浅谈数码电视及其测量

2016-07-18 09:59:31来源: eefocus 关键字:数码电视  测量
电讯管理局局长已于二零零七年六月四日宣布,香港的数码地面电视服务会采用国家制式作为标准。两家免费电视广播机构,即亚洲电视和无线电视将于二零零七年底之前开展数码及仿真电视的同步广播。其实,数码电视大家并不陌生,本地所有收费电视营办商现已透过有线,卫星和宽频网络提供数码电视。只是香港要达致全面数码广播,地面电视广播机构必须推出数码地面电视服务。政府拟于二零一二年终止模拟广播,但会视进一步的市场和技术研究结果而定。结合笔者对数码电视及其测量技术的了解,简单介绍给大家参考。

1、 数码电视

所谓数码电视,应该是电视的全过程中,其视、音频都是数码信号,包括摄制、剪接、编辑、存储、播放、传输、接收。也就是说,电视节目从摄像开始就是数码视音频信号,一直到用户的电视机收到的也是视音频数码信号,用户用数码电视机收看电视节目。

由于数码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,故有数码卫星电视、数码有线电视、数码地面电视之分。无论那种数码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。

数码电视较仿真电视有很多优点。首先,数码摄影清晰度大大提高,它可以提供高清晰度节目;数码电视信号在传输过程中抗干扰能力强;数码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,数码电视可传送6 ~ 8 个节目。在数码电视传输网络中,不仅可以开展传输数码电视业务,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、宽带上网等等

2、数码电视标准

数码电视是一个庞大的系统,在设备生产、安装、调试、维护中都应遵循一定的标准,才能顺利地推进数码电视业务。

2.1、 国际上的数码电视标准

目前国际上主要有三个数码电视标准,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:

卫星数码电视为 DVB-S ,采用正交键控调制( QPSK )

有线数码电视为 DVB-C ,采用正交幅度调制( QAM )

地面数码电视为 DVB-T ,采用正交频分复用调制( COFDM )

DVB 标准具有较多优点,因此国际上数码卫星电视和数码有线电视原则上都采用欧洲的 DVB 标准。在分歧比较大的地面电视方面,DVB-T 和 ATSC-T 竞争比较激烈,中国也自行研究出自己的国家制式地面数码电视标准,即GB20600-2006《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》。

2.2、 香港的数码地面电视标准

在市场主导的原则下,无线和亚视在进行了大量严格的试验和香港实地电视广播测试后,认为国家制式测试效果满意,均建议政府采用国家制式作为香港的数码地面电视标准。电讯管理局局长已于二零零七年六月四日宣布,香港的数码地面电视服务会采用国家制式作为标准。

数码地面电视的发射站方面,慈云山站于2007年启播,覆盖率达40~50%,飞鹅山、金山、青山、九龙坑山及南丫岛站将于2008年启播,覆盖率将达到75%,其余二十三个发射站将于2011年前陆续完成,最终覆盖率达到99%(有关数码地面电视方面的详情读者可参考政府网址http://www.ofta.gov.hk/zh/broadcast/tv-digital.html)

3、 数码电视测试参数

较仿真电视来说,数码电视测试参数大都是数码信号,虽然其表现出来的仍然是图像和声音,但其测试在仿真电视基础上增加了很多新的概念和参数。

数码电视参数测量

3.1、功率POWER

在仿真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,在数码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,常用dBμv为单位来表示,我们常称之为数字平均功率电平,简称数字电平或数字功率。

3.2、 误码率 BER

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 标准定义为一个小时传输少于1个误码,对于 64QAM 来说,BER 小于10-4。

3.3、 调制误差率 MER

调制误差率 MER 是信号理想的向量幅度和与信号误差向量幅度和之比,以 dB 表示。这里所说的误差向量幅度是指信号能受到噪声干扰的总和。我们知道,在仿真电视中,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。因此我们在仿真电视标准中制定了量度这些干扰信号的标准参数,如 C/N 、 CSO 、 CTB等。但是,由于在数码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。我们可以此来审定数码电视信号图像质量。如 64QAM 的数码电视信号在 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,考虑到系统稳定性测量误差,因此 DVB-C 标准要求 MER 大于 27dB 。

3.4、 星座图 Constellation Diagram

星座图是由于数码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,如上图所示,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。

星座图

3.5、 突发噪声

由于数码电视设备,传输网络(包括卫星、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,对于仿真电视来说,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时域分析来进行。

4、数码电视测量仪

在数码电视研制、生产、开发、安装、维护、修理过程中需要采用大量的测试仪器,目前数码电视测量的仪器主要有以下几大类:

4.1、数码电视信号源

1)、数码电视标准信号源

这种标准信号源是产生标准的数码信号供测试,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。

数码电视信号源GV998

2)、数码电视测试信号源

这种信号源不仅产生标准数码电视信号,而且在标准信号上加上仿真的噪声,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,提供高清数码电视( HDTV )信号,含视频、音频、和其它数据 ( 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码视音频信号,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码电视标准进行,如DVB 按标准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 、数码电视视音频分析仪

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,无论是数码电视或仿真电视其技术指针是一致的,不同者只是数码电视要求更高了。

4.3.1 波形监示器和向量监示器

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。

向量监示器用以显示电视信号的向量特性,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相位差

波形监示器和向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,即向量 / 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、向量显示、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、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向量监示器功能。

还要说明的是对于数码电视信号来说,它传输的是数码信号,因此必须有标准译码器,使传输的数码流变成 SDI 视音频数码流,视音频测试仪才能测试,如果视频分析仪只能测量仿真信号,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,因为那已是仿真音视频信号。在新问世的视音频分析仪中,一般都能直接测量数码电视信号和摸拟电视信号。

4.4 、数码 / 仿真电视信号分析仪

对于数码电视信号的测试分析,无论是发射端(前端),或是客户端、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 数码 / 仿真电视分析仪

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 要求的指针作为测量目标,如功率、 BER 、 MER 、星座图等。为了适应当前模拟数码过渡的需要,特别是 CATV 传输过程中仍需对模拟的指针进行测试,故这些仪器仍然有仿真的主要测试指针,如频道扫描、频谱分析、斜度、C/N 、 V/A 、 CSO 、 CTB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码信号影响更为重要。

4.4.2 数码 / 仿真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,对于工程上的数码电视信号测量,对其指针而言,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码电视 / 仿真电视的图像,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。

数码电视频谱图像场强仪PRE II+

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、仿真电平、数码功率、 V/A 、 C/N 测量即可。它的特点是用量大,携带方便,最好是掌上型,测量指标最好有“合格 / 不合格”判定。

数码电视信号频谱

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。

本文是从测量的角度简要阐述了数码电视标准、数码电视的主要参数和测量仪器等内容,限于篇幅有限,不再进一步详细探讨。希望本文的介绍对大家有所帮助,有问题或建议可与笔者交流

关键字:数码电视  测量

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016071816215.html
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