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1、DTTB 数字电视广播系统设计和分析摘 要自电视发明以来，尽管走过了黑白到彩色的历程，但模拟电视的系统和制式没有根本改变，我国现在还在使用1924年发明的电视技术。演播室节目制作和接收机从七十年代开始数字化，显示技术也从笨重的显像管模拟技术向等离子、液晶投影等大屏幕平板显示器件数字技术发展。中间的传输发射分配已不是不能数字化，而是在当时数字化以后耗费的传输资源太大而不实用。 世界各国从七十年代就开始探索下一代电视。起初认为下一代电视就是高清晰电视，日本和欧洲巨资率先研制了基于模拟技术的高清晰度电视系统，但耗费的传输资源太大。美国八十年代末采用数字技术找到了跟原有模拟系统一样的传输资源实现高清晰
2、度电视传输的办法，这就是数字电视。数字电视的出现使全世界认识到下一代电视不仅是清晰度的升级，而且是原来模拟系统向数字系统转换。经过多年坚持不懈的研究和发展，地面数字电视广播取得了很多的成果，世界上已经提出了三个地面数字电视广播标准：欧洲的DVB-T、美国的ATSC和日本的ISDB-T，许多国家和地区都在选择和制定自己的地面数字电视广播标准。而我国的DTTB地面数字电视广播系统也取得了较大的发展，为中国数字电视的发展提供了坚强的基础，在此基础上我国的数字电视技术正在飞速发展。关键词：数字电视 DTTB数字电视广播系统 1.数字电视的优点及发展概况1.1 发展概况90 年代初以来,卫星数字电视直播
3、、卫星移动通信和卫星数字音频广播业务首先在美国取得技术突破,并迅速步入产业化和商业化轨道,形成由三个新的经济增长点组成的新兴产业.目前这三项卫星通信业务正向全球迅速扩展,其中卫星数字电视直播产业的发展势头最为迅猛.卫星电视广播共有三种方式:一是通过普通的通信卫星将模拟电视信号转发到本地电视台、有线电视网或集体接收站进入千家万户;二是采用模拟制式的大功率电视直播卫星直接向家庭广播电视信号(这种电视信号未经数字压缩处理,每个转发器只能直播 1 路电视节目信号,每颗卫星一般只能直播几路电视节目);三是 Ku 频段数字视频压缩电视直播卫星(得益于 90 年代初期数字压缩技术的突破以及航天技术、微电子技
4、术和计算机技术的飞速发展).直播卫星上每个转发器可向装有 0.5m 左右的小口径卫星接收天线的家庭直播 58 路电视节目,一颗卫星可以直播 100 多路电视信号.这种业务亦称卫星数字电视直播(DBS).1.2 数字电视的优点1）一个 8MHz 带宽的模拟频道内原来只能传送一个普通的模拟电视节目，采用数字电视后在原来一个模拟频道内可传送 DVD（数字视频光碟）质量的节目 5 至 6 个，每一个节目的质量要比模拟电视节目的质量高。或可以传送高清晰度电视（HDTV）质量的节目 1 个或 2 个。电视频道的利用率大大提高。我国电视频道共 68 个（不计增补频道） ，原来只能传 68 个电视节目，采用数
5、字电视后就可传输 DVD 质量的节目 340 至 408 个。2）电视节目传输的可靠性及电视节目质量均大为提高。在电视覆盖范围（如半径 40 公里范围）内，接收到的图像质量与演播室图像质量相当。3）在同样的覆盖范围内，数字电视的发射功率要比模拟电视的发射功率小一个数量级。2 数字电视广播技术的发展概况2.1地面数字电视广播地 面 数 字 电 视 广 播 1是 广 播 电 视 体 系 中 重 要 的 组 成 部 分 。 地 面 数 字 电 视广 播 不 仅 克 服 了 模 拟 无 线 电 视 易 受 干 扰 、 图 像 质 量 差 、 有 重 影 的 缺 点 ， 还 可以 在 一 个 电 视 频
6、 道 内 传 送 多 达 8套 电 视 节 目 ， 极 大 提 高 了 无 线 频 谱 的 利 用 率 。地 面 数 字 电 视 带 来 的 更 大 变 化 是 ， 可 以 在 移 动 状 态 下 稳 定 接 收 到 高 质 量 电 视节 目 信 号 ， 使 得 车 载 电 视 、 便 携 手 持 电 视 成 为 可 能 。 世 界 各 国 政 府 都 非 常重 视 地 面 数 字 电 视 广 播 的 发 展 ， 主 要 有 以 下 原 因 ： 一 是 地 面 数 字 电 视 广 播 是公 共 服 务 ， 数 字 化 过 程 涉 及 到 大 众 的 利 益 ； 二 是 频 率 资 源 是 社
7、会 的 公 共 资 源 ，是 由 政 府 管 理 和 控 制 的 不 可 再 生 资 源 ； 三 是 数 字 电 视 广 播 发 展 会 对 信 息 制 造业 产 生 巨 大 的 影 响 。 目 前 ， 国 际 上 形 成 了 四 种 不 同 的 地 面 数 字 电 视 广 播 传 输标 准 ， 即 美 国 的 ATSC标 准 、 欧 洲 的 DVB-T标 准 、 日 本 的 ISDB-T标 准 ，2006年 8月 18日 ， 我 国 颁 布 了 自 己 的 地 面 数 字 电 视 传 输 数 字 电 视 地 面 广 播传 输 系 统 帧 结 构 、 信 道 编 码 和 调 制 国 家 标 准
8、 (标 准 号 为 GB20600-2006)，并 将 从 2007年 8月 1日 起 正 式 实 施 。 世 界 上 许 多 国 家 都 已 经 开 展 了 地 面 数 字 电视 广 播 ， 美 国 的 地 面 数 字 电 视 广 播 覆 盖 率 已 经 达 到 99%。 目前全球共有三套国际地面传输系统标准，美国1996年高级电视系统委员会(ATSC) 研发的格形编码八电平残留边带 2(8-VSB) 即：ATSC 8-VSB；欧洲1997年提出的数字视频地面广播(DVB-T) 采用编码正交频分复用 (COFDM) 即：DVB-T COFDM；日本1999年提出的地面综合业务数字广播(ISD
9、B-T) 采用正交频分复用(OFDM) 即：ISDB-T OFDM。这三种系统标准，其系统设计从技术上限于当时的设计方向、使用环境、技术水平和硬件支持能力，没有发挥出系统应有的潜力。2.2 世界各国数字电视广播系统的发展概况目前国际上粗在四种地面数字电视广播制式，它们是美国的 ATSC,欧洲的DVB-T,日本的 ISDB-T 和中国的 D标准。美国的ATSC制式颁布于1996年，其外编码采用RS编码，内编码采用格栅编码TCM,数字调制方式为单载波，8VSB调制，广泛应用于中北美，巴西和韩国等国家。美国国会1998年就明确要求到2006年将全美的电视发射信号由模拟系统转为数字系统，但市场需求一直
10、不旺。美国国会近两年一再督促有关各方加快实现数字化的步伐。按其新要求，到2004年，35英寸以上的电视机必须是数字电视机；2006年电视发射系统实现数字化，模拟信号停送；到2007年，所有上市的电视机，无论大小，一律实现数字化。美国国会已经批准1600家电视台拥有一个分立的数字电视频道，目前 1037家电视台完成了数字化过渡，覆盖202个市场，可服务99.35%的美国电视家庭。欧洲的DVB-T制式颁布于1996年，其外编码采用RS编码，内编码采用卷积编码,数字调制方式为多载波，OFDM调制，广泛应用于欧洲，亚太地区的新加坡和澳大利亚等国家。以德国为例：德国柏林2003年8月关闭模拟广播，成为世
11、界上首个只能收到数字信号的地区之后，德国西部和北部地区的地方传媒管理机构和商业广播机构也签署了向2400万户居民开展数字广播服务的合同。预计到2004年5月，这两个地区的用户将可以收看到16个数字电视频道，频道数量到11月将增至24个，模拟广播同时关闭。目前已有17万台机顶盒售出。德国官方消息，德国将在2010年普及数字电视，同时停播模拟电视。 日本的ISDB-T制式颁布于1999年，其外编码采用RS编码，内编码采用卷积编码,数字调制方式为COFDM多波段分13个段。应用于日本本土。日本于1999年12月1日正式开始数字地面电视广播。日本政府决心将数字广播发展成为国家标准，2006年底在全国普
12、及数字电视。目前，数字电视还只局限于3个大城市，潜在家庭用户大约1200万。行业专家称，实际电视观众可能只有30万人左右。为了尽快启动数字电视系统，日本政府已投资16亿美元，并希望，随着数字电视销量的增长、广播公司对新设备的采购以及新型服务的兴起，日本的总体经济能够在下一个十年中达到1.8万亿美元。日本政府计划2011年7月关闭模拟电视。2.2 我国的数字电视广播系统的发展概况 我国的DTTB地面数字电视广播系统颁布于2006年，其外编码采用BCH，内编码采用LDPC,数字调制方式为多波段OFDM/单载波4QAM。应用于中国国内。其中数字电视广播传输系统标准GB20600-2006,于2006
13、年8月18日正式批准为强制性国家标准，2007年8月1日起实施。标准规定了在UHF和VHF频段中，每8MHz数字电视频带内，数字电视地面广播传输系统信号的帧结构、信道编码和调制方式。该标准适用于地面传输的数字多路电视/高清晰度电视固定和移动广播业务的帧结构、信道编码和调制系统。地面数字电视业务采用技术必须符合该标准定义。 我国的地面数字电视广播传输标准的特点是：不仅支持固定接收，还具有支持移动接收的功能；在业务上不仅支持数字标准清晰度电视和数字高清晰度电视广播业务，还支持广播电视扩展业务；在传输效率上，支持4.8132.486Mb/s的有效传输码率等。3 我国DTTB数字电视广播组成3.1 发
14、射与接收系统方框图数 字 电 视 地 面 广 播 系 统 是 一 个 “网 络 化 ”工 程 ， 系 统 平 台 由 3 个 网 络 组成 ， 即 数 字 电 视 单 频 网 、 节 目 分 配 传 输 网 和 远 程 监 控 管 理 网 ， 无 线 覆 盖 网 由多 个 发 射 台 站 （ 基 站 ） 、 单 频 网 前 端 、 演 播 室 （ 包 括 编 码 复 用 ） 等 组 成 ， 以完 成 广 播 覆 盖 功 能 ， 是 系 统 的 核 心 部 分 ； 远 程 监 控 管 理 网 络 是 系 统 的 重 要 组成 部 分 ， 完 成 系 统 管 理 功 能 ； 我 国 地 面 数 字
15、 电 视 广 播 原 理 图 如 下 图 1 所示 ：图 1 数字电视地面广播发送与接收系统从图 1 可以看出，视频信号，音频信号以及相关数据信号通过相关编码器，并进行分频复用，经信道编码与调制进行通过发射机将其发射出去。在接收端，经过调谐器进行频率调整，经信道编码与调制，解复用，然后通过视频解码器和音频解码器转换为视频与音频信号输出。数字电视地面广播传输系统发送端完成从输入数据码流到地面电视信道传输信号的转换。输入数据码流经过扰码器（随机化） 、前向纠错编码（FEC） ，然后进行比特流到符号流的星座映射，再进行交织后形成基本数据块，基本数据块与系统信息组合（复用）后并经过帧体数据处理形成帧体
16、，帧体与相应的帧头（PN 序列）复接为信号帧（组帧） ，经过基带后处理转换为输出信号。该信号经变频转换为射频信号（UHF 和 VHF 频段范围内） 。3.2 DTTB系统组成方框图地面数字电视广播系统发送端完成从 MPEG-TS 传送码流到地面电视信道传输信号的转换。输入数据码流经过扰码器（随机化） 、前向纠错编码（FEC） ，然后进行比特流到符号流的星座映射，再进行交织后形成基本数据块，基本数据块与系统信息组合（复用）后并经过帧体数据处理形成帧体，帧体与相应的帧头（PN 序列）复接为信号帧（组帧） ，经过基带后处理形成输出信号（8MHz 带宽内） 。该信号经变频形成射频信号（48.5MHz-862MHz 频段范围内） 。本系统的发送端原理如图 2 所示。图 2 DTTB 系统组成框图从图 2 可知：发送端主要完成从 TS 到地面电视传输信号的转换。输入数据码流经过数据随机化，前向纠错（FEC）编码，比特流到符号流的星座映射，再进行交织后形成基本数据块，几本数据块于系统信息复用后并经
