數(shù)字電視及測量

1、 數(shù)字電視

數(shù)字電視在*迅速開展，我國也加快了播放進(jìn)程。按廣電部要求，直轄市、沿海發(fā)達(dá)地區(qū)、各省會城市 2005 年要開通數(shù)字電視， 2015 年全國開通數(shù)字電視，基本完成模擬電視向數(shù)字電視過渡。為迎接 2008 年奧運(yùn)會，各地都會在此之前掀起摸擬電視向數(shù)字電視平移的高潮。

所謂數(shù)字電視，應(yīng)該是電視的全過程中，其視、音頻都是數(shù)字信號，包括攝制、剪接、編輯、存儲、播放、傳輸、接收。這就是說，電視節(jié)目從攝像開始就是數(shù)字視音頻信號，一直到用戶的電視機(jī)收到的也是視音頻數(shù)字信號，用戶用數(shù)字電視機(jī)收看電視節(jié)目。值得特別說明的是，目前我國電視用戶正在使用的電視機(jī)和市面上正在出售的電視機(jī)都不是真正的數(shù)字電視機(jī)，它們都是要經(jīng)過機(jī)頂盒獲得模擬電視信號。這些年來，市面上大肆炒作的“數(shù)碼彩電”都是在模擬電視廣播制式下，對內(nèi)部電路、信號處理控制等方面采用了一些數(shù)字技術(shù)，來提高電視圖像及伴音質(zhì)量，并增加了一些功能，如多視窗、畫中畫、畫外畫、視窗放大、逐行等都不能直接接收數(shù)字電視信號。真正的數(shù)字電視機(jī)應(yīng)該是能直接接收數(shù)字電視信號，如果是加密的數(shù)字電視信號，它會有一個(gè)卡座，掃入付費(fèi)卡即可。

由于數(shù)字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)字衛(wèi)星電視、數(shù)字有線電視、數(shù)字地面電視之分。無論那種數(shù)字電視它對視音頻信號都要進(jìn)行編碼、壓縮、復(fù)用、zui大的差別是調(diào)制方式不一樣。

數(shù)字電視較模擬電視有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，數(shù)字?jǐn)z影清晰度大大提高，它可以提供高清晰度或標(biāo)準(zhǔn)高清晰度節(jié)目；數(shù)字電視信號在傳輸過程中抗干擾能力強(qiáng)；數(shù)字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(gè)電視摸擬節(jié)目，數(shù)字電視可傳送6 ～ 8 個(gè)節(jié)目。在數(shù)字電視傳輸網(wǎng)絡(luò)中，不僅可以開展傳輸數(shù)字電視業(yè)務(wù)，而且可以開展各種增值業(yè)務(wù)，如視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教育、電子商務(wù)、寬帶上網(wǎng)、傳輸業(yè)務(wù)等等。今后，數(shù)字電視傳輸是數(shù)字信號， Internet 網(wǎng)是數(shù)字信號、傳輸是數(shù)字信號，可融合在一起，這就是我們現(xiàn)在說的三網(wǎng)合一，它會給用戶提供更多更好的服務(wù)。當(dāng)然三網(wǎng)合一在技術(shù)上可以，但在使用過程中，因?yàn)闋I運(yùn)的分工，用途的特途性，不一定只用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，這不是本文討論的話題。

2、數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)

應(yīng)該說，數(shù)字電視是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，在我們研究、生產(chǎn)設(shè)備、安裝、調(diào)試、維護(hù)系統(tǒng)中都應(yīng)有一個(gè)共同約定的標(biāo)準(zhǔn)，而作為測量的工程師應(yīng)該根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)研究切實(shí)可行的測試方法，并提供合適的測量儀器。不言而喻，一個(gè)國家只有確定了標(biāo)準(zhǔn)才能順利地、多快好省地開展數(shù)字電視。

2.1、 上的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)

目前上有三個(gè)數(shù)字電視標(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(gè)部分

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

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

地面數(shù)字電視為 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(diǎn)，因此 DVB-S 已被采用，而 DVB-C 也被歐洲、澳大利亞、北美、南美等國家采用?？梢赃@樣說，上數(shù)字衛(wèi)星電視和數(shù)字有線電視原則上都采用歐洲的 DVB 標(biāo)準(zhǔn)，分歧比較大的是地面電視。即 DVB-T 和 ATSC-T 在競爭。

對于 DVB 數(shù)字電視系統(tǒng)測試標(biāo)準(zhǔn)，原則上是按《 DVB 系統(tǒng)測試標(biāo)準(zhǔn) TR101290 》，該標(biāo)準(zhǔn)對 MPEG-2  TS 流的測試，衛(wèi)星和電視網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介共同參數(shù)的測試，電視網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星、地面、 MMDS/MVDS 的專門測試都給出了具體的方法和要求。 TR101290 建議的 MPEG — 2 TS 流測量和分析方法包括 MPEG-2 第 4 個(gè)文件中的規(guī)定測試（ ISO/IEC13818-4 ）和 DVB -SI 文件 TR101290 和 EN300468 ，測試并不依賴于任何商業(yè)用解碼器及芯片，而是使用 MPEG-2  TSTD （目標(biāo)解碼器）的標(biāo)準(zhǔn)解碼程序。

2.2 、我國的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)

我們是一個(gè)大國，是世界上數(shù)字電視用戶zui多的一個(gè)國家，應(yīng)該擁有自有知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)。而且廣電部已有了數(shù)字電視從模擬電視向數(shù)字電視平移的時(shí)間表。數(shù)字有線電視目前全國省會以上的城市及大多數(shù)地市級以上的城市都開通了數(shù)字電視，深圳市 2005 年度已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字電視整體平移。就數(shù)字地面電視來說，很多大城市已開通或正在開通。然而遺憾的是我國的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺。

實(shí)際上，對于數(shù)字電視我國從 80 年代初就開始跟蹤， 80 年代末就由廣電部牽頭，國家科委組織高清電視（ HDTV ）專家領(lǐng)導(dǎo)小組，國家計(jì)委資助，開始了一系列研究工作， 1996 年國家成立了“ HDTV ”總體小組， 1999 年清華大學(xué)開始數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)研究。五年前廣電部已有消息標(biāo)準(zhǔn)一定要出來，時(shí)至今日，尚無完整的中國數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)問世。

對于數(shù)字電視和數(shù)字衛(wèi)星電視來說，國家已經(jīng)明確采用 DVB 標(biāo)準(zhǔn)，各地均在有序的進(jìn)行。主要是據(jù)有自主知識產(chǎn)權(quán)的地面電視標(biāo)準(zhǔn)尚未確定。

目前參與標(biāo)準(zhǔn)競爭的有清華大學(xué)方案、上海交通大學(xué)方案、廣科院方案，據(jù)說經(jīng)三家融合的標(biāo)準(zhǔn)已于 2005 年 6 月形成文字方案，預(yù)計(jì) 2005 年底出臺，但至今尚無消息。

從技術(shù)上來說，清華方案稱之為 DNB-T 標(biāo)準(zhǔn)，采用時(shí)域同步正交平分復(fù)用調(diào)制方式；上海方案稱之為 ADTB-T 標(biāo)準(zhǔn)，采用單載波移動(dòng)傳輸。這兩種方式有根本不同的區(qū)別，要融合很困難，而且它們各自都申請了多項(xiàng)技術(shù)，更難的是，在他們背后都有大批設(shè)備商、營運(yùn)商支持，堅(jiān)守自身的經(jīng)濟(jì)利益，在全國各地建起了或正在建各自方案的數(shù)字地面電視網(wǎng)絡(luò)。也有的地方干脆不管什么標(biāo)準(zhǔn)不標(biāo)準(zhǔn)問題，直接用 DVB-C 標(biāo)準(zhǔn)建地面電視，也有用 DVB-T 為標(biāo)準(zhǔn)，真所謂群雄割據(jù)、一片混亂。這種混亂的局面，即是國家標(biāo)準(zhǔn)出臺，運(yùn)營商也不會一下改過來，這就是現(xiàn)實(shí)。

2.3、 再論數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)字電視是國家的一件大事，它直接關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)和人民的切身利益，盡快確定標(biāo)準(zhǔn)是重中之重，這種不依標(biāo)準(zhǔn)建立起來的系統(tǒng)，其損失zui終還是以各種方式轉(zhuǎn)嫁到社會，轉(zhuǎn)嫁到老百姓身上去，國家受損失，老佰姓受害。再則，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)它也是在某一段時(shí)期使用，不可能無缺，我想取舍哪種方案，確定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，zui重要的原則是要代表一個(gè)國家利益，要適用，有前瞻性就行了。當(dāng)前適用可行，今后技術(shù)發(fā)展了，可以再按此基礎(chǔ)上改進(jìn)。就 DVB-T 標(biāo)準(zhǔn)來說，幾年前我們都認(rèn)為它是比較好的標(biāo)準(zhǔn)，歐洲去年不又在此基礎(chǔ)上推出了 DVB-H 標(biāo)準(zhǔn)嗎。

DVB-T 是采用 2K 和 8K 模式的編碼正交頻分復(fù)用的多載波調(diào)制方式（ COFDM ），而 DVB-H 是新增 4K 模式并于 2K 、 8K 模式之間。它與 DVB-T 相比， DVB-H 有終端功耗更低，移動(dòng)接收抗干擾能力更強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于、手持計(jì)算機(jī)等小型便攜設(shè)備，進(jìn)入地面數(shù)字地面電視廣播網(wǎng)絡(luò)收看數(shù)字電視信號。

綜合上述可知，目前我國內(nèi)的數(shù)字電視儀器都采用 DVB-S 、 DVB-C 、而數(shù)字地面電視相當(dāng)一部份是 DVB-T 。我國的數(shù)字地面電視標(biāo)準(zhǔn)尚未確定，故測試儀器需根據(jù)確定的標(biāo)準(zhǔn)，確定必要的測試參數(shù)，研制相應(yīng)的儀器進(jìn)行測試。

3、 數(shù)字電視測試參數(shù)

較模擬電視來說，數(shù)字電視是一個(gè)新的概念，首先它的測試對象大都是數(shù)字信號，但它作為一種載體來說，仍然是圖像和聲音信號，所以它們測試應(yīng)是在模擬電視基礎(chǔ)上會有很多新的概念和參數(shù)。

3.1、數(shù)字電視平均功率電平

在模擬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)字電視中傳輸?shù)氖敲}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(gè)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，為了設(shè)計(jì)使用方便仍然用電平來表示，常用 dBuv, 故稱做數(shù)字平均功率電平或簡稱數(shù)字電平。這與一般的所謂電平是有區(qū)別的。

3.2、 誤碼率 BER

誤碼率 BER 的定義是誤碼的比特?cái)?shù)與傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)之比。誤碼的實(shí)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(dòng)，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)定義為一時(shí)傳輸少于1個(gè)誤碼，對于 64QAM 來說,BER 〈 1 × 10 ˉ 4 。

3.3、 調(diào)制誤差率 MER

調(diào)制誤差率 MER 是信號理想的矢量幅度和與信號誤差矢量幅度和之比，以 dB 表示。

這里所說的誤差矢量幅度是指信號能受到噪聲干擾的總和。我們知道，在模擬電視中，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(dòng)等等。因此我們在模擬電視標(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 、哼聲 CSO 、 CTB 、 CM 等。但是，由于在數(shù)字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，zui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(shí)信號的質(zhì)量，即正常工作時(shí)廣義噪聲干擾狀態(tài)。

這里要說明的是 MER 是調(diào)制誤差率決不能叫調(diào)制誤碼率，因?yàn)樗潜碚餍盘柹形凑`碼時(shí)的噪聲干擾狀態(tài)，我們可以此來審定數(shù)字電視信號圖像質(zhì)量。如 64QAM 的數(shù)字電視信號在 23 ～ 24dB 圖像就會出馬賽克， 23dB 以下會隨時(shí)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

星座圖是由于數(shù)字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(diǎn)。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(diǎn)而是有很多取樣點(diǎn)形成的一離散的小云團(tuán)，如圖所示，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。

3.5、 突發(fā)噪聲

憂郁數(shù)字電視設(shè)備，傳輸網(wǎng)絡(luò)（包括空中衛(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(diǎn)是脈沖延遲時(shí)間很窄，但幅度較大，對于模擬電視來說，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(shí)域分析來進(jìn)行。

4 、數(shù)字電視儀器

在數(shù)字電視研制、生產(chǎn)、開發(fā)、安裝、維護(hù)、修理過程中需要采用大量的測試儀器，其中有相當(dāng)一部份是根據(jù)它的具體要求用的是通用儀器，而我們討論的是專業(yè)性的數(shù)字電視儀器。再則，由于數(shù)字電視是在模擬電視基礎(chǔ)上進(jìn)行的，故這些數(shù)字電視儀器有些還需要測量模擬電視參數(shù)。目前數(shù)字電視儀器主要有以下幾大類：

4.1 、數(shù)字電視信號源

1) 、數(shù)字電視標(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)字信號供測試，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

2 ）、數(shù)字電視測試信號源

這種信號源不僅產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視信號，而且在標(biāo)準(zhǔn)信號上加上模擬的噪聲，來改變信號質(zhì)量，獲取不同 MER 的數(shù)值。這對于機(jī)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，以提供了搞清數(shù)字電視（ HDTV ）和標(biāo)清數(shù)字電視（ SDTV ）信號，含視頻、音頻、和其他數(shù)據(jù) ( 如圖文、偽隨機(jī)碼 ) 。儀器本身就具有標(biāo)準(zhǔn)靜止圖像和連續(xù)活動(dòng)圖像信號，也可以根據(jù)用戶需要錄制你所需要的數(shù)字視音頻信號，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)字電視標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，如 DVB 按標(biāo)準(zhǔn)是按 TR101290 ，差錯(cuò)優(yōu)先級分三類進(jìn)行，實(shí)時(shí)測試分析或離線分析。同時(shí)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(shí)鐘 PCR 分析、 QAM 分析等。

4.3 、數(shù)字電視視音頻分析儀

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(diǎn)上，無論是數(shù)字電視或模擬電視其技術(shù)指標(biāo)是一致的，不同者是說數(shù)字電視要求更高了。

4.3.1 波形監(jiān)示器和矢量監(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(shí)顯示兩場同行。

矢量監(jiān)示器用以顯示電視信號的矢量特性，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(jìn)行測試，在屏幕上讀出音頻立體聲的相位差。

波形監(jiān)示器和矢量監(jiān)示器可成為獨(dú)立的兩種儀器，也可以組合成一個(gè)儀器，這樣更發(fā)揮作用，即矢量 / 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、矢量顯示、圖像顯示、立體聲音頻顯示、時(shí)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zui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)、 2T K 因數(shù)、亨聲、信噪比、群時(shí)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)示器和矢量監(jiān)示器功能。

還要說明的是對于數(shù)字電視信號來說，它傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，因此必須有標(biāo)準(zhǔn)解碼器，使傳輸?shù)臄?shù)字流變成 SDI 視音頻數(shù)字流，視音頻測試儀才能測試，如果視頻分析儀只能測量模擬信號，那么還必須經(jīng)過 D/A 變換器。當(dāng)然，如果是以測機(jī)頂盒的輸出視音頻信號就不會有這些麻煩，因?yàn)槟且咽悄M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)字電視信號和摸擬電視信號。

4.4 、數(shù)字 / 模擬電視信號分析儀

對于數(shù)字電視信號的測試分析，無論是發(fā)射端（前端），或是用戶端、以及傳輸過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，都必須進(jìn)行監(jiān)測，不同的測試場合，對其精度、測試項(xiàng)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)字 / 模擬電視分析儀

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 要求的指標(biāo)作為測量目標(biāo)，如平均功率電平、 BER 、 MER 、星座圖、 EVR 等。為了適應(yīng)當(dāng)前模擬數(shù)字過渡的需要，特別是 CATV 傳輸過程中仍需對模擬的指標(biāo)進(jìn)行測試，故這些儀器仍然有模擬的主要測試指標(biāo)，如頻道掃描、頻譜分析、斜度、亨聲、 C/N 、 V/A 、 CSO 、 CTB 、頻響、淺漏等。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)字信號影響更為重要。

4.4.2 數(shù)字 / 模擬電視頻譜圖像場強(qiáng)儀

這種儀器是歐洲人的設(shè)計(jì)思想，他們認(rèn)為，對于工程上的數(shù)字電視信號測量，對其指標(biāo)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)字電視 / 模擬電視的圖像，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(jìn)行分析，并可觀察噪聲狀態(tài)和入侵信號。

4.4.3 場強(qiáng)測試儀

業(yè)內(nèi)所說的場強(qiáng)測試儀實(shí)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、模擬電平、數(shù)字平均功率電平、 V/A 、 C/N 測量即可。它的特點(diǎn)是用量大，攜帶方便，是手持式，測量指標(biāo)有“合格 / 不合格”判定。

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)。一個(gè)好的工程師可以用一臺好的頻譜分析儀來完成前述幾種參數(shù)的測量。