国内外地面数字电视技术分析与探讨

朱 庆

(山西广播电视无线管理中心，山西太原030001)

2011年12月经国际电信联盟批准，我国具有自主知识产权的数字电视国家标准DTMB，正式成为继美、欧、日之后的第四个数字电视国际标准，这是我国电视进军国际市场又一大喜讯。电视作为一种最为广泛的信息传播媒体正迅速走进数字化时代，特别是基于无线传输的地面数字电视，更使移动数字电视成为可能，它被认为是数字多媒体技术及应用的一场革命，它不仅将刷新电视媒介的概念，更将极大地改变我们的生活方式，因而成为近年来技术及产业发展的热点。

1 地面数字电视传输标准

数字电视是采用数字信号广播图像和声音的新型电视系统，它从节目采编、压缩、传输到接收电视节目的全过程都采用数字信号处理。如按信号传输方式可分为地面(无线)数字电视、卫星数字电视和有线数字电视三类，所以数字电视传输标准也包括三个标准:地面传输标准、卫星传输标准和有线传输标准。数字电视有线传输标准和卫星传输标准已经确定采用欧洲标准DVB-C和DVB-S，只有地面传输标准是采用拥有自主知识产权的自有国内标准，在提倡技术创新的大背景下，其意义尤为重要。按功能来分其系统由三大部分组成:信源部分、信道部分和信宿部分。其中，信源编码部分包括信源(音频/视频)编码器和复用器。信源编码对视频/音频信号进行压缩编码，在一定压缩率的前提下得到最高的解码图像质量，其信源部分的算法主要依照MPEG-2标准(或MPEG-4标准)(多声道音频编解码还可依照杜比AC-3算法实现)，视频编码器的性能对整个DTV系统的图像性能有决定性影响，而复用器可保证系统业务的灵活性和可扩展性，完成各种数字码流的组合、调整以及提供与地面无线传输网络相适配的接口。

信道传输部分的任务是在给定传输带宽并考虑传输信道所存在的各种干扰的前提下，保证最大容量数据流的正确传输，它是一个相对于信源透明的数据码流传输公共平台，与所传输的数据内容无关。数字信号的编码与调制方式决定了信道传输部分的主要性能，采用不同编码与调制方式构成了各国数字电视地面传输标准的不同。目前，国际上共有四套成熟的数字电视地面传输标准，即: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”(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)，日本1999年提出的地面综合业务数字广播(ISDB-T)，中国2010年提出的地面数字电视多媒体广播(DTMB).

1.1 美国ATSC 8-VSB系统

ATSC采用的8电平残留边带调制方式，它是有导频的单载波调制，也是对现有成熟AM调制技术的发展。它能够可靠地在6 MHz内用8-VSB调制传输19.36 Mbps的数据。8-VSB系统加入了0.3 dB的导频信号，用于辅助载波恢复，并加入了段同步信号，用于8-VSB系统同步。系统噪声门限低(理论值≈14.9 dB)，抗多径和抗干扰的能力依赖于复杂的自适应均衡器，但对回波时延变化很敏感。系统提供固定的接收，不支持移动接收。

1.2 欧洲DVB-T系统

欧洲DVB-T系统采用COFDM调制方式，把传输比特分割到数千计的低比特率副载波上(例如，2 k模式有1 705个载波;8 k模式有6 817个载波)。欧洲系统中放置了大量的导频信号，穿插于数据之中，并以高于数据3 dB的功率发送。这些导频信号完成系统同步、载波恢复、时钟调整和信道估计。导频信号数量多且散布在数据中，能够较为及时地估计信道特性的变化。为进一步降低多径效应造成的码间干扰，欧洲系统又使用了“保护间隔”技术，以抵御多径的影响。

1.3 日本ISDB-T系统

日本提出的“综合业务数字广播”即ISDB-T系统使用的编码调制方式与DVB-T基本相同，可以说是经修改的欧洲方式，不同之处在于接收方面增加了部分接收和分层传输，将整个6 MHz频带划分为13个子带，每个子带432 kHz，将中间一个用于传输音频信号，并大大加长了交织深度(最长达0.5 s)，增加交织深度将引入长达几百ms的延迟，该延迟将影响频道切换和双向业务。

1.4 中国的DTMB系统

中国的DTMB标准采用时、频域综合处理技术，支持高清、标清、固定和移动接收，抗多径干扰能力强，支持单频组网。自主原创的时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)调制技术，完全不同于DVB-T和ISDB-T的C-OFDM制式;同时在信号帧结构、前向纠错技术等方面的自主创新，使得中国的DTMB标准具有比其他三个标准更优越的性能，具备频谱效率高、覆盖范围大、移动性能好、捕获信号快、多业务扩展性好等特性，具有完整的自主知识产权且由国家持有。

2 四种国际地面数字电视传输标准比较

(1)美国的ATSC标准采用时域处理技术，具备接收信噪比门限较低、频谱利用率较高、功率峰均比较低的优势;存在的最主要问题是不能有效抗强多径和快速变化的动态多径干扰，使得固定接收要求架设离地10 m高的定向天线，且不支持移动接收和单频组网。

(2)欧洲的DVB-T标准采用频域处理技术，支持高清、标清、固定和移动接收，抗多径干扰能力强，支持单频组网，已在60多个国家部署，是国际上应用最广泛的标准。存在的最主要问题是接收信噪比门限要求较高、频谱利用率较低。

(3)日本ISDB-T标准采用频域处理技术，秉承了DVBT标准的基础技术与系统架构，因而也继承了DVB-T标准的优缺点，其后发优势在于提高了系统的抗脉冲干扰能力，形成了频谱分段传输与手机移动接收两大特点。

(4)中国的DTMB标准采用时、频域综合处理技术，支持高清、标清、固定和移动接收，抗多径干扰能力强，支持单频组网。自主原创的时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)调制技术，完全不同于DVB-T和ISDB-T的C-OFDM制式;同时在信号帧结构、前向纠错技术等方面的自主创新，使得中国的DTMB标准具有比其他三个标准更优越的性能，具备频谱效率高、覆盖范围大、移动性能好、捕获信号快、多业务扩展性好等特性，具有完整的自主知识产权且由国家持有。

3 国标DTMB技术特点和优势

3.1 频谱效率高

频谱效率在多载波技术和单载波技术进行比较时曾被认为是多载波技术的弱点，DTMB的核心技术TDS-OFDM正是针对这个问题而开发的。在欧洲DVB-T中，用于同步和信道估计的导频载波数量约占总载波数的10%左右，DTMB系统的伪随机(PN)同步序列放在OFDM保护间隔中，既作为帧同步，又作为OFDM的保护间隔，因而提高了频谱效率约有10%。

3.2 接收信噪比门限低

接收信噪比门限在多载波技术和单载波技术进行比较时曾被认为是多载波技术的弱点，DTMB是世界上第一个采用LDPC纠错编码技术的地面数字电视传输标准。它优越的纠错性能使DTMB系统的接收信噪比门限优于DVB-T系统3 dB。

3.3 抗多径干扰能力强

OFDM多载波系统和单载波系统相比，OFDM系统更具有抵抗多径干扰的能力。DTMB的OFDM保护间隔中插入的是已知的PN序列，接收端很容易准确探测。通过准确探测的接收PN序列可以获得更准确的信道估计，因而其抗多径干扰能力更优于DVB-T。

3.4 移动接收性能好

移动接收时存在多普勒效应和遮挡干扰，使传输信道具有随时间变化的特性。DTMB的信道估计仅取决于OFDM的当前符号，而 C—OFDM的信道估计需要4个连续的OFDM符号。因此，C—OFDM在移动情况下，要考虑4个OFDM符号的信道变化影响，而TDS—OFDM只需考虑1个OFDM符号的信道变化影响。DTMB系统更适于移动接收，其高速率传输模式下的移动性能居国际领先。

3.5 系统同步快

TDS—OFDM是靠PN序列进行同步的，仅在时域进行。信号捕获时间约为几个毫秒，相当于相邻PN序列的时间间隔。而C—OFDM的同步技术实现复杂，信号捕获时间需要上百毫秒。

3.6 单频组网成本省

DVB-T需要借助传输层信号帧格式进行单频网同步，其实现技术比较复杂。DTMB的物理层帧结构以整秒为单位，能够直接用于单频组网的同步，实现设备简单，建网成本低。

4 结束语

以上总结了四种国际标准的技术特点，详细介绍了我国数字电视标准在四种标准中的优点。由于我国的电视标准已成为世界标准，这对我们的电视走向世界具有很大的政治意义和巨大的经济效益。

［1］罗轶洲，王群生，冯永浩.DMB-T系统技术要点综述［J］.世界广播电视，2002(9):34 －35.

［2］张珉.DVB-T系统综述［J］.世界宽带网络，2003(12):15.

［3］潘长勇，王劲涛，胡曾千，等.数字电视地面广播的关键技术—单频网［J］.世界广播电视，2004(3):70－72.

［4］梁伟强，归琳，张震宁，等.单频网实践的探讨［J］.世界广播电视，2004(4):30－33.

［5］吕召田.数字电视发射机发展技术特点简析［J］.数字电视基础，2004(2):33－35.