数字电视及测量

1、 数字电视
数字电视在全世界迅速开展，我国也加快了播放进程。按广电部要求，直辖市、沿海发达地区、各省会城市 2005 年要开通数字电视， 2015 年全国开通数字电视，基本完成模拟电视向数字电视过渡。为迎接 2008 年奥运会，各地都会在此之前掀起摸拟电视向数字电视平移的高潮。
所谓数字电视，应该是电视的全过程中，其视、音频都是数字信号，包括摄制、剪接、编辑、存储、播放、传输、接收。这就是说，电视节目从摄像开始就是数字视音频信号，一直到用户的电视机收到的也是视音频数字信号，用户用数字电视机收看电视节目。值得特别说明的是，目前我国电视用户正在使用的电视机和市面上正在出售的电视机都不是真正的数字电视机，它们都是要经过机顶盒获得模拟电视信号。这些年来，市面上大肆炒作的“数码彩电”都是在模拟电视广播制式下，对内部电路、信号处理控制等方面采用了一些数字技术，来提高电视图像及伴音质量，并增加了一些功能，如多视窗、画中画、画外画、视窗放大、逐行等都不能直接接收数字电视信号。真正的数字电视机应该是能直接接收数字电视信号，如果是加密的数字电视信号，它会有一个卡座，扫入付费卡即可。
由于数字电视信号在传输过程中会遇到各种不同的情况，必须采取相应的对策，即采用不同调制方式，故有数字卫星电视、数字有线电视、数字地面电视之分。无论那种数字电视它对视音频信号都要进行编码、压缩、复用、最大的差别是调制方式不一样。
数字电视较模拟电视有很多优点。首先，数字摄影清晰度大大提高，它可以提供高清晰度或标准高清晰度节目；数字电视信号在传输过程中抗干扰能力强；数字电视信号是通过压缩后再传输，因此它占用的频带窄，如过去 8MH 带宽传一个电视摸拟节目，数字电视可传送6 ～ 8 个节目。在数字电视传输网络中，不仅可以开展传输数字电视业务，而且可以开展各种增值业务，如视频点播、远程教育、电子商务、宽带上网、电话传输业务等等。今后，数字电视传输是数字信号， Internet 网是数字信号、电话传输是数字信号，可融合在一起，这就是我们现在说的三网合一，它会给用户提供更多更好的服务。当然三网合一在技术上可以，但在使用过程中，因为营运的分工，用途的特途性，不一定只用一个网络，这不是本文讨论的话题。
2、数字电视标准
应该说，数字电视是一个庞大的系统，在我们研究、生产设备、安装、调试、维护系统中都应有一个共同约定的标准，而作为测量的工程师应该根据这些标准研究切实可行的测试方法，并提供合适的测量仪器。不言而喻，一个国家只有确定了标准才能顺利地、多快好省地开展数字电视。
2.1、 国际上的数字电视标准
目前国际上有三个数字电视标准，它们是欧洲的 DVB 、美国的 ATSC 、日本的 ISDB 。日本的 ISDB 是基于 DVB ，因此有人认为国际上主要有两种标准，即 DVB 和 ATSC 。
欧洲的 DVB 标准分为三个部分
卫星数字电视为 DVB-S ，采用正交键控调制（ QPSK ）
有线数字电视为 DVB-C ，采用正交幅度调制（ QAM ）
地面数字电视为 DVB-T ，采用正交频分复用调制（ COFDM ）
DVB 标准具有较多优点，因此 DVB-S 已被全球采用，而 DVB-C 也被欧洲、澳大利亚、北美、南美等国家采用。可以这样说，国际上数字卫星电视和数字有线电视原则上都采用欧洲的 DVB 标准，分歧比较大的是地面电视。即 DVB-T 和 ATSC-T 在全球竞争。
对于 DVB 数字电视系统测试标准，原则上是按《 DVB 系统测试标准 TR101290 》，该标准对 MPEG-2  TS 流的测试，卫星和电视网络传输媒介共同参数的测试，电视网络、卫星、地面、 MMDS/MVDS 的专门测试都给出了具体的方法和要求。 TR101290 建议的 MPEG — 2 TS 流测量和分析方法包括 MPEG-2 第 4 个文件中的规定测试（ ISO/IEC13818-4 ）和 DVB -SI 文件 TR101290 和 EN300468 ，测试并不依赖于任何商业用解码器及芯片，而是使用 MPEG-2  TSTD （目标解码器）的标准解码程序。
2.2 、我国的数字电视标准
我们是一个大国，是世界上数字电视用户最多的一个国家，应该拥有自有知识产权的数字电视标准。而且广电部已有了数字电视从模拟电视向数字电视平移的时间表。数字有线电视目前全国省会以上的城市及大多数地市级以上的城市都开通了数字电视，深圳市 2005 年度已实现了数字电视整体平移。就数字地面电视来说，很多大城市已开通或正在开通。然而遗憾的是我国的数字电视标准尚未出台。
实际上，对于数字电视我国从 80 年代初就开始跟踪， 80 年代末就由广电部牵头，国家科委组织高清电视（ HDTV ）专家领导小组，国家计委资助，开始了一系列研究工作， 1996 年国家成立了“ HDTV ”总体小组， 1999 年清华大学开始数字电视标准研究。五年前广电部已有消息标准一定要出来，时至今日，尚无完整的中国数字电视标准问世。
对于数字电视和数字卫星电视来说，国家已经明确采用 DVB 标准，各地均在有序的进行。主要是据有自主知识产权的地面电视标准尚未确定。
目前参与标准竞争的有清华大学方案、上海交通大学方案、广科院方案，据说经三家融合的标准已于 2005 年 6 月形成文字方案，预计 2005 年底出台，但至今尚无消息。
从技术上来说，清华方案称之为 DNB-T 标准，采用时域同步正交平分复用调制方式；上海方案称之为 ADTB-T 标准，采用单载波移动传输。这两种方式有根本不同的区别，要融合很困难，而且它们各自都申请了多项技术专利，更难的是，在他们背后都有大批设备商、营运商支持，坚守自身的经济利益，在全国各地建起了或正在建各自方案的数字地面电视网络。也有的地方干脆不管什么标准不标准问题，直接用 DVB-C 标准建地面电视，也有用 DVB-T 为标准，真所谓群雄割据、一片混乱。这种混乱的局面，即是国家标准出台，运营商也不会一下改过来，这就是现实。
2.3、 再论数字电视标准
数字电视是国家的一件大事，它直接关系到国民经济和人民的切身利益，尽快确定标准是重中之重，这种不依标准建立起来的系统，其损失最终还是以各种方式转嫁到社会，转嫁到老百姓身上去，国家受损失，老佰姓受害。再则，一个标准它也是在某一段时期使用，不可能完美无缺，我想取舍哪种方案，确定一个标准，最重要的原则是要代表一个国家利益，要适用，有前瞻性就行了。当前适用可行，今后技术发展了，可以再按此基础上改进。就 DVB-T 标准来说，几年前我们都认为它是比较好的标准，欧洲去年不又在此基础上推出了 DVB-H 标准吗。
DVB-T 是采用 2K 和 8K 模式的编码正交频分复用的多载波调制方式（ COFDM ），而 DVB-H 是新增 4K 模式并于 2K 、 8K 模式之间。它与 DVB-T 相比， DVB-H 有终端功耗更低，移动接收抗干扰能力更强的特点，适用于移动电话、手持计算机等小型便携设备，进入地面数字地面电视广播网络收看数字电视信号。
综合上述可知，目前我国内的数字电视仪器都采用 DVB-S 、 DVB-C 、而数字地面电视相当一部份是 DVB-T 。我国的数字地面电视标准尚未确定，故测试仪器需根据确定的标准，确定必要的测试参数，研制相应的仪器进行测试。
3、 数字电视测试参数
较模拟电视来说，数字电视是一个新的概念，首先它的测试对象大都是数字信号，但它作为一种载体来说，仍然是图像和声音信号，所以它们测试应是在模拟电视基础上会有很多新的概念和参数。
3.1、数字电视平均功率电平
在模拟电视信号中是以图像载波和伴音付载波组成的复合电视信号，它的大小是以图像载波行同步的信号峰值电平来表示。然而，在数字电视中传输的是脉冲信号，在过去的 8MHz 频带内有无数脉冲信号，我们是将它看成一个噪声频谱，用噪声功率的概念，以每赫噪声功率给予积分的方式求得所谓频道功率，为了设计使用方便仍然用电平来表示，常用 dBuv, 故称做数字平均功率电平或简称数字电平。这与一般的所谓电平是有区别的。
3.2、 误码率 BER
误码率 BER 的定义是误码的比特数与传输的总比特数之比。误码的实质与信号的信噪比（ S/N ）有关，是信号受到噪声、脉冲抖动，工业干扰及突发信号（如雷击）的影响，因此我们可以由测量噪声（信噪比）算出 BER 。
按 TR10129 标准定义为一时传输少于1个误码，对于 64QAM 来说,BER 〈 1 × 10 ˉ 4 。
3.3、 调制误差率 MER
调制误差率 MER 是信号理想的矢量幅度和与信号误差矢量幅度和之比，以 dB 表示。
这里所说的误差矢量幅度是指信号能受到噪声干扰的总和。我们知道，在模拟电视中，其信号受到的各种干扰是直接影响到电视质量，如白噪声使图像直接产生雪花，交流声直接引起图像产生滚动等等。因此我们在模拟电视标准中制定了量度这些干扰信号的标准参数，如 C/N 、哼声 CSO 、 CTB 、 CM 等。但是，由于在数字电视信号均是以脉冲信号传输，这些干扰信号并不直接影响图像质量，最直接的影响的是误码，由此而产生马赛克或者断线（信号终断），在这里我们是将这些干扰信号统统看成是噪声或者无用信号，称之为广义噪声，然而这些噪声并不一定使信号误码， MER 应是表征尚未误码时信号的质量，即正常工作时广义噪声干扰状态。
这里要说明的是 MER 是调制误差率决不能叫调制误码率，因为它是表征信号尚未误码时的噪声干扰状态，我们可以此来审定数字电视信号图像质量。如 64QAM 的数字电视信号在 23 ～ 24dB 图像就会出马赛克， 23dB 以下会随时断线 , 甚至无法收看，在 25dB 以上图像就正常，考虑到系统稳定性和测量误差，因此 DVB-C 标准要求 MER 大于 27dB 。
3.4、 星座图
星座图是由于数字电视信号都是采用正交调制，那么两组信号就会在坐标图上有相应的位置，形成所谓星座图。对于理想的信号来说，在其星座图的相应方框图内只有一点。如前所述，电视信号总是受到广义噪声影响，如果我们多次取样下来，那么它就不是一点而是有很多取样点形成的一离散的小云团，如图所示，根据星座图的形状我们可以观察出这些所谓广义噪声的特性，从而得知噪声来源，以便对设备或传输网络采取相应措施，减少相应噪声，排除即将引起误码的故障。

3.5、 突发噪声
忧郁数字电视设备，传输网络（包括空中卫星、地面传输和有线传输）会受到周围的脉冲信号，雷击等的干扰。这种干扰的特点是脉冲延迟时间很窄，但幅度较大，对于模拟电视来说，它是直接影响到图像，但由于人的视觉较迟钝，不易发现，而对于脉冲信号来说，便是直接产生误码。因此对突发噪声的测试非常重要，目前大都采用频谱分析或时域分析来进行。
4 、数字电视仪器
在数字电视研制、生产、开发、安装、维护、修理过程中需要采用大量的测试仪器，其中有相当一部份是根据它的具体要求用的是通用仪器，而我们讨论的是专业性的数字电视仪器。再则，由于数字电视是在模拟电视基础上进行的，故这些数字电视仪器有些还需要测量模拟电视参数。目前数字电视仪器主要有以下几大类：
4.1 、数字电视信号源
1) 、数字电视标准信号源
这种标准信号源是产生标准的数字信号供测试，它是按不同的调制方式 ( 如 DVB-T 、 DVB-C 、 DVB-S) 和制式 ( 如 PAL 、 NTSC 、 SECAM) 产生测试信号，它们可以有静止图像，也可以有活图像
2 ）、数字电视测试信号源
这种信号源不仅产生标准数字电视信号，而且在标准信号上加上模拟的噪声，来改变信号质量，获取不同 MER 的数值。这对于机顶盒生产的鉴定非常有用。
3 ）、码流发生器
码流发生器是产生 MPEG2 的码流，具有 MPEG2 信号的记录和播放功能，以提供了搞清数字电视（ HDTV ）和标清数字电视（ SDTV ）信号，含视频、音频、和其他数据 ( 如图文、伪随机码 ) 。仪器本身就具有标准静止图像和连续活动图像信号，也可以根据用户需要录制你所需要的数字视音频信号，自行定义或编辑再行作为测试码流输出。
4.2 、码流分析仪
码流分析仪主要是按数字电视标准进行，如 DVB 按标准是按 TR101290 ，差错优先级分三类进行，实时测试分析或离线分析。同时要对码流协议、码流结构、 S1 表格信息分析， EPG 节目指南、码率测试、时钟 PCR 分析、 QAM 分析等。
4.3 、数字电视视音频分析仪
从电视的角度来说，人们追求的电视应取得良好的视音频效果，在这一点上，无论是数字电视或模拟电视其技术指标是一致的，不同者是说数字电视要求更高了。
4.3.1 波形监示器和矢量监示器
波形监示器是全帧显示视频信号波形，一般可显示全帧一行或两行，或者同时显示两场同行。
矢量监示器用以显示电视信号的矢量特性，可在显示屏上以刻度读出微分增益、微分相位。也可以对音频信号进行测试，在屏幕上读出音频立体声的相位差。
波形监示器和矢量监示器可成为独立的两种仪器，也可以组合成一个仪器，这样更发挥作用，即矢量 / 波形监示器。它不仅可有以上功能，还可增加一些功能，一般具有波形显示、矢量显示、图像显示、立体声音频显示、时间码相位和幅度显示、 SCH 和彩色成帧显示等。这是在视音频测试中用得最多的仪器。
4.3.2 视音频信号分析
这种仪器通常是以视频分析为主，但也兼容音频信号的测试，直接测量视频指标、微分增益、微分相位、色度 / 亮度增益、色度 / 亮度相位、频率响应、 2T K 因数、亨声、信噪比、群时延、亮度非线性、白条幅度、同步幅度、色同步幅度等等。有的也具有波形监示器和矢量监示器功能。
还要说明的是对于数字电视信号来说，它传输的是数字信号，因此必须有标准解码器，使传输的数字流变成 SDI 视音频数字流，视音频测试仪才能测试，如果视频分析仪只能测量模拟信号，那么还必须经过 D/A 变换器。当然，如果是以测机顶盒的输出视音频信号就不会有这些麻烦，因为那已是模拟音视频信号。在新问世的视音频分析仪中，一般都能直接测量数字电视信号和摸拟电视信号。
4.4 、数字 / 模拟电视信号分析仪
对于数字电视信号的测试分析，无论是发射端（前端），或是用户端、以及传输过程中的各个环节，都必须进行监测，不同的测试场合，对其精度、测试项目是不同的。因此测试仪器厂家开发了各种测试仪器，适应不同场合。
4.4.1 数字 / 模拟电视分析仪
这种仪器目前都是以 DVB-C 、 DVB-S 、 DVB-T 标准为主（以下简称 DVB ），它是以 DVB 要求的指标作为测量目标，如平均功率电平、 BER 、 MER 、星座图、 EVR 等。为了适应当前模拟数字过渡的需要，特别是 CATV 传输过程中仍需对模拟的指标进行测试，故这些仪器仍然有模拟的主要测试指标，如频道扫描、频谱分析、斜度、亨声、 C/N 、 V/A 、 CSO 、 CTB 、频响、浅漏等。很多仪器都特别重视对入侵信号的测试，这是由于突发的入侵信号对数字信号影响更为重要。
4.4.2 数字 / 模拟电视频谱图像场强仪
这种仪器是欧洲人的设计思想，他们认为，对于工程上的数字电视信号测量，对其指标而言，只需测主要指标电平表、 V/A 、 C/N 、 BER 、 MER 、星座图。而非常重要的是看数字电视 / 模拟电视的图像，电视图像好了什么都会好。再则是频谱分析，包括全程频谱分析和带内、带外频谱，这样可以对信号质量进行分析，并可观察噪声状态和入侵信号。
4.4.3 场强测试仪
业内所说的场强测试仪实际是电视信号电平表。这是大量用于现场测试的仪器，它一般具有频道扫描、模拟电平、数字平均功率电平、 V/A 、 C/N 测量即可。它的特点是用量大，携带方便，最好是手持式，测量指标最好有“合格 / 不合格”判定。
4.4.4 频谱分析仪
频谱分析仪是将信号在频谱轴上展开的一种所谓频域测试，严格地说，上述仪器都是以频谱分析仪为基础，经测量后导出各种技术参数。一个好的工程师可以用一台好的频谱分析仪来完成前述几种参数的测量。
本文是从测量的角度阐述了数字电视标准，并对数字电视的主要参数和仪器进行了论述，限于篇幅有限、无法尽行更详细的探讨



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