浅析数字电视地面广播技术及其应用

浅析数字电视地面广播技术及其应用2004年度河南省广播电视优秀科技论文一等奖内容提要：本文介绍了数字电视地面广播（DTTB）技术在车载移动电视和便携式移动终端的最新应用情况，对DVB-T及最新的DVB-H标准进行介绍，并探讨了数字电视地面广播的发展方向及前景。关键词：数字电视地面广播(DTTB)、移动电视、DVB-T、DVB-H数字电视正在用活生生的事实，将诸多的不可能变成可能，并最终将让所有的人都理解数字电视的真实。数字电视不仅仅是一种新发明，不仅仅创造了一个新市场、提供了一种新工具，而且还会对传统的各个领域产生冲击。也就是说，数字电视不仅仅是你是否使用的问题，而是它将改变人和企业的命运。今天，数字电视正逐步成为现实，这一进程必将是可视用户终端的革命。这次革命性的跃进，不仅刷新电视媒介的概念，更将极大地改变我们的生活方式。数字电视时代，电视本身也是数据的一种。数字电视地面广播（DTTB）的应用将会带动除电视以外的其他业务，首先数字电视出现在移动交通工具上，随着移动电视的面世，传统的电视覆盖理论被打破了！电视将无所不在！中国数字电视地面广播（DTTB）已经进入了实施阶段，同时开创了传统无线电视的一种全新应用：移动接收。随着该业务被大众接受，又逐步扩大到移动载体。随着电池容量和视频压缩技术的发展，从车载发展到个人手持终端。随着终端产品的发展，其他业务又将得到发展。数字电视地面广播（DTTB）技术在更大程度上给传统的收看电视方式带来新的变化，孕育着创造一个新的移动电视市场的机遇，其应用前景将更加深远。一.数字电视地面广播（DTTB：DigitalTelevisionTerrestrialBroadcasting）在现代通信中，通信传输手段主要是光纤、卫星、数字微波等，加上地面无线电广播电视发射构成信息传输主体。目前在我国数字电视按信号传输方式可以分为地面无线传输数字电视（地面数字电视）、卫星传输数字电视（卫星数字电视）、有线传输数字电视（有线数字电视）三类。而移动电视是数字电视地面广播的重要应用。数字电视地面广播在应用需求上要求实现移动和便携接收的功能，使整个技术系统的要求最高。它具备无线数字系统所共有的优点；较之卫星接收，有实现容易、价格低廉的特点；较之有线接收；不易受城市施工建设、自然灾害、战争等因素造成的断网影响；数字电视地面广播通过电视台制高点天线发射无线电波，覆盖电视用户，用户通过接收天线和电视机收看电视节目，主要的受众也是针对本地区的。完善的数字电视地面广播（DTTB）系统所具备的蜂窝单频网功能，不仅提高了频谱的利用率，而且可应用与宽带无线接入市场；而移动和便携的独特优势使该系统能满足现代信息社会“信息到人”的要求，也就是无论何人何时在何地均能任意获取他想得到的信息。地面数字电视可以做到便携接收和移动接收，可以供私人轿车、出租车后座、长途客车和火车乘客观看，还可以供手机等便携机用户观看。按接收方式可分为固定接收，车载移动接收和便携接收。固定接收接有固定天线，电视机不能随便搬移，一般来说接收条件经调整后不再变化；便携接收是可以将接收机装入衣袋，在户外低速移动接收。移动接收，指车载高速移动接收。我们日常接触最多的是传统的固定接收的电视，下面我们就对车载移动电视和手机电视进行详细的介绍。1、车载移动电视所谓移动电视就是通过无线数字信号发射、地面数字设备接收的方法进行电视节目的播放和接收。在数字电视技术的支持下，交通工具在时速120公里以下的移动状态中，能够稳定、清晰地接收到电视节目,主要针对公交、地铁、出租等交通工具上的移动人流。这种在数字技术支持下，人们在运动状态中可以收看电视节目的方式被称为移动电视，下图就是出现在汽车中的移动电视。学术界、传媒界已经开始将“移动电视（移动多媒体）”称为区别于传统媒体和网络媒体的“第五大媒体”。我们传统的电视必须坐在某个固定的地方观看。在信息激增的时代，由于人们对信息量的要求和实时性的要求增加，把电视提供给移动人群这一市场被发掘出来。移动电视的应用首先在新加坡开始，在全新加坡建设了8个数字电视（DTV）发射站，于2001年2月14日开始在1500辆公共汽车上为150万人次的乘客提供移动电视服务。由于采用了数字电视（DTV）技术，图像清晰，实时性强，通过一年多的运行，特别是通过2002年中的世界杯足球比赛报道，逐步被人们所接受，给移动电视的商业发展带来了曙光。2002年，在我国的上海正式推出以公交车辆为主要载体的移动电视商用系统及其相关服务，目前是中国首个、全球第二个普及移动电视的城市。这标志着在中国数字电视地面广播（DTTB）已经进入了实施阶段，同时开创了传统无线电电视业务的有效模式。也许，移动电视是目前唯一能够看到的地面数字电视。数字电视地面广播（DTTB）的成功试验也为移动电视商业化运作提供了基础。上海是继新加坡之后世界上第二个提供移动电视业务的城市，上海每天有500万人次通过公交线路出行，而平均每人在公交车上大约需花费40分钟时间。上海拥有2万辆公交车、4万辆出租车，其他移动车辆和移动人口难以统计，这是一个未开发和潜在的市场。鉴于上海现有的播出和发射环境以及光缆路由等条件，组建了一个经济实用的数字电视地面广播单频网，覆盖上海市区超过90%。数字电视地面广播的推广主要来自市场。英国是实施DVB-T标准最成功的一个国家，并成功地开通了地面数字电视广播。法国、瑞典、西班牙在实施地面数字广播方面也获得了成功。阿姆斯特丹的电车公交系统已试验了移动DVB-T。因为欧洲的数字电视广播业者很久以前就明白，他们的地面数字电视系统(基于DVB-T标准)具有不一般的移动性能。汽车接收DVB-T广播信号等早期实验已经证实了DVB-T标准适合于便携式电视。目前，世界上有三种数字电视地面广播标准：欧洲的DVB-T（DigitalVideoBroadcasting-Terrestrial）、美国的ATSC（AdvancedTelevisionSystemsCommittee）和日本的ISDB-T（IntegratedServicesDigitalBroadcastingTerrestrial）（综合业务数字广播）。DVB-T是数字电视地面广播系统标准，是DVB一系列标准中较新的一个标准，也是最复杂的DVB传输系统。此标准是1998年2月批准通过的，用于地面开路数字电视系统。第一个正式的开路数字电视系统于1998年初开始运营。地面数字电视发射的传输容量理论上与有线电视系统相当，本地区覆盖最好。DVB-T标准中开路传输的核心是MPEG－2数字视音频压缩编码。采用编码正交频分复用COFDM（CodedOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）调制方式，适用于大范围多发射机的8k载波方式，在8MHz带宽内能传送4套电视节目，为高清晰度电视（HDTV）信号传输提供大于20Mbps的净荷码率,并能使用简单天线支持室内固定接收；为标准清晰度电视（SDTV）信号传输提供大于5Mbps的净荷码率,并能在车速移动条件下支持移动接收；具有单频组网能力；传输质量高，但接收费用也高。移动电视技术的核心是移动接收，即车载高速移动接收，接收的条件因地貌不断变化而变化，同时因车速的变化还会受到多普勒效应频率变化的影响。接收地点是指由于接收地点离主发射台的距离变化和与其他发射台发射信号间相对关系的变化而引起的接收条件的变化。移动接收主要解决是动态多径和多普勒频移的问题。因为移动接收主要受地形地貌，如山、房屋等反射的影响，使到达接收点的信号不止一个。在模拟电视中的反映是重影，在数字接收中，某些特定相位的多径信号将使接收完全失败。在这种情况下，接收好坏不单单依赖于与发射台距离的远近，而且在很大程度上还依赖于接收信号之间的相位。由于上述问题使得地面广播问题复杂化，使接收信道随时间、频率和地点而发生变化。引起不同频率信号衰落的主要原因是多径接收，其结果使信道出现频率选择性。移动接收时，主信号和反射信号到达接收点的角度有可能不同，因多普勒效应，其频率发生了不同的变化，两者的差拍使接收信号的幅度随时间周期变化，其结果使信道出现时间选择性。而由于接收地点的不同和相邻台距离的不同，主信号和其他台信号之间的关系不同而使接收出现地点的选择性。DVB-T由于采用OFDM调制系统，它首先是将高码率的串行数据流变成N个低码率的并行数据流，并对N个彼此互不影响（正交）的载波分别进行调制符号码率的降低，实际上是符号周期的增大，使动态多径和多普勒频移造成的码间干扰减小，加上保护间隔的设置，减少了多径对多载波正交特性的影响，使码间干扰进一步减小，从而能很好的支持移动接收。我国现在正在研究适合自己的数字电视地面广播的标准，期望在搭建数字电视中有更大的自主权。地面数字电视传输标准作为一个基础标准，涉及的是一个无线系统，我国明确提出必须满足数字电视广播传输系统应用和产业两个方面的基本需求，并为今后实现扩展功能做好必要的准备。我国DTTB的制定原则是：1)传输信息量要大，支持包括高清电视的多媒体广播服务；2)抗干扰能力强，在一般室内环境下可接收；3)与现有模拟广播电视频道兼容，并有利于频道规划和模拟向数字过渡；4)具有灵活性：支持标准高清晰度和高清晰度兼容的电视广播，支持移动接收设备，支持便携接收设备；5)具有可扩展性：支持包括互联网的交互数据综合业务，支持广播网络化的发展需要。整体性能指标应优于或相当于相应的国外现有标准的性能。目前已提交了5套DTTB传输方案，有关部门对5套标准进行了比较和测试，4月11日测试结果已有定论：“清华方案”、“DVB-T”、“总体组方案”依次是测试和接收效果的优劣顺序。据悉国家有意考虑以清华大学提交的方案为主融合其他方案之长，形成我国的DTTB标准。清华的地面数字多媒体/电视广播传输标准（DMB-T）方案采用自主原创的时域同步正交频分复用（TDS-OFDM）技术。与国际现有的数字电视地面传输标准比较，具有多项鲜明的应用特点、较好的整体性能。其采用以下几项主要技术：（1）时域同步的正交多载波技术。（2）保护间隔的PN填充技术。（3）快速信道估计技术。（4）前向纠错编码与相位映射相结合的纠错技术。（5）与绝对时间同步的帧结构。（6）系统信息传送。2、手机电视电视是最大的媒体，是手机中缺少的最后一个内容，数字移动通信系统的高速发展提高了人们生活空间的移动性，在这个移动世界中公众也非常渴望让电视进入手机，这样无论身处何地都可以看到自己喜欢的电视节目如：喜剧、电子报纸、旅游指南、商务电视、游戏、音乐、体育、购物、新闻服务、电子学习、媒体点播和互动式选择等。从而可以为陷入利润危机的电视业带来新的收入。这不仅将取悦移动运营商，对于设备制造商和广播业者来说，它将使电视变成寿命更长、重量更轻的手持产品。数字电视地面广播与移动通信的结合将给人们带来更多新的、引人入胜的业务，它不仅扩展了电视广播内容的种类，而且支持内容的移动接收，这种结合最新的体现就是欧洲DVB-T标准的出现。对采用移动网络(手机)和地面广播(电视机)两种接收电视节目方。式进行比较，可以看出，由于手机电视的屏幕较小，因此每一路电视节目所需的码率较低，对于基于DVB-T的IP数据广播，每个视频流占用100-384KHz的带宽,于是在一个8MHz带宽的电视频道上可以传送25-80套电视节目。由于移动网络覆盖能力强大，带宽不高，价格较贵，非常适合小文件VOD使用；而地面电视广播每个电视节目需要2-5MHz的带宽，一个8MHz频道只能广播3-4套节目，地面电视广播的优点是没有带宽限制，价格便宜，但不适合VOD，网络覆盖能力也差。它主要使用范围在城市地区，而且仍然有很多盲区，特别是在楼道、地铁、电梯和高楼林立的地方。为了寻求两者结合的模式，DVB组织制定出了一个地面数字广播网络向便携/手持终端提供多媒体业务的传输标准：DVB-H。它将蜂窝电话网络和地面数字电视广播网络更好的结合，并将用于向所有用户传送视听及多媒体服务。今年2月份DVB-H标准得到了TDVBTechn