数字电视标准综述

2019-11-03 17:54:24

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供稿：网友

邓永红

　　摘要：本文从数字电视技术标准所起的作用，美国ATSC标准，欧洲DVB标准，日本ISDB标准，DVB与 ATSC的比较，三种标准的数字地面广播系统比较，我国数字广播电视标准化工作的现状等方面，详细地介绍了数字电视标准。

　　关键词：数字电视标准，ATSC标准， DVB标准， ISDB标准。

　　在数字电视传输码流中，一个数据包有多大，含有多少字节，每个字节的含义是什么，甚至一个字节的某一比特位是何意义，都有明确的规定，这就是标准。

　　目前，美国、欧洲和日本各自形成三种不同的数字电视标准。美国的标准是ATSC（Advanced Television System Committee先进电视制式委员会）；欧洲的标准是DVB（Digital Video Broadcasting 数字视频广播）；日本的标准是ISDB（Integrated Services Digital Broadcasting 综合业务数字广播）。

　　我国数字电视的制式标准迟迟未能出台，这成为不少人士关注的焦点。因为标准在2003年能否顺利出台，事关中国的数字电视产业能否尽早启动：“在彩电业一片亏损声中，不少厂家之所以没有放弃彩电就是要苦熬数字电视时代的到来。”中国一旦确定并公布数字电视的制式标准，中国数字电视将迅速形成产业化，彩电将真正迎来第二春。

　　广播电视从模拟系统向数字系统过渡，没有统一的标准就不可能实现。与模拟系统相比，技术标准在数字化、网络化中具有更重要的地位和作用。

　　一、数字电视技术标准所起的作用

　　技术标准在数字化、网络化中具有的作用主要体现在以下几个方面：

　　（1）在设备方面，模拟系统的标准主要规定设备的外在接口，而数字系统的标准不仅规定设备的外在接口，还要对数字信号处理的整个过程和细节甚至是每个比特都做详细的规定，如果标准不统一，设备和网络都将无法联通，数字信号将无法畅通。

　　（2）在系统方面，模拟系统工程是单一的、相互独立的业务系统，而数字系统则是统一的、综合的、从播出到接收的大系统，接收端与播出端必须完全对应，这就要求对播出系统、传输系统与机顶盒或接收机统一制订标准。

　　（3）在相互关系方面，模拟系统的标准主要是单一的技术标准，而数字系统的标准则是集信息标准、广播电视技术标准、通信传输标准、计算机标准于一体的多层次的标准。

　　我们必须充分认识标准在数字化、网络化进程中的地位和作用，进一步增强标准意识，在设备选型、新技术运作、事业建设、技术改造等工作中首先必须考虑是否符合国家标准的问题，遵循标准化的规律，推进电视数字化的健康发展。

　　二、美国ATSC标准

　　ATSC数字电视标准由四个分离的层级组成，层级之间有清晰的界面。最高层为图像层，确定图像的形式，包括像素阵列，幅型比和帧频。第二层是图像压缩层，采用MPEG-2图像压缩标准。第三层是系统复用层，特定的数据被纳入不同的压缩包中，如节目1图像，节目2声音，或者辅助数据，采用MPEG-2系统标准。最后一层是传输层，确定数据传输的调制和信道编码方案。

　　对于地面广播，其标准采用Zenith公司开发的8VSB，此系统可通过6MHz的地面广播频道实现19.3Mb/s的传输速率。该标准也包含适合有线电视系统高数据率的16VSB模式，可在6MHz的有线信道中实现38. 6Mb/s的传输速率。下面两层共同承担普通数据的传输，上面两层确定地普通数据传输的基础上运行的特定配置，如HDTV或SDTV（标准清晰度电视）。上面两层还确定ATSC标准支持的具体图像格式，共有18种格式（HDTV6种、SDTV12种），14种采用逐行扫描方式。

　　⑴ HDTV，1920像素（H）×1080像素（V），宽高比16：9，帧频60Hz/隔行扫描制，帧频30Hz/逐行扫描制，帧频24Hz/逐行扫描制；

　　⑵ HDTV，1280像素（H）×720像素（V），宽高比16：9，帧频60Hz/逐行扫描制，帧频30Hz/逐行扫描制，帧频24Hz/逐行扫描制；

　　⑶ SDTV，704像素（H）×480像素（V），宽高比16：9或4：3，帧频60Hz/隔行扫描制，帧频60Hz/逐行扫描制，帧频30Hz/逐行扫描制，帧频24Hz/逐行扫描制；

　　⑷ SDTV，640像素（H）×480像素（V），宽高比4：3，帧频60Hz/隔行扫描制，帧频60Hz/逐行扫描制，帧频30Hz/逐行扫描制，帧频24Hz/逐行扫描制。

　　HDTV除一种之外，图像格式都采用逐行扫描。因为1920×1080格式不适合在6MHz信道内以60帧/秒进行逐行扫描，故以隔行扫描取代之。SDTV的640×480图像格式与计算机的VGA格式相同，保证了与计算机的适用性。在所有12种SDTV格式中，有9种采用逐行扫描，保留3种为隔行扫描方式以适应现有的视频系统。

　　尽管ATSC DTV标准包含了高数据率的16VSB传输模式以适应有线电视系统，而美国的有线电视业实际上采用的是相近但不相同的标准，这是因为美国有线电视业在ATSC DTV标准被FCC通过之前已对发展不同的数字化技术投入大量的资金。作为ATSC的重要成员，有线电视通信工程协会已采纳了数字化有线系统的标准，此标准协调了美国有线工业现行标准化和ATSC DTV的标准。另外，这些有线标准包括反映现行标准的一级图像格式，ATSC SDTV图像格式，同时设定了一套二级图像格式，有线业可用于后兼容的电视上。二级图像格式与ATSC DTV格式相同，包括HDTV和SDTV两种格式。

　　另外，ATSC还开发通过了在帧频为50Hz的国家使用的另行标准。HDTV的像素阵列相同，但帧频为25HZ和50HZ。SDTV格式的垂直分辨率为576行而水平分辨率则不同；也包含352×288格式，适应必要的窗口设置。基于50Hz版本的ATSC DTV标准使采用帧频为50Hz的国家更易于使用。

　　ATSC成员30个，其中有美国国内成员20个、来自阿根廷、法国、韩国等7个国家的成员10个，我国的广播科学研究院也参加了ATSC组织。

　　三、欧洲DVB标准

　　DVB标准包括：DVB广播传输系统、DVB 基带附加信息系统、DVB交互业务系统、DVB 条件接收及接口标准。具体如下：

　　1．DVB广播传输系统

　　DVB 数字广播传输系统利用了包括卫星、有线、地面、SMATV、MNDSD 在内的所有通用电视广播传输媒体。它们分别对应的DVB标准中：DVB-S、DVB-C、DVB-T、DVB-SMATV、DVB-MS和DVB-MC。

　　⑴ DVB-S（ETS 300 421）——数字卫星直播系统标准

　　该标准以卫星作为传输介质。通过卫星转发的压缩数字信号，经过卫星接收机后由卫星机顶盒处理，输出现有模拟电视机可以接收的信号。这种传输覆盖面广，节目量大。数据流的调制采用四相相移键控调制（QPSK）方式，工作频率为11/12GHz。在使用MPEG—2的MP@ML（主类@主级）格式时，用户端达到CCIR601演播室质量的码率为9Mb/s，达到PAL质量的码率为5Mb/s。一个54MHz转达发器传送速率可达68Mb/s，并可供多套节目复用。

　　在DVB-S标准公布之后，几乎所有的卫星直播数字电视均采用该标准，包括美国的Echostar等。我国也选用了DVB-S标准。

　　⑵ DVB-C（ETS 300 429）——数字有线广播电系统标准

　　该标准以有线电视网作为传输介质，应用范围广。它具有16、32、64QAM三种方式，工作频率在10GHz以下。采用64QAM正交调幅调制时，一个PAL通道的传送码率为41.34Mb/s，还可供多套节目复用。系统前端可从卫星和地面发射获得信号，在终端需要电缆机顶盒。2001年国家广电总局已颁布行业标准：《有线数字电视广播信道编码和调制规范》，该标准等同于DVB-C标准。行标的制订有利于我国有线数字电视的推进。

　　⑶ DVB-T(ETS 300 744)——数字地面广播系统标准

　　这是最复杂的DVB传输系统。地面数字发射的传输容量，在理论上大致与有线电视系统相当，本地区覆盖好。现在采用编码正交频分复用（COFDM）调制方式，8MHz带宽内能传送4套电视节目，而且传输质量高。但这种系统其接收费用高，频道也较少。

　　⑷ DVB-SMATV（ETS 300 473）——数字SMATV（卫星共用天线电视）广播系统标准

　　该标准是在DVB-S和DVB-C基础上制定的。

　　⑸ DVB-MS（ETS 300 748）——高于10GHz的数字广播MMDS分配系统标准

　　MMDS是采用调幅微波向多点传送，分配多频道电视节目的系统。该标准基于DVB-S，使携带大量节目的微波信号直接入户。用DVB-S接收机配上一个MMDS频率变换器就可接收DVB-MS信号。

　　⑹ DVB-MC（ETS 300 749）——低于10GHz的数字广播MMDS分配系统标准

　　该标准基于DVB-C，使携带大量节目的微波信号直接入户。用DVB-C接收机配上一个MMDS频率变换器就可接收DVB-MC信号。

　　2.DVB基带附加信息系统

　　DVB数字广播系统除传送普通的视频、音频信号外，还需传送接收IRD调谐、节目指南，以及图文、字幕、图标等信息。适用于此类基带附加信息系统的DVB标准包括：DVB-SI、DVB-TXT和DVB-SUB。

　　⑴ DVB-SI（ETS 300 468）——数字广播业务信息系统标准

　　该标准用于IRD自行设置，并为用户提供广播业务指南。DVB—SI由一系列的表和描述符构成，它们给出了有关DVB业务或节目的所有参数。

　　⑵ DVB-TXT（ETS 300 472）——数字图文广播系统标准：该标准用于固定格式图文电视的传送。

　　⑶ DVB-SUB（ETS 300 743）——数字广播字幕系统标准：该标准用于字幕及图标（台标等）的传送。

　　3．DVB交互业务系统

　　DVB数字广播系统中的许多业务能根据需要，提供某中形式的交互服务。在通用DVB数字广播系统的基础上，进一步构成交互业务系统的要素包括与其他相关国际标准兼容的交互业务网络独立协议，传送交互服务过程命令与控制信号的回传信道等。与此对应的交互业务系统DVB标准有：DVB—Nip、DVB-RCC和DVB-RCT。

　　⑴ DVB-NIP（ETS 300 802）——DVB交互业务网络独立协议标准；

　　⑵ DVB-RCC（ETS 300 800）——CATV系统DVB反传信道标准；

　　⑶ DVB-RCT（ETS 300 801）——PSTN/ISDN的DVB反传信道标准。

　　4．DVB 条件接收及接口表准

　　DVB数字广播系统中有些业务传送的是加扰的条件接受信息。条件接收的通用接口，使 IRD(Integrated Receiver Decoder,综合解码接收机)能够解扰采用通用加扰算法的加扰信息。DVB数字广播系统与其他电信网络（例如PDH、SDH、ATM等）的连接扩展了DVB技术的应用范围，其与这些电信网络的接口实现了DVB向电信网络的过渡。此外还有用于连接专业设备及IRD的接口。关于这些接口的DVB标准包括：DVB-CI、DVB-PDH、DVB-SDH、DVB-ATM、DVB-PI和DVB-IRDI。

　　⑴ DVB-CI（EN 50221）——条件接收及其它应用的通用接口标准

　　条件接收可确定哪些数字接收机能够接收特定的广播电视节目。这是付费电视广播的基本部分，因而对数字电视运行的成功发展至关重要。

　　⑵ DVB-PDH（ETS 300 813）——PDH（准同步数字系列）网络DVB接口标准；

　　⑶ DVB-SDH（ETS 300 814）——SDH（同步数字系列）网络DVB接口标准；

　　⑷ DVB-ATM（ETS 300 815）——ATM网络DVB接口标准；

　　⑸ DVB-PI（EN 50083—9）——CATV/SMATV前端及类似的专业设备接口标准；

　　⑹ DVB-IPDI（EN 50201）——DVB-IRD接口标准。

　　DVB成员已经达到265个（来自35个国家和地区），主要集中在欧洲并遍及世界各地，我国的广播科学研究院和TCL电子集团也在其中。从三个数字电视标准的成员数量及分布情况看，DVB 标准的发展最快，普及范围最大。

　　四、日本ISDB标准

　　ISDB是日本的DIBEG（Digital Broadcasting Experts Group 数字广播专家组）制订的数字广播系统标准，它利用一种已经标准化的复用方案在一个普通的传输信道上发送各种不同种类的信号，同时已经复用的信号也可以通过各种不同的传输信道发送出去。ISDB具有柔软性、扩展性、共通性等特点，可以灵活地集成和发送多节目的电视和其它数据业务。

　　ISDB筹划指导委员会委员17个，其他成员23个，其成员都是日本国内的电子公司和广播机构。五、DVB与 ATSC的比较

　　欧洲“DVB标准”和美国“ATSC数字电视标准”的主要区别如下：

　　（1）方形像素：在ATSC标准中采纳了“方形像素”(Square Picture Eelements),因为它们更加适合于计算机；而DVB标准最初没有采纳，最近也采纳了。此外，范围广泛的视频图像格式也被DVB采纳，而ATSC对此则不作强制性规定。

　　（2）系统层和视频编码：DVB和ATSC标准都采纳MPEG-2标准的系统层和视频编码，但是，由于MPEG-2标准并未对视频算法作详细规定，因而实施方案可以不同，与两个标准都无关。

　　（3）音频编码：DVB标准采纳了MPEG-2的音频压缩算法；而ATSC标准则采纳了AC-3的音频压缩算法。

　　（4）信道编码：两者的扰码器（Radomizers）采用不同的多项式；两者的里德—所罗门前向纠错（FEC）编码采用不同的冗余度，DVB标准用16B，而ATSC标准用功20B；两者的交织过程(Interleaving)不同；

　　在DVB标准中网格编码（Trellix coding）有可选的不同速率，而在ATSC标准中地面广播采用固定的2/3速率的网格编码，有线电视则不需采用网格编码。

　　（5）调制技术：卫星广播系统中DVB标准采用QPSK，而ATSC标准不涉及卫星广播。有线电视系统中DVB标准采用任选的16/32/64QAM，而ATSC标准采用16VSB，两者完全不同。地面广播系统中DVB标准采用具有QPSK、16QAM或64QAM的COFDM（2K个或8K个载波）；而ATSC标准采用8VSB。

　　六、三种标准的数字地面广播系统比较

　　ISDB-T和欧洲的DVB-T非常类似,可以说是经修改的欧洲方案,传输方案仍是COFDM,使用的编码方式相同,调制方法也相同,也分为2K和8K两种模式。因为日本电视射频带宽为6MHz,所以载波数、载波间隔有所差别。美国的ATSC 8-VSB、欧洲DVB-T、日本ISDB-T的比较如表1所示。

　　表1 三种数字地面广播系统的比较　

　　同时传送多种级别的图像（HDTV、SDTV、LDTV），传送多套节目，同时进行图像、声音和数据业务，这些都是数字电视的共同优点，对美、欧、日三种制式均适用。而抗多径能力强，可分层，可移动接收，可组成单频网则是OFDM 的优点，也是欧洲、日本制式的共同优点。根据分层和窄带接收同时实现固定接收、移动接收和便携接收，则仅是日本制式的特点。与DVB-T相比,ISDB-T增加了部分接收和分层传输功能。

　　由于模拟电视三种标准（及其许多子标准）的分隔，在各大洲之间、各国之间造成了很多障碍，使全世界的消费者为模拟电视标准的多样性付出了高昂的代价。目前，全世界的数字电视专家正在从中吸取教训、清理障碍、力求改变这种现状。可以预言在不远的将来ATSC、DVB、ISDB等数字电视标准都将不覆存在，取而代之的是统一的国际数字电视标。

　　七、我国数字广播电视标准化工作的现状

　　经过广电等有关部门的艰苦努力，我国初步建立了数字广播电视标准体系，已制定发布多项国家标准和行业标准，涉及到信源采编与制作、业务应用与播出、传输与覆盖、监测等各个方面，基本满足了我国广播电视数字化进程的需要。目前我国已颁发的与数字电视相关的标准如下：

　　（1）数字（高清晰度）电视标准体系（概况）。

　　（2）数字电视基础标准，具体如下：

　　①GB/T7400.11 数字电视术语；

　　②GY/T134 数字电视图像质量主观评价方法；

　　③GY/T144 广播电视SDH干线网管理接口协议；

　　④GY/T145 广播电视SDH干线网网元管理信息模型规范；

　　⑤GY/Z174 数字电视广播业务信息（SI）规范；

　　⑥GY/Z175 数字电视广播条件接收系统（CA）规范。

　　（3）演播室参数标准，具体如下：

　　①GB/T 14857 演播室数字电视编码参数规范；

　　②GB/T 17953 4∶2∶2数字分量图像信号的接口；

　　③GY/T 155 高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值；

　　④GY/T 156 演播室数字音频参数；

　　⑤GY/T 157 演播室高清晰度电视数字视频信号接口；

　　⑥GY/T 158 演播室数字音频信号接口；

　　⑦GY/T 159 4∶4∶4数字分量视频信号接口；

　　⑧GY/T 160 演播室数字电视辅助数据信号格式；

　　⑨GY/T 161 数字电视附属数据空间内数字音频和辅助数据的传输规范；

　　⑩GY/T 162 高清晰度电视串行接口中作为附属数据信号的24比特数字音频格式；

　　B11GY/T 163 数字电视附属数据空间内时间码和控制码的格式；

　　B12GY/T 164 演播室串行数字光纤传输系统；

　　B13GB/T14919 数字声音信号源编码技术规范；

　　B14GB/T14920 四声道数字声音副载波系统技术规范；

　　B15GY/T167 数字分量演播室的同步基准信号；

　　B16GY/T165 电视中心播控系统数字播出通路技术指标和测量方法。

　　（4）视频编码及复用标准

　　①GB/T 17975.2 信息技术——运动图像及其伴音信号的通用编码；

　　②MPEG-2视频标准在数字（高清晰度）电视广播中的实施准则(征求意见稿)；

　　③MPEG-2系统标准在数字（高清晰度）电视广播中的实施准则(征求意见稿)。

　　（5）信道编码及调制标准

　　①GB/T 17700-1999卫星数字电视广播信道编码及调制标准；

　　②GY/T170-2001有线数字电视广播系统信道编码及调制规范；

　　③GY/T143 有线电视系统调幅激光器发送机和接收机入网技术条件和测量方法；

　　④GY/T146 卫星数字电视上行站通用规范；

　　⑤GY/T147 卫星数字电视接收站通用技术要求；

　　⑥GY/T148 卫星数字电视接收机技术要求；

　　⑦GY/T149 卫星数字电视接收站测量方法——系统测量；

　　⑧GY/T150 卫星数字电视接收站测量方法——室内单元测量；

　　⑨GY/T151 卫星数字电视接收站测量方法——室外单元测量。

　　目前我国标准化工作还存在一些问题，就标准工作本身来说，标准制订周期长，跟不上市场变化和企业需要；标准水平偏低，修订不及时，标龄太长，满足不了产品更新和产品升级的需要；采用国际标准和国外先进标准的比例太低；标准的研究工作薄弱，高新技术标准严重缺乏。就外部环境而言，不少人标准化意识比较淡薄，如工作人员不按标准要求操作的现象时有发生；标准化工作经费投入不足，标准化工作队伍不够健全；标准实施的监督、检查力度不够等。因此应该加快我国标准化改革步伐，等同等效地采用适合我国国情的国际标准，以推动我国产品质量的提升，提高我国产品和产业的国际竞争能力

　　发展是硬道理，发展是第一要务。制定标准和拥有自主知识产权都不是目的，都只是手段，目的是加快我国数字电视发展，壮大我国数字电视产业。只有扎扎实实从有线切入，加紧推动有线数字电视发展，我国数字电视与国外的差距才有可能缩小。

摘自　《中国CATV》

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