数字电视系统架构和工作原理探析

胡晟

421022198604040016广东省深圳市 518000

摘要：地面数字电视不同于传统模拟电视，前者具备更显著的优势特征，这也是我国大力发展数字电视系统的原因所在。在我国，地面数字电视已经相当普及，几乎每个地区都有覆盖。因此，从事广电行业的工作人员需加深对发射传输技术的了解，深入研究地面数字电视方面的相关知识，以此推动地面数字电视取得更好发展。

关键词：数字电视系统；架构；原理

1 地面数字电视系统的构成

当前，应用数字技术可以使地面数字电视的制作、播出功能得以实现，发射传输可采用无线方式，接收方式最常采用的是固定、移动方式。该系统主要由节目制作与播出、编码复用、电视发射、固定/移动接收等系统组成。

节目制作系统。常见的组成部分有节目编辑制作、存储、素材采集上载、网络系统等。其中，素材采集上载接收的节目源有录像机、摄像机以及演播室，还包括卫星、有线、DVD影碟这些数据源。部分信息可以直接送入，也可经转码系统采取相关处理措施，再储存到存储磁盘中，这样编辑工作站就能够进行编辑与操作。

节目播出系统。该系统包括以下硬件设备：卫星接收机、磁盘存储系统以及矩阵切换器。其中，INFO系统主要用于商场购物、天气预报、即时新闻、图文频道等领域。利用自动播出软件可实现电视节目源的重新组合，这样就能顺利播出移动电视节目。

编码复用系统。可实现统计复用功能，编码器组动态使用同一个固定带宽，这样大大提高了带宽的利用效率，同时还具备自动降噪功能，通过预处理输入信号，即使图片以低码率输出也具备较高的质量。

电视发射系统。过去，组网若主要采用的是单频网，如今单点发射最常采用多频网。众所周知，发射天线、激励器、电视发射机都是一些常见的发射系统设备。其中，电视发射机将激励器当成核心，它决定了发射机具备哪些技术指标。

2地面数字电视基本原理

2.1 数字电视激励器原理

数字电视相较于模拟电视，在发射机方面存在较大的差异。这主要表现为数字电视并非输入常规的节目信号，而是按照相关标准，对音频、视频信号进行压缩编码，以此得到传输码流。如果将流码信号输入激励器内，利用映射单元可快速进行扰码、映射、交织、信道编码，先调成低中频，再调到所需的频率。根据我国针对地面数字电视提出的相关标准，可知激励器具有预校正功能，这样才能校正发射链路中存在的非线性失真、阻抗不匹配等问题，同时发射信号质量也能得到进一步改善。

2.2 数字电视发射机原理

首先，将码流信号输入电视发射机当中，利用激励器对信道编码进行调制，利用功分器可实现功放，放大可用合成器，达到一定功率后，通过定向耦合器、带通滤波器进行发射。数字电视发射系统经常采用单机双激励器、主备机、双机并机、N+1备份这几种备份技术。当然，如果从经济性以及实用性等角度来考虑，单机双激励器使用最多。

    3 数字电视机顶盒关键技术

3.1解调及信道解码技术

高频头作为机顶盒的一个重要组成部分，它主要涉及卫星、电视接收以及有线电视增补这几个频道。其中，利用RS码和卷积码可对卫星数字电视广播进行信道编码，而QPSK可对其进行调制；对于有线数字电视广播来说，其信道质量非常好，而RS编码常用于纠错编码，YCM卷积码很难简化接收端；采用COFDM、VSB这两种方式可对数字电视广播进行调制，同时可采用COFDM 、VSB、QPSK、QAM这几种方式来解调机顶盒的传输信道，RS码、卷积码可用于信道解码。

3.2解复用和信源解码技术

想要对系统数据信息进行有效处理，必须采用专用芯片。通过向流解复用器、DVB通用解扰器以及NTSC/PAL编码器传送数字信号，可快速形成核心芯片。当然，对于档次比较高的信号处理器同样具备这个功能。

3.3上行数据调制

进行交互式应用时，必须有注重上行数据的调制，通常上行数据要少于下行数据。现阶段，16QAM与QPSK常用于对CATV网进行调制。CATV网若为单向，应用过程中需应用接入技术，常见的有VDSL以及ADSL，这样就能顺利地传送上行数据。

3.4条件接收

CA系统相当于数字电视的一部分，它能够对用户进行认证，同时还能进行用户授权，以及节目加扰等。然而，以下两个问题必须解决：1怎样从用户那里收取费用；2.对于未授权的频道但需要收费，如何不让用户收看。对于综合性如此强的CA系统，必须采用智能卡技术以及数据加扰法，包括加解密算法等。

3.5嵌入式实时多任务操作系统

目前，VxW0rks、OS9、OS20、 WindowsCE、PowerTV等操作系统非常流行，每个系统有着各自的优势，因此机顶盒中应用最多，尤其OS20、OS-9、VxWorks这三个操作系统应用最多，当然在其他嵌入式系统中也得到了广泛应用。对机顶盒进行开发时，必须将实时操作系统与中间件结合使用。美国在开发机顶盒过程中，最常应用到PowerTV。然而，嵌入式 Linux技术变得越来越成熟，其结构也更加开放、先进，这样直接威胁到以上操作系统。

3.6中间件

在机顶盒内部，中间件相当于软件部分，它明确规定了数字电视的API，中文意思是应用程序接口且其主要存储在闪存(Flash)中。通常，中间件能够将操作系统、硬件技术细节，包括应用程序等隔离出来，而且还能进行跨系统操作，避免应用程序过度依赖操作系统以及硬件平台。与此同时，应用程序也会更容易开发，而且产品将具备开放性，且其可移植性也会明显增强，进而为制造商以及业务供应商提供良好的应用平台。

3.7应用软件

执行服务商所提供的服务功能各不相同，其中年包括数据广播、电子节目指南以及视频点播，此外还有可视电话以及IP电话等。应用软件不同于STB的硬件，二者之间不会产生依赖。

3.8显示技术

一般来说，电视机采用的是低分辨率管，这是一种常见的显像管，它可以显示640×480或者720×576等规格的图像。与此同时，该显像管的偏转系统是固定不变的，它可以支持625行50Hz，也可支持525行60Hz。通常，数字电视超过了18种的显示格式，而且上网能够支持VESA格式。当然，电视在隔行扫描过程中，采用最多的就是低帧频，若要将文字、图形显示出来，可看到闪烁的亮度信号，而且会出现行间闪烁的水平扫描线。通过在电视上逐行扫描计算机图文，可看到边缘出现闪烁。现阶段，必须对以下两种方法进行不断地改进，1.抗闪烁滤波器，根据相应的比例将邻近的3行图像加成1行，或者也叫做3行滤波法。尽管图像的清晰度有所下降，但能够达到隔行扫描电视机这一目的；1.实现隔行扫描向逐行扫描的转换，同时提高帧频。想要使活动画面能够连续地显现，可采取运动补偿方式。这样一来，电视机上就能看到高质量的计算机图文，但电视机需具备倍扫描功能和逐行功能。

3.9软件无线电技术

当前，我国研发出了软件无线电技术这种新体系结构，这样真正实现了无线通信，且其将硬件当成基本平台。其中，DSP相当于硬件基础，DSP芯片可用于开发网络层和物理层，同时还支持应用层以及数据链路层的开发，这样软件的应用功能将明显增加，而且还能在软件上开发出更多的新产品。在DSP上，通过软件编程可以实现信道解码、QAM解调以及数据解密/解扰，包括音/视频解码以及节目解复用，此外还可实现实时交互控制，而通过软件下载能够使更新、改变这些功能。

结束语

未来数字电视为用户提供将比以前更加精彩的节目，而用户也为数字电视运营商提供主要经济来源。条件接收系统需利用自身功能特点，结合运营商和用户的实际需求，加快实现各项功能服务。只有很好地完成对用户提供数字电视有偿服务，满足了客户需求，才能保障运营商的商业利益。

参考文献：

［1］陈玲.电压驻波比VSWR对广播电视天馈线系统的影响.科技传播，2019，10（上）.

［2］卢江浩.数字电视发射机研发现状.中国传媒科技，2019,8.

［3］宋树春，张兴会.电视发射机天馈系统的故障分析与处理.内蒙古广播与电视技术.2019，27（2）.