数字电视数字广播技术与传输标准探析

2022-10-26山西广播电视无线管理中心1125台张斌

卫星电视与宽带多媒体 2022年18期

■ 山西广播电视无线管理中心1125台：张斌

数字电视广播传输系统主要通过室内外固定接收和移动接受两种传输接收途径，提供包括标准清晰度数字电视业务、高清晰度电视业务、数字声音广播业务、多媒体广播和数据服务业务等多项服务，这些服务给人们带来了清晰的电视效果和广播效果和更加多样化的节目内容，增加了收视率和收听率，满足了社会公众多样性需求、个性化的需求。

1.数字电视数字广播关键技术

数字电视广播技术将视频、文字、音频等数据输入到电路终端设备当中，输入的数据量在随机化约束规则后，可以让数据流形成最低分配形式，使其分配到前向纠错编码当中。数据流经过纠错处理后，转换为符号流，符号流通过数据比特映射转换与基本数据块完成交织处理后，被帧体数据处理器转化为数据帧，数据帧与帧头相互连接后形成信号帧，信号帧经过基带处理后被转化为8MHz带宽信号形式，最终完成数据码向属地电视信道传输与转换的整个流程。在数据流被有效转换为数字信号的过程中，涉及到多项关键技术，这些技术在信号传输过程中发挥着重要的作用，为信号传输的正确性、质量和效率的保证打下良好基础。

1.1 时域同步正交频分复用技术

在信号传递的过程中，设备发射功率、信号接收终端的体积、多个信号接收、用户的干扰等不利因素的影响会让信号频率出现衰落情况，信号的传递速度一旦减缓，就会影响数字电视广播观看人的正常体验，包括画面卡顿、画面重复等。为了保证信号传递速度，降低干扰因素对信号频率产生的不利影响，设计人员会采用OFDM时域同步正交频分复用技术，这种多载波的信息传递方式能够同时处理强功率的导频和迭代算法的全频率处理方式，有效加快信号捕捉设备的工作效率，让信号捕获与信号跟踪效率更强，有效避免信道频率存在的选择性衰落的问题，保证了信号传递的质量和速度，降低了周围环境对信号传播的不利影响，让被分配到的频带资源能够得到有效利用。

1.2 保护间隔PN填充技术

在数据流传输过程中，如果同步数据信号的输入速率与读出速率存在差异，则会出现在信号尚未到达的情况下就要读出的情况，或是出现信号已经到达但却无法及时读出的情况，类似的时延情况在正交频分复用调制方式中普遍存在。为解决这一问题工作人员可以应用PN填充技术，使用PN序列代替零保护间隔，对信号传递当中的间隔进行填充和保护，完成对数据信号的输入速度与读出速率的调整，实现传输信号抗多径的方法。

1.3 编码与相位映射相结合纠错技术

数字电视广播技术由于信息传递距离较远，信号传递范围较大，信号传递的质量要求较高，因此通常会采用高功率的信号传输设备。由于各个用户的接收设备彼此之间存在一定距离，为保证信号接收效果数字电视广播技术需要进行非线性的发射，这种大功率、非线性的信号发射方式致使相邻信号频道之间的干扰增强，频道干扰的存在导致信号传输特性发生变化，信号在传输过程中的幅度和多径的时延都发生了一定变化，致使信号传输速度和质量下降。由于业务的特殊要求，因此大功率、非线性的信号传递方式不能进行改变，为保证信号传输质量，研究人员使用编码与相位映射结合在一起的纠错技术来处理信号传输过程中出现的错误，改善系统信噪比门限，使信号传输的稳定性和可靠性得到提升。

1.4 快速信道估计技术

数字电视广播传输技术存在多变通道的特性，信道数据信息更迭交换时间较长，信道在数据信息识别、分离的过程中存在估计不足的情况，对信号接收性能造成了不良影响。为提高信号传输质量，提高信道快速估计，研究人员可以应用TDS-OTDM技术对数据信息进行估计，在信道估计的过程中这种快速针识别功能能够快速识别和分离大量数据信息，保证信号接收与发送信号的时间相统一，实现绝对时间同步机制发送信号的控制功能。单频网同步设备在发送信号的过程中为保证信号稳定，提高信号接发稳定性，可以利用帧识别功能构建双向互动系统的同步体系，在进行业务广播、多媒体广播和电视广播的过程中实现数字电视广播信号的高质量传输。

2.数字电视广播技术发展方向

数字电视广播技术在实际应用过程中应保证信号传输质量与现有模拟电视接收一样稳定，保证服务质量。数字电视广播观众可以通过使用接收模拟电视信号设施的方式稳定的接收无线数字电视信号，在室内环境中使用简单、小型、低增益的室外天线接收到数字电视信号，保证数字电视广播技术在较强和动态多径的环境中也能稳定运行。

随着互联网技术的普及，人们接收信息的渠道逐渐多样化，数字电视不再是人们接收外界信息的唯一选择，如何保证在规定的广播频道带宽内让数字电视广播系统的内容更加丰富，扩大提供的数据量是数字电视广播技术发展过程中面临的主要问题之一。为了尽可能丰富数字电视广播技术能够承载的业务量，保证数字电视广播技术在未来能够拥有广阔的发展空间和多样化的业务应用方式，需要对现有的数据传输容量进行扩展，不断增加系统的载荷率，使其能够有效提高系统的其他性能指标。

在数字电视广播传输标准确定过程中，信号传输接受系统需要做到便捷接收，根据不同场景需求提高信号接收系统的移动便利性，使其可以根据使用者的要求进行移动。目前许多家庭使用的数字电视广播设备即属于便携接收的类型，即可以根据个人需求自行移动接收机，但在观看时设备需要保持稳定不动，只有满足这类便携性要求才能让数字广播电视技术更好的在个人以及家庭环境中得到普及和应用。随着社会的发展，便携性智能设备的出现让人们能够根据自身需求快速登录互联网，在这种环境下数字电视广播技术也需要抓住发展机遇，从便携性入手，将数字电视广播技术的优势充分发挥出来，使其更符合人们的便携性需求，在一定运动速度下也能稳定的接收数字电视广播信号，为人们的长途旅行和出行提供便利。

同时，数字电视广播技术应具备较好的同频和邻频干扰抗性，使其能够在稀缺的频段资源当中获得较大的频段容量，并通过差转广播或同频广播等形式为覆盖空洞区域提供优质服务。

为进一步扩大服务范围，帮助人们认识到数字电视广播技术的优势，在设计数字电视广播系统的过程中除了要提高对频谱的利用效率外，还需要根据不同地区、不同消费群体所处的环境推出不同价格的接收机，降低人们的采购使用成本，使其能够在多种不同环境下正常运行，满足人们的精神需求。

3.数字电视广播数字信号传输标准

3.1 国外数字信号传输标准

影响数字信号传输系统运行质量的关键在于载波恢复、时钟恢复和信道均衡等三项关键环节的处理质量。载波恢复是将信号接收设备当中的数据流解调频率和相位调整到与信号发送端的调制频率和相位相一致的状态，即数据解调频率与相位的自适应调整。时钟恢复主要指将信号接收设备中自带的系统时钟的变化频率和相位调整到与调制器系统时钟的频率和相位相一致，即系统时钟与相位的自适应调整。信道均衡主要指为补偿信道失真造成的码间干扰需要应用的技术。

在数字信号传输技术发展过程中，不同国家为提高数据传输系统的载波恢复、时钟恢复和信道均衡能力所应用的技术、搭建方式、传输标准和研究思路都存在一定差异。

美国为保证载波恢复速度，在VSB系统当中加入而0.3dB的导频信号，以此来辅助载波恢复，为了提高系统同步率，加快时间恢复，在系统当中加入了分段同步信号的功能，考虑到系统同步和信道均衡性能的提升，美国在搭建数字信号传输系统的过程中额外在其中加入了511长度的两电平场同步信号。此外在搭建系统的过程中还加入了一系列的强力内部信道编码纠错保护措施，减低噪声门限值，增加传输容量，使其功能性更强。

但使用这种方式搭建而成的数字信号传输系统难以应对强动态多径困难，一旦在信号传输过程中出现临近的强多径变化，导频信号就会受到影响，载波恢复较为困难。载波无法恢复会直接影响到信道均衡器的工作性能，这也导致数字电视信号传输系统在出现强多径干扰和动态多径干扰的环境下无法保证信号接收的稳定性。

3.2 建立我国的数字广播电视数字信号传输标准

3.2.1 结合具体国情确定我国数字信号传输标准发展方向

中国的人口基数较大，消费市场较为广阔，如果中国能够借助广阔的电视市场建立起自主研发的、拥有关键技术的和成熟的数字电视系统标准，带动国家经济发展。

2007年8月1日，我国正式实施的地面数字电视传输国家标准为DTMB，使用的电视广播频道带宽约为8MHz，这一标准与欧洲国家基本相同，与美、日存在一定差别，相互之间的可借鉴性较低。我国数字电视广播技术与国外数字电视广播技术相比传输标准、电视节目和各种业务形式上存在较大差异，我国复杂的地理环境和复杂的频道频谱分配和规划情况，决定了单纯的套用国外的广播电视数字传输标准的方式无法走通。因此必须要建立符合我国具体国情的数字电视广播数字传输标准。

在数字广播电视数字传输标准建立过程中，数字信号发送和接收设备需要强化自身移动便捷性，至少能够支持固定接收和移动接收两种工作模式，移动接收能够在车辆运行速度限制内做到声音图像准确清晰，满足人民群众的生活娱乐需求。在数字传输标准建立的过程中，研究人员需要认识到数字电视广播信息传递的质量和水平必须要保持稳定，优化用户的使用体验，为此必须要增强数字信号传输系统对强多径干扰和动态多径干扰的抵抗力，使其即便面临信号干扰也能够保证信号传递速度和传递质量。

在数字信号传输系统设定过程中需要兼顾数字有线电视的运营和发展，尽可能在不额外增加经济成本的情况下实现彼此性能的兼容，充分满足数字电视广播和有线电缆广播市场未来发展需求。在数字广播电视技术发展过程中，结合各个地区的具体情况，将数字有线信号传输方式的优势充分发挥出来。例如部分地区小区设计不合理，内部楼区的信号环境较差，周边环境存在大功率信号干扰设备，严重影响数字信号接收质量，接收到的数字电视信号质量有限，稳定性较差。针对这种情况在传输数字电视信号的过程中可以主要使用有线信号传输方式，保证电视信号的稳定性。

3.2.2 引入条件接收系统

在数字信号系统发展过程中，为充分满足人民群众的精神需求，保持自研技术的经济优势，数字电视广播信号传输系统当中可以引入条件接收系统，即加密认证系统。广播电视台在播放影视节目的过程中可以利用条件接收系统对数据流进行加扰处理，控制信息的传递，让用户必须在输入密码或是在完成付费后才能收看相应的电视节目。这种节目播放方式一方面可以将促进节目分级制度的落实，避免儿童和未成年人过早的了解到成年人的知识和思想，另一方面这种付费收看节目的方式也为电视台带来了更多的创收渠道，能够有效提高影视节目的质量水平。对于运营商来说，在数字信号传输系统中添加条件接收系统，能够强化运营商的用户管理能力，提高利润空间。通常情况下每个系统频点可以传输10-15套MPEG-2节目，一个移动电视频点可以传输3-8套MPEG-2节目，为此运营商可以充分利用广播电视原有的媒体资源，在信号发射台或是发射装盖上发射数字电视节目，保证基本节目透明传输的同时增加加密节目和增值业务，通过有偿观看的方式实现盈利。

3.2.3 加大力度研发数字电视传输技术

我国的潜在消费群体较多，市场环境良好，具有相当庞大的市场潜力，研发属于自己的数字电视传输技术而非单纯借用外国的先进技术，设计开发属于我们国家的系统接收芯片的先进设计专利，能够有效减少专利引进带来的成本支出，降低数字电视的销售价格，提高产品的市场竞争力。

在数字电视传输标准建立过程中，应明确覆盖率高、范围广、速度快的接收目标，为此需要开发出符合国情的帧结构设计方式，以满足数字电视广播传输单频网的需求。这种帧结构需要与时间保持同步，同时在传输过程中能够做到同时间同频段发送同一信号，这种信号发送方式能够有效提高无线频率资源的利用率，让处于不同地理位置、不同自然环境的大范围单频网都能同时传输和接收到数据流信号。复用帧结构技术能够有效解决传统信号传输过程中存在的低效质差的问题，丰富数字电视广播系统可支持的业务选项，在发展过程中充分结合互联网在视频、数据、语音等交互应用业务方面的优势，推动我国数字电视广播技术的可持续发展。

3.2.4 完善接收机处理机制

地面数字电视射频信号井天线接收至高频头后输出中频信号，中频信号在传播过程中经AGC完成自动增益控制后进行AD采样，为保证采样结果的准确性，采样数量至少需要保证处在2倍的中频带宽左右。在采样信号经过载波恢复以及定时恢复后，进入信号均衡器中完成信道补偿和载波相位跟踪，信号在均衡器当中恢复完成后进行参考信息的识别以确定发送模式，如是多载波信号，则可以先行使用3780FFT对信号进行处理，再对信号进行转录；如果是单载波信号，则可以避免中间环节，直接对在均衡器中完成恢复的信号的进行信息处理，在处理完成后输出TS流。

这种接收信号的方式抗噪声干扰能力较强，外码和内码相互组合构成纠错编码器，编码器同时连接着帧间时域卷积交织器和帧内频域交织器。时域卷积交织器有四种交织深度可以更好的支持在移动状态下的信号数据流的传输与接收，同时能够减小VHF频带内脉冲噪声的影响。频域交织器在应用过程中采用信道冲击响应算法，这种算法的优势在于受噪声干扰的影响较小，算法复杂程度较低，估算结果的精度较好。

3.2.5 降低建网成本和运营成本

在数字广播电视数字信号传输标准建立过程中，随着用户数量和服务内容的增加，可用数据容量也在不断下降，为了尽可能降低建网成本，加快信息传递速度，在模拟信号传输模式转变为数字信号传输模式后，业务提供者在新式数字信号传输标准当中可以通过建设蜂窝网络的形式提供网络容量，尽可能降低数据传输成本，让各地居民都能以较低的成本了解到数字电视广播传递出的信息，保证信息传递速度和质量的同时做好成本控制。