数字广播电视信号发射技术研究

【摘要】随着技术的不断进步，当前广播电视工程中数字信号得到了越来越广泛的应用。数字信号稳定性强、存储和处理简便，传输效能也更高。可以预见，未来数字信号必然会有更广阔的应用场景。加强对数字广播电视信号发射技术的研究，对于拓展数字信号应用路径十分关键。基于此，本文首先简要叙述了数字广播电视信号发射技术的应用优势，然后分析了数字广播电视信号发射技术的基本原理、技术分类和硬件设备，最后探讨了该技术未来的发展前景，希望有助于促进我国广播电视事业的长远发展。

【关键词】广播电视信号；发射技术；数字信号

中图分类号：TN92" " " " " " " " " " " " " " 文献标识码：A" " " " " " " " " " " " " " DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.22.006

广播电视媒体是大众生活中不可或缺的构成部分，随着社会的发展，大众对于广播电视节目的要求不断提高，以期获得更好的观看体验。相较于模拟信号，数字信号具有质量高、抗干扰强、传输距离远等优势，深入探究数字广播电视信号发射技术，有助于进一步提升数字信号的质量和传输效能，促进广播电视事业的长远发展。本文以数字广播电视信号发射技术为研究对象，分析了该技术的应用优势、运行原理和技术分类，并探讨了技术的未来发展趋势，以供参考。

1. 数字广播电视信号发射技术的应用优势

1.1 传输稳定性优势

相较于抗干扰能力弱、传输距离有限的模拟信号，数据信号在传输上更具稳定性，能够给观众带来更好的信号接收体验。其稳定性主要表现在三个方面：①抗干扰能力强。数字信号的抗干扰能力主要由两项技术来实现，一是信号再生技术，能够有效消除信号在发射和传输过程中出现的信号失真、信号干扰现象，让信号恢复到最初的状态；二是抗干扰技术，数字信号采用的抗干扰技术是编码解码技术，以非归零编码技术为例，该技术能够保持数字信号的电平稳定、减少直流分量的影响，避免信号变化过程中噪声的引入，有效保持了信号的质量[1]。②传输距离长。数字信号在远距离传输的过程中，不容易出现信号衰减现象，确保了长距离传输过程中的稳定性。③信号传输准确。数字信号发射技术采用了前向纠错、自动重传请求等先进技术，能够对信号错误进行自动纠错，避免信号传输出现失误现象。以前向纠错为例，该技术会在信号传输的过程中，额外发送算法生成的冗余信息，当信号出现错误时，通过冗余信息对信号进行修复。

1.2 运行可靠性优势

数字广播电视信号发射技术的可靠性主要体现在两个方面：①信息加密便捷。数字信号由于采用了与计算机相同的二进制代码，在进行信息加密时，具有多样化的加密技术可供选择，如加密算法、密钥管理等。②故障自诊断能力强。相较于传统的人工故障诊断技术，数字广播电视信号发射技术具有故障自诊断能力，能够借助诊断程序对故障类型、故障因素进行诊断，并通过循环反馈模式实现故障的自动处理。

1.3 控制自动化优势

当前数字广播电视信号发射技术中集成了多种信息化、数字化和自动化技术，能够实现全过程的自动化控制。以数字化发射机的自动化控制为例，自动化技术借助自动控制芯片取代了传统的电路控制模式，对发射机的控制系统进行了全方位的改造，不仅提升了控制能力和运行效率，还提供了多样化的功能模块，如调度控制模块、预警保护模块、自动监测模块、数据处理模块等[2]。

1.4 应用开放性优势

数字广播电视信号发射技术在满足国家相关规范的同时，具有突出的开放性优势，能够满足未来技术发展的功能拓展需求。当前现代科学技术迎来了高速发展时期，广播电视行业的技术手段也同样如此，广播电视信号发射系统造价很高，如果随着技术的发展，系统不能同步更新和优化，必然会对广播电视媒体的正常服务造成影响，带来较大的资源浪费。数字广播电视信号发射技术的开放性优势充分满足了技术更新和功能拓展的需求，能够确保广播电视信号发射系统在一定周期内的稳定运行，让投入的资金、设备等资源的效益最大化。

2. 数字广播电视信号发射技术的构成

在数字电视系统模式下，电视节目从采编拍摄环节开始，其制作、压缩、发射、传输和接收的每个环节均以数字信号为基础。数字广播电视信号发射技术的基本原理是电视台通过摄像设备和节目制播设备传输图像和声音信号，经过编转码器进行数字压缩和数字调制，转换为数字信号，然后通过卫星、地面无线、有线、微波等传输方式将信号传输至电视终端，电视终端通过解调、解码对数字信号进行还原，又转化为电视图像和声音。

2.1 数字广播电视信号发射技术

根据应用范围、编码技术特点的不同，数字广播电视信号发射技术可以分为数字视频广播（Digital Video Broadcasting，DVB） 、高级电视系统（Advanced Television Systems Committee，ATSC）、地面数字电视（Digital Terrestrial Multimedia Broadcast，DTMB）等多种类型，其中我国应用较多的是DTMB技术。

2.1.1 DVB技术

DVB技术构建了卫星与地面设备、光纤与地面设备之间的数字信息交流路径，能够实现各类广播电视节目信息的传输和接收。DVB技术在数字信号发射时需要经过编码、传输和解码三个阶段，根据一定编码标准完成编码后，信号将会以传输流的形式通过有线信道或无线信道进行传输。传输流中包含了多个数据包，通过多路复用技术实现传输，并依托纠错技术提升数据的抗干扰能力。接收端在接收到数据后，会通过解调和解码将其恢复，以便在终端设备上播放[3]。

2.1.2 ATSC技术

ATSC技术是一种数字电视标准传输技术，其编码和调制技术较为先进，广播电视信号的传输效果较高。ATSC技术的优势主要体现在以下方面：①高清晰度。ATSC技术能够高效地利用地面频谱资源，从而为观众提供更加清晰逼真的图像效果。②高传输效率。ATSC技术能够借助先进的编码技术，将高清视频信号以低比特率进行传输，对带宽的要求较低，传输效率反而有所提升。③强抗干扰能力。ATSC技术借助编码正交频分复用等技术手段，能够产生更具抗干扰能力的信号，有效提升了信号质量。④多频道传输。ATSC技术能够通过多路复用实现多频道信号在同一信道中的传输，大大提升了频谱资源的应用效率。

2.1.3 DTMB技术

DTMB技术采用的是正交频分复用技术进行编码和调制，具有传输高效、容量大、信号质量高等突出优势。①DTMB技术引用正交频分复用技术进行信号编码，能够满足不同音视频信号的传输需求，即使在复杂的传输环境下，传输效率依然很高。②DTMB技术能够为高清节目提供大容量的单信道码率，满足不同广播电视节目的传播需求。③DTMB技术采用前向纠错技术，能够有效确保数字信号的传输质量。

2.2 DVB的分类

DVB技术根据传输媒体和应用领域的差异，可以分为地面无线传输（Digital Video Broadcasting-Terrestrial，DVB-T）、卫星传输（Digital Video Broadcasting-Satellite，DVB-S）、有线传输（Digital Video Broadcasting-Cable，DVB-C）等多种类型。

2.2.1 地面无线传输DVB-T

地面无线传输DVB-T是指利用地面无线电波进行传输的系统，主要服务于地面数字电视，需要借助地面发射塔等发射设备进行信号传输。DVB-T音视频编码采用活动图像专家组（Moving Picture Experts Group，MPEG）等标准实施信号采样和压缩，并压缩调制为射频信号进行发射。

2.2.2 卫星传输DVB-S

卫星传输DVB-S是指利用同步卫星将数字编码压缩为电视信号然后进行传输的一种系统，其信号发射和接收需要借助卫星发射器和接收器。DVB-S具有信号覆盖范围广、节目容量大等突出优势，但相对而言，设备更加昂贵。DVB-S信号编码方式为卷积码和里德-所罗门码（Reed-Solomon codes，RS码）级联编码，其中RS码具有纠正随机错误和突发错误的能力，卷积码则能够进一步提升RS码的纠错能力；信号调制方式为正交相移键控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK），因此信号质量高，抗干扰能力强。

2.2.3 有线传输DVB-C

有线传输DVB-C是指利用有线电视网络等系统进行数字信号传输的技术，主要服务于有线电视网络的电视广播服务，该技术的信号发射和接收需要借助有线电视网络基础设施，是城市广播电视服务的常见形式。DVB-C采用多传输流、可变编码调制技术、编码正交频分复用（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing，COFDM）技术、硬判+软判决算法（Bose-Ray-Chaudhuri -Hocquenghem，BCH/Low Density Parity Check Code，LDPC）前向纠错技术，具有极高的频谱效率，信道容量也明显提高。

2.3 数字广播电视信号发射技术的主要硬件设备

2.3.1 编转码器

转编码器是数字广播电视信号发射技术应用的重要设备，能够实现模拟信号向数字信号的转化。为了确保信号质量满足观众需求，需要合理选择编转码器。

转编码器的选择主要有三个要点：①应用需求。不同应用需求下可以选择不同类型的设备，应当根据广播电视媒体的实际需求进行选择。②编转码方式和技术标准。不同技术所采用的编码方式、转码方式和技术标准各有不同，常见的包括MPEG-2、H.264、AVS+等，要结合技术标准进行设备选型，以确保兼容性和应用效能符合需求。③接口类型。编转码器的输入、输出接口各有不同，常见的包括串行数字接口（Serial Digital Interface，SDI）、高清多媒体接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）等类型，合理选择接口能够确保编转码器满足不同信号输入和输出的要求[4]。

2.3.2 发射机

随着社会的发展和技术的进步，当前数字广播电视信号源在生成和应用的过程中，频繁受到不同信号源的干扰，导致数字信号质量有所降低。现阶段数字信号源发射的路径主要有无线传输发射、有线接口发射等多种，要不断提升信号源质量，确保信号不被非正规信号干扰，应当持续优化信号的发射和传输形式。

发射机是数字广播电视信号进行发射和传输的介质，数字信号的质量和传输稳定性与其发射机有密切关联，广播电视媒体要持续增强发射机功率，优化传输路径和电平分配，从而提高数字信号的抗干扰能力和传输安全性。此外，还可以开发应用发射机模块智慧共享系统，通过自动化技术、智能化技术将多种不同类型的发射机进行模块化、集成化的综合控制，以满足可视化、远程化和自动化的管理需求，提升发射机控制效能。

2.3.3 发射天线

发射天线是数字广播电视信号发射技术的重要支撑。一方面，发射天线具有一定的信号转化功能，可以提升信号的功率强度，使其具备更好的传输效果；另一方面，发射天线还能够发挥信号监测功能，对信号接收效果、信号传输效能进行监测，从而为广播电视信号的优化调整提供有力的参考。

为了确保数字广播电视信号的最佳发射和传输效果，需要对发射天线进行必要的优化。①设备选型。在选择发射天线设备时，要充分考虑数字广播电视信号发射技术的实际需求以及广播电视工程的实际场景，在符合信号覆盖要求的同时，保证选型的经济性。②设计优化。在设计发射天线结构时，要充分考虑信号发射需求，合理选用发射技术，如双补偿技术等。③参数优化。发射天线的参数决定了天线的运行效果，其参数主要有增益、驻波比、阻抗匹配、天线位置、安装角度等。在进行参数优化时，要充分考虑信号质量的影响因素，进行校正和优化。

3. 数字广播电视信号发射技术的发展趋势

3.1 超高清发展趋势

超高清是广播电视系统发展的必然趋势，然而从实际情况来看，4K/8K超高清的普及度仍然不够高，这与技术水平的限制有密切关联。

数字广播电视信号发射技术在超高清发展上主要需要考虑三方面：①采样率。单位时间内对信号采样的频率就是采样率，采样率越高，越能够捕捉图像中的细节，从而让画面更加清晰逼真，但要提高采样率，需要从存储量和带宽两方面入手。②量化精度。取得采样值后，需要对其进行量化，精度越高，误差越低，意味着能够提升图像的色彩深度和灰度级别，图像的逼真度越高。③压缩算法。超高清数据量庞大，在信号传输过程中需要进行压缩，但如果压缩算法不佳，必然会对图像的清晰度产生不良影响。采用合理的压缩算法就意味着要实现图像品质与传输效率之间的平衡。

3.2 智能化发展趋势

以数字信号处理与人工智能技术的结合为例，人工智能技术的应用优势主要体现在两方面：①提升信号处理精度。人工智能技术能够从信号中分析并提取出有价值的信息，从而让信号处理精度更高。②增强信号抗干扰水平。人工智能技术提供多种智能算法技术，如卷积神经网络、滤波算法等，能够提升信号处理质量。针对不同类型的干扰信号，可以采用不同的算法技术以取得最佳处理效果。例如针对白噪声干扰，可以采用滤波算法进行处理；对于多径干扰，则可以采用多径抑制算法进行抑制[5]。

3.3 虚拟化发展趋势

当前虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）和增强现实技术（Augmented Reality，AR）已然成为广播电视媒体领域的重要技术，将数字广播电视信号发射技术与VRAR技术进行融合，有助于在数字广播电视信号发射技术的帮助下，真正实现虚拟世界与现实世界的结合，给观众带来全新的观看体验。数字信号不仅稳定性强，在存储、处理等环节同样具有高稳定性、高精度的优势。VRAR图像要达到良好的虚实结合效果，就需要依托图像和音频的高品质，营造身临其境的独特效果。数字信号能够传输分辨率和位深度高的音频和视频，与5G技术融合则能够带来更高的带宽和更低的延时，从而满足VRAR图像的传输需求。

4. 结束语

当前数字信号正在逐渐取代模拟信号，对于广播电视媒体以及相关从业者而言，加强对数字广播电视信号发射技术的探究，不断拓展该技术的应用场景和功能优势，对于促进我国广播电视事业的发展有重要意义。相关从业者要深入研究数字广播电视信号发射技术，积极推动该技术与信息技术、自动化技术和智能技术的融合，从而更好地满足广播电视工程的发展需要，为大众提供高质量的广电服务。

参考文献：

[1]任国玺.数字时代广播电视无线发射技术问题分析[J].电视技术，2022，46（02）：129-132.

[2]徐铁峰.数字微波技术在广播电视信号传输中的应用[J].科技创新与应用，2023，13（14）：177-180.

[3]范晓东.数字广播电视信号覆盖技术的分析及优化方法[J].电声技术，2024，48（06）：71-73.

[4]吴鑫彦.数字广播电视发射覆盖技术研究[J].西部广播电视，2021，42（09）：231-233.

[5]康峻森.探讨数字广播电视信号覆盖技术[J].电子测试，2021（08）：129-130.