陳浩華

（作者單位：珠海傳媒集團）

數(shù)字電視在應用中不斷改進，逐漸趨于信息化、網(wǎng)絡化、移動化，清晰度也從傳統(tǒng)的480P發(fā)展到了當前的4K或8K，同時為了適應平板電腦、智能手機等移動設備的需求，逐漸引入了很多先進技術，如前向糾錯、星座旋轉(zhuǎn)、高階調(diào)制或交織技術[1]。數(shù)字電視系統(tǒng)由信號發(fā)射、信號傳輸和信號接收等系統(tǒng)組成，本文根據(jù)數(shù)字電視的應用需求，將數(shù)字電視系統(tǒng)劃分為前端信源系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和無線覆蓋系統(tǒng)。前端信源系統(tǒng)具有信號發(fā)射、信號接收等功能，傳輸系統(tǒng)可以實現(xiàn)數(shù)字電視信息的廣播和輸送，無線覆蓋系統(tǒng)則實現(xiàn)數(shù)字信號的接入范圍通信覆蓋功能[2]。數(shù)字電視系統(tǒng)的優(yōu)點非常多，數(shù)字信號具有更高的穩(wěn)定性，抗干擾能力更強，能夠提高頻譜資源的利用率，支持多路信號復用和疊加；數(shù)字信號具有非常高的可擴展性，有助于廣播電視公司開展電信增值業(yè)務，比如，加入動畫廣告數(shù)字，進一步提高數(shù)字電視的業(yè)務盈利能力[3]；隨著大容量數(shù)字存儲服務器的增加，數(shù)字信號傳輸和存儲都非常便捷，能夠提高數(shù)字電視的雙向傳輸能力[4]。

1 移動媒體時代數(shù)字電視系統(tǒng)分析

移動媒體時代，數(shù)字電視系統(tǒng)包括前端信源系統(tǒng)、數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)、無線信號覆蓋系統(tǒng)三個部分，每一個部分都根據(jù)系統(tǒng)的應用實際，引入了相關的關鍵技術，如前向糾錯碼、星座旋轉(zhuǎn)、高階調(diào)制和交織技術，系統(tǒng)功能結(jié)構如圖1所示。

圖1 移動媒體時代數(shù)字電視系統(tǒng)組成結(jié)構

1.1 前端信源系統(tǒng)

前端信源系統(tǒng)的關鍵功能是實現(xiàn)數(shù)字電視節(jié)目信號的編碼和復用，使用單頻網(wǎng)適配器將原有的傳送流加入單頻網(wǎng)控制包，形成一個帶有單頻網(wǎng)信息的傳送碼流，從而可以傳輸數(shù)字電視信號。前端信源系統(tǒng)可以基于單頻網(wǎng)構建一個網(wǎng)絡拓撲結(jié)構，并且將這個拓撲結(jié)構進行適應性更改，壓縮數(shù)字電視的傳輸編碼，提高數(shù)字電視系統(tǒng)的發(fā)送節(jié)目套數(shù)，比如，1個單頻點可以輸送8～16套4K或8K高清晰節(jié)目。

1.2 傳輸系統(tǒng)

數(shù)字電視單頻網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡類型主要包括三種，分別是光纖傳輸、數(shù)字無線傳輸和衛(wèi)星傳輸。數(shù)字電視節(jié)目為了適應新時期移動多媒體的應用需求，多采用數(shù)字無線網(wǎng)絡傳輸模式，該模式可以實現(xiàn)同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）干線無線網(wǎng)絡的傳輸，并且將數(shù)字信號進行加密制作，有效地提高數(shù)字電視傳輸?shù)哪芰ΑＭ瑫r，數(shù)字無線傳輸網(wǎng)絡不受地域的限制，建設成本也比較低，因此可以更好地滿足移動多媒體時代廣覆蓋、無縫覆蓋的傳輸需求，從而可以為不同地域的用戶傳輸數(shù)字電視信號。

1.3 無線覆蓋系統(tǒng)

數(shù)字電視的無線覆蓋系統(tǒng)主要包括5個部分，分別是天饋系統(tǒng)、發(fā)射主機、激勵器、功放模塊和上變頻器。單頻網(wǎng)控制包可以通過發(fā)射主機發(fā)射數(shù)字電視信號，由每一個發(fā)射站點的激勵器實現(xiàn)數(shù)字信號的同步，完成信道編碼形成一個安全的數(shù)字電視視頻信號。功放模塊可以將數(shù)字電視信號的功率放大，從而對外實現(xiàn)更廣泛的傳輸。上變頻器可以利用發(fā)射機的輸出，形成一個良好的單頻網(wǎng)基站覆蓋面積，并且可以利用極化參數(shù)、方位設置參數(shù)或發(fā)射天線場形參數(shù)進行調(diào)校設置，從而擴大數(shù)字電視系統(tǒng)的覆蓋范圍，達到無縫覆蓋的目標。

2 移動媒體時代數(shù)字電視系統(tǒng)關鍵技術研究

2.1 前向糾錯碼技術

移動媒體時代的數(shù)字電視系統(tǒng)采用前向糾錯碼，可以有效地控制系統(tǒng)發(fā)射信號傳輸數(shù)據(jù)中發(fā)生的錯誤。前向糾錯碼的應用原則是在糾錯碼中增加冗余的比特，從而能夠進行糾錯碼的認證。但是，數(shù)字電視系統(tǒng)采用前向糾錯碼，容易增加空碼的數(shù)量，這就會影響數(shù)據(jù)傳輸速度。目前，數(shù)字電視系統(tǒng)的傳輸速率要求非常大，數(shù)字信號傳輸質(zhì)量規(guī)定，當電視業(yè)務解碼器傳輸速率達到5 Mb/s，1小時內(nèi)發(fā)生不可糾錯的次數(shù)要＜1。數(shù)字電視系統(tǒng)為了提高傳輸速率，達到去空包傳送流凈輸入速率＞50 Mb/s且8 MHz帶寬內(nèi)傳送流最高凈輸入速率＞100 Mb/s，可以利用二元線性循環(huán)碼和低密度奇偶校驗碼加強數(shù)字編碼傳輸數(shù)字電視信號，這樣就可以大幅度地提升Wi-Fi網(wǎng)絡、5G移動通信網(wǎng)絡傳輸信號。

2.2 星座旋轉(zhuǎn)技術

星座旋轉(zhuǎn)又稱為信號空間分集（Signal Space Diversity，SSD），可以使兩個星座點之間達到更高的分集度，是將符號在空間層次上實現(xiàn)分集的技術。移動媒體時代，數(shù)字電視系統(tǒng)采用星座旋轉(zhuǎn)技術配合前向糾錯編碼技術，既可以提高數(shù)字電視系統(tǒng)在干擾信號較多的惡劣信道的安全傳輸能力，也可以提高數(shù)字電視系統(tǒng)的傳輸穩(wěn)定性和傳輸效率。移動媒體時代，數(shù)字電視系統(tǒng)利用星座旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)比特交織和單元交織，即使在信息傳輸環(huán)境中，星座旋轉(zhuǎn)技術依然可以獲得較高的分集增益和容量增益。

2.3 高階調(diào)制技術

移動媒體時代數(shù)字電視系統(tǒng)也采用了正交頻分復用 技 術（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。正交頻分復用系統(tǒng)將一個完整的傳輸信道進行分割和分片，從而可以劃分為多個子信道，各個子信道可以實現(xiàn)重疊傳輸信號。在傳輸過程中，為了避免各個子信道傳輸信號相互影響，本文采用正交頻分復用技術實現(xiàn)信道編碼，并且結(jié)合OFDM技術解決信號平坦性衰落問題[5]。OFDM可以有效地解決多徑衰落和同頻干擾問題，并且能夠在每一個信號周期插入保護間隔A，這樣就可以解決頻譜干擾問題。移動媒體時代，由于數(shù)字電視系統(tǒng)的傳輸數(shù)據(jù)規(guī)模大、速度快，因此，需要采用“RS+TCM”級聯(lián)碼并輔以交織解決頻譜干擾問題，這樣就可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制階數(shù)增高，除支持從4階到64階的調(diào)制技術外，還可以支持256階調(diào)制，并且增加了6階傅里葉大小變換點數(shù)。

2.4 交織技術

移動媒體時代，數(shù)字電視系統(tǒng)采用了兩種交織技術，分別是分組交織和卷積交織。交織技術可以有效地提高數(shù)字電視系統(tǒng)的傳輸安全性和可靠性，從而提高數(shù)字信號的抗干擾性，確保信道傳輸?shù)姆€(wěn)定性。本文在數(shù)字電視系統(tǒng)中引入交織編碼技術，數(shù)字交織編碼技術可以基于同樣的長度對數(shù)字電視信號進行信息分割，按照既定的規(guī)則進行組合和排列，從而完成數(shù)據(jù)的集成，避免切割后的數(shù)據(jù)發(fā)生錯位。

數(shù)字電視系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)交織技術，可以按照傳送流的標準，構建基于頻率、基于比特和基于時間的交織器。頻率交織器的基本實施原則是傳輸數(shù)據(jù)比鄰比特需要在不同的載波上分散傳輸，并且要選擇最遠的載波進行處理，從而降低頻率在數(shù)字電視系統(tǒng)信號傳輸信道上的影響，因此頻率交織器可以采用單元映射的方式，盡可能地將每一個信號都映射到有效載波上，并且提高數(shù)字的信息化和隨機化。時間交織器利用時間空隙，每隔一段時間就重復性地發(fā)送數(shù)據(jù)信號，接收端就可以接收到多個信號，根據(jù)這些信號的衰落情況不同，確保信號之間的獨立性，并且增強系統(tǒng)的抗干擾性。比特交織器可以重新排列每一個數(shù)據(jù)流的比特位置，進而將差錯編碼實現(xiàn)隨機化設置，這樣就可以提高數(shù)字電視系統(tǒng)的抗干擾能力，提高數(shù)字電視系統(tǒng)的應用成效。

3 實驗及結(jié)果分析

本文設計的數(shù)字電視系統(tǒng)適合移動時代多媒體的傳輸和播放，為了驗證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，從傳輸延時、傳輸比特差錯率進行實驗分析，從而證明本文系統(tǒng)適合平板電腦、智能手機等移動設備。實驗結(jié)果顯示本文提出的系統(tǒng)能夠滿足華為、小米、蘋果等各種智能手機及平板應用需求，傳輸延時非常低，比特誤差率也非常低，具體內(nèi)容見表1。

表1 數(shù)字電視系統(tǒng)在移動設備上的應用成效

本文提出的數(shù)字電視系統(tǒng)在華為Mate40Pro版本的傳輸延時僅僅為0.01 ms，傳輸比特誤差率僅僅為10-6，這就表明數(shù)字電視系統(tǒng)能夠傳輸高清晰的4K、8K電視信號，滿足騰訊視頻、優(yōu)酷視頻等應用視頻軟件的傳輸需求。為了能夠更好地驗證本文提出的數(shù)字電視系統(tǒng)，本文又將其應用于小米手機、蘋果手機、OPPO手機、榮耀平板等移動設備上，實驗結(jié)果顯示其可以滿足這些設備的需求。

本文針對提出的數(shù)字電視系統(tǒng)的清晰度也進行了多次測試，測試結(jié)果顯示，隨著清晰度的提升，移動設備的數(shù)據(jù)傳輸時間逐漸增大，但是與傳統(tǒng)電視系統(tǒng)相比，數(shù)字電視系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)傳輸時延非常小。比如：傳輸清晰度為640P時，數(shù)字電視系統(tǒng)傳輸時延為0.001 ms，模擬電視系統(tǒng)傳輸時延為0.01 ms，數(shù)字電視系統(tǒng)的傳輸時延僅為模擬電視系統(tǒng)的1/10；傳輸清晰度為2K時，數(shù)字電視系統(tǒng)傳輸時延為0.01 ms，模擬電視系統(tǒng)傳輸時延為0.1 ms，數(shù)字電視系統(tǒng)的傳輸時延僅為模擬電視系統(tǒng)的1/10；在最高達到8K時，數(shù)字電視系統(tǒng)傳輸時延為0.02 ms，模擬電視系統(tǒng)傳輸時延為0.9 ms，數(shù)字電視系統(tǒng)的傳輸時延僅為模擬電視系統(tǒng)的2/100，表明數(shù)字電視系統(tǒng)具有較強的優(yōu)勢，詳細數(shù)據(jù)如圖2所示：

圖2 兩種電視系統(tǒng)傳輸時延對比分析結(jié)果

數(shù)字電視系統(tǒng)的傳輸比特誤差率較低，可以有效地滿足移動通信環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸需求，具有較強的魯棒性。數(shù)字電視系統(tǒng)還可以同時傳輸多套節(jié)目，比如，同時滿足騰訊視頻、優(yōu)酷視頻等多應用用戶的訪問，實現(xiàn)較高的并發(fā)能力。數(shù)字電視系統(tǒng)不僅適用于移動設備，還適用于電視（TV）設備，通過Wi-Fi即可接入互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的操作和服務。

4 結(jié)語

5G移動通信技術的有效發(fā)展，促進了我國智能手機、平板電腦等移動設備的應用，2021年《全球移動市場報告》顯示，全球智能手機的用戶已經(jīng)超過40億，中國以9.54億的智能手機用戶總量居首，因此基于數(shù)字電視系統(tǒng)的多媒體視頻也在不斷地發(fā)展，應用規(guī)模數(shù)以億計。為了保證數(shù)字電視系統(tǒng)傳輸信號的穩(wěn)定和高質(zhì)量，滿足4K、8K等高清晰視頻的應用需求，本文構建了一個移動媒體時代的數(shù)字電視系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括3個關鍵組成部分，分別是前端信源系統(tǒng)、數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)和無線覆蓋系統(tǒng)，集成在一起實現(xiàn)了數(shù)字信號發(fā)射、接收、調(diào)制、傳輸?shù)裙δ埽⑶也捎昧讼冗M的前向糾錯碼、星座旋轉(zhuǎn)、高階調(diào)制和交織技術，能夠有效地提高數(shù)字信號發(fā)射、傳輸和接收的質(zhì)量，還可以大幅度提高數(shù)字電視的應用水平，具有重要的意義。