高清数字电视的数据传输技术探讨

摘要：该文对卫星传输、有线电视网络传输、地面/移动无线传输、IP网络系统传输等常见的高清数字电视信号传输方式进行了介绍，围绕面向4K超高清节目的有线网络电视网络传输技术要求、地面高清数字电视数据传输的三大标准、高清数字电视的IP化建设方案等方面，探讨相应的技术要点，希望能为相关从业人员提供参考。

关键词：高清数字电视；数据传输技术；有线电视网络传输；地面无线传输

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.07.030

中图分类号：TN 949.197 文献标志码：A 文章编码：1672-7274（2024）07-00-03

Exploration of Data Transmission Technology for High Definition Digital Television

PENG Qingfeng

（Guiyang Radio and Television Station， Guiyang 550002， China）

Abstract： This article introduces common high-definition digital TV signal transmission methods such as satellite transmission， cable TV network transmission， ground/mobile wireless transmission， IP network system transmission， etc. It explores the corresponding technical points around the technical requirements for cable network TV network transmission for 4K ultra high definition programs， the three standards for ground high-definition digital TV data transmission， and the IP construction plan for high-definition digital TV， hoping to provide reference for relevant practitioners.

Keywords： high-definition digital television; data transmission technology; cable TV network transmission; ground wireless transmission

0 引言

随着时代的不断进步，电视行业受到了巨大冲击。电视行业要想在数字化、信息化时代增强竞争力以及实现可持续发展，必然要在各个维度进行创新，其中数据传输技术层面的进步至关重要。电视数据传输技术的发展是支持高清乃至超高清数字电视发展的基础，同时也是拓展电视业务与功能的关键，这是业界关注的重点议题。

1 高清数字电视的信号传输方式

高清数字电视有三种显示格式，即720P、1080i和1080P。分辨率、比特率等因素，是影响高清数字电视收视质量的关键技术参数[1]。要确保高清数字电视的分辨率、比特率等技术参数符合相应的规范要求，需确保相应的信号传输能满足相关要求。目前高清数字电视的信号传输方式主要有以下四种：

1.1 卫星传输

卫星传输需要将电视节目信息从卫星地面发射站，通过微波发送到同步卫星上，再由同步卫星将微波转发回地面，用户电视机则能通过对星无遮挡的小型卫星接收天线以及卫星制式机顶盒接收微波信号。高清数字电视信号的卫星传输系统主要由发射天线、卫星以及接收天线组成。高清电视节目信息通过高清数字电视编码器经过AST接口后由8PSK调制器进行处理，然后再经由上变频器将信号频率调高，通过高功放设备传输到发射天线。之后发射天线会发射微波信号，卫星接收信号后再将微波信号传回地面，由接收天线接收信号后再通过低噪声下变频器将信号频率转低，然后依次通过8PSK解调器以及高清数字电视解码器对信号进行处理，得到卫星机顶盒能识别的数据信号，最终电视基于接受到的信号数据呈现相应的节目画面。高清数字电视的卫星传输方式在C波段36 MHz带宽的转发器支持下，往往只能安排一套高清节目。如果高清电视节目压缩编码后总码率为45 Mbps，那么经QPSK调制后占用带宽为31.007 MHz，已经十分接近C波段36 MHz转发器的频率上限，无法通过该接收器实现2套及以上高清电视节目的数据传输。

1.2 有线电视网络传输

有线电视网络传输系统通常包含了前端信号源子系统、复用和加扰子系统、条件接收子系统、用户管理子系统、接入网络子系统、用户终端以及网关子系统等。电视节目信号经过复用加扰子系统处理对码流以及节目内容处理后，一方面会受到用户管理子系统以及条件接收子系统的影响，另一方面则能通过传输子系统进行数据传输，最终被用户终端接收，用户即可收看相应的高清节目。至于网管子系统则能通过前端网管以及HFC网管实现对有线电视网络的综合管理，以此保障整个有线网络的安全、稳定与可靠。有线电视4K超高清节目平台也得以快速发展，通过核心交换机、DCM复用加扰器、IPQAM以及混合器处理后的信号通过光发射机进入有线电视网络，用户则可通过4K解码器或机顶盒获取信号并进行解码，收看4K超高清节目[2]。

1.3 地面/移动无线传输

地面/移动无线传输是通过电视塔、发射站以及接收装置实现。地面数字电视作为依靠地面传播方式传输数字电视信号的电视系统，电视信号会通过电视塔向空中传播，再通过天线和接收设备传输给用户，从而让用户收看相应的电视节目。地面/移动无线传输的优势在于信号覆盖范围广，用户接收信号便捷，不过其信号传输质量稳定性较差。信号可通过电缆传送、光线传送、微波传送、ADSL传送等方式进入发射站，再由发射站发射信号。用户则可通过固定接收、移动接收以及便捷接收等不同方式接收信号，从而获得便捷的高清数字电视收看体验。

1.4 IP网络系统传输

高清数字电视通过IP网络系统传输信号，用户可在电视机、电脑、手机等终端观看通过IP网络获得信号并解码播放的电视节目。IP网络传输相较于传统广播电视节目传输技术而言不但能实现高清传输，还能实现广播电视节目的点播功能，从而为观众提供更为灵活、自由、个性化的观看体验[3]。有线数字电视系统的IP化改造进程逐步推进，其能形成更简单的结构，同时干线传输中能通过大颗粒传输类型传输业务节约板卡，接收调制中的IPQAM成本也更低，再加上IP化后电视节目都将汇聚到核心交换机可实现更为方便快捷的调度，扩容更加方便，可谓是在多个方面具有明显优势。

2 高清数字电视的数据传输技术要点

2.1 面向4K超高清节目的有线电视网络传输

技术要求

随着观众对电视节目画面要求的逐步提升，4K超高清节目的制作与播放逐渐成为主流发展趋势。对目前应用范围最广的有线电视网络传输而言，自然需要在4K超高清节目发展的背景下进一步提升传输技术水平，确保观众能充分享受4K超高清节目带来的视听享受。

（1）做好评估测试工作。4K超高清节目的制作与播出尚处于探索阶段，相关技术并不完全成熟，需要做好相应的评估测试工作，根据评估测试结果进行改进优化。搭建4K超高清节目传输系统用户带宽测试平台，将4K超高清节目信号源通过DCM复用加扰器、IPQAM处理后，依靠混合器将其与多路信号源进行混合，然后通过衰减器进行衰减处理，之后再将信号分源传输到4K机顶盒/解码器与数字电视接收机中。在此过程中，可对4K超高清节目直播业务数字频道输出电平、调制误差率、误码率门限等进行测试。实际测试过程中需对调制方式、符号率进行合理设置，并要根据实际情况调整衰减器衰减值，在确保4K超高清电视节目正常播放的情况下对数字频道输出电平、调制误差率以及误码率进行记录与评估，从而评估得到4K超高清电视节目正常播放所需的数字频道性能指标。针对基于IP方式的4K超高清节目传输系统进行测试，需对用户带宽以及系统端对端网络时延进行测试。将4K超高清节目平台的数据信号通过核心交换机、路由器、OLT处理后通过有线电视ODN网络进行传输，然后通过ONU、4K机顶盒/解码器对信号进行接收并完成数据处理，再由4K电视机通过屏幕呈现节目画面与音频。在此过程中，通过数据网络分析仪对核心交换机以及ONU进行分析。在数据网络分析仪发送不同背景流量的情况下，测试用户电视端4K节目播放情况，从而判断用户带宽能否满足4K超高清节目的数据传输需求。另外还需对系统端到端的网络时延、抖动以及丢包率进行测试，将网络损伤仪设置在ONU与4K机顶盒/解码器之间，通过网络损伤仪增加网络时延、抖动与丢包率并观察用户电视端4K节目播放情况，从而分析评价网络时延、抖动、丢包率等对4K节目播放的影响[4]。

（2）有线电视网络传输技术要求。为了保障4K超高清电视节目的流畅、稳定播放，有线电视网络输出口必须满足一定的技术要求。4K超高清电视节目的播放，数字频道输出电平应设置为55-75 dBfalseV，建议一般不超过70 dBfalseV；电视频道间电频差也需得到有效控制，任意数字频道间的电平差不得超过10 dB，而且相邻数字频道间的电平差不得超过3 dB；数字频道和模拟频道之间的电平差则应控制在-10～0 dB范围内；在关均衡的情况下，64QAM的MER应当不小于

26 dB，256QAM的MER应当不小于30 dB；在开均衡的情况下，64QAM的MER应当不小于31 dB，256QAM的MER应当不小于33 dB；在RS解码前，24 h误码率应当不超过0.01%；在RS解码后，24 h误码率应当不超过0.00001%；载波复合三次差拍比应当不小于54 dB；载波复合二次差拍比应当不超过54 dB。而对基于IP的有线电视网络传输而言，4K超高清电视节目的传输需确保用户带宽不小于50 Mbps；系统端到端网络时延不超过5 000 ms；系统端到端网络时延抖动不超过600 ms；系统端到端网络丢包率不超过0.1%[5]。

2.2 地面高清数字电视数据传输的三大标准

（1）ATSC标准。该标准作为在美国广泛应用的高清数字电视数据传输标准，具有频谱效率高、功率峰均比低的优势。基于ATSC标准的高清数字电视包含图像层、图像压缩层、系统复用层以及传输层等，通过相互关联的标准完成信号数据的标准化传输。其中图像层作为电视图像的呈现部分，其图像阵列、幅型比以及帧频均有明确标准，从而以特定、标准的形式呈现图像；图像压缩层作为对图像信号数据进行压缩以便传输的部分，其主要是基于MPEG-2压缩标准进行压缩；系统复用层作为对压缩数据进行整合处理的部分，其自然需要采取和图像压缩标准一样的MPEG-2标准；至于传输层作为支持数据传输的部分，其需对具体的数据调制标准以及信道编码标准加以确定。地面广播系统中的ATSC标准的运行是基于8-VSB传输模式进行的，能在6 MHz有线电视信号中达到近39 Mbps的传输速率，可满足高清数字电视的传输需求[6]。目前，基于ATSC标准的地面有线数字电视传输具有18种图像标准，其中6种为高清数字电视图像标准。

（2）DVB标准。DVB标准作为支持室内接受、移动接收等多样化需求的地面数字电视数据传输标准，其主要由传输系统基带附加信息系统、交互业务系统、条件接受及接口系统等组成。不同传输媒体对应的传输系统有所差别。首先是DVB-S数字卫星广播系统标准，其通过卫星进行数据传输，相应的高清数字电视节目具有覆盖面广、节目容量大等优势，其转发器传送速率可高达68 Mbps，是目前被广泛应用的高清数字电视传输系统。其次是DVB-C数字有线电视广播系统标准，其支持16、32、64QAM三种调制方式，单通道的传输码率能达到尽42 Mbps，并且需要电缆机顶盒的支持。然后是DVB-T数字地面广播系统标准，其理论传输容量和有线电视系统相当，通过编码正交频分复用调制方式进行数据处理和传输，是当下传输质量最高但成本也最高的数字电视DVB传输标准。DVB基带附加信息系统则是在视频、音频信号传输之外对IRD调谐、节目指南、图文、字母、图标等数据信息进行传输的系统，主要有DVB-SI、DVB-TET、DVB-SUB等传送不同信息数据的系统。DVB交互业务系统则是地面有线数字电视中提供交互业务服务的系统，主要有DVB-NIP、DVB-RCC、DVB-RCT等标准。至于DVB条件接受及接口系统，则是为地面数字电视数据传输提供解扰支持的部分，能通过加扰与解扰的方式保障数据传输的安全与质量，同时也能确保高清数字电视的付费管理正常进行。

（3）ISDB标准。ISDB标准目前在日本被广泛应用，其能实现在一个传输信信道上发送不同信号，并且能实现不同传输信道发送复用信号，具有柔韧性、拓展性以及共通性良好的优势。

2.3 高清数字电视IP化建设方案

积极推进高清数字电视IP化建设，是信息化时代电视业发展的重点，能在降低电视节目运行成本的同时提高电视制作效率、保障电视传输质量，另外还能支持电视业务的拓展以及电视功能与服务的丰富。目前高清数字电视IP化建设多只需对系统最终输出的ASI流进行IP化，这样可能有效降低建设成本，同时能起到良好的IP化改造效果。根据实际情况合理选择前端设备，做好前端规划，科学制定包括业务保护机制、发送和接收的业务板配置优化等在内的干线网传输方案，能有效支持高清数字电视的IP化建设。

3 结束语

综上可知，高清乃至超高清数字电视是当下整个电视行业发展的重点，其中电视数据传输技术更是重中之重。根据当下电视业的实际发展情况，合理制定高清数字电视数据传输技术的更新与优化方案，投入足够资金支持，加强技术人才队伍建设，不断加大对新技术的研发与推广应用，根据电视业发展需求灵活调整技术发展重心，能从技术维度促进电视画面传输质量的提升，进而为电视行业逐步迈向大屏时代奠定良好支持。

参考文献

[1] 曹震．高清数字电视的数据传输技术及发展趋势分析[J]．科技创新与应用，2022，12（2）：142-144．

[2] 刘泉．高清数字电视数据传输技术分析[J]．数字通信世界，2020（4）：82．

[3] 刘瑶．对超高清数字电视传输技术及发展趋势的探讨[J]．卫星电视与宽带多媒体，2020（2）：12-13．

[4] 古力曼·居玛哈里．高清数字电视数据传输技术分析[J]．西部广播电视，2019（21）：242-243．

[5] 张璐.高清数字电视的数据传输技术探讨[J].卫星电视与宽带多媒体， 2023（6）：1-3.

[6] 黄云川，张超，潘长勇，等.基于DTMB-A的8K超高清数字电视传输系统[J].中国传媒大学学报：自然科学版， 2022，29（1）：7.