数字电视广播工程运行过程中的关键技术探析

王廷帅

随着科学技术的飞速发展，数字电视广播的应用已经越来越广泛，数字电视技术作为新一代广播技术，以其清晰度高、信息容量大、信号传输距离远等特点而引起了广泛的关注。为了进一步提升数字电视广播工程的运行效果，了解工程运行过程中的关键技术至关重要，需要探讨数字电视广播工程运行过程中各个关键领域所涉及的关键技术，为数字电视广播的发展提供切实可行的思路。

一、数字电视广播工程概述

数字电视广播工程作为21世纪的一项革命性技术，已经在广播领域取得了极大的成功。其清晰度高、信息容量大、信号传输稳定等特点，使得数字电视广播逐渐成为现代广播事业的主流趋势。数字电视广播工程涵盖了多个环节和技术，其中包括信号源处理、信道编码技术、传输标准、数字视频广播网络、用户接收设备以及数字电视系统中的数据服务等[1]。在信号源处理方面，MPEG-2作为一种专业压缩编码技术，采用了编码效率50 Mbps（兆比特/秒）、分辨率可达1920×1080，已被广泛应用于数字电视广播工程。在信道编码技术上，DVB常用标准应用的是COFDM（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing）和Turbo编解码技术，这两种编解码技术的特点分别是在多径干扰复杂的情况下保持高接收质量和实现强抗干扰性能。在传输标准方面，DVB-T、DVB-S和DVB-C等已成为数字电视广播工程中的主要传输标准，各自应用在地面、卫星和有线数字电视广播领域。数字视频广播网络的建设主要依靠CI（Common Interface，通用接口）技术进行接收设备间的统一接口定义，以及采用MUX（Multiplexer，复用器）和QAM（Quadrature Amplitude Modulation，四象限调幅）技术实现高效数字信号及其复用传输，达到高清视频画质的传输效果。在用户接收设备方面，涉及到工程中广泛应用的机顶盒、集成接收解码器（IRD）等，需要解决数字视频接收端的数字信号解调、解码问题。

二、数字电视广播工程运行过程中的关键技术

1.MPEG视频编码技术

数字电视广播工程在运行过程中，以MPEG视频编码技术为核心对数字电视信号进行处理。在众多的视频编码技术中，MPEG-2编码技术尤为常用，其主要特点是具有高达1:100至1:200的压缩比和卓越的画质表现。MPEG编码过程通常涉及DCT（离散余弦变换）对图像进行频域转换；量化技术将连续的色彩值转换为离散的编码数据；去块效应也同样重要，利用变权值和去块滤波降低信号失真以及帧预测技术等来提高编码效果。源视频信号的帧率一般为29.97fps（NTSC制式）或25fps（PAL制式），利用I帧（关键帧）、B帧（双向预测帧）和P帧（向前预测帧）组合成GOP（Group of Pictures），进而实现高效率的编码。通过设置每个GOP的大小在12至15个图片帧之间，能够实现从一个I帧到另一个I帧之间的长距离帧间转换预测和高压缩率。在数字电视信号传输过程中，广泛采用188字节的MPEGTS（传输流）分组传输方式。根据实际场景使用不同的传输码率设置，可根据信号质量要求在15～19.2Mbps（兆比特每秒）范围内调整[2]。此外，针对不同业务类型，通过调整压缩率可以在节省带宽资源的同时确保编码效果。因此，如今的数字电视广播工程利用更先进的视频编码技术，如H.264/AVC、H.265/HEVC等，以实现更高的编码效率和更低的码率。这些新一代编码方式已经成为数字电视领域的主流标准，在减少对带宽资源的占用方面具有优势，同时在支持全高清（1920×1080）和4K（3840×2160）甚至8K（7680×4320）的高分辨率视频格式方面作出了巨大贡献，不断提高数字电视广播的整体效果。

2.多路复用技术

在数字电视广播系统中，多路复用技术是对多路数字数据流进行封装和传输的关键过程，其中TS复用技术具备将多个服务提供商在同一频点上传输的能力，使得各种业务得以在相互恰当的分配下整合传输。通常情况下，传统的DVBS/S2系统运用MCPC（多路单载波）方式，该方式具备传输约20～30个以15～19.2Mbps码率传输的MPEG-TS数据流的能力，从而大幅提高频谱资源的利用效率。数字电视广播工程中的时刻表，包括PSI（Program Specific Information，针对节目相关信息）和SI（Service Information，针对系统服务的信息）系统，用于描述与统一不同业务数据流，以确保数字电视广播系统各种业务的互操作性。这两者都用于标识电视节目的基本和扩展元数据，如PAT（Program Association Table，节目关联表）或PMT（Program Map Table，节目映射表）等，进而为用户提供良好的观看体验。在这个过程中，数字电视信号经过多路复用操作，比如QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制）等调制技术，将原视频信号和音频信号以及相关辅助数据合成常规的数据流[3]。这些信号经处理后，可以利用集成接收装置（Integrated Receiver-Decoder，IRD）顺利获取和处理。IRD设备的主要责任是接收数字广播编码信号，对其进行解码以便输出原来的视频、音频等内容，然后按照节目源的要求和格式处理。其处理后的信号最终可以发送至用户端或以IP（Internet Protocol，互联网协议）、ASI（Asynchronous Serial Interface，异步串行接口）等标准形式进行再次传输。这种传输方式在节省带宽资源、提高频谱利用率和保证数字电视广播服务质量方面具有重要意义，为数字电视广播行业带来了革新和发展。

3.调制解调技术

数字电视广播工程充分利用调制解调技术在信道中传输封装好的数字信号，在卫星电视广播领域，一般选用QPSK（Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控）和8PSK（8 Phase Shift Keying，8相相移键控）作为主要的调制技术，以提高信号质量并满足对距离、干扰和传输速率的要求。针对地面数字电视广播工程，如DVBT（Digital Video Broadcasting-Terrestrial）和DVB-T2的项目，则可通过OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）技术来实现多载波调制方式，进一步确保信号传输的稳定性和较低的误比特率。OFDM技术充分利用正交子载波，并使用FFT（Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换）和IFFT（Inverse Fast Fourier Transform，逆快速傅立叶变换），以便在复用子载波时实现高效率。在此基础上，信道编码技术如Reed-Solomon（RS）编码进一步提高了信号传输的稳定性和纠错能力，充分保障了最终接收到的画质以及音频的质量。在这种基于混合载波技术构筑的OFDM系统下，采用带宽6MHz，约19.2Mbps的传输速率可以被实现。基于OFDM的调制系统适应于各种复杂的地形和天气条件下传输数字电视信号。数字电视广播需要在不同信道环境下持续传输高质量的画面和音频，以满足消费者对服务质量的高要求。在这一背景下，如QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制）等多种先进的数字调制技术和信道编码技术相继被研发和应用，以提高广播服务的传输质量和用户体验。可以说，借助这些先进技术的发展，数字电视广播行业在传输质量、稳定性和效率等方面取得了显著的进步，为用户带来了卓越的数字视音频娱乐体验。

4.射频放大器技术

射频放大器在数字电视广播系统中具有重要的地位，它在很大程度上确保了传输信号的功率和接收质量能够维持在较高水平，射频放大器不仅作为关键组件拓展传输信号的覆盖范围，还在保证减小信号干扰的同时提高信号品质。现代Doherty功率放大器采用先进的电子技术，能够充分利用ARM（Advanced RISC Machines，高级精简指令集计算机）微控制器和DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理）联合技术，在信号传输过程中实现自动调整功率和带宽，进一步优化功率放大器的效能表现和能效比。在实际应用中，选择合适功率的射频放大器显得尤为重要，这需要根据所处地理环境和传播条件来决定。例如，在山区等复杂地形地区，射频传输信号受到很多自然因素的影响，容易出现信号干扰和衰减。在这种情况下，可选择低功率射频放大器并配合RF回波抑制器，同步稳定和提升信号传输质量。RF回波抑制器能够减小信号损耗并消除信号的回波干扰，确保射频信号传播过程中的品质和覆盖范围。另外，在考虑射频放大器选择时，还需要关注放大器的线性特性和失真指标，这些参数直接影响到最终广播信号质量。数字电视广播系统的GNSS（全球导航卫星系统）与同步时钟设备，以及自动频率校准模块等同样对提高信号传输稳定性和质量起到关键性作用。通过综合考虑射频信号传输系统中射频放大器、RF回波抑制器、GNSS时钟、频率稳定器等元件，以及数字电视广播系统中的调制技术、复用技术和编码方式等因素，可以为用户提供稳定高质量的视频和音频服务，满足各种复杂地形和传输条件下的数字电视广播需求。总之，射频放大器在数字电视广播工程中的关键性作用，充分展示了电子技术在信号传输及覆盖范围扩大方面带来的深刻影响，有力促进了数字电视广播产业的繁荣与发展。

5.数据压缩技术

数字电视广播工程在实际运行过程中，数据压缩技术起着至关重要的作用，尤其对于提高有效传输带宽、降低成本和保障信号质量具有显著优势。通过有效压缩算法（如H.264/AVC、H.265/HEVC和VP9等），可以大幅度减小视频和音频文件的大小，同时保持较高的质量与清晰度，确保数字电视信号的高质量、可靠传输。其中，H.264/AVC已普遍应用于高清和标清电视节目的压缩，其压缩率比传统的MPEG-2标准高出50%以上，且图像质量相比MPEG-2更令人满意。此外，新一代的H.265/HEVC压缩标准在同等质量下可以实现更高效的压缩，比H.264/AVC节省50%的码率，使得高清4K与8K普及成为可能。数据压缩技术的进步不仅提升了数字电视观众的观看体验，还为运营商节省了大量的频谱资源和经济成本。

结语

数字电视广播工程的运行过程是一个高度综合的技术体系，这个体系涵盖了从编码、调制、复用、传输，到信号接收与解码的各个方面。在这个过程中，诸如MPEG视频编码技术、卫星与地面数字电视广播技术、D V B系统的OFDM调制技术、PSI与SI系统的时刻表处理、射频放大器应用等多个技术环节都起到关键作用，共同确保服务质量与用户体验。随着数字技术的飞速发展，如今更为先进的编码技术（如H.264/AVC、H.265/HEVC等）、更高效的调制方法以及优化的信号传输技术逐渐应用于数字电视广播工程，进一步提高了传输质量、稳定性和效率。各类先进技术的发展与应用对数字电视广播产业带来了革新和发展，同时焕发了广播行业的活力。