数字电视地面广播中传输关键技术分析

■陕西广电融媒体集团（陕西广播电视台）：金鑫 晁小兵

数字电视地面广播作为一种现代化的广播传输方式，承载着大量的音视频内容和信息，对信号传输的质量和效率要求较高。为实现这一目标，关键技术的应用变得至关重要。本文重点介绍了信道编码技术、多路复用技术、信号处理技术和网络传输技术在数字电视地面广播中的作用及应用方法。

1.数字电视地面广播的优势

传统地基模拟电视信号易受无线信号反射、散射和外部噪声等多途干扰，导致信号出现“雪花”“重影”等现象，严重影响节目质量。基于信道编码、信源编码及多路复用的数字电视系统则有效地解决了以上问题。

目前，国内仅有少量的地面仿真电视，已很难满足用户不断提高的观看质量要求。在八兆赫兹带宽的标准电视频道上，陆地上的类比电视电台仅能传输一组电视节目。但是，地面数字电视广播能够在一个标准的电视频道中，同时传输1～2套HDTV或9～12套SDTV节目，这就使得可收看电视节目的数量大大增加，还提升了频率的利用效率[1]。单频网络是一种独特的网络模式。该系统是一种由多台同步的发射机所构成的地基数字电视系统，每个发射机所发射的调频信号在同一频率和时间上都是相同的，从而达到对某一服务区域的高可靠性。相对于多频网络，单频网络具有节省频谱资源和减少单个传输设备传输功率的优点。在提供固定接收功能的同时，也可以提供移动、便携式接收功能。这一特点是传统的地面模拟电视所不具备的[2]。

2.数字电视地面广播中的调制技术

2.1 调制技术

调制技术用于将数字信号转换为适合传输的模拟信号。在数字电视地面广播中，常用的调制技术包括单载波调制技术、正交振幅调制技术和多载波调制技术。

2.1.1 单载波调制技术

单载波调制技术是最常见的调制技术之一，用于将基带信号调制到一个连续波形上。其中最常用的调制方式是调幅（AM）和调频（FM）调制。在数字电视地面广播中，通过将数字信号与一个载波进行调幅或调频，实现将数字信号转换为模拟信号，便于传输。单载波调制技术简单易实现，但受到传输距离、频率稳定性和抗干扰能力等因素的限制。

2.1.2 正交振幅调制技术

正交振幅调制技术（QAM）是一种将数字信号调制为正交振幅和相位的模拟信号的方法。在数字电视地面广播中，常用的是16-QAM、64-QAM和256-QAM等调制方式。QAM技术通过改变振幅和相位的组合来表示不同的数字位，能够实现较高的传输速率和频谱效率。然而，由于QAM技术对信号质量和传输信道的要求较高，传输距离和抗干扰能力也会有所影响[3]。

2.1.3 多载波调制技术

多载波调制技术（OFDM）是一种将数字信号分割成多个子信号，通过同时在多个载波上进行调制传输的技术。在数字电视地面广播中，OFDM被广泛应用于地面传输系统中。OFDM技术具有抗多径衰落和频域均衡的优势，能够降低传输信道的复杂性和频谱使用效率，提高信号的抗干扰能力和传输距离。同时，OFDM技术还可以通过子载波分配和自适应调制来适应不同的传输环境。

通过以上调制技术，数字电视地面广播可以将数字信号转换为合适的模拟信号以进行传输。选择适当的调制技术可以根据传输环境、频谱资源和传输质量要求等因素进行权衡和选择。当然，不同的调制技术也会对系统的传输带宽、频谱利用效率和复杂性产生不同的影响。因此，在数字电视地面广播中，需要综合考虑各种调制技术的特点和实际应用需求，选择合适的调制方式实现高效、稳定和高质量的信号传输。

2.2 信道编码技术

信道编码技术的应用使得数字电视地面广播系统能够在复杂的传输环境下实现高质量的信号传输，并为用户提供清晰、稳定的音视频体验。在实际应用中，需要根据传输环境、频谱利用情况和系统要求等因素，选择合适的信道编码技术和相关参数，以获得最佳的传输效果。

2.2.1 前向纠错编码技术

前向纠错编码技术（FEC）是一种在传输过程中添加冗余信息以实现错误检测和修正的编码技术。在数字电视地面广播中，常用的FEC技术包括卷积码（Convolutional code）和LDPC码（Low Density Parity Check Code）[4]。这些编码技术通过添加冗余比特，使得接收端可以根据冗余信息对接收到的信号进行错误检测和纠正。这样即使在信号受到噪声和干扰的影响下，仍然能够保证较高的解码正确率。FEC技术可以提高信号的可靠性，减少传输中的错误率。

2.2.2 交织技术

交织技术是一种将信号中的相邻比特或符号进行重新排列的技术。在数字电视地面广播中，交织技术常用于缓解信号传输过程中由于多径衰落和信道淡化导致的串扰和间歇性错误。交织技术通过对信号进行分组和重新排序，减小相邻比特之间的相关性，从而使得信号在接收端的解码过程更加稳定和可靠。通过交织技术，可提高信号的抗多径衰落性能，有效降低传输中的错误率。

2.2.3 解调技术

解调技术是将调制信号转换为数字信号的过程。在数字电视地面广播中，解调技术主要包括调制解调器的设计和实现。调制解调器通过对接收到的调制信号进行解调，恢复出原始的数字信号。解调技术在数字电视地面广播中起到了至关重要的作用，它能够将经过调制和传输的信号恢复为数字信号，并进行后续的解码和处理。解调技术的性能直接影响到数字电视地面广播的音视频质量和传输效果。

2.3 多路复用技术

多路复用技术用于将多个信号同时传输在同一传输介质上。这样可以提高频谱的利用效率，并实现多个用户在同一时间段内进行通信。

2.3.1 时分多路复用技术

时分多路复用技术（TDM）是一种将不同信号按照时间分割的技术。在数字电视地面广播中，TDM技术将多个信号按照一定的时间间隔交替传输。通常，一个传输周期被划分为多个时隙（time slot），每个时隙被分配给不同的信号进行传输。接收端通过时间同步技术，将各个时隙中的信号进行恢复和解码。TDM技术可以高效地利用传输介质的带宽资源，提供多个信号同时传输的能力[5]。

2.3.2 频分多路复用技术

频分多路复用技术（FDM）是一种将不同信号按照频率分割的技术。在数字电视地面广播中，FDM技术将不同信号分配到不同的频段上进行传输。接收端通过频率解调技术，将各个频段中的信号进行恢复和解码。FDM技术充分利用了频域的特性，可以在不同频段上同时传输多个信号，实现频谱资源的高效利用。

2.3.3 码分多路复用技术

码分多路复用技术（CDM）是一种将不同信号按照编码序列进行分割的技术。在数字电视地面广播中，CDM技术通过将各个信号进行扩频处理，使用独立的扩频码对各个信号进行编码和分割。在传输过程中，各个信号按照编码序列进行交替传输。接收端通过解码技术，将各个编码序列中的信号恢复并进行解码。CDM技术能够在不同的信号之间进行有效的隔离和分离，实现多个信号的同时传输。

通过以上多路复用技术，数字电视地面广播可以将多个信号进行有效地组合和传输。在实际应用中，需要综合考虑信号之间的互相干扰、频谱资源的分配和系统的要求，选择合适的多路复用技术和相关参数，以实现高效、稳定和高质量的信号传输。多路复用技术在数字电视地面广播系统中的应用将进一步推动广播技术的发展，并满足用户对多样化、高质量广播服务的需求。

2.4 信号处理技术

信号处理技术可以对接收到的信号进行分析、增强和压缩，以提高信号质量、增强观看体验，并实现更高效的信号传输和存储。主要的信号处理技术包括谱分析技术、信号增强技术和信号压缩技术。

2.4.1 谱分析技术

谱分析技术用于对信号的频域特性进行分析和处理。在数字电视地面广播中，谱分析技术可以对接收到的信号进行频谱分布、频谱功率和频谱密度的统计和分析。这些分析结果可以用于频谱资源的分配、噪声干扰的检测和抑制，并为信号处理和解码提供参考。谱分析技术可以准确识别信号中的频域特征，帮助优化信号传输过程和提高信号质量。

2.4.2 信号增强技术

信号增强技术用于提高接收到的信号质量，减少信号中的噪声和失真。在数字电视地面广播中，常用的信号增强技术包括均衡、滤波、降噪和增益控制等。均衡技术可以对信号进行等化处理，解决传输中的失真和信号衰减问题。滤波技术可以消除信号中的杂散频谱和干扰，提高信号的清晰度。降噪技术可以去除信号中的背景噪声，使得音频信号更加干净、清晰。增益控制技术可以调整信号的增益，提高信号的可听性和可视性。信号增强技术可以大幅提升接收到的信号质量，提供更好的观看体验[6]。

2.4.3 信号压缩技术

信号压缩技术是一种将信号通过编码和压缩处理，以减少信号的数据量和传输带宽的技术。在数字电视地面广播中，信号压缩技术可以将视频、音频和其他相关数据进行高效地编码和压缩，以实现更高的频谱利用率和传输效率。常用的信号压缩技术包括MPEG编码和JPEG编码等。通过信号压缩技术，数字电视地面广播系统可以在有限的频谱资源下传输更多的内容，提供更丰富的服务。

在实际应用中，信号处理技术通常结合使用，以实现更好的效果。例如，在数字电视地面广播中，首先使用谱分析技术对接收到的信号进行频谱分析和特征提取，为后续的信号增强和压缩提供参考和依据。然后，根据谱分析的结果，使用信号增强技术对信号进行均衡、滤波、降噪和增益控制等处理，提高信号质量和清晰度。最后，通过信号压缩技术对信号进行编码和压缩，以实现更高效的信号传输和存储。

2.5 网络传输技术

2.5.1 IP数据包传输技术

IP数据包传输技术是基于Internet协议（IP）的数据传输技术，它将数字电视信号转换为数据包并通过网络进行传输。在数字电视地面广播中，使用IP数据包传输技术可以实现广播内容的网络传输和分发。通过将数据拆分为小的数据包并赋予唯一的IP地址，数字电视信号可以被有效地传输到广播接收设备。同时，IP数据包传输技术还支持多播（multicast）和广播（broadcast）功能，使得广播信号可以同时传输给多个接收设备。

2.5.2 流媒体传输技术

流媒体传输技术用于实时的音视频传输，它能够将音视频信号以连续流的形式传送到接收端进行播放。在数字电视地面广播中，流媒体传输技术被广泛应用于直播和点播等场景。流媒体传输技术将音视频信号分割为小的数据块，并以流的形式通过网络传输。接收设备可以实时接收和播放这些数据块，使用户可以在接收到数据的同时进行播放，实现实时的观看效果。常用的流媒体传输技术包括HTTP流媒体、RTSP流媒体和HLS（HTTP Live Streaming）等。

2.5.3 数据压缩和解压缩技术

数据压缩和解压缩技术用于减小数据的体积，以减少传输带宽和存储空间的需求。在数字电视地面广播中，通过应用数据压缩和解压缩技术，可以实现高效的信号传输和存储。常用的数据压缩技术包括MPEG编码、JPEG编码、H.264编码等。这些编码技术可以对音视频信号进行压缩，并在接收端进行解压缩，实现高效的数据传输和播放。通过数据压缩和解压缩技术，数字电视地面广播系统可以在有限的带宽和存储资源下传输更多的内容，并提供更好的用户体验。

这些技术的应用使得数字电视地面广播系统能够实现高质量、高效率的信号传输，并为广播用户提供更多的广播内容和服务选择。在实际应用中，需要根据网络环境、带宽资源和终端设备的能力等因素，选择合适的网络传输技术和相关参数，以实现最佳的传输效果和用户体验。

3.结束语

地面数字电视在今后的传媒事业中仍占有举足轻重的位置，但将面临许多挑战。目前，非实时服务迅速发展，移动、便携式接收已经成为主流，因此，如何实现广播电视与宽带网的融合，保证其在未来的移动多媒体服务中占有一席之地，是亟待解决的问题。我们必须加速高科技的研究开发和运用，以先进的技术和服务手段，更好的传播先进的文化，更好的满足人们日益增长的文化和精神需要，促进中国特色的社会主义文化事业的进一步发展和繁荣。