针对不同目标应用和环境要求的数字电视接收技术

今天,数字电视已经可以通过线缆、卫星以及无线等传输方式来实现,数以百计的公司参与了数字电视接收标准的定义.

随着通信技术的发展,世界变得越来越小,定义新标准的目标是在于使之全球化,但数字电视却不然.本文将阐释不同的目标应用和环境对已有技术产生的重要影响.

为了让消费者能够收看到数字电视内容,需要对内容进行编码.编码处理的主要目的是以尽可能低的比特率和尽可能高的质量对信息进行数字化处理.编码方案有很多种,最常用的是MPEG,在这种方案中,由运动向量决定影像的运动部分,通过和运动向量一起发送影像信息,解码器可以恢复原始内容.MPEG-2是目前运用最广泛的标准,不过随着电视机显示屏尺寸的增大,分辨率的提高,以及对更高带宽的需求不断增长,诸如MPEG-4等更先进的编码方案开始升温.

经过数字化处理后,内容要通过卫星、有线或无线方式被传输出去.由于不同传输信道具有不同的限制,因此需要采用不同的技术将数字内容传输到消费者的电视接收设备中.

卫星接收依赖于接收信号的碟形卫星天线的直接视距.信号尽管未被反射削弱,但仍很微弱.因此,发射方法采用了一种抗噪能力非常强的调制方案.这种被DVB-S标准采用的方案称为正交相移键控(QPSK).在该方案中,数字内容由包含同相和正交分量的复数载波相位表示.这个复数载波的两个分量都有两种相位可能性,故会产生4种状态(每符号2位信息).

用于卫星发射的带宽可达45 MHz, 比特率近50Mbps.在新标准DVB-S2中,卫星导航星座的数目加倍,会产生8种状态(每符号3位).用于卫星发射的带宽也可达45 MHz,且可获得接近50Mbps的比特率.

在有线环境中,问题并不在于弱的信号电平,因而可以使用分辨率更高的调制方案.除了有关载波相位的信息之外,幅度也可用来代表数字信息,相应的调制方案被称为正交幅度调制(QAM).目前,可使用多达256级的相位和幅度,这等于每符号8位信息.使用VHF(甚高频)和UHF(超高频)的数字有线信号带宽达8MHz.至于卫星则可获得最高50Mbps的比特率.

对有线而言,网络质量是限制因素,不良连接会产生反射.接收机系统只能够处理有限的反射量,而且,QAM的分辨率越高,就越困难区分不同相位和幅度的组合.

图:数字地面传输标准一览表.

在地面环境中,信号可能极微弱(比如远离发射机时),也可能非常强.在这两种情况下,反射作用都至关重要.一般来说,如果到达发射机的路径不是直接视距,那么由于其间的建筑物或其他障碍物影响,信号将失真并反弹.因此,用于地面发射的调制方案必需能够在高动态和强干扰环境下实现接收.单载波(类似于有线和卫星)和多载波系统均被使用.VHF 或 UHF信道中可实现高达20~25 Mbps的比特率.

撇开政治因素不谈,你可能很想知道为什么在不同地区采用不同的标准来定义地面电视,尤其当传输信道是无线时.答案在于两个方面:网络计划和目标应用.

在欧洲,网络规划非常复杂.每一个国家都希望拥有自己的频谱范围.各个方面都需要达成共识,以确保一个国家与另一个国家的信号之间不会相互干扰.

为了改善这种情形,最好的方法是利用所谓的单频网(SFN)来覆盖更广泛的区域范围.单频网中,相同的方案是从不同的位置以相同频率发射的.因此,频谱可被复用,这就提高了总体可用带宽.对接收机而言,看起来似乎远距离存在强反射.因此用于在希望使用SFN的区域发射数据的标准应该能够处理长的强回声.

在美国情况又不一样:位于摩天大楼顶端的大型发射机一般耗费大量功率来覆盖整个区域.重点主要在于处理"自然反射"的能力,这种能力可能很强但往往作用距离短.

在定义一个标准时,还有一点很重要,就是考虑到最终的目标应用.屋顶天线或室内天线都可以用于固定接收.室内天线还可用于便携式乃至移动接收.

每种应用的信号条件不同.对于固定接收,处理弱输入信号并缓慢移动反射的能力十分重要.而对于移动接收,则必须能够处理快速变化和多普勒效应.至于手机电视这种最新发展趋势,仍存在对低功率工作的要求.

DVB-T标准由欧洲数字视频广播组织定义,过去几年中,支持DVB-T接收的消费应用增长强劲.该标准使用正交频分复用(OFDM)调制方案.

日本的地面数字电视标准是针对高清电视和手持式接收设计的.它采用OFDM 技术,特性与DVB-T类似,但所用信道被分为13个子信道.

与DVB-T和日本的ISDB-T不同,北美的ATSC标准采用单载波制式,专门为在高斯噪声环境下实现高比特率而设计.它采用的调制模式是8VSB,虽然ATSC接收机中的均衡器能够进行回声校正,但ATSC比基于OFDM的系统更容易受到多路径的干扰,因而不适合于单频网(SFN).尽管在目前的规范下,移动接收实际上还不可行,但业界已展开相关讨论,以期开发出能够实现这种标准移动应用的ATSC改进版.

中国开发的新标准CDMB-T/H是ADTB-T与DMB-T的融合.ADTB-T具有高比特率,总体性能出色,非常适合于固定HDTV接收,而且,不同于ATSC,ADTB-T具有改进的均衡器训练序列、扩展编码和更长的交错复用器,同样适于移动接收.

目前已出台多种数字电视传输标准,但仍有DVB-S2、DVB-T2 和 AVSB等新兴标准正(已)被定义,以增大带宽或提供更好的移动能力.不过实际挑战在于如何克服每种标准的技术障碍,正确实现各项技术.对于业务遍布全球的电视机制造商而言,更需要确保所有地区都能获得最佳接收效果,而且其产品的关键卖点也正在于此.