杨若新    工  程  师
师恩东    助理工程师
刘仰阁    助理工程师

摘要：本文简要介绍了建立数字电视平台的必要性，着重从数字电视系统的组成等角度阐述数字电视平台的建设，同时对数字传输的基本概念加以介绍以供读者参考。

关键词：数字电视 数字传输 平台 组成 编码 QAM  

　　随着技术的进步和信息化程度的提高，基于传统模拟电视广播方式的不足已日益凸现：由于频率资源的限制，增加更多模拟节目的难度越来越大，而运营维护的成本则越来越高；原有基于视频节目的技术体制使得传统有线电视网络提供其他内容服务的可能几乎没有，这与广播电视作为人们获得大量信息的最直接渠道和用户最多载体的角色极不适应。而解决这些问题当前最便捷的方式就是建设数字电视（DTV，Digital Television）平台，这一新兴产业已经成为继电信引爆IT之后的又一大“热点”。

　　目前，有线电视实现数字化的条件已经基本具备。随着电视广播的全面数字化，传统的电视媒体将在技术、功能上逐步与信息、通信等领域相互融合，从而形成全新的、庞大的数字电视产业。

　　数字电视会给电视观众带来更多的选择空间，最直接而且最先感受到的就是节目内容的增加，数字电视可以使原有线电视分配网传送的频道容量从几十套增加到几百套；服务领域的扩展，使得用户不但可以收看收听丰富多彩的广播电视节目，而且可以获得大量的多媒体信息；技术体制的革命，使传输质量和系统可靠性得到了保证，用户不但可以看到DVD般清晰的电视图像，享受到极佳的音响效果，而且可以由单向传输到双向互动，获得大量数据信息；服务内容和技术体制的变革，必将对管理体系的不断完善提出更高的要求。因此，数字电视在为用户提供更多专业化、个性化服务内容的同时，也必将对广播电视的技术体系、管理体系的沿革带来深远的影响。

　　数字电视是从模拟电视发展而来的，虽继承了原有命名，但其内涵已远远超过电视本身。数字电视的真正意义在于，数字电视系统将成为一个数字信号传输平台，不仅使整个电视节目制作和传输质量得到显著改善，信道资源利用率大大提高，还可以提供其他增值业务，如数据广播、电视购物、电子商务、软件下载、视频点播等，使传统的广播电视媒体从形态、内容到服务方式发生革命性的改变，为“三网融合”提供技术上的可能性。

一、数字传输

在介绍数字电视平台以前，有必要对数字传输的相关知识说明一下：
1.数字传输的特点：
（1）抗干扰能力强、无噪声积累。由于数字信号的幅值为有限个离散值(通常取两个幅值)，在传输过程中虽然也受到噪声的干扰，但当信噪比恶化到一定程度时，即可在适当的距离采用判决再生的方法，还原成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字信号，因此可实现长距离高质量的传输。
(2)便于加密处理。信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理的比模拟通信容易得多，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算即可进行加密、解密处理。
(3)便于存储、处理和交换。数字通信的信号形式和计算机所用信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，并用计算机对数字信号进行存储、处理和交换，可使通信网的管理、维护实现自动化、智能化。
(4)设备便于集成化、微型化。数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超码越多，误码率越大。
④抖动和漂移：对于理想判决时刻的时间偏离。

5.数字信号的载波调制
在通信理论中，编码分为信源编码和信道编码两大类。信源编码的目的是提高信源的效率，去除冗余度。信道编码的目的主要有两点： (1)要求码列的频谱特性适应通道频谱，从而使传输过程中能量损失最小，提高信噪比，减小发生差错的可能性，提高传输效率。(2)增加检错能力，即便出现差错，也能得到纠正。

在传输前要对数字信号进行某种处理，减少数字信号中的低频分量和高频分量，使能量向中频集中，或者通过某种调制过程进行频谱的搬移。这两种处理都可以被看作是使信号的频谱特性与信道的频谱特性相匹配。

数字信号的载波调制是信道编码的一部分。有线电视宽带综合网是基于模拟环境下的数字信号的传输，图象数字信号不是基带传输方式而是在射频通带中传输。

为了使数字信号在带通信道中传输，必须用数字信号对载波进行调制。传输数字信号时也有三种基本调制方式：幅度键控，频移键控和相移键控，它们分别对应于用正弦波的幅度、频率和相位来传递数字基带信号。

把相继两个码元的四种组合(00，01，10，11)对应于正弦波的四个相位，就是四相PSK(即QPSK)，常用于上、下通道交互式信息的传送。其星座图如下。
把相继六个码元的64种组合对应于正弦波的多个幅度和相位，所作的处理就是正交振幅调制(QMA：Quadrature Amplitude Modulation)，其作用就是提高传输的数码率也。但是并不能无限制地通过增加电平级数来增加传输数码率。因为随着电平数的增加，电平间的间隔减小，噪声容限减小，同样噪声条件下误码增加。在时间轴上也会如此，各相位间隔减小，码间干扰增加，抖动和定时问题都会使接收效果变差。上图64QAM的星座图，64QAM和256QAM用于下行数字电信号的传送。64QAM的频带利用率可达6bit／Hz。

二、数字电视系统的组成
数字电视系统和模拟电视系统一样，也是由前端、干线传输和用户分配系统几部分组成，只不过其前端系统信号源不再单纯是广播电视节目，而是包含视频、数据（甚至可以扩展到语音）在内的多种信息，各种信息的复用、调制等环节采用了数字信号处理技术以实现新的功能。当然，用户终端的接收方式也有相应的改变。

数字电视采用了许多新技术，其中信源编码/解码、传输复用、信道编码/解码、调制/解调、中间件（软件平台）、条件接收（CA）包括大屏幕显示技术是其技术核心。由于数字电视平台前端部分与模拟平台差异较大，本节对数字电视前端系统进行简单介绍。数字电视系统前端一般可分为四个主要部分，即信号输入部分、信号处理部分、信号输出部分和系统管理部分，每一个部分都有其特定的功能，最终组成完整的数字电视前端。设备一般由数字卫星接收机、适配器、编/解码器、复用器、QAM调制器、各种管理服务器以及网管控制部分等组成。

1、信号输入部分（信号源）
数字有线电视前端输入部分，包括利用数字卫星接收机接收的数字电视节目TS流，部分较难获得数字信号源的模拟电视节目经编码压缩形成的MPEG-Ⅱ流（多为本地节目和非主流传输协议或私家协议的DS3信号等）和可以获得并利用的其他基本码流如DS3等。由于信号格式和控制方式不尽相同，应将它们转换为统一格式后送入信号处理部分。

①卫星接收
采用接收与解码为一体的带有TS输出的数字卫星接收机（IR=D），将卫星数字电视信号接收下来，直接进行QPSK解调经接收机ASI接口输出的符合MPEG-Ⅱ编码的TS流。

②来自数字式通信干线的传输流
省广播电视SDH骨干网中传输有部分包含数字电视节目的DS3数据流，可利用适配器转换为MPEG-Ⅱ编码的TS流；但由于DS3在进行SDH复用前其基本码流可能对应不同的协议甚至进行过加密处理，接收时应加以区别。

③难以获得数字信号源的模拟电视A/V信号
对于难以获得数字信号源的模拟电视节目需要对A/V信号进行MPEG-Ⅱ编码。

2、信号处理部分
信号处理部分包括：传输码流（TS）的监视、解扰、复用与业务信息处理等，是数字前端的核心。这部分主要完成的是对所有节目进行截取、复用、加扰等处理。

　　复用是数字前端系统的重要组成部分。信号源TS流（传输流）中一般复用有多个PS流（节目流），包括所需的节目与不需要的节目，例如我们通过澳门卫视数字卫星接收机输出的TS流中就包含6套节目即至少6个PS流，而我们只需要其中的两路。完成PS流在TS流中选择、过滤、提取等处理就需要复用器；复用器还有一个作用，就是将提取的所有PS流重新组成一个新的TS传输流，同时附加相关字节以便引导机顶盒的正常接收和解码。总之，复用处理用于重新组织并更新它所取得节目的服务信息（SI），检查与分析TS传输流误码率并加以纠正，同时对所有传输流进行比特率的分析与测量，从而保证既充分利用比特率，又不超过输出的最大比特率而造成码流溢出。

　　复用可分为一般复用和统计复用。一般复用即将多个TS流输入汇总成一个比特率更高的TS流输出，不改变原TS流中所含节目信息的比特率，数字电视平台复用器多采用此方法。而统计复用则可分析各输入节目的具体情况，按需分配，使有限的比特率能尽可能合理的在所有的节目间进行动态分配，以达到压缩总比特率而尽量不影响节目质量的目的。卫星数字信号传输中为提高带宽利用率多采用此方法。这样就带来一个问题：如果一个复用器提取的通过TS流中，同时有多路节目比特率较大，很有可能就会造成复用器输出码流溢出，表现在图象上为至少有一套节目会出现马赛克甚至黑屏。因此，在实际应用中应将比特率较大的节目与比特率较小的节目相互“搭配”，分别输入不同的复用器，这样可以有效避免或尽量减少码流溢出。

　　服务信息（SI）表与节目特定信息（PSI）表对机顶盒正确接收十分关键。仅与相应节目或信息所在的传输流有关的表称为“现行表”，复用器重建传输流时对“现行表”进行实时处理，而那些在同一网络中有关其它传输流信息的表，则必须由其它设备处理，同时这些设备应能与系统中所有的复用器进行通信。只有这样，所有的表才能在所有的传输流中保持一致。另外，PCR校正，PID、AID重新映射也是复用器操作中的重要环节。

　　EPG（电子节目指南）是数字电视的重要组成部分，它是在TS流中插入符合DVB标准定义的SI信息，从而使机顶盒（SetTopBox）可以从TS流中提取节目列表和节目参数。网络运营商如果能有效利用它，可能会带来巨大商机。

3、加扰机
　　加扰机主要完成对TS流的加密，使没有被授权的用户终端不能正确接收。它一般由CA系统（条件接收：Conditional Access）采用软件方式实现对TS流的加扰，并将密钥信息附加在TS流中，供机顶盒正确解扰。
通常，我们把原始的真实数据序列施加变换的过程称为加密，并把加密前的真实数据序列称为明文，加密后的数据序列称为密文，从密文变换为明文的过程称为解密，同时把变换过程中使用的参数叫做密钥。密码体系的安全性必须只依赖于密钥的保密性，而不仅依赖于加密/解密算法的保密性，以便使攻击者（黑客）在仅知道加密/解密算法的情况下还不足以破译密文。

　　CA系统为数字电视实现有偿服务提供技术支持，它与SMS（用户管理系统）相辅相成，共同完成对用户的授权和管理。

4、信号输出部分
　　加扰机输出的含有EPG、CA等信息的TS流输入64QAM调制器，转换为适合在同轴电缆或HFC中传输的射频信号，然后进入混合器，混合器总输出进入相应的单元后送入有线电视网。

5、信号接收部分
　　即用户机顶盒，其作用主要完成QAM解调和解码功能，输出视音频信号供用户接收，同时提供EPG 信息。当然，机顶盒还有许多附加功能，此处不做详解。

　　现在，济宁市数字电视平台已建成开通，传输80套数字电视节目和多套广播节目，今后还将添加数据广播和VOD业务。

　　以上是我对数字电视的粗浅介绍，仅供同行参考。文中不足之处，请批评指正。

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