作者/秦瑜軼，山西長(zhǎng)治廣播電視臺(tái)

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關(guān)于數(shù)字電視HFC網(wǎng)絡(luò)上的傳輸探究

作者/秦瑜軼，山西長(zhǎng)治廣播電視臺(tái)

文章摘要：數(shù)字電視是指信號(hào)在采樣、發(fā)射、接收和傳輸階段都以數(shù)字信號(hào)的形式。數(shù)字電視相較于模擬電視而言，畫面的分辨率更好，畫質(zhì)更清晰，同時(shí)色域更廣，因此，數(shù)字電視的普及，是我國(guó)電視信號(hào)技術(shù)改革的重要舉措。目前，我國(guó)已經(jīng)搭建了以HFC（光纖同軸混合）的數(shù)字信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)，在從模擬電視向數(shù)字電視的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，只需要在信號(hào)發(fā)生端加裝數(shù)字信號(hào)的編碼和調(diào)制設(shè)備，并在信號(hào)接收端加裝數(shù)字信號(hào)的解碼和解調(diào)設(shè)備（數(shù)字機(jī)頂盒），即可完成模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)變。但是因?yàn)閿?shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)采用的是不同的編碼和調(diào)制方式，所以在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)一系列的問(wèn)題。本文基于信號(hào)在HFC網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，簡(jiǎn)要探究影響數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)囊蛩?，并提出解決措施。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電視；HFC；傳輸探究

引言

數(shù)字信息化大潮的來(lái)臨，推動(dòng)了電視技術(shù)的不斷進(jìn)步。目前的電視技術(shù)，已經(jīng)不再僅僅是用在廣播傳媒領(lǐng)域，還應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、體育健康、公共交通等多個(gè)領(lǐng)域。電視技術(shù)發(fā)展到今天，經(jīng)過(guò)了幾次重要的變革，電視技術(shù)的每一次變革，都給廣大電視技術(shù)研究者提出了新的挑戰(zhàn)。我國(guó)是在2003年開(kāi)始啟動(dòng)模擬電視轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電視項(xiàng)目，但是直到最近幾年，數(shù)字電視才真正走入百姓家中。在許多地方數(shù)字電視的普及過(guò)程中，都出現(xiàn)了許多的問(wèn)題，因此，廣大電視技術(shù)研究者，要加強(qiáng)對(duì)于數(shù)字信號(hào)傳輸和HFC網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系，避免信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中產(chǎn)生問(wèn)題。

1.數(shù)字電視和HFC網(wǎng)絡(luò)概述

■1.1數(shù)字電視概述

數(shù)字電視是指電視節(jié)目在錄制、采集、傳輸和接收等環(huán)節(jié)，都以數(shù)字信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字電視系統(tǒng)主要由信號(hào)源編解碼、節(jié)目流多路復(fù)用/解多路復(fù)用、信號(hào)傳輸通道、接收端的解碼設(shè)備等組成，其中，信號(hào)源編碼主要采用MPEG-2的壓縮編碼方式，包括視頻、音頻和數(shù)據(jù)三部分。信道編碼主要采用RS編碼方式，調(diào)制方案有QPSK、QAM、COFDM、VSB等技術(shù)。在數(shù)字信號(hào)的接收端，采用數(shù)字信號(hào)解碼和解調(diào)設(shè)備（數(shù)字機(jī)頂盒），將調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，還原為原來(lái)的由視頻、音頻和數(shù)據(jù)組成的電視信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用來(lái)在終端設(shè)備（電視）上進(jìn)行播放。數(shù)字電視主要具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：

（1）信號(hào)傳輸質(zhì)量高，失真小。原來(lái)的模擬信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生失真，同時(shí)噪聲也會(huì)對(duì)信號(hào)造成一定的干擾，導(dǎo)致信號(hào)的信噪比下降。而數(shù)字信號(hào)是以脈沖的方式進(jìn)行傳輸，在傳輸過(guò)程中，信號(hào)只有兩個(gè)狀態(tài)，高電平和低電平，脈沖信號(hào)不易受到噪聲的干擾，能夠保證信號(hào)的真實(shí)性。

（2）畫面清晰度高。由于模擬信號(hào)是連續(xù)性信號(hào)，導(dǎo)致顏色信號(hào)的變化都是連續(xù)的，在使用濾波器對(duì)兩種顏色進(jìn)行分辨時(shí)，不能完全區(qū)分兩種顏色，使電視出現(xiàn)色調(diào)失真的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在數(shù)字電視中完全可以避免。在數(shù)字電視中，利用一塊集成的自適應(yīng)數(shù)字濾波器，能夠有效區(qū)分不同的顏色，同時(shí)，數(shù)字電視采用場(chǎng)存儲(chǔ)器，將原來(lái)的隔行掃描變?yōu)橹鹦袙呙瑁朔斯鈻砰W爍現(xiàn)象。

（3）自動(dòng)化程度更高。由于采用數(shù)字信號(hào)，可以將電視系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)融合，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算功能，對(duì)電視系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和自動(dòng)控制。

（4）安全性高。數(shù)字信號(hào)需要在信號(hào)源發(fā)生端加裝信號(hào)的調(diào)制和編碼設(shè)備，將信號(hào)以一種加密的方式進(jìn)行封裝，這樣可以增強(qiáng)信號(hào)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

■1.2HFC網(wǎng)絡(luò)概述

有線電視網(wǎng)絡(luò)主要由前端系統(tǒng)，傳輸系統(tǒng)和信號(hào)分配系統(tǒng)組成。

前端系統(tǒng)主要是將接收到的信號(hào)，包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，并輸送到傳輸系統(tǒng)。傳輸系統(tǒng)主要是進(jìn)行信號(hào)的傳輸。分配系統(tǒng)是將接收到的信號(hào)解調(diào)和解碼，并分配到各終端設(shè)備。

2.影響數(shù)字電視傳輸質(zhì)量的因素

■2.1系統(tǒng)噪聲干擾

系統(tǒng)噪聲是一個(gè)泛指，噪聲的來(lái)源可能是多方面的。在整個(gè)系統(tǒng)的任何一個(gè)環(huán)節(jié)，都可能產(chǎn)生噪聲干擾。其中主要的噪聲干擾包括熱噪聲，光纖鏈路噪聲和電放大器噪聲。

2.1.1熱噪聲干擾

熱噪聲是導(dǎo)體內(nèi)熱電子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而引起的噪聲。主要是由光電發(fā)生器，放大器，供電器等電子設(shè)備產(chǎn)生。由于熱噪聲是一個(gè)隨機(jī)信號(hào)，在不同時(shí)刻，其幅度和相位是不確定的，所以只能通過(guò)一定的方式測(cè)量出其功率，用來(lái)參考。在電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)搭建完成后，熱噪聲基本就確定不變了，因此熱噪聲也被成為白噪聲，其一般只受到溫度的影響，在所有的工作頻率都是穩(wěn)定的。

2.1.2光纖鏈路噪聲干擾

光纖鏈路噪聲是指光信號(hào)在光發(fā)射機(jī)，光纖傳輸和光接收機(jī)等設(shè)備，所產(chǎn)生的噪聲干擾的總稱。在光接收裝置中，光二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，光電流經(jīng)過(guò)前置放大器進(jìn)行放大，用來(lái)滿足后續(xù)電路對(duì)電流大小的要求。放大器的輸入負(fù)載，是產(chǎn)生噪聲干擾的主要原因。

2.1.3電放大器噪聲

發(fā)射端的電信號(hào)放大器，用來(lái)將電信號(hào)放大，增強(qiáng)信號(hào)的發(fā)射功率，防止信號(hào)在傳輸過(guò)程中的衰減和損失。在接收端的電信號(hào)放大器，主要是將接收到的，有衰減的電信號(hào)再次進(jìn)行放大。放大器是一個(gè)有源器件，其內(nèi)部由多個(gè)晶體管、電阻等電子器件組成，所以在進(jìn)行信號(hào)的放大時(shí)，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生噪聲。

■2.2傳輸損耗

2.2.1光傳輸損耗

光信號(hào)主要是在光纜中進(jìn)行傳輸。光纜是由多根光纖加強(qiáng)成纜組成。光信號(hào)在光纜中進(jìn)行傳輸時(shí)，由于光纖材料的限制，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生吸收損耗。光信號(hào)被吸收后，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮榆S遷和分子振動(dòng)，造成熱效應(yīng)。光纖材料對(duì)于光的吸收作用主要由材料的特性、光的波長(zhǎng)決定。除了吸收損耗之外，光信息在光纖中也存在散射損耗。光在光纖中進(jìn)行傳輸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生散射效應(yīng)，造成一部分能量的損失。

2.2.2電傳輸損耗

同軸電纜是電信息的主要載體。電流在電纜中進(jìn)行傳輸時(shí)，由于電纜都存在電阻，會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)，一部分電能會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌⑹?，這樣也會(huì)造成傳輸損耗。

■2.3非線性失真

非線性失真主要包括光發(fā)射機(jī)引起的失真，光纖色散失真，光接收機(jī)的失真和放大器的失真。在光發(fā)射機(jī)，接收機(jī)和放大器等裝置中，還存在著大量的模擬電子元器件，如二極管、三極管等。這些元器件都有截止電流、啟動(dòng)電流和擊穿電流等多個(gè)電特性，許多微小的電流不能使這些元器件工作，或這些元器件對(duì)于微弱電流的反映不強(qiáng)烈，這樣就導(dǎo)致許多器件的電特性曲線并不是線性的。

■2.4反射的影響

與光信號(hào)在光纖中存在散射一樣，光電信號(hào)在相應(yīng)的傳輸介質(zhì)中同樣會(huì)產(chǎn)生反射。信號(hào)在傳輸介質(zhì)中，經(jīng)過(guò)多次反射，信號(hào)的功率就會(huì)下降，導(dǎo)致能量損失。

■2.5數(shù)模混合傳輸?shù)挠绊?/p>

目前信號(hào)的傳輸方式還是以數(shù)字和模擬信號(hào)混合傳輸?shù)姆绞?，這種混合傳輸方式，使得數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)之間產(chǎn)生干擾，在傳輸過(guò)程中，無(wú)法準(zhǔn)確的區(qū)分兩種信號(hào)，造成信號(hào)的失真。

3.提高數(shù)字電視傳輸質(zhì)量的方法

■3.1降低噪聲干擾

降低系統(tǒng)熱噪聲干擾，需要選擇一些工作性能優(yōu)良的設(shè)備，并保證設(shè)備工作在適合的環(huán)境溫度。光纖鏈路噪聲主要是由光設(shè)備產(chǎn)生的，影響光纖鏈路噪聲的主要設(shè)備參數(shù)有相對(duì)強(qiáng)度噪聲RIN和調(diào)制系數(shù)m，因此在選擇光設(shè)備時(shí)，主要應(yīng)考慮設(shè)備的這兩個(gè)參數(shù)。

■3.2減少傳輸損耗，保證用戶指標(biāo)需求

減少傳輸損耗，應(yīng)從兩方面入手，一方面是減少光傳輸損耗，一方面是減少電傳輸損耗。

3.2.1減少光傳輸損耗

從設(shè)計(jì)上考慮，減少光傳輸損耗主要應(yīng)從以下幾方面入手。

（1）光纖選型。有線電視的HFC網(wǎng)絡(luò)主要采用G652標(biāo)準(zhǔn)單模光纖和G653色散位移單模光纖，在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)主要采用G652標(biāo)準(zhǔn)單模光纖。

（2）光纖的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)。光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的衰減，光纖的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，光信息的衰減越嚴(yán)重，因此在設(shè)計(jì)HFC網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮網(wǎng)絡(luò)的傳輸線路，在滿足傳輸要求的前提下，盡可能的減少單根光纜的長(zhǎng)度。

（3）路由選擇。外界環(huán)境會(huì)對(duì)光信息在光纜中的傳輸產(chǎn)生影響，為了避免這種影響，光纖路由應(yīng)架設(shè)在環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，同時(shí)不易受到外力作用的地方。

3.2.2減少電傳輸損耗

減少電傳輸損耗，主要應(yīng)從以下幾方面入手。

（1）電纜的選型。在選擇電纜時(shí)，應(yīng)盡量選擇電纜質(zhì)量?jī)?yōu)良的廠家。

（2）電纜長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)。電纜是有電阻的，電信息在電纜中傳輸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)，電纜的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，電阻越大，電流的熱效應(yīng)越強(qiáng)烈，因此，應(yīng)盡量保證單根電纜的長(zhǎng)度不要過(guò)長(zhǎng)。

（3）合理規(guī)劃不同型號(hào)電纜的使用。根據(jù)電流的大小，選擇不同型號(hào)的電纜。

■3.3改善系統(tǒng)的非線性失真

系統(tǒng)的非線性失真，主要受到光電設(shè)備的影響，光功率和電流在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，但是當(dāng)電流小于門限電流時(shí)，光功率與電流呈非線性關(guān)系。因此，為了改善系統(tǒng)的非線性失真，首先要考慮設(shè)備的特性曲線，盡量選擇門限電流小的設(shè)備。同時(shí)也要準(zhǔn)確控制設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電流，保證設(shè)備工作在線性區(qū)。

■3.4降低反射影響

減少反射影響，應(yīng)該在選擇傳輸設(shè)備時(shí)，盡量選擇活接頭和彎角少的設(shè)備，嚴(yán)格控制信號(hào)的反射損耗。同時(shí)在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，盡量減少活接頭的使用。

■3.5降低數(shù)?；旌蟼鬏斢绊?/p>

減少數(shù)?；旌蟼鬏?shù)挠绊懼饕褪菧p少失真產(chǎn)物的相互影響。從頻道配置方面著手，在有可能的情況下使用頻帶盡量不超過(guò)2倍頻程，即最高頻率小于最低頻率的兩倍，這樣可以有效地將諧波值置于使用頻帶之外，從而提高系統(tǒng)的傳輸指標(biāo)。

4.結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)所搭建的HFC（光纖同軸混合）數(shù)字信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)，在從模擬電視向數(shù)字電視的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，只需要在信號(hào)發(fā)生端加裝數(shù)字信號(hào)的編碼和調(diào)制設(shè)備，并在信號(hào)接收端加裝數(shù)字信號(hào)的解碼和解調(diào)設(shè)備（數(shù)字機(jī)頂盒），即可完成模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變。數(shù)字信號(hào)在產(chǎn)生，傳輸和接收端還存在著許多問(wèn)題，上文已經(jīng)從噪聲損失，非線性失真，傳輸損耗，反射和數(shù)?；旌蟼鬏斘鍌€(gè)方面，簡(jiǎn)要論述在HFC網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹饕獑?wèn)題。當(dāng)然，信號(hào)在HFC網(wǎng)絡(luò)的傳輸還存在許多問(wèn)題，需要廣大電視工作者共同努力，不斷完善數(shù)字信號(hào)的傳輸網(wǎng)絡(luò)，提高信號(hào)的傳輸質(zhì)量。隨著數(shù)字信息化時(shí)代的來(lái)臨，數(shù)字電視得到了快速的發(fā)展，從黑白電視到彩色電視，從模擬電視到數(shù)字電視，一次次的變革，推動(dòng)了整個(gè)電視行業(yè)的發(fā)展，未來(lái)的電視技術(shù)勢(shì)必會(huì)有更大的突破。

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