高清数字电视数据传输网络和传输标准研究

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[提要] 高清数字电视已经进入了我们的生活，同模拟电视相比它有很大的变化。本文主要从高清数字电视数据的传输网络和数据传输标准阐述高清数字电视数据的传输。

关键词：高清数字电视；数据传输

中图分类号：TN949 文献标识码：A

收录日期：2014年3月4日

自1995年中央电视台采用数字压缩技术传输卫星数字电视节目以来，高清数字电视在中国已经历了13个春秋。数字电视从无到有，从卫星数字电视到有线高清数字电视，最终解决高清数字电视从地面传送传输，完成了广播电视技术系统整体平移。本文从高清数字电视数据传输网络和高清数字电视传输标准谈谈高清数字电视数据的传输。

一、高清数字电视数据传输网络

高清数字电视数据传输网络主要指地面、有线和卫星三大高清数字电视广播传输网络。地面高清数字电视广播网络通过电视台制高点天线发射无线电视，覆盖电视用户，用户通过接收天线和电视机收看电视节目。这是高清数字电视广播最基本的传输网络形式。由于模拟电视传输网络无力处置噪声积累和多径干扰，迫使人们把天线架出室外，导致公用天线系统在楼群中发展。随着全频道模拟电视广播数据的光缆宽带传输技术的突破，一个以光纤为干、同轴电缆为支的树形光纤在城市得到普遍利用，逐渐演进称为脱离地面广播系统而独立存在的有线电视广播网络，拥有绝大多数的城市电视用户。与地面广播网必须全国同一频率规划不同，有线广播网可以一城一网或一地一网，具有企业运营特征，在电视用户端它们通过有线制式机顶盒和电视机连接。和地面、有线高清数字电视广播传输网络不同，卫星高清数字电视广播网络（简称卫星直播系统）是把高清数字电视节目信息集中经卫星地面发射站用微波发送到离地面3.8万公里高度的同步卫星上，同步卫星用微波转发回地面，用户电视机通过对卫星无遮拦的小型卫星接受天线和卫星制式机顶盒收视卫星高清数字电视节目。

二、地面高清数字电视数据传输的三大标准

目前，地面高清数字电视传输有三大标准，即美国的ATSC、欧洲的DVB和日本的ISDB三种不同的标准。

（一）ATSC标准：频谱效率高、功率峰均比低。ATSC高清数字电视标准是由是个分离的层级组成，层级之间有清晰的界面。最高为图像层，确定图像的形式，包括像素阵列、幅型比和帧频；图像压缩层，采用MPEG-2压缩标准；系统复用层，特定的数据被纳入不同的压缩包中，采用MPEG-2压缩标准；最后是传输层，确定数据传输的调制和信道编码方案。对于地面广播系统，ATSC采用了Zenith公司开发的8-VSB传输模式，可在6MHz有线电视信道中实现38.6Mb/s的传输速率。

最低的两层共同承担普通数据的传输。最高的两层确定在普通数据传输基础上运行的特定配置，如HDTV或SDTV；确定ATSC标准支持的具体图像格式，共有18种（HDTV6种、SDTV12种），其中14种采用逐行扫面方式。

尽管ATSCDTV标准包含了16-VSB传输模式，但美国有线电视业实际上是采用相近但不相同的标准，因为其在ATSCDTV标准被FCC通过之前已在有线电视数字化方面投入了大量的资金。作为ATSC的重要成员，有线电视通信工程协会已采纳了数字有线电视系统标准，此标准协调了美国有线电视业现行标准和ATSCDTV标准。另外，有线电视标准包括反映现行标准的一级图像格式、ATSCSDTV图像格式，并设定了一套可供有线电视业用于向后兼容电视上的二级图像格式。二级图像格式与ATSCDTV格式相同，包括HDTV和SDTV。

（二）DVB标准。DVB标准标准支持室内接受、移动接受等需求，包括4个系统。

1、DVB传输系统。DVB传输系统涉及卫星、有线电视、地面、SMATV、MMDS等所有传输媒体。它们对应的DVB标准为：

（1）DVB-S数字卫星广播系统标准。卫星传输具有覆盖面广、节目容量大等特点。数据流的调制采用四相相移键控制（QPSK）方式，工作频率为11G/12GHz。在使用MPEG-2MP@ML格式时，用户端若达到CCIR601演播室质量，码率为9Mbps；达到PAL质量，码率为5Mb/s。一个54MHz转发器传送速率可达68Mb/s，可用于多套节目的复用。DVB-S标准几乎为所有的卫星广播高清数字电视系统所采用。我国也选用了DVB-S标准。

（2）DVB-C数字有线电视广播系统标准。它具有16、32、64QAM（正交调幅）三种调制方式，工作频率在10GHz以下。采用64QAM时，一个PAL通道的传送码率为41.34Mb/s，可用于多套节目的复用。系统前端可从卫星和地面发射获得信号，在终端需要电缆机顶盒。

（3）DVB-T数字地面广播系统标准。这是最复杂的DVB传输系统。地面高清数字电视发射的传输容量理论上与有线电视系统相当，本地区覆盖最好。采用编码正交频分复用（COFDM）调制方式，在8MHz带宽内能传送4套电视节目，传输质量高，但接受费用也高。另外，DVB-SMATV是数字卫星共用天线电视（SMATV）广播系统标准，DVB-MS是高于10GHz的数字广播MMDS分配系统标准，DVB-MC是低于10GHz的数字广播MMDS分配系统标准。

2、DVB基带附加信息系统。DVB数字广播系统除传送视频、音频信号外，还可传送接受IRD调谐、节目指南及图文、字幕、图标等信息。适用于此类基带附加信息系统的DVB标准包括：（1）DVB-SI为数字广播业务信息系统标准；（2）DVB-TET为数字图文广播系统标准，用于固定格式图文电视的传送；（3）DVB-SUB为数字广播字幕系统标准，用于字幕及图标的传送。

3、DVB交互业务系统。DVB数字广播系统能根据需要，提供交互业务服务。构成交互业务系统的要素包括：与其他相关国际标准兼容的交互业务网络独立协议、传送交互服务过程命令与控制信号的回传信道等。对应的DVB标准有：DVB-NIP、DVB-RCC和DVB-RCT。

4、DVB条件接受及接口标准。在DVB数字广播系统中，有些业务传送加扰的条件接受信息。通过条件接受的通用接口，使IRD能解扰采用通用加扰算法的加扰信息。条件接收是付费电视广播的基本部分，对高清数字电视运行的成功至关重要。DVB数字广播系统与其他电信网络（如SDH、ATM等）连接，扩展了DVB技术的应用范围，可实现DVB向电信网络的过渡。此外，还有利于连接专业设备及IRD的接口。关于这些接口的DVB标准包括：DVB-CI、DVB-PDH、DVB-SDH、DVB-ATM、DVB-PI和DVB-IRDI。

（三）ISDB标准。日本的ISDB利用一种标准化的复用方案，在一个普通的传输信道上可发送各种不同的信号，同时可以通过各种不同的传输信道发送复用信号。ISDB具有柔韧性、扩展性、共通性等特点，可以灵活地集成和发送多节目的电视和其他数据业务。

目前，采用美国ATSC标准的有5个国家或地区，已有两家经过技术比较研究后退出。决定采用欧洲DVB―T标准的已有33个国家或地区。

近年来，大量的研究和产业发展表明，OFDM多载波技术是宽带无线传输技术发展的方向，不仅在高清数字电视传输方面被多数国家采纳，而且已成为新一代（4G）移动通信和宽带无线局域网的主流技术。

三、结束语

高清数字电视的发展日新月异，但是，核心仍在于数据的传输，这是决定高清数字电视清晰度与兼容性的关键。在高清数字电视数据传输方面加大投入，进行自主研发，掌握核心技术，才是我国高清数字电视发展的王道。

主要参考文献：

[1]刘修文.数字电视有线传输技术[M].北京：电子工业出版社，2012.

[2]马鸿章.数字电视传输概念[M].北京：现代电视技术，2011.10.

[3]张文俊.数字新媒体概论[M].上海：复旦大学出版社，2009.