关于数字电视地面传输标准中国与欧美差异的研究.pdf

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1、 关于数字电视地面传输标准中国与欧美差异的研究 【摘 要】数字电视（DTV，Digital TeleVision）是指从电视节目采集、录制、播出到发射、接收全部采用数字编码技术的新一代电视，是在数字技术基础上把电视节目转换成为数字信息（0、1），以码流形式进行传播的电视形态，综合了数字压缩、多路复用、纠错掩码、调制解调等多种先进技术。地面数字电视是数字电视技术的一种，即通过接受电视塔发出的地面数字电视信号，收看电视节目。对于电视机方面，需要具备地面数字电视信号接收能力，如果是老式模拟电视，也可以通过专用的机顶盒接受，然后转换成模拟信号连接到电视机上。不同的地区也呈现出关于地面数字电视不同的传输

2、和接收标准。【关键字】地面数字电视 传输与接受标准 DTMB 与欧美差异 【正 文】一、地面数字电视的优点：1、高信息容量：为HDTV 节目提供大于24Mb/s 的单信道码率。2、高度灵活的操作模式：通过选择不同的调制方式和地址信息，系统能够支持固定、便携、步行或高速移动接收。3、高度灵活的频率规划和覆盖区域：使用单频网和同频道覆盖扩展器/缝隙填充器的概念，通过选择不同保护间隔的工作模式可构建16公里和36公里覆盖范围的单频网。4、支持不同的应用：HDTV、SDTV、数据广播、互联网、消息传送等。5、支持多个传送/网路协议，例如 MPEG2 和 IP 协议集。易于与其他的广播和通信系统连接。6

3、、在OFDM 调制系统（TDS-OFDM）中实现了先进的信道编码和时域信道估计/同步方案，降低了系统 C/N 门限，以便降低发射功率，从而减少对现有模拟电视节目的干扰。7、支持便携终端低功耗模式。8、支持多种工作模式，传输速率可选范围5.414 32.486 Mbps；调制方式 可选QPSK、16QAM、64QAM；保护间隔可选55.6ms、125ms；内码码率可选0.4、0.6、0.8。二、中国数字电视店面传输与接收标准：地面数字电视传输标准是数字电视传输系统的标准。针对这个标准，广电总局有这样的要求：支持单向广播基本模式，将非对称双向传输作为扩展模式；支持固定（含室内、外）接收和移动（含便

4、携手持）接收；它传输的业务是高清、标清、数字声、多媒体信息、数据广播及各种混合业务。广电总局的规划是2008年开始全面推广地面数字电视，2015年关闭模拟电视。将在有涉奥项目的六个城市和四个省首先来进行试点播出。根据这样的要求，我国制定了一个被命名为数字电视地面多媒体广播(DTMB)的标准，这也成为我国广播领域里唯一的强制性的标准。DTMB 全称：Terrestrial Digital Multimedia-Television Broadcasting.该系统的核心就是采用了时域同步正交频分复用（Time Domain Synchronous Orthogonal Frequency-Div

5、ision-Multiplex，TDS-OFDM）调制技术，每个频道有效净荷的信息传输码率在8MHz 的带宽下可高达33Mb/s.DTMB 传输系统的设计指导思想是将数据检测与信道估计分别对待，以获得最佳接收效果。对于数据检测，DTMB 传输系统采用频谱效率高、抗多径干扰能力强、适用于宽带信号传输的OFDM 调制方式。对于信道估计，DTMB 传输系统在时域采用已知的周期伪随机（PN）序列作为参考信号。与现有的数字电视传输标准相比，DTMB 采用了一种时域信号处理与频域信号处理相结合的创新技术，可以同时发挥数字信号处理在时域和频域的优势。DTMB 的多层分组乘积码可以采用最新的Turbo 算法解

6、码，以获得接近信道容量的传输性能。针对不同的应用，DTMB 传输系统的前向纠错编码分为两种模式：电视模式和多媒体模式。从原理上讲，这个标准支持330 种可组合的模式。现在关心的问题不是模式多，而是单载波和多载波都有的问题。所谓单载波和多载波，在表现成数字处理作快速识别变换的时候，只有一个差别，快速识别变换的次数是1 就是单载波，次数是3780 就是多载波。除了这一点不同以外，其他所有的结构都是单载波、多载波放在一起的。从这个意义上讲，DTMB 不是单载波与多载波的拼接、组合，而是一个融合。DTMB 集中了传输领域里最新的技术：（1）时域同步的正交多载波技术。地面宽带无线传输的最大困难在于多径引

7、起的频率选择性衰落，OFDM 技术则在对抗频率选择性衰落方面具有独特的优势。然而，子载波间的正交性对同步提出严格的要求。欧洲采用全频域处理方式形成其核心技术编码的OFDM（COFDM）技术，由于其系统同步和信道估计互为条件，需用复杂的迭代算法和强功率同步导频等技术措施。而TDS-OFDM 通过时域和频域混合处理，简单方便地实现了快速码字捕获和稳健的同步跟踪，形成了与欧、日多载波技术不同的自主核心技术。（2）保护间隔的PN 填充技术。为了在多径时延扩散信道中避免码间串扰，DVB 采用了循环前缀填充的OFDM 保护间隔，使其传输的效率有所损失。DTMB 发明了基于PN 序列扩频技术的高保护同步传输

8、技术，并用其填充OFDM 保护间隔，使系统的频谱利用效率提高10%，并有20dB 以上同步保护增益。采用了PN 序列填充的时域同步正交频分复用调制（TDS-OFDM），一个信号帧由帧同步和帧体组成，基带符号相同。帧同步：PN 序列，BPSK 调制。便于可靠同步和信道估计，并可扩展用于基站识别、终端定位，同时用作OFDM 符号的保护间隔；帧体：OFDM3780个子载波，2kHz频率间隔。满足奈奎斯特抽样。（3）快速信道估计技术。针对现有地面数字电视传输标准的信道估计迭代过程较长（一次有效参数估计约需1.024ms）的不足，DTMB 发明了新的TDS-OFDM信道估计技术，通过正交相关和付立叶变换

9、实现快速信道估计（一次有效参数估计约需0.6ms），提高了系统移动接收性能。（4）前向纠错编码与相位映射相结合的纠错技术。针对采用多载波COFDM技术的信噪比门限相对VSB 单载波技术较差的现实，DTMB 发明了一种新的系统级联纠错内码和最小欧氏距离最大化映射技术，使采用多载波技术的系统信噪比门限获得10%以上的改善。（5）与绝对时间同步的帧结构。DTMB 传输协议设计了与绝对时间同步的复帧结构，方便自动唤醒功能设置，达到省电目的，支持便携接收；与绝对时间同步机制有利于单频网同步发送信号的功能控制，使DTMB 单频网同步设备比国际现有标准的同类设备更容易实现。（6）系统信息传送。DTMB 传输

10、协议为每一个长度500 S 信息数据的信号帧设定了独特地址的帧头，方便数据信息的识别和分离，具有融合多业务广播的 技术基础，故称“多媒体/电视广播”。该帧识别功能还将为“双向互动”系统提供同步体系。地面数字电视接收终端测量方法和通用规范标准，作为我国地面数字电视标准体系的重要内容，将进一步完善我国地面数字电视标准体系，推动地面数字电视产业健康快速发展，加速模拟电视向数字电视的转换。特别是标准中融合了具有我国自主知识产权的视频AVS、音频DRA 等信源编解码国家标准，是我国地面数字电视产业自主创新能力提升的重要标志。地面数字电视接收终端标准在制定过程中充分考虑了整个产业的技术现状和提升潜力，能更

11、好的规范国内地面数字电视相关产品，也为进一步促进地面数字电视产品的质量提高提供了标准依据。标准的正式发布标志着我国地面数字电视产业将进入新的阶段。针对我国2007年正式颁布的具有民族自主知识产权的中国地面数字电视传输标准DMB-TH而设计开发的、基于超大规模单芯片系统（SoC）的地面高清数字电视接收机（HDTV）产品方案。本产品相关的核心技术已申报自主知识产权。产品已得到了国内运营商的入网测试认可，并在多个省市成功试用。主要技术特点:1、支持标清和高清数字电视节目接收 3、数字电视节目自动搜索；2、数据广播接收功能（系统可选）；3、有条件接收功能（系统可选）；4、图文电视接收功能；5、可预置3

12、000个以上节目；6、画中画节目预浏览；7、电子节目指南（EPG）；8、多事件定时功能；9、多声道伴音选择功能；10、全功能红外遥控与面板操作。主要技术指标：接收RF 信号频率范围：110 860MHz；输入信号格式：DMB-TH 标准 输入灵敏度：-75dBm 输入符 号 率：0.45 9.0MBauds/S 输入码流格式：MPEG2 MPHL/ML 接收信号信道带宽选择：8M；调制方式选择：QPSK、16QAM、64QAM 可存储节目数：3000个；分量端子输出：支持1080i/720p/480p VGA 输出：支持1080i/720p/480p HDMI 输出：支持1080i/720p/

13、480p 适用领域：国内各地的地面高清数字电视广播节目的接收。三、欧美现行地面传输标准：1、美国标准 ATSC标准数据结构由四层组成，各层相互分离，层与层之间有清晰界面。最高层是图像层，用来确定图像形式，主要包括像素数、幅型比与帧频；第二层是图像压缩层，其中视频编码采用MPEG-2压缩编码标准，音频编码采用杜比AC-3标准；第三层是系统复用层，用来实现各种码流的组合与调整，它也采用MPEG-2压缩编码标准；最底层是传输层，用来确定数据传输的信道编码及调制方案。ATSC系统具有以下特点：（1）信源编码与压缩：视频编码采用MPEG-2标准、音频编码采用Dolby AC-3标准；（2）业务复用与传输

14、：将视频码流包、音频码流包、辅助码流包复用为一个单码流，数字电视系统用MPEG-2传输码流语法打包和复用形式复合广播系统，此外还考虑与ATM网络具有互操作性；（3）视频与发送：数字调制采用8VSB或 16VSB残留边带调制方式，信道编码采用RS编码，为提高抗干扰能力还采用网格编码调制（TCM）、数据随机化、数据交织等措施。2、欧洲DVB-T标准 欧洲DVB-T基于8MHz带宽，采用COFDM调制方式，它把传输比特分割到数以千计的低比特率副载波上，属于多载波调制技术，可使用1705或 6817个载波，其中 2K模式用于普通网，支持移动接收，8K模式用于单频网。DVB-T为 8MHz频道而开发，但

15、也能用于任何频道带宽，其中8MHz信道内传输的有效净比特率在4.98-31.67Mb/s范围内，具体码率取决于信道编码参数、调制类型及保护间隔选择。DVB-T 系统中放置了大量导频信号，它们穿插于数据之中，并以高于数据3dB的功率进行发送，主要完成系统同步、载波恢复、时钟调整和信道估计功能。由于导频信号数量多而且散布在数据中，因而能够及时估计信道特性变化。为进一步降低多径造成的码间干扰，DVB-T系统中又使用了保护间隔技术，以抵御多径影响，大量导频信号的插入以及保护间隔，这个技术是欧洲DVB-T标准的技术核心。欧洲的DVB-T标准协议支持室内固定接收，同时也支持单频网。欧洲DVB组织在考虑便携

16、接收的需求时，又增加了4K-OFDM模式以支持移动接收的DVB-M标准，和增加支持互动服务（与电信网接口）的DVB-X标准；最近大力提倡和试验的增加支持手持终端（具有省电功能）的DVB-H标准。四、欧美标准与我国标准的比较：从功能上总体来看，我国的DTMB 系统实际上已经包括了欧洲的DVB-T 和DVB-H，用一个简单的式子表示就是：DTMB DVB-T DVB-M DVB-X DVB-H 其中：DTMB 表示中国的地面数字电视传输标准；DVB-T 表示欧洲的地面数字电视传输标准；DVB-M 表示具有4K 的 OFDM 模式，可以支持移动接收的DVB-M 标准；DVB-X 表示支持互动服务（与

17、电信网接口）的DVB-X 标准；DVB-H 表示具有支持手持终端（具有省电功能）的DVB-H 标准。地面数字电视技术解决的问题很多：1、宽带问题。第三代移动通信是5兆的模拟带宽，传输2兆固定速率，384K的移动速率。而数字电视的宽带是8兆的模拟带宽，传输32兆的固定速率，传输24兆可移动的速率。从这个意义上讲，数字电视几乎是第三代移动通信的10倍的频谱利用率，这很难做到。因此，采用单载波技术是目前国际上的主流技术。2、高速移动问题。与移动通信一样，数字电视地面传输应该将地面所有的 移动工具能够达到的速率都包括在内。我们设计的速率从原来的130兆突破到现在 300兆的每秒速度。对于宽带信息，移动

18、速度高是非常难的，它需要快速的信道估计。3、覆盖范围大的问题。它带来的麻烦就是长延时多径干扰严重，单域处理难。4、数字电视地面传输既要照顾大屏幕的接收，又要照顾手机电视，因此功耗的限制更加严格。目前，在解决这四个难题方面，欧洲的方案是采用多天线的办法来解决高清电视的移动问题，提高移动速率。用“DVB-H”来解决手持电视的问题。美国的电视标准是在原有帧结构基础上，频繁增设训练序列支持高清移动。而DTMB 有比较明显的优势。这个优势主要来自一项关键技术的改进：中国在制定标准时对DVB-T 的 C-OFDM 技术作了改进。C-OFDM 技术用固定导频来解决同步问题，用离散导频解决信道估计问题。这种安

19、排，得到两个方面的核心保护，一个是保护间隔填充帧体，一个是在帧体数据块中插入连续和离散导频。这样的技术是比较优化的，但也是有缺陷。它的缺陷在于循环前缀降低频谱效率，同步与数据关联、处理速度慢，同步和时变信道估计欠稳健。在制定国标时，我们把同步从数据里统统清除掉，把同步用PN 序列放到了保护间隔里，取代了循环前缀另外一个保护点。这个发明被称为TDS-OFDM。采用这项技术，刷新时间比C-OFDM 快 1倍，信号截获时间快了20倍。TDS-OFDM 的帧结构，是我国首先采用的。其独特的复帧结构，与绝对时间(日时分秒)同步，每500微秒数据都有地址信息，具有多媒体广播特点和省电功能。它的时-频结合处

20、理的信道估计和均衡使信号捕获时间比频域C-OFDM 和时域VSB 快 4倍以上。DTMB 与外国现有同类标准具有相同接口，而所有的不同技术都可以集中在两个芯片里面，所以它的产业化主要是这两个芯片，而其他的元器件和国际上是统一的。在系统性能方面，国标系统性能更稳健，信息容量更大，移动性能更好，广播覆盖性能更好，多业务广播更方便，单频网设备更简单、更可靠。五、总结：DTMB 的知识产权 国标有完整的自主知识产权。目前为止，还没有发现需要向国外专利缴费的问题。2005年 3月，清华、上海交大、广科院等11个单位承诺：在中国数字电视地面传输标准对应的发射机和接收机所使用到的技术中，源自各方的专利和技术

21、不论多少均贡献给国家，组成本标准的专利池。2006年 6月，国家数字电视领导小组建议自标准颁布之日起两年内不收专利费，两年后由数字电视国家工程研究中心执行“专利池”一站式服务。DTMB 的产业化基础 在清华大学提出的地面数字电视传输标准的基础上，做出相应的改进，就成了国标。在国标的基础上，再进行部分改进，就将会变成清华大学提出的手机电视的标准。因此，将来的手机电视的标准，只要在地面数字电视标准基础上增加一个新的层次或者控制，就可以了。产业化方面，国标芯片2001年已经开始研制。目前，国内外几十个厂家在地面电视的专用芯片、收发系统、组网设备、测试仪表等方面都有参与，产业链是很完整的。国标公布的同时，凌讯科技就率先推出DTMB 接收专用芯片，今年年内还有3家厂商可能推出接收芯片。生产DTMB 发射机的企业，国内外各两家。生产 DTMB电视机和机顶盒的企业，国内外共有30多家。一些企业也已经介入到DTMB专用测试设备生产中来。地面数字电视国标颁布实施后，我国数字电视产业链中众多企业迅速跟进，推出了相关产品。发射机、彩电整机、融合芯片和测试设备仪器等产品的产业化和地面数字电视产品测试平台建设都取得了新进展。