淺談數(shù)碼電視及其測量

1、 數(shù)碼電視

所謂數(shù)碼電視，應(yīng)該是電視的全過程中，其視、音頻都是數(shù)碼信號，包括攝制、剪接、編輯、存儲、播放、傳輸、接收。也就是說，電視節(jié)目從攝像開始就是數(shù)碼視音頻信號，一直到用戶的電視機收到的也是視音頻數(shù)碼信號，用戶用數(shù)碼電視機收看電視節(jié)目。

由于數(shù)碼電視信號在傳輸過程中會遇到各種不同的情況，必須采取相應(yīng)的對策，即采用不同調(diào)制方式，故有數(shù)碼衛(wèi)星電視、數(shù)碼有線電視、數(shù)碼地面電視之分。無論那種數(shù)碼電視它對視音頻信號都要進行編碼、壓縮、復(fù)用、最大的差別是調(diào)制方式不一樣。

數(shù)碼電視較仿真電視有很多優(yōu)點。首先，數(shù)碼攝影清晰度大大提高，它可以提供高清晰度節(jié)目；數(shù)碼電視信號在傳輸過程中抗干擾能力強；數(shù)碼電視信號是通過壓縮后再傳輸，因此它占用的頻帶窄，如過去 8MH 帶寬傳一個電視摸擬節(jié)目，數(shù)碼電視可傳送6 ～ 8 個節(jié)目。在數(shù)碼電視傳輸網(wǎng)絡(luò)中，不僅可以開展傳輸數(shù)碼電視業(yè)務(wù)，而且可以開展各種增值業(yè)務(wù)，如視頻點播、遠(yuǎn)程教育、電子商務(wù)、寬帶上網(wǎng)等等。

2、數(shù)碼電視標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)碼電視是一個龐大的系統(tǒng)，在設(shè)備生產(chǎn)、安裝、調(diào)試、維護中都應(yīng)遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)，才能順利地推進數(shù)碼電視業(yè)務(wù)。

2.1、 國際上的數(shù)碼電視標(biāo)準(zhǔn)

目前國際上主要有三個數(shù)碼電視標(biāo)準(zhǔn)，它們是歐洲的 DVB 、美國的 ATSC 、日本的 ISDB 。日本的 ISDB 是基于 DVB ，因此有人認(rèn)為國際上主要有兩種標(biāo)準(zhǔn)，即 DVB 和 ATSC 。

歐洲的 DVB 標(biāo)準(zhǔn)分為三個部分：

衛(wèi)星數(shù)碼電視為 DVB-S ，采用正交鍵控調(diào)制（ QPSK ）

有線數(shù)碼電視為 DVB-C ，采用正交幅度調(diào)制（ QAM ）

地面數(shù)碼電視為 DVB-T ，采用正交頻分復(fù)用調(diào)制（ COFDM ）

DVB 標(biāo)準(zhǔn)具有較多優(yōu)點，因此國際上數(shù)碼衛(wèi)星電視和數(shù)碼有線電視原則上都采用歐洲的 DVB 標(biāo)準(zhǔn)。在分歧比較大的地面電視方面，DVB-T 和 ATSC-T 競爭比較激烈，中國也自行研究出自己的國家制式地面數(shù)碼電視標(biāo)準(zhǔn)，即GB20600-2006《數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制》。

2.2、 香港的數(shù)碼地面電視標(biāo)準(zhǔn)

在市場主導(dǎo)的原則下，無線和亞視在進行了大量嚴(yán)格的試驗和香港實地電視廣播測試后，認(rèn)為國家制式測試效果滿意，均建議政府采用國家制式作為香港的數(shù)碼地面電視標(biāo)準(zhǔn)。電訊管理局局長已于二零零七年六月四日宣布，香港的數(shù)碼地面電視服務(wù)會采用國家制式作為標(biāo)準(zhǔn)。

數(shù)碼地面電視的發(fā)射站方面，慈云山站于2007年啟播，覆蓋率達(dá)40～50％，飛鵝山、金山、青山、九龍坑山及南丫島站將于2008年啟播，覆蓋率將達(dá)到75％，其余二十三個發(fā)射站將于2011年前陸續(xù)完成，最終覆蓋率達(dá)到99％（有關(guān)數(shù)碼地面電視方面的詳情讀者可參考政府網(wǎng)址http://www.ofta.gov.hk/zh/broadcast/tv-digital.html）

3、 數(shù)碼電視測試參數(shù)

較仿真電視來說，數(shù)碼電視測試參數(shù)大都是數(shù)碼信號，雖然其表現(xiàn)出來的仍然是圖像和聲音，但其測試在仿真電視基礎(chǔ)上增加了很多新的概念和參數(shù)。

數(shù)碼電視參數(shù)測量

3.1、功率POWER

在仿真電視信號中是以圖像載波和伴音付載波組成的復(fù)合電視信號，它的大小是以圖像載波行同步的信號峰值電平來表示。然而，在數(shù)碼電視中傳輸?shù)氖?strong>脈沖信號，在過去的 8MHz 頻帶內(nèi)有無數(shù)脈沖信號，我們是將它看成一個噪聲頻譜，用噪聲功率的概念，以每赫噪聲功率給予積分的方式求得所謂頻道功率，常用dBμv為單位來表示，我們常稱之為數(shù)字平均功率電平，簡稱數(shù)字電平或數(shù)字功率。

3.2、 誤碼率 BER

誤碼率 BER 的定義是誤碼的比特數(shù)與傳輸?shù)目偙忍財?shù)之比。誤碼的實質(zhì)與信號的信噪比（ S/N ）有關(guān)，是信號受到噪聲、脈沖抖動，工業(yè)干擾及突發(fā)信號（如雷擊）的影響，因此我們可以由測量噪聲（信噪比）算出 BER 。按 TR10129 標(biāo)準(zhǔn)定義為一個小時傳輸少于1個誤碼，對于 64QAM 來說,BER 小于10-4。

3.3、 調(diào)制誤差率 MER

調(diào)制誤差率 MER 是信號理想的向量幅度和與信號誤差向量幅度和之比，以 dB 表示。這里所說的誤差向量幅度是指信號能受到噪聲干擾的總和。我們知道，在仿真電視中，其信號受到的各種干擾是直接影響到電視質(zhì)量，如白噪聲使圖像直接產(chǎn)生雪花，交流聲直接引起圖像產(chǎn)生滾動等等。因此我們在仿真電視標(biāo)準(zhǔn)中制定了量度這些干擾信號的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，如 C/N 、 CSO 、 CTB等。但是，由于在數(shù)碼電視信號均是以脈沖信號傳輸，這些干擾信號并不直接影響圖像質(zhì)量，最直接的影響的是誤碼，由此而產(chǎn)生馬賽克或者斷線（信號終斷），在這里我們是將這些干擾信號統(tǒng)統(tǒng)看成是噪聲或者無用信號，稱之為廣義噪聲，然而這些噪聲并不一定使信號誤碼， MER 應(yīng)是表征尚未誤碼時信號的質(zhì)量，即正常工作時廣義噪聲干擾狀態(tài)。我們可以此來審定數(shù)碼電視信號圖像質(zhì)量。如 64QAM 的數(shù)碼電視信號在 23 ～ 24dB 圖像就會出馬賽克， 23dB 以下會隨時斷線 , 甚至無法收看，在 25dB 以上圖像就正常，考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定性和測量誤差，因此 DVB-C 標(biāo)準(zhǔn)要求 MER 大于 27dB 。

3.4、 星座圖 Constellation Diagram

星座圖是由于數(shù)碼電視信號都是采用正交調(diào)制，那么兩組信號就會在坐標(biāo)圖上有相應(yīng)的位置，形成所謂星座圖。對于理想的信號來說，在其星座圖的相應(yīng)方框圖內(nèi)只有一點。如前所述，電視信號總是受到廣義噪聲影響，如果我們多次取樣下來，那么它就不是一點而是有很多取樣點形成的一離散的小云團，如上圖所示，根據(jù)星座圖的形狀我們可以觀察出這些所謂廣義噪聲的特性，從而得知噪聲來源，以便對設(shè)備或傳輸網(wǎng)絡(luò)采取相應(yīng)措施，減少相應(yīng)噪聲，排除即將引起誤碼的故障。

星座圖

3.5、 突發(fā)噪聲

由于數(shù)碼電視設(shè)備，傳輸網(wǎng)絡(luò)（包括衛(wèi)星、地面?zhèn)鬏敽陀芯€傳輸）會受到周圍的脈沖信號，雷擊等的干擾。這種干擾的特點是脈沖延遲時間很窄，但幅度較大，對于仿真電視來說，它是直接影響到圖像，但由于人的視覺較遲鈍，不易發(fā)現(xiàn)，而對于脈沖信號來說，便是直接產(chǎn)生誤碼。因此對突發(fā)噪聲的測試非常重要，目前大都采用頻譜分析或時域分析來進行。

4、數(shù)碼電視測量儀器

在數(shù)碼電視研制、生產(chǎn)、開發(fā)、安裝、維護、修理過程中需要采用大量的測試儀器，目前數(shù)碼電視測量的儀器主要有以下幾大類：

4.1、數(shù)碼電視信號源

1)、數(shù)碼電視標(biāo)準(zhǔn)信號源

這種標(biāo)準(zhǔn)信號源是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)碼信號供測試，它是按不同的調(diào)制方式 ( 如 DVB-T 、 DVB-C 、 DVB-S ) 和制式 ( 如 PAL 、 NTSC 、 SECAM ) 產(chǎn)生測試信號，它們可以有靜止圖像，也可以有活圖像。

數(shù)碼電視信號源GV998

2）、數(shù)碼電視測試信號源

這種信號源不僅產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)數(shù)碼電視信號，而且在標(biāo)準(zhǔn)信號上加上仿真的噪聲，來改變信號質(zhì)量，獲取不同 MER 的數(shù)值。這對于機頂盒生產(chǎn)的鑒定非常有用。

3）、碼流發(fā)生器

碼流發(fā)生器是產(chǎn)生 MPEG2 的碼流，具有 MPEG2 信號的記錄和播放功能，提供高清數(shù)碼電視（ HDTV ）信號，含視頻、音頻、和其它數(shù)據(jù) ( 如圖文、偽隨機碼 )。儀器本身就具有標(biāo)準(zhǔn)靜止圖像和連續(xù)活動圖像信號，也可以根據(jù)用戶需要錄制你所需要的數(shù)碼視音頻信號，自行定義或編輯再行作為測試碼流輸出。

4.2、碼流分析儀

碼流分析儀主要是按數(shù)碼電視標(biāo)準(zhǔn)進行，如DVB 按標(biāo)準(zhǔn)差錯優(yōu)先級分三類進行，實時測試分析或離線分析。同時要對碼流協(xié)議、碼流結(jié)構(gòu)、 S1表格信息分析， EPG 節(jié)目指南、 碼率測試、時鐘 PCR 分析、 QAM 分析等。

4.3 、數(shù)碼電視視音頻分析儀

從電視的角度來說，人們追求的電視應(yīng)取得良好的視音頻效果，在這一點上，無論是數(shù)碼電視或仿真電視其技術(shù)指針是一致的，不同者只是數(shù)碼電視要求更高了。

4.3.1 波形監(jiān)示器和向量監(jiān)示器

波形監(jiān)示器是全幀顯示視頻信號波形，一般可顯示全幀一行或兩行，或者同時顯示兩場同行。

向量監(jiān)示器用以顯示電視信號的向量特性，可在顯示屏上以刻度讀出微分增益、微分相位。也可以對音頻信號進行測試，在屏幕上讀出音頻立體聲的相位差。

波形監(jiān)示器和向量監(jiān)示器可成為獨立的兩種儀器，也可以組合成一個儀器，這樣更發(fā)揮作用，即向量 / 波形監(jiān)示器。它不僅可有以上功能，還可增加一些功能，一般具有波形顯示、向量顯示、圖像顯示、立體聲音頻顯示、時間碼相位和幅度顯示、 SCH 和彩色成幀顯示等。這是在視音頻測試中用得最多的儀器。

4.3.2 視音頻信號分析

這種儀器通常是以視頻分析為主，但也兼容音頻信號的測試，直接測量視頻指標(biāo)、微分增益、微分相位、色度 / 亮度增益、色度 / 亮度相位、頻率響應(yīng)、信噪比、群時延、亮度非線性、白條幅度、同步幅度、色同步幅度等等。有的也具有波形監(jiān)示器和向量監(jiān)示器功能。

還要說明的是對于數(shù)碼電視信號來說，它傳輸?shù)氖菙?shù)碼信號，因此必須有標(biāo)準(zhǔn)譯碼器，使傳輸?shù)臄?shù)碼流變成 SDI 視音頻數(shù)碼流，視音頻測試儀才能測試，如果視頻分析儀只能測量仿真信號，那么還必須經(jīng)過 D/A 變換器。當(dāng)然，如果是以測機頂盒的輸出視音頻信號就不會有這些麻煩，因為那已是仿真音視頻信號。在新問世的視音頻分析儀中，一般都能直接測量數(shù)碼電視信號和摸擬電視信號。

4.4 、數(shù)碼 / 仿真電視信號分析儀

對于數(shù)碼電視信號的測試分析，無論是發(fā)射端（前端），或是客戶端、以及傳輸過程中的各個環(huán)節(jié)，都必須進行監(jiān)測，不同的測試場合，對其精度、測試項目是不同的。因此測試儀器廠家開發(fā)了各種測試儀器，適應(yīng)不同場合。

4.4.1 數(shù)碼 / 仿真電視分析儀

這種儀器目前都是以 DVB-C 、 DVB-S 、 DVB-T 標(biāo)準(zhǔn)為主（以下簡稱 DVB ），它是以 DVB 要求的指針作為測量目標(biāo)，如功率、 BER 、 MER 、星座圖等。為了適應(yīng)當(dāng)前模擬數(shù)碼過渡的需要，特別是 CATV 傳輸過程中仍需對模擬的指針進行測試，故這些儀器仍然有仿真的主要測試指針，如頻道掃描、頻譜分析、斜度、C/N 、 V/A 、 CSO 、 CTB等。很多儀器都特別重視對入侵信號的測試，這是由于突發(fā)的入侵信號對數(shù)碼信號影響更為重要。

4.4.2 數(shù)碼 / 仿真電視頻譜圖像場強儀

這種儀器是歐洲人的設(shè)計思想，他們認(rèn)為，對于工程上的數(shù)碼電視信號測量，對其指針而言，只需測主要指標(biāo)電平表、 V/A 、 C/N 、 BER 、 MER 、星座圖。而非常重要的是看數(shù)碼電視 / 仿真電視的圖像，電視圖像好了什么都會好。再則是頻譜分析，包括全程頻譜分析和帶內(nèi)、帶外頻譜，這樣可以對信號質(zhì)量進行分析，并可觀察噪聲狀態(tài)和入侵信號。

數(shù)碼電視頻譜圖像場強儀PRE II+

4.4.3 場強測試儀

業(yè)內(nèi)所說的場強測試儀實際是電視信號電平表。這是大量用于現(xiàn)場測試的儀器，它一般具有頻道掃描、仿真電平、數(shù)碼功率、 V/A 、 C/N 測量即可。它的特點是用量大，攜帶方便，最好是掌上型，測量指標(biāo)最好有“合格 / 不合格”判定。

數(shù)碼電視信號頻譜

4.4.4 頻譜分析儀

頻譜分析儀是將信號在頻譜軸上展開的一種所謂頻域測試，嚴(yán)格地說，上述儀器都是以頻譜分析儀為基礎(chǔ)，經(jīng)測量后導(dǎo)出各種技術(shù)參數(shù)。

本文是從測量的角度簡要闡述了數(shù)碼電視標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)碼電視的主要參數(shù)和測量儀器等內(nèi)容，限于篇幅有限，不再進一步詳細(xì)探討。希望本文的介紹對大家有所幫助，有問題或建議可與筆者交流