基于數字技術的移動電視系統測試及分析

王洪海

（天津廣播電視臺 技術管理部，天津300070）

數字移動電視顧名思義就是采用了先進的數字電視技術，可以在移動狀態中收看的電視。它以數字技術為支撐，通過無線數字信號發射、地面數字接收的方式進行電視節目傳播，克服了模擬電視無線發射所無法處置的噪聲積累和多徑干擾問題。它最大的特點是在處于移動狀態、高速行駛的交通工具上， 能保持電視信號的穩定接收和清晰播放，數字移動電視當然也能在非移動的情況下接收。

1 系統原理分析

數字電視是一個復雜的系統，主要包括完成信號的抽樣、量化、壓縮的信源編碼部分；為傳輸穩定和可靠進行的信道編碼部分；以及千家萬戶使用的接收和顯示部分等。

天津移動電視信源編碼部分采用的是MPEG（運動圖像專家組） 提出的MPEG-2 視音頻壓縮標準。在所有實際的節目內容中有2 種信號分量：一種是異常而無法預見的，另一種是可以預見的。異常分量叫作熵，它是信號中的真實信息。余下的部分叫作冗余，因為它不是必需的。冗余可能是空間性的，它位于畫面的大片單色區域中，相鄰的象素幾乎具有相同值。冗余也可能是時間性的，它是連續畫面間相似部分使用的地方[1]。MPEG2 主要是利用空間性和時間性冗余的特點在壓縮中使用了幀間壓縮和幀內壓縮2 種方式。首先通過使用連續畫面間的相似之處降低時間性冗余。即通過使用已發送畫面中的信息盡可能多地創建和“預見”當前畫面。當使用該項技術時，僅需要發送差異畫面，從而消除了實際畫面和預見畫面之間的差異。然后差異畫面被進行空間壓縮以降低空間性冗余。MPEG2 有2 個大的特點， 一個是通過使用幀間壓縮帶來的高壓縮比，它可以有效地降低傳輸節目所需碼率。另一個就是根據不同的需求，通過參數的調節做到碼率可變。因為在得到相同畫面質量情況下傳送新聞節目可使用比傳送體育節目低得多的碼率，從而節省了資源。

在信道編碼部分選擇的是清華大學提出的地面數字多媒體電視廣播（DMB-T：terrestrial digital multimedia/TV broadcasting）方案。DMB-T 方案可提供一種數字信息傳輸方法，系統的核心采用了mQAM/QPSK 的時域同步正交頻分復用（TDSOFDM：time domain synchronous-orthogonal frequency division multiplexing）調制技術；系統使用創新的前向糾錯編碼技術；并實現了分級調制和編碼；同時可以實現多媒體業務[1]。該方案主要技術參數如表1所示。

表1 DMB-T 技術參數Tab.1 DMB-T technical parameters

DMB-T 系統的可用凈碼流傳輸率可以采用如下公式計算：

式中：Ru 為可用凈碼流比特率，Mb/s；Rs 為符號基帶速率，對于DMB-T 8 MHz 系統，Rs=7.56 MHz；b為載波比特數，QPSK 時b=2，16QAM 時b=4，64QAM時b=6；CRv 為內糾錯碼率 （4/9、2/3、8/9）；CRrs 為RS 糾錯碼，188/208；Tu 為有用字符長度；Ts 為保護間隔字符和有用字符總長度。

由此，可以計算出DMB-T 系統中可能出現的所有可用凈碼流比特率，如表2所示。

2 系統設計及實施

數字電視地面廣播的出現，讓移動人流隨時隨地可以看到無線發射的數字移動電視，獲得更多更新的資訊，為了更大地滿足快節奏社會中人們對于信息的需求，同時也豐富市民文化生活，準備在目前播出的模擬新27 頻道的8 MHz 帶寬中增加更多的內容。由表2中可見，凈碼流比特率隨著內糾錯碼率的提高而提高， 隨著保護間隔的減小而提高，隨著調制效率QPSK/16QAM/64QAM 的提高而提高。而凈碼流比特率與傳輸的可靠性及覆蓋范圍成反比。所以，為了保證覆蓋范圍和收看效果只能選擇比較低的傳輸碼率，這樣，信源編碼部分的壓縮率成為了能否在一個信道中更多傳輸節目套數的關鍵。

表2 DMB-T 系統凈碼流比特率Tab.2 DMB-T systeme net bit stream rate

實際上節目的內容決定了碼流的高低，并不能單純地說每個頻道里能夠傳送多少數字電視節目，還要看具體是什么樣的節目， 應用什么信源壓縮技術等因素。通常情況下，利用MPEG-2 壓縮標準傳送一套快速運動的體育節目大概要求4～5 Mb/s 的碼流，傳送一套新聞、訪談節目大概需要3 Mb/s 的碼流，傳送一套圖文信息只需1.5 Mb/s 的碼流，而傳送高清電視節目需要20 Mb/s 左右的碼流。因此，為了傳送更多的節目內容，為運營單位合理地安排節目數量提供根據，在以往技術材料中介紹的視頻壓縮碼率經驗值的基礎上又完成了進一步的試驗。

試驗中使用設備有： 哈雷MV45 MPEG2 編碼器3 臺； 哈雷MN20 復用器1 臺； 泰克MTD200 MPEG2 測試解調器1 臺；泰克MTM400 碼流分析儀1 臺。系統框圖如圖1所示。

試驗中分別選擇了現有的移動公交頻道、T5 體育頻道、 中9 新聞頻道3 套不同類型的電視節目，通過網管系統改變每套節目的壓縮碼率，并使用統計復用功能，以求達到節目傳輸的最佳效果。

圖1 編碼及復用系統框圖Fig.1 Block diagram of coding and multiplexing system

復用后的碼流送至天塔發射機房，信道編碼部分選用的參數組合為QPSK 調制方式、 保護間隔55.56 μs、4/9 內碼碼率。根據表2可知此時DMB-T系統可用凈碼流比特率為5.414 Mb/s， 即復用器輸出TS 流碼率不能超過5.4 Mb/s。經對空發射，用機頂盒接收，觀察接收效果并作出主觀評價。試驗結果如表3所示。

3 結語

由試驗結果可知， 傳輸3 套電視節目的TS 流碼率為5.4 Mb/s 時，可做到基本不損傷圖像質量。采用這種碼率分配方案，既可以兼顧到覆蓋范圍和傳輸可靠性，又可以最多的傳送電視節目。從而最大化的為市場服務。

在當前的政策、市場和技術背景下，讓已有的資訊為最廣大的人群服務并產生最大的經濟和社會效益，是廣播電視產業的一個新的增長點。相信通過先進的技術手段， 實施科學的運營方案，天津移動電視一定能夠在競爭中創造輝煌的業績。

表3 試驗效果對比Tab.3 Comparison of test results

計為自動化又獲深圳市科創委企業研發資助

近日，為貫徹落實深圳市委市政府《關于促進科技創新的若干措施》(深發〔2016〕7 號)精神，根據《深圳市科技研發資金管理辦法》等有關規定，深圳市科技創新委員會公示了2018年第一批企業研究開發資助計劃擬資助企業的名單及金額，深圳計為自動化技術有限公司（以下簡稱“計為自動化”）赫然在列。

計為自動化自成立之日起, 即將研發和生產可靠性媲美進口產品的高性價比物位測量儀表作為公司使命，高度重視技術創新和產品研發，每年斥巨資用于研究開發且成果豐碩。像近日又有多項新品研發項目通過驗收，已獲3 項發明專利和十余項實用新型專利授權，仍有多項發明專利和實用新型專利正處于審查階段。

出于對計為自動化所擁有的自主研發能力、 科技成果轉化能力和公司發展潛力等的認可和肯定，近期，政府認定深圳計為自動化為“國家高新技術企業”。

同樣是政府對深圳計為自動化2018年研發投入和產出的高度肯定， 深圳市科創委將深圳計為自動化列入第一批企業研發資助名單。

計為自動化承諾，該資助金額將作為下一年度研發中心的研發經費使用。該資助資金是政府對計為自動化立足自助創新的大力支持，也必將激勵和助推計為自動化加大在物位測量儀表領域的研究開發，進一步增強企業的研發實力，提高企業的技術創新水平。

深圳計為自動化技術有限公司