侯小芳

數(shù)字電視及其測量淺談

侯小芳

(安徽廣電信息網(wǎng)絡股份有限公司淮北分公司,安徽淮北 235000)

數(shù)字電視已走進千家萬戶。對于普通用戶來說,了解數(shù)字電視基本常識的愿望非常迫切;而對于數(shù)字電視測試方面的技術人員來說,掌握數(shù)字電視測試的主要參數(shù),正確使用測試儀器,則是必不可少的技能。因此,正確理解和把握數(shù)字電視的概念、分類、標準及各項技術參數(shù)的要求,是很有必要的。

數(shù)字電視測試;傳輸碼流;信號源

1 數(shù)字電視概念及其優(yōu)點

1.1 什么是數(shù)字電視

所謂數(shù)字電視,是在電視的全過程中,視音頻信號都是數(shù)字信號,即節(jié)目攝制、剪接、編輯、存儲、發(fā)送、傳輸、接收和顯示等環(huán)節(jié)全部采用數(shù)字處理的全新電視系統(tǒng)。也可以說數(shù)字電視是在信源、信道、信宿三個方面全面實現(xiàn)數(shù)字化和數(shù)字化處理的電視系統(tǒng)。其中電視信號的采集(攝取)、編輯加工、播出發(fā)送(發(fā)射)屬于數(shù)字電視的信源,傳輸和存儲屬于信道,接收端與顯示器件屬于信宿。

1.2 數(shù)字電視分類

數(shù)字電視按其傳輸途徑可分為三種:數(shù)字衛(wèi)星電視(DVB-S),數(shù)字有線電視(DVB-C)和數(shù)字地面廣播電視(DVB-T),數(shù)字手持電視(DVB-H)。數(shù)字電視按其傳輸視頻(活動圖像)比特率的大小可粗略劃分為三個等級:普及型數(shù)字電視(PDTV),標準清晰度數(shù)字電視(SDTV)和高清晰度數(shù)字電視(HDTV)。其中PDTV屬于SDTV的最低等級,現(xiàn)在數(shù)字電視的發(fā)展方向是以SDTV為主要發(fā)展方向,而在數(shù)字電視源端或某些領域采用HDTV。

1.3 數(shù)字電視的優(yōu)點

與模擬電視相比,數(shù)字電視有如下優(yōu)點:

①圖像傳輸質(zhì)量較高,距離遠。數(shù)字電視信號在傳輸過程中,多次中繼(或復制)后不會發(fā)生干擾和噪聲的積累,同時可采用糾錯編碼技術,提高抗干擾能力。所以數(shù)字電視在傳輸中保持信噪比基本不變,收端圖像質(zhì)量基本保持與發(fā)端一致,且傳輸距離不受限制。

②頻譜資源利用率高。頻譜資源是國家重要資源,模擬電視的頻譜資源有限。一套模擬電視節(jié)目要占用36MHz帶寬的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器,占用8MHz的地面電視廣播和有線電視頻率。而數(shù)字電視采用壓縮編碼技術,在36MHz的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中可傳送5套SDTV節(jié)目,在一個8MHz頻道內(nèi)可傳送4套以上的SDTV節(jié)目。

③提供全新的業(yè)務,實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)字電視通信中可以互不干擾地同時傳送文字、數(shù)據(jù)、語言、靜止圖像等多種數(shù)字信息。

④信息穩(wěn)定可靠,設備維護、使用簡單。

⑤節(jié)省發(fā)送功率,覆蓋范圍廣。

⑥靈活友好的人機界面,易于實現(xiàn)條件接收。

因此,技術上先進的數(shù)字電視系統(tǒng)必然會取代模擬電視。

1.4 數(shù)字電視系統(tǒng)簡介

數(shù)字電視廣播系統(tǒng)主要包括地面廣播、有線廣播和衛(wèi)星廣播系統(tǒng)。數(shù)字電視廣播系統(tǒng)主要分為以下幾個部分:

①數(shù)字演播室系統(tǒng);

②視、音頻信號的壓縮編碼部分;

③系統(tǒng)業(yè)務復用部分;

④信通編碼部分;

⑤調(diào)制傳輸部分。

數(shù)字電視廣播系統(tǒng)框圖:(如圖121)

圖121

2 數(shù)字電視標準

數(shù)字電視測試大致可分為四個層次,即應用層、協(xié)議層、傳輸層、物理層。應用層測試主要針對于SD/HD的節(jié)目制作和播出部門,測試儀器應當提供多格式、多標準的測試平臺,對數(shù)字電視音頻基帶信號進行質(zhì)量測試。協(xié)議層測試主要用于衡量設備對于標準和協(xié)議的符合性,要求此類儀器盡可能多的具有當前通用協(xié)議,進行協(xié)議測試,如MPEG-2、MPEG-4、H.264/AVC和VC-1等。傳輸層測試用于評估各種調(diào)試方式的調(diào)試性能,如星座圖、調(diào)制誤差率、誤碼率等。物理層測試包括具體的物理接口測試,如輸出功率、端口阻抗、回波損耗等。

2.1 位誤碼率(BER)

位誤碼率是發(fā)生誤碼的位數(shù)與傳輸?shù)目偽粩?shù)之比。早期的數(shù)字電視監(jiān)視接收機提供了一個位誤碼率指示,作為數(shù)字信號質(zhì)量的唯一度量。誤碼率實質(zhì)上與信號的信噪比(S/N)有關,它受到噪聲、脈沖抖動,工業(yè)干擾及突發(fā)信號(如雷擊)的影響。誤碼率可以由信噪比計算出來。

BER測量結(jié)果通常使用工程表示法,并常常顯示為一個瞬時比值和一個平均比值。典型的目標值為1E-09,準無誤碼BER為2E-04;臨界BER為1E-03;BER大于1E-03將喪失服務。

2.2 調(diào)制誤差率(MER)

調(diào)制誤差率是信號理想的矢量幅度和信號誤差矢量幅度和之比,以dB表示,其中誤差矢量幅度是指信號能受到噪聲干擾的總和,MER是表征尚未誤碼時信號的質(zhì)量,即正常工作時廣義噪聲干擾狀態(tài)。調(diào)制誤差率的測量目的是為了給接收信號提供一個單一的品質(zhì)因數(shù)。MER可以為接收機對傳輸信號進行正確解碼能力提供一個早期指示。事實上,MER將接收符合(代表調(diào)制圖案中的一個數(shù)字值)的實際位置與其理想位置比較。當信號質(zhì)量降低時,接收符號距離理想位置更遠,MER測量值將會減少。(如圖122)

圖122

2.3 星座圖

星座圖可以看成數(shù)字信號的一個“二維眼圖”陣列,同時符號在圖中所處的位置具有合理的限制或判決邊界。代表名接收符合點在圖中越接近,信號質(zhì)量就越高。由于屏幕上的圖形對應著幅度和相位,陣列的形狀可用表分析和確定系統(tǒng)或信道的許多缺陷和畸變,并幫助查找其原因。星座圖對于識別幅度失衡,正交誤差,相關干擾,相位、幅度噪音,相位誤差,調(diào)制誤差比等調(diào)制問題相當有用。

2.4 正交誤差

正交誤差使得符號在圖中的位置更靠近邊界限制,因而降低了噪聲度。當I、Q相差不精確為90°,便會出現(xiàn)正交誤差。其結(jié)果是使得星座圖不再為方形,而是看起來象一個平行四邊形或菱形一樣。

2.5 噪聲誤差

噪聲是包括QAM在內(nèi)的任何信號中最為常見和無法避免的損傷。加性高斯百噪聲(AWGN)是噪聲損傷的常規(guī)類型。由于它是白色(在頻率上為平坦功率密度函數(shù))和高斯性質(zhì)(數(shù)學上為“正態(tài)”幅度密度)的,使得接收符號分布在理想位置。

未來數(shù)字電視測量儀器將向兩個方向發(fā)展:一個方向主要針對數(shù)字電視傳輸網(wǎng)絡建設和運營維護的工程級測試。另一個方向主要針對高頻用戶,如數(shù)字電視設備研發(fā)。這就要求廣大數(shù)字電視測試設備廠商,給自己一個比較準確的定位,更快地發(fā)展。

[1] Melody Zhao.DTV廣播和視頻終端開發(fā)需要視頻技術的革新[J].北京:電子工程專輯,2006(3).

[2] 向天明.數(shù)字電視及測量[J].國外電子測量技術, 2006(9).

[3] 章文輝,王世平.數(shù)字視頻測量技術[M].北京:北京廣播學院出版社,20031

[4] 姜秀華.數(shù)字電視原理與應用[M].北京:人民郵電出版社,2003.

責任編輯:何玉付

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侯小芳(19732),女,安徽蕭縣人,安徽廣電信息網(wǎng)絡股份有限公司淮北分公司工程師。