數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)實(shí)踐

數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)實(shí)踐

關(guān)鍵詞：數(shù)字電視地面廣播單頻網(wǎng)MPEGDVB-T

概述

從模擬轉(zhuǎn)向數(shù)字方式是廣播電視發(fā)展的必然趨勢。數(shù)字電視(DTV)地面廣播已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室，開始產(chǎn)業(yè)化。上海文廣集團(tuán)緊跟數(shù)字化潮流，敏銳地捕捉到DTV地面廣播的發(fā)展前景，適時(shí)提出了在上海開展DTV車載移動(dòng)接收廣播。采用這一廣播方式，不僅可以充分發(fā)揮數(shù)字廣播容量大、傳輸效率高等優(yōu)點(diǎn)，而且靈活性高，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)電視節(jié)目廣播。為此，必須建立系統(tǒng)平臺(tái)，其目標(biāo)是：DTV廣播覆蓋上海市區(qū)，并實(shí)現(xiàn)DTV節(jié)目的車載移動(dòng)接收。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

在技術(shù)上，要求用一個(gè)無線電視頻道傳輸一套以上電視節(jié)目，以后還可能增加多媒體應(yīng)用；節(jié)目和應(yīng)用要覆蓋上海地區(qū)，以實(shí)現(xiàn)各種車輛的移動(dòng)接收。

數(shù)字地面電視系統(tǒng)主要由以下部分組成：

(1)前端系統(tǒng)，主要完成節(jié)目的制作、編輯、播出控制、視音頻編碼、數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換、碼流復(fù)用、單頻網(wǎng)適配等任務(wù)。

(2)傳輸網(wǎng)絡(luò)，主要任務(wù)是將數(shù)字電視碼流傳輸?shù)桨l(fā)射系統(tǒng)，并完成碼流的恢復(fù)和同步等。系統(tǒng)前端一般與發(fā)射系統(tǒng)不在同一處。在單頻網(wǎng)模式下，一般有多個(gè)發(fā)射系統(tǒng)。

(3)發(fā)射系統(tǒng)，主要任務(wù)是對輸入的碼流進(jìn)行同步調(diào)制、變頻、放大、濾波、信號合成，然后通過饋線送至天線進(jìn)行傳輸。

(4)接收系統(tǒng)，主要任務(wù)是對所收到的高頻調(diào)制信號進(jìn)行變頻、解調(diào)，得到數(shù)字電視碼流，再進(jìn)行解復(fù)用、解碼，并結(jié)合相應(yīng)的控制，完成用戶所要求的功能。

方案選擇

制式和覆蓋方式

迄今，國內(nèi)有關(guān)數(shù)字電視地面廣播制式的標(biāo)準(zhǔn)還沒有形成，而國際上能夠應(yīng)用的DTV地面廣播制式有DVB-T，ISDB-T和ATSC。其中ATSC是采用單載波方式(VSB)，抗多徑干擾和抗多譜勒效應(yīng)能力不夠強(qiáng)，難以建立單頻網(wǎng)和進(jìn)行移動(dòng)接收。ISDB-T雖然能夠滿足單頻網(wǎng)和移動(dòng)接收的應(yīng)用要求，但是該技術(shù)應(yīng)用較少，接收模塊和前端設(shè)備都比較少。最終我們選用了DVB-T制式，采用COFDM數(shù)字調(diào)制方式，并選用2k模式以滿足移動(dòng)接收的要求。在覆蓋方面，因?yàn)樯虾３菂^(qū)環(huán)境對電波傳播很不利，為了防止一些特定方向上的信號阻擋和衰減，決定采用單頻網(wǎng)。而在此之前，在國家計(jì)委的支持下，上海建立了DTV地面廣播試驗(yàn)平臺(tái)，并啟用了位于東方明珠發(fā)射塔的39頻道DTV發(fā)射機(jī)。從已有平臺(tái)的測量看，也需要建立單頻網(wǎng)進(jìn)行覆蓋。

視頻編碼方式

使用DTV地面廣播實(shí)現(xiàn)移動(dòng)接收，對視頻編碼的要求比較高。因?yàn)橛糜谝苿?dòng)接收的有效帶寬比較小，在保證良好覆蓋的情況下，采用MPEG-2壓縮方式在現(xiàn)有條件下只能傳輸一路實(shí)時(shí)節(jié)目；雖然也有一些壓縮方式可以達(dá)到較高壓縮率，能夠?qū)崿F(xiàn)在一個(gè)現(xiàn)有電視頻道中發(fā)送多路節(jié)目，但是它們還都不成熟，特別是沒有現(xiàn)成的接收機(jī)。為此，我們采取了分步實(shí)現(xiàn)的方法：在初期，采用MPEG-2實(shí)現(xiàn)一路節(jié)目的傳輸，目的是為了迅速推廣應(yīng)用；與此同時(shí)，開發(fā)基于其它壓縮方式的接收機(jī)，在條件成熟時(shí)再基于這種壓縮方式進(jìn)行DTV地面廣播，并逐步替換MPEG-2節(jié)目。目前使用的是MPEG-2視頻壓縮系統(tǒng)，其它視頻壓縮系統(tǒng)在開發(fā)中。目前碼流中已經(jīng)加入MPEG-4壓縮流，用于開路試驗(yàn)。

系統(tǒng)實(shí)施

根據(jù)系統(tǒng)的要求并考慮到現(xiàn)有技術(shù)條件，總體方案分四步實(shí)現(xiàn)：

(1)采用一個(gè)發(fā)射點(diǎn)，基于目前成熟的視頻編碼方式進(jìn)行一套節(jié)目的DTV地面廣播和移動(dòng)接收試驗(yàn)。

(2)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合理論分析進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，試驗(yàn)并完成單頻網(wǎng)的建設(shè)；同時(shí)對接收效果予以改進(jìn)。

(3)研制基于新的高效壓縮方式的前端和終端系統(tǒng)，試驗(yàn)可以進(jìn)行多套節(jié)目傳送的DTV地面廣播和移動(dòng)接收。

(4)根據(jù)要求，在某些信號接收效果較差的區(qū)域及特殊地區(qū)采用小功率發(fā)射機(jī)進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)，改善覆蓋效果。單頻網(wǎng)規(guī)劃和實(shí)施

單頻網(wǎng)規(guī)劃是一項(xiàng)非常艱巨的任務(wù)，需要對覆蓋進(jìn)行接收測量，以掌握電波傳播的特性和各點(diǎn)電波的直射、反射等多方面的情況。據(jù)說新加坡完成這項(xiàng)工作花了一年多的時(shí)間。國外雖有專門從事這方面測量和分析工作的公司，但收費(fèi)很高。

我們的基本思路是：理論和實(shí)踐相結(jié)合，充分利用文廣集團(tuán)現(xiàn)有傳輸資源，經(jīng)濟(jì)地組建單頻網(wǎng)。事實(shí)上，無論是模擬電視、還是數(shù)字電視，其電波傳播的理論是相通的，只不過在接收門限電平和對回波處理等方面的要求有所不同。通過大量的實(shí)測，我們掌握了上海東方明珠發(fā)射塔上單機(jī)工作時(shí)市區(qū)覆蓋盲區(qū)的數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增加發(fā)射點(diǎn)，從而找到了一種經(jīng)濟(jì)、快捷和可操作的方法?；緺顩r

在東方明珠發(fā)射塔，39頻道的小功率數(shù)字發(fā)射機(jī)與38頻道的模擬發(fā)射機(jī)共用一付天饋系統(tǒng)。因?yàn)?8頻道的覆蓋范圍和要求與39頻道不同，架設(shè)在塔上420m高處的UHF天線的波束傾斜角不符合39頻道的市區(qū)覆蓋要求；而要在塔上再架一付符合39頻道覆蓋要求的由于RF信號是寬帶數(shù)字功率譜，因而天線的帶寬十分重要。如果要在同一發(fā)射塔上與模擬頻道鄰頻播出，則無須再架設(shè)天線和饋線，只要添置一臺(tái)數(shù)字鄰頻雙工器就可實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號在模擬頻道的鄰頻發(fā)射。

主要設(shè)備包括：數(shù)字發(fā)射機(jī)、調(diào)制器、單頻網(wǎng)適配器、數(shù)字鄰頻雙工器、GPS同步鐘源、隙縫發(fā)射天線等。該系統(tǒng)中，各發(fā)射點(diǎn)的發(fā)射設(shè)備除東方明珠的發(fā)射機(jī)外，基本上都是采用我所自行研制的DVB-T發(fā)射機(jī)、雙工器、天線等。

接收端

DTV地面廣播移動(dòng)系統(tǒng)接收設(shè)備主要包括：移動(dòng)接收天線、移動(dòng)接收機(jī)、移動(dòng)接收控制軟件、移動(dòng)存儲(chǔ)軟件、顯示屏等。該系統(tǒng)中，接收天線采用的是我所研制的高增益全向天線，目前采用的是支持移動(dòng)接收的MPEG-2機(jī)頂盒。

下一步計(jì)劃

經(jīng)過一年多的努力，上海DTV地面廣播及其移動(dòng)接收系統(tǒng)已經(jīng)基本建成。單頻網(wǎng)建成后，總體覆蓋率達(dá)到95%左右，但仍然存在盲區(qū)、盲點(diǎn)，除個(gè)別區(qū)域可采用補(bǔ)點(diǎn)辦法解決覆蓋問題外，其余須依靠改善接收條件、應(yīng)用新技術(shù)如采用預(yù)存儲(chǔ)播放的辦法。對于過江隧道、地鐵等，可通過泄漏電纜達(dá)到更理想的覆蓋要求。

從反復(fù)收測、收看的情況來看，絕大多數(shù)收看效果不好的地方是因?yàn)榻邮請鰪?qiáng)未達(dá)到要求(一般要求≥35dBmv/m)，提高接收機(jī)的抗干擾能力和靈敏度，采用較高增益的接收天線可以解決這一問題。

在系統(tǒng)前端方面，我們正在/已經(jīng)研制許多與碼流相關(guān)的設(shè)備，包括：數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換和打包設(shè)備、數(shù)字電視字幕設(shè)備、碼流服務(wù)器、軟件復(fù)用器等。目前已經(jīng)完成了基于MPEG-4的廣播系統(tǒng)前端的研制，并使之與接收機(jī)配合進(jìn)行采用MPEG-4壓縮的視頻廣播。這為采用新的壓縮方式進(jìn)行DT