也应运而生，采用DTMB技术的电视直播设备开始在一些电视台得到应用。DTMB有330种模式，适合用于电视直播的模式有两种[2]，如表1所示。模式1适合用MPEG－2编码传输D1图像，模式2适合用H.264编码传输720p或1080i图像。

2 DTMB电视直播系统的主要设备

采用DTMB技术的电视直播系统由摄像机挂接式发射机、接收机、车载转发式发射机等几种设备组成。

表1 适合电视直播的两种DTMB工作模式

2.1 摄像机挂接式发射机

摄像机挂接式发射机由视频编码、DTMB调制、D/A、基带滤波、射频正交调制、功放等模块组成，机械结构具有摄像机BP型电池阴阳卡口，可直接卡装在摄像机电池卡口上，摄像机电池则卡在发射机上，同时为发射机和摄像机供电。视频编码可以采用MPEG－2或H.264标准，视频输入可以提供CVBS，HDMI，SDI等多种接口，支持D1，720p，1080i等多种图像格式。DTMB调制可以由单片ASIC完成，功放输出的功率为1～2 W，一般都提供30 dB的数控衰减用于调整输出功率，工作频率可涵盖300～1500 MHz的频段，在直播现场需要预先测试电磁频谱，选择一个干净的频点作为工作频率使用。功放的输出接口为天线标准接口，可以把全向的鞭状天线直接接上。

2.2 DTMB接收机

DTMB接收机由高频头、DTMB解调、视频解码等模块组成，有的接收机为了改善接收效果，可以提供分集接收功能。DTMB解调由单片ASIC完成，视频输出可提供CVBS，HDMI，SDI等多种接口，为了方便转发，减少一次视频编解码造成的图像质量损失，还提供未解码ASI码流输出。

2.3 车载转发式发射机

车载转发式发射机的结构与挂接式发射机类似，不同之处在于：为了方便转发，提供ASI码流输入，不需要视频编码，直接进行DTMB调制，这样可以减少一次视频编解码，降低图像损失。采用12 V或24 V直流供电，方便车载使用。有的发射机为了接驳车载摄像机，保留视频编码单元，可以选择由视频输入或ASI输入。输出功率为10～20 W，输出接口一般为N型接头，直接与馈线相连。使用时车载发射机必须与挂接式发射机错开一定的频率，并加装发射、接收滤波器，消除收发干扰。

3 DTMB电视直播系统的应用方式

DTMB电视直播系统的应用主要有卫星转发、车载转发和移动转发等3种应用方式。

3.1 卫星转发式应用

该应用方式如图1所示，摄像师携带挂接了发射机的摄像机进入直播现场，拍摄画面，得到音视频信号送到挂接式发射机，调制成DTMB信号之后用某个射频频率发射出来，停靠在直播现场附近的卫星转播车上面安装有DTMB接收机，接收到挂接式发射机的信号之后，输出音视频信号或ASI码流给卫星发射机，通过卫星转发到电视台，经过剪辑之后播出。挂接式发射机的传输距离在视距条件下可达1～3 km，有遮挡的情况下也可传输数百米。

直播前先调试挂接式发射机传输链路，卫星转播车停靠在直播现场附近，找建筑物有门窗的方向停放，摄像师进入直播现场，一边拍摄，一边在现场走动，要保证在现场的各处拍摄的画面都能正常地传输到转播车上，如果有的地方图像出现中断，可调整转播车的位置，直至各处的图像都能正常传输为止。正常传输时接收的图像质量与编码输出时相同，没有任何损失，这正是数字电视优越性的体现。

3.2 车载转发式应用

该应用方式如图2所示，与卫星转发式应用类似，不同之处在于收到挂接式发射机的信号之后，不是用卫星发射机转发，而是用车载发射机转发，接收天线与DTMB接收机之间插入接收滤波器，发射天线与车载发射机之间插入发射滤波器，收发频率至少错开32 MHz以上，为两个滤波器留出足够的过渡带，保证收发隔离度。车载发射机在视距条件下的传输距离可达到20 km以上，有遮挡的情况下也可传输5～10 km。

直播前先调试车载发射机与电视台的转发链路，转播车找一个合适的地方停放，使转播车与电视台之间没有距离很近的障碍物，必要时可以使用升降杆将发射天线提升一定的高度，以改善转发效果，车载发射机以最大功率发射。在电视台的接收点要将接收天线放置在尽可能高的位置，在接收天线与DTMB接收机之间插入接收滤波器，以滤除带外的干扰，如果接收天线安装在电视台的发射塔上，在高度上要与塔上的发射天线错开，接收频率也要与塔上发射的电视信号频率错开足够的间隔，否则塔上发射机的带外泄漏会淹没接收到的车载发射机信号。转发链路调通之后，可逐渐降低车载发射机的功率，直至转发链路达到临界点，用这种方法可估测出转发链路的功率裕量，一般来说，至少要有6 dB的裕量以保证转发链路的可靠传输。

转发链路调通之后，用前述方法调试挂接式发射机的传输链路，注意此时转播车的位置不能移动，否则调试好的转发链路可能受影响。如果挂接式发射机的传输效果受车载发射机的影响，可设法将转播车上的收发天线在高度上错开。

3.3 移动转发应用

本应用方式如图3所示，在转播马拉松、火炬接力、赛车等体育赛事[2－3]时，需要摄影师携带挂接式发射机在车上跟踪拍摄运动员，或者将挂接式发射机安置在赛车内，以车内的角度拍摄赛道，这时需要将转发式发射机安装在车顶、高楼、直升机等高处，以改善转发效果。在这种应用环境中，挂接式发射机始终处于移动状态，转发式发射机或固定或移动，可以将DTMB系统抗多径性能强、可快速移动的特点发挥得淋漓尽致。

4 应用实例

2011年6月，深圳力合视达公司携带自行研制的DTMB直播设备，与湖南电视台合作在长沙进行了一次直播实验，直播现场设在长沙市某体育场馆，当晚有演唱会。

湖南电视台派出卫星直播车到现场，摄影师携带挂接式发射机进入现场，拍摄演出现场的画面，用546 MHz的频率发射，功率为1 W。直播车用增益为5.5 dBi的全向天线接收，DTMB接收机输出的ASI码流送给卫星发射机，通过卫星转发到台里，经过剪辑之后播出。

接收机输出的视频信号通过HDMI接口送到直播车内的显示器，可以实时监控挂接式发射机的传输效果。实验还尝试了车载转发，使用714 MHz的频率，在直播车上用升降杆把增益为10 dBi的玻璃钢全向天线提升10 m的高度，发射10 W的信号，车载转发的接收天线设在电视台的楼顶，接收天线是增益为13 dBi的板状天线，水平方向角的主瓣指向体育馆方向。为了改善收发隔离度、滤除其他频率的干扰信号，在直播车内的DTMB接收机输入端加装了546 MHz滤波器、车载发射机的功放输出端和电视台的DTMB接收机输入端都加装了714 MHz滤波器。这些措施有效地提高了收发隔离度，电视台收到的DTMB信号质量很好，在直播过程中没有出现停顿、黑屏、马赛克等现象。

实验表明，挂接式发射机能很好地完成把现场图像传输到直播车的任务，在条件许可的情况下，车载转发也能达到良好的传输效果，可以代替卫星转播，节省昂贵的卫星转播费用，或者与卫星转播互为备份。