數字電視及測量

1、 數字電視

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

所謂數字電視，應該是電視的全過程中，其視、音頻都是數字信號，包括攝制、剪接、編輯、存儲、播放、傳輸、接收。這就是說，電視節目從攝像開始就是數字視音頻信號，一直到用戶的電視機收到的也是視音頻數字信號，用戶用數字電視機收看電視節目。值得特別說明的是，目前我國電視用戶正在使用的電視機和市面上正在出售的電視機都不是真正的數字電視機，它們都是要經過機頂盒獲得模擬電視信號。這些年來，市面上大肆炒作的“數碼彩電”都是在模擬電視廣播制式下，對內部電路、信號處理控制等方面采用了一些數字技術，來提高電視圖像及伴音質量，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字電視信號。真正的數字電視機應該是能直接接收數字電視信號，如果是加密的數字電視信號，它會有一個卡座，掃入付費卡即可。

由于數字電視信號在傳輸過程中會遇到各種不同的情況，必須采取相應的對策，即采用不同調制方式，故有數字衛星電視、數字有線電視、數字地面電視之分。無論那種數字電視它對視音頻信號都要進行編碼、壓縮、復用、zui大的差別是調制方式不一樣。

數字電視較模擬電視有很多優點。首先，數字攝影清晰度大大提高，它可以提供高清晰度或標準高清晰度節目；數字電視信號在傳輸過程中抗干擾能力強；數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 帶寬傳一個電視摸擬節目，數字電視可傳送6 ～ 8 個節目。在數字電視傳輸網絡中，不僅可以開展傳輸數字電視業務，而且可以開展各種增值業務，如視頻點播、遠程教育、電子商務、寬帶上網、傳輸業務等等。今后，數字電視傳輸是數字信號， Internet 網是數字信號、傳輸是數字信號，可融合在一起，這就是我們現在說的三網合一，它會給用戶提供更多更好的服務。當然三網合一在技術上可以，但在使用過程中，因為營運的分工，用途的特途性，不一定只用一個網絡，這不是本文討論的話題。

2、數字電視標準

應該說，數字電視是一個龐大的系統，在我們研究、生產設備、安裝、調試、維護系統中都應有一個共同約定的標準，而作為測量的工程師應該根據這些標準研究切實可行的測試方法，并提供合適的測量儀器。不言而喻，一個國家只有確定了標準才能順利地、多快好省地開展數字電視。

2.1、 上的數字電視標準

目前上有三個數字電視標準，它們是歐洲的 DVB 、美國的 ATSC 、日本的 ISDB 。日本的 ISDB 是基于 DVB ，因此有人認為上主要有兩種標準，即 DVB 和 ATSC 。

歐洲的 DVB 標準分為三個部分

衛星數字電視為 DVB-S ，采用正交鍵控調制（ QPSK ）

有線數字電視為 DVB-C ，采用正交幅度調制（ QAM ）

地面數字電視為 DVB-T ，采用正交頻分復用調制（ COFDM ）

DVB 標準具有較多優點，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。可以這樣說，上數字衛星電視和數字有線電視原則上都采用歐洲的 DVB 標準，分歧比較大的是地面電視。即 DVB-T 和 ATSC-T 在競爭。

對于 DVB 數字電視系統測試標準，原則上是按《 DVB 系統測試標準 TR101290 》，該標準對 MPEG-2  TS 流的測試，衛星和電視網絡傳輸媒介共同參數的測試，電視網絡、衛星、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 個文件中的規定測試（ ISO/IEC13818-4 ）和 DVB -SI 文件 TR101290 和 EN300468 ，測試并不依賴于任何商業用解碼器及芯片，而是使用 MPEG-2  TSTD （目標解碼器）的標準解碼程序。

2.2 、我國的數字電視標準

我們是一個大國，是世界上數字電視用戶zui多的一個國家，應該擁有自有知識產權的數字電視標準。而且廣電部已有了數字電視從模擬電視向數字電視平移的時間表。數字有線電視目前全國省會以上的城市及大多數地市級以上的城市都開通了數字電視，深圳市 2005 年度已實現了數字電視整體平移。就數字地面電視來說，很多大城市已開通或正在開通。然而遺憾的是我國的數字電視標準尚未出臺。

實際上，對于數字電視我國從 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 ）專家領導小組，國家計委資助，開始了一系列研究工作， 1996 年國家成立了“ HDTV ”總體小組， 1999 年清華大學開始數字電視標準研究。五年前廣電部已有消息標準一定要出來，時至今日，尚無完整的中國數字電視標準問世。

對于數字電視和數字衛星電視來說，國家已經明確采用 DVB 標準，各地均在有序的進行。主要是據有自主知識產權的地面電視標準尚未確定。

目前參與標準競爭的有清華大學方案、上海交通大學方案、廣科院方案，據說經三家融合的標準已于 2005 年 6 月形成文字方案，預計 2005 年底出臺，但至今尚無消息。

從技術上來說，清華方案稱之為 DNB-T 標準，采用時域同步正交平分復用調制方式；上海方案稱之為 ADTB-T 標準，采用單載波移動傳輸。這兩種方式有根本不同的區別，要融合很困難，而且它們各自都申請了多項技術，更難的是，在他們背后都有大批設備商、營運商支持，堅守自身的經濟利益，在全國各地建起了或正在建各自方案的數字地面電視網絡。也有的地方干脆不管什么標準不標準問題，直接用 DVB-C 標準建地面電視，也有用 DVB-T 為標準，真所謂群雄割據、一片混亂。這種混亂的局面，即是國家標準出臺，運營商也不會一下改過來，這就是現實。

2.3、 再論數字電視標準

數字電視是國家的一件大事，它直接關系到國民經濟和人民的切身利益，盡快確定標準是重中之重，這種不依標準建立起來的系統，其損失zui終還是以各種方式轉嫁到社會，轉嫁到老百姓身上去，國家受損失，老佰姓受害。再則，一個標準它也是在某一段時期使用，不可能無缺，我想取舍哪種方案，確定一個標準，zui重要的原則是要代表一個國家利益，要適用，有前瞻性就行了。當前適用可行，今后技術發展了，可以再按此基礎上改進。就 DVB-T 標準來說，幾年前我們都認為它是比較好的標準，歐洲去年不又在此基礎上推出了 DVB-H 標準嗎。

DVB-T 是采用 2K 和 8K 模式的編碼正交頻分復用的多載波調制方式（ 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，移動接收抗干擾能力更強的特點，適用于、手持計算機等小型便攜設備，進入地面數字地面電視廣播網絡收看數字電視信號。

綜合上述可知，目前我國內的數字電視儀器都采用 DVB-S 、 DVB-C 、而數字地面電視相當一部份是 DVB-T 。我國的數字地面電視標準尚未確定，故測試儀器需根據確定的標準，確定必要的測試參數，研制相應的儀器進行測試。

3、 數字電視測試參數

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

3.1、數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，在數字電視中傳輸的是脈沖信號，在過去的 8MHz 頻帶內有無數脈沖信號，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，為了設計使用方便仍然用電平來表示，常用 dBuv, 故稱做數字平均功率電平或簡稱數字電平。這與一般的所謂電平是有區別的。

3.2、 誤碼率 BER

誤碼率 BER 的定義是誤碼的比特數與傳輸的總比特數之比。誤碼的實質與信號的信噪比（ S/N ）有關，是信號受到噪聲、脈沖抖動，工業干擾及突發信號（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 標準定義為一時傳輸少于1個誤碼，對于 64QAM 來說,BER < 1 × 10 ˉ 4 。

3.3、 調制誤差率 MER

調制誤差率 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量，如白噪聲使圖像直接產生雪花，交流聲直接引起圖像產生滾動等等。因此我們在模擬電視標準中制定了量度這些干擾信號的標準參數，如 C/N 、哼聲 CSO 、 CTB 、 CM 等。但是，由于在數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量，zui直接的影響的是誤碼，由此而產生馬賽克或者斷線（信號終斷），在這里我們是將這些干擾信號統統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 應是表征尚未誤碼時信號的質量，即正常工作時廣義噪聲干擾狀態。

這里要說明的是 MER 是調制誤差率決不能叫調制誤碼率，因為它是表征信號尚未誤碼時的噪聲干擾狀態，我們可以此來審定數字電視信號圖像質量。如 64QAM 的數字電視信號在 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，考慮到系統穩定性和測量誤差，因此 DVB-C 標準要求 MER 大于 27dB 。

3.4、 星座圖

星座圖是由于數字電視信號都是采用正交調制，那么兩組信號就會在坐標圖上有相應的位置，形成所謂星座圖。對于理想的信號來說，在其星座圖的相應方框圖內只有一點。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，如圖所示，根據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，以便對設備或傳輸網絡采取相應措施，減少相應噪聲，排除即將引起誤碼的故障。

3.5、 突發噪聲

憂郁數字電視設備，傳輸網絡（包括空中衛星、地面傳輸和有線傳輸）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，不易發現，而對于脈沖信號來說，便是直接產生誤碼。因此對突發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 、數字電視儀器

在數字電視研制、生產、開發、安裝、維護、修理過程中需要采用大量的測試儀器，其中有相當一部份是根據它的具體要求用的是通用儀器，而我們討論的是專業性的數字電視儀器。再則，由于數字電視是在模擬電視基礎上進行的，故這些數字電視儀器有些還需要測量模擬電視參數。目前數字電視儀器主要有以下幾大類：

4.1 、數字電視信號源

1) 、數字電視標準信號源

這種標準信號源是產生標準的數字信號供測試，它是按不同的調制方式 ( 如 DVB-T 、 DVB-C 、 DVB-S) 和制式 ( 如 PAL 、 NTSC 、 SECAM) 產生測試信號，它們可以有靜止圖像，也可以有活圖像

2 ）、數字電視測試信號源

這種信號源不僅產生標準數字電視信號，而且在標準信號上加上模擬的噪聲，來改變信號質量，獲取不同 MER 的數值。這對于機頂盒生產的鑒定非常有用。

3 ）、碼流發生器

碼流發生器是產生 MPEG2 的碼流，具有 MPEG2 信號的記錄和播放功能，以提供了搞清數字電視（ HDTV ）和標清數字電視（ SDTV ）信號，含視頻、音頻、和其他數據 ( 如圖文、偽隨機碼 ) 。儀器本身就具有標準靜止圖像和連續活動圖像信號，也可以根據用戶需要錄制你所需要的數字視音頻信號，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字電視標準進行，如 DVB 按標準是按 TR101290 ，差錯優先級分三類進行，實時測試分析或離線分析。同時要對碼流協議、碼流結構、 S1 表格信息分析， EPG 節目指南、碼率測試、時鐘 PCR 分析、 QAM 分析等。

4.3 、數字電視視音頻分析儀

從電視的角度來說，人們追求的電視應取得良好的視音頻效果，在這一點上，無論是數字電視或模擬電視其技術指標是一致的，不同者是說數字電視要求更高了。

4.3.1 波形監示器和矢量監示器

波形監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。

矢量監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行測試，在屏幕上讀出音頻立體聲的相位差。

波形監示器和矢量監示器可成為獨立的兩種儀器，也可以組合成一個儀器，這樣更發揮作用，即矢量 / 波形監示器。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、微分增益、微分相位、色度 / 亮度增益、色度 / 亮度相位、頻率響應、 2T K 因數、亨聲、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。有的也具有波形監示器和矢量監示器功能。

還要說明的是對于數字電視信號來說，它傳輸的是數字信號，因此必須有標準解碼器，使傳輸的數字流變成 SDI 視音頻數字流，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，那么還必須經過 D/A 變換器。當然，如果是以測機頂盒的輸出視音頻信號就不會有這些麻煩，因為那已是模擬音視頻信號。在新問世的視音頻分析儀中，一般都能直接測量數字電視信號和摸擬電視信號。

4.4 、數字 / 模擬電視信號分析儀

對于數字電視信號的測試分析，無論是發射端（前端），或是用戶端、以及傳輸過程中的各個環節，都必須進行監測，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了各種測試儀器，適應不同場合。

4.4.1 數字 / 模擬電視分析儀

這種儀器目前都是以 DVB-C 、 DVB-S 、 DVB-T 標準為主（以下簡稱 DVB ），它是以 DVB 要求的指標作為測量目標，如平均功率電平、 BER 、 MER 、星座圖、 EVR 等。為了適應當前模擬數字過渡的需要，特別是 CATV 傳輸過程中仍需對模擬的指標進行測試，故這些儀器仍然有模擬的主要測試指標，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，這是由于突發的入侵信號對數字信號影響更為重要。

4.4.2 數字 / 模擬電視頻譜圖像場強儀

這種儀器是歐洲人的設計思想，他們認為，對于工程上的數字電視信號測量，對其指標而言，只需測主要指標電平表、 V/A 、 C/N 、 BER 、 MER 、星座圖。而非常重要的是看數字電視 / 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、帶外頻譜，這樣可以對信號質量進行分析，并可觀察噪聲狀態和入侵信號。

4.4.3 場強測試儀

業內所說的場強測試儀實際是電視信號電平表。這是大量用于現場測試的儀器，它一般具有頻道掃描、模擬電平、數字平均功率電平、 V/A 、 C/N 測量即可。它的特點是用量大，攜帶方便，是手持式，測量指標有“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，嚴格地說，上述儀器都是以頻譜分析儀為基礎，經測量后導出各種技術參數。一個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的測量。