数字电视及其测量浅谈

侯小芳

数字电视及其测量浅谈

侯小芳

(安徽广电信息网络股份有限公司淮北分公司,安徽淮北 235000)

数字电视已走进千家万户。对于普通用户来说,了解数字电视基本常识的愿望非常迫切;而对于数字电视测试方面的技术人员来说,掌握数字电视测试的主要参数,正确使用测试仪器,则是必不可少的技能。因此,正确理解和把握数字电视的概念、分类、标准及各项技术参数的要求,是很有必要的。

数字电视测试;传输码流;信号源

1 数字电视概念及其优点

1.1 什么是数字电视

所谓数字电视,是在电视的全过程中,视音频信号都是数字信号,即节目摄制、剪接、编辑、存储、发送、传输、接收和显示等环节全部采用数字处理的全新电视系统。也可以说数字电视是在信源、信道、信宿三个方面全面实现数字化和数字化处理的电视系统。其中电视信号的采集(摄取)、编辑加工、播出发送(发射)属于数字电视的信源,传输和存储属于信道,接收端与显示器件属于信宿。

1.2 数字电视分类

数字电视按其传输途径可分为三种:数字卫星电视(DVB-S),数字有线电视(DVB-C)和数字地面广播电视(DVB-T),数字手持电视(DVB-H)。数字电视按其传输视频(活动图像)比特率的大小可粗略划分为三个等级:普及型数字电视(PDTV),标准清晰度数字电视(SDTV)和高清晰度数字电视(HDTV)。其中PDTV属于SDTV的最低等级,现在数字电视的发展方向是以SDTV为主要发展方向,而在数字电视源端或某些领域采用HDTV。

1.3 数字电视的优点

与模拟电视相比,数字电视有如下优点:

①图像传输质量较高,距离远。数字电视信号在传输过程中,多次中继(或复制)后不会发生干扰和噪声的积累,同时可采用纠错编码技术,提高抗干扰能力。所以数字电视在传输中保持信噪比基本不变,收端图像质量基本保持与发端一致,且传输距离不受限制。

②频谱资源利用率高。频谱资源是国家重要资源,模拟电视的频谱资源有限。一套模拟电视节目要占用36MHz带宽的卫星转发器,占用8MHz的地面电视广播和有线电视频率。而数字电视采用压缩编码技术,在36MHz的卫星转发器中可传送5套SDTV节目,在一个8MHz频道内可传送4套以上的SDTV节目。

③提供全新的业务,实现高速数据传输。数字电视通信中可以互不干扰地同时传送文字、数据、语言、静止图像等多种数字信息。

④信息稳定可靠,设备维护、使用简单。

⑤节省发送功率,覆盖范围广。

⑥灵活友好的人机界面,易于实现条件接收。

因此,技术上先进的数字电视系统必然会取代模拟电视。

1.4 数字电视系统简介

数字电视广播系统主要包括地面广播、有线广播和卫星广播系统。数字电视广播系统主要分为以下几个部分:

①数字演播室系统;

②视、音频信号的压缩编码部分;

③系统业务复用部分;

④信通编码部分;

⑤调制传输部分。

数字电视广播系统框图:(如图121)

图121

2 数字电视标准

数字电视测试大致可分为四个层次,即应用层、协议层、传输层、物理层。应用层测试主要针对于SD/HD的节目制作和播出部门,测试仪器应当提供多格式、多标准的测试平台,对数字电视音频基带信号进行质量测试。协议层测试主要用于衡量设备对于标准和协议的符合性,要求此类仪器尽可能多的具有当前通用协议,进行协议测试,如MPEG-2、MPEG-4、H.264/AVC和VC-1等。传输层测试用于评估各种调试方式的调试性能,如星座图、调制误差率、误码率等。物理层测试包括具体的物理接口测试,如输出功率、端口阻抗、回波损耗等。

2.1 位误码率(BER)

位误码率是发生误码的位数与传输的总位数之比。早期的数字电视监视接收机提供了一个位误码率指示,作为数字信号质量的唯一度量。误码率实质上与信号的信噪比(S/N)有关,它受到噪声、脉冲抖动,工业干扰及突发信号(如雷击)的影响。误码率可以由信噪比计算出来。

BER测量结果通常使用工程表示法,并常常显示为一个瞬时比值和一个平均比值。典型的目标值为1E-09,准无误码BER为2E-04;临界BER为1E-03;BER大于1E-03将丧失服务。

2.2 调制误差率(MER)

调制误差率是信号理想的矢量幅度和信号误差矢量幅度和之比,以dB表示,其中误差矢量幅度是指信号能受到噪声干扰的总和,MER是表征尚未误码时信号的质量,即正常工作时广义噪声干扰状态。调制误差率的测量目的是为了给接收信号提供一个单一的品质因数。MER可以为接收机对传输信号进行正确解码能力提供一个早期指示。事实上,MER将接收符合(代表调制图案中的一个数字值)的实际位置与其理想位置比较。当信号质量降低时,接收符号距离理想位置更远,MER测量值将会减少。(如图122)

图122

2.3 星座图

星座图可以看成数字信号的一个“二维眼图”阵列,同时符号在图中所处的位置具有合理的限制或判决边界。代表名接收符合点在图中越接近,信号质量就越高。由于屏幕上的图形对应着幅度和相位,阵列的形状可用表分析和确定系统或信道的许多缺陷和畸变,并帮助查找其原因。星座图对于识别幅度失衡,正交误差,相关干扰,相位、幅度噪音,相位误差,调制误差比等调制问题相当有用。

2.4 正交误差

正交误差使得符号在图中的位置更靠近边界限制,因而降低了噪声度。当I、Q相差不精确为90°,便会出现正交误差。其结果是使得星座图不再为方形,而是看起来象一个平行四边形或菱形一样。

2.5 噪声误差

噪声是包括QAM在内的任何信号中最为常见和无法避免的损伤。加性高斯百噪声(AWGN)是噪声损伤的常规类型。由于它是白色(在频率上为平坦功率密度函数)和高斯性质(数学上为“正态”幅度密度)的,使得接收符号分布在理想位置。

未来数字电视测量仪器将向两个方向发展:一个方向主要针对数字电视传输网络建设和运营维护的工程级测试。另一个方向主要针对高频用户,如数字电视设备研发。这就要求广大数字电视测试设备厂商,给自己一个比较准确的定位,更快地发展。

[1] Melody Zhao.DTV广播和视频终端开发需要视频技术的革新[J].北京:电子工程专辑,2006(3).

[2] 向天明.数字电视及测量[J].国外电子测量技术, 2006(9).

[3] 章文辉,王世平.数字视频测量技术[M].北京:北京广播学院出版社,20031

[4] 姜秀华.数字电视原理与应用[M].北京:人民邮电出版社,2003.

责任编辑:何玉付

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侯小芳(19732),女,安徽萧县人,安徽广电信息网络股份有限公司淮北分公司工程师。