一、数字电视基础

数字电视（DTV：Digital Television）是指采用数字技术将活动图像和声音等信号进行编码、压缩等处理，经存储或实时广播后，供用户接收、播放的电视系统。系统的各个环节，包括从演播室节目制作，到传送、存储/传输，直至接收、显示等过程都采用数字技术。与传统的模拟电视相比，数字电视在图像和声音质量两面都有重大改进。
    根据清晰度可分为：标准清晰度数字电视（SDTV：Standard Definition Television）和高清晰度数字电视（HDTV：High Definition Television）。
    近几年来，市场上常见的数码电视，尽管在原有模拟电视的个别环节中使用了一些数字信号处理技术如清晰度、降噪、去闪烁等，用来提高和改善模拟彩色电视机的图像和声音质量，但从天线接收的信号，都不是真正意义上的数字电视，它与全数字电视信号并不能直接兼容。相反，真正的数字电视则可以接收全数字电视信号，能够充分发挥数字电视的优越性。

1、数字电视有哪些优势和特点？

    （1）清晰度高、音频效果好。由于数字电视全过程采用数字技术，不受节目编辑、传输、转播和接收的影响。SDTV数字电视节目可以达到DVD质量，在观看HDTV节目时清晰度是目前电视的4倍DMB-TH以上，如35mm电影般清晰。
    （2）频带利用率高。原PAL 频道可播放3到8套标清数字电视。
    （3）抗干扰性能好。解决了模拟电视中的闪烁、重影、亮色互。
串等问题；可以实现城市楼群的高质量接收，移动载体中也可接收到清晰的数字电视节目。
    （4）便于开展各种综合业务和交互业务（包括因特网业务），有利于构建“三网合一”的信息基础设施。
    （5）节目的加密处理等应用。

2、数字电视的传输媒介有哪些？

    根据传输媒介的不同，主要分为：地面数字电视、有线数字电视（包括光纤、铜轴和两者的混合网）、卫星数字电视、微波（MMDS、MUDS）等。

3、数字电视国际标准

    数字电视是一个复杂的系统，主要包括演播室里完成信号的抽样、量化、压缩编码的信源压缩部分，发射机中的为增加传输稳定性、可靠性而进行的信道传输部分，以及千家万户使用的接收和显示部分等。
    信源部分的国际标准主要是MPEG（活动图像专家组）提出的MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等视音频标准，以及最新的ITU H.264/MPEG AVC、Microsoft/SMPTE VC1和我国自己制定的AVS视频编码标准。
    信道部分的标准比较多，根据传输媒介的不同分为卫星、有线、地面三种，其中卫星的标准有欧洲DVB组织提出的DVB-S、DVB-S2；有线主要有DVB-C、OpenCable。当前，地面数字电视的国际标准主要有三个：欧洲DVB组织提出的以COFDM为核心技术的DVB-T标准；美国大联盟组织提出的以8VSB为核心技术的ATSC标准；日本提出的以BST-OFDM为核心技术的ISDB-T标准。
    清华大学和北京凌讯华业科技有限公司提出的以TDS-OFDM为核心技术的DMB-TH方案，已经为我国地面数字电视标准作出了重要贡献，而且也为国际公认标准迈出了第一步。

二、DMB-TH技术优势

1、DMB-TH技术的发展背景

    数字电视逐步替代模拟电视是一次新的产业升级。中国将有巨大的数字电视消费市场，确立中国自己的技术标准来发展拥有自主知识产权的数字电视事业，不仅可以满足广大人民群众日益增长的物质、文化需求，还可以带动相关产业快速发展，摆脱我国在DVD、数码相机等领域受国外专利困扰的尴尬局面。
    对于地面数字电视广播来讲，首先要求有足够高的传输码率，其次要实现和模拟电视节目的同播，更重要的是能够支持移动接收和便携接收，还有多业务扩展功能。世界上已有的欧洲、美国、日本三大地面数字电视标准，在移动接收、频谱效率、单频网、干扰、系统的灵活性等方面各有相应的不足之处和无法解决的问题。
    清华大学经过对数字电视技术发展趋势和我国应用与产业需求的认真分析，借鉴世界上已有标准的经验教训，融合了数字通信最新发展的成熟技术，在1999年原创性地提出具有完整自主知识产权的DMB-T标准方案。目标是提出具有我国自主知识产权、在功能上具有可扩展性、满足我国地面数字电视传输要求的地面数字电视广播传输方案，通过扩展进而能够实现多媒体信息的室内/室外、固定/移动和便携、单向广播/双向通信等。在随后进行的各种试验和测试中，都充分证明该方案与现有模拟电视传输频道制式兼容，并且具有高清晰度电视、标准清晰度电视和多媒体数据兼容传输和单频组网能力，支持移动接收和便携式终端；特别是在快速同步、抗干扰能力、高频谱利用率、灵活组网等关键技术性能方面，与欧洲、美国、日本已有标准相比，具有明显的综合技术优势和应用特点。
    随着技术发展，新的技术不断成熟和涌现，清华大学和北京凌讯华业科技有限公司在原有研究成果的基础上，融合了最新提出的LDPC低密度纠错编码技术，以及提出新的低功耗技术，在2004年12月实现了DMB-TH的理论验证、系统仿真等工作，2005年5月完成了DMB-TH的FPGA验证系统，并与2005年10月实现了DMB-TH融合技术芯片的成功流片，各项指标均远远优于原有系统。
    到目前为止，DMB-TH在技术可行性、系统稳定性、产业化、运营可行性等方面已经满足我国地面数字电视标准的要求。

2、DMB-TH传输系统原理

    DMB-TH采用了PN序列填充的时域同步正交频分复用（TDS-OFDM）多载波调制技术，这种独特的先进技术有机地将信号在时域和频域的传输结合起来，在频域传送有效载荷，在时域通过扩频技术传送控制信号以便进行同步、信道估计，实现快速码字捕获和稳健的同步跟踪性能。
在技术上，针对插入强功率同步导频的传统OFDM调制方式，在传输系统的有效性、可靠性都受损失的缺陷，发明了基于PN序列扩频技术的高保护同步传输技术和巧妙利用OFDM保护间隔的填充技术，同时提高了传输系统的频谱利用效率和抗噪声干扰性能。针对地面数字电视广播现有传输标准的信道估计迭代过程较长的不足，发明了新的TDS-OFDM信道估计技术，提高了系统移动接收性能。针对采用多载波COFDM技术的欧标DVB-T比采用单载波8VSB的美标ATSC系统误码门限差的现实，发明了一种新的纠错编解码（FEC）技术LDPC，成功地避开了国外专利保护，获得了比ATSC更好的系统误码性能。针对其他标准无法支持双向互动、互联网扩展等问题，进行了支持互连网的扩展设计，以便适应未来信息的数字化、多样化和多媒体化拓展，在现有数字电视无线广播基础上可进一步扩展互连网业务、组播、点播、导呼等增值业务，甚至进而拓展视频、数据和语音等综合、交互、移动、便携。针对数字视音频产业已有的成果，DMB-TH设计了灵活的接口方案，支持国际上通用的MPEG2-TS流数据格式，可以支持任何类型的视频压缩和数据格式，如MPEG-2、4等。
    DMB-TH还采用了不同于已有数字电视技术标准的与自然时间同步的分层复帧结构，来支持单频网。单频网不但能够更好的支持移动数字电视服务，而且能够解决由单个发射机无法覆盖的盲区问题。

3、DMB-TH技术特点和优势

    DMB-TH在最早的测试中就表现出比现有任何地面数字电视标准都好得多的性能和特点，这些优势在各种实验室测试和场地试验中都得到充分的证实，主要包括：
DMB-TH能够提供更高的数据传输带宽——由于DMB-TH不需要象欧洲DVB-T那样浪费很多导频信号来进行同步和均衡，因此在同样条件下其有效载荷传输能力比欧洲DVB-T高出10%，这使得在同样的无线频谱内能够提供更高的数据带宽。
    DMB-TH能够实现更大的信号覆盖范围——DMB-TH比欧洲DVB-T的接收门限要有2dB的优势，接收灵敏度大大提高，使得DMB-T在同样的发射条件下能够覆盖更大的区域，确保较少的投资就可以完成覆盖意图，同时可以降低电磁辐射污染。
    DMB-TH能够满足在各种高速载体上开展业务——DMB-TH能够在大于200公里时速的超常规速度的载体上正常接收高清晰度的数字电视信号，正是因为DMB-TH采用的时域快速信道估计技术，使系统同步和信道估计时间比欧洲DVB-T缩短约100倍左右，这为地面数字电视广播在各种载体上进行接收提供了有利条件，如高速汽车、高速火车、轮渡等。这是欧洲DVB-T技术所不能达到的。
    DMB-TH能够更好地支持城域、省域单频网——DMB-TH严格的与绝对时间同步的帧结构，使其比欧洲DVB-T的同类设备更容易实现同时同频发送同一信号的单一频率网络，节约我国宝贵的不可再生的无线频率资源，同时可确保在更大范围的城域、省域内支持移动接收的单频网。
    DMB-TH为地面数字电视的可持续发展做好了技术准备——DMB-TH独特的信号帧结构，可以融合多业务广播。DMB-TH在解决了数字高清晰度电视传输问题的同时，将给高速信息用户接入和移动通信领域带来新的发展空间。这些新的业务主要包括：可以进一步扩展互联网应用；增加组播、点播、导呼业务；拓展视频、数据、语音等的综合的和交互的应用业务；开发更加便携的移动接收业务，包括手机接收数字电视等；进一步开发接收机定位业务。

4、DMB-TH技术知识产权

    DMB-TH方案是根据自己的原创性发明专利和结构性的系统创新有机整合而成的数字电视广播传输方案，具有完整的自主知识产权体系。到目前为止，与DMB-TH方案直接相关的清华大学职务发明专利40+3项。
国家知识产权局在2002年经过严格专利评估形成的《数字电视地面传输技术方案专利评估报告》中，给出了清华DMB-T方案的总体评价：“清华大学方案不同于目前的任何一种数字电视的体制。其基础是通信技术的OFDM技术、扩频和同步技术。采用清华大学专利申请所支持的方案作为中国的数字电视的传输体制，所面临的专利付费的形势是乐观的。”针对低功耗技术的设计，DMB-TH申请了3项专门的发明专利。

5、DMB-TH兼容性

    DMB-TH系统是一个完整透明的数据传输系统，支持所有传输格式为MPEG2-TS流的数据码流。不管什么样的数据，例如MPEG-1、MPEG-2、中国的AVS、MPEG-4、H.264、IP数据、Windows Media 9等格式的数据码流，只要打包成该格式的码流都可以经过DMB-TH传输系统进行传送。当然也包括16:9等各种显示格式的信源数据流。

6、DMB-TH的数据传输能力

    DMB-TH系统具有强大的传输能力，可以支持打包为MPEG-2传输流格式从4.8Mbps到32.4Mbps的数据码流（包括HDTV高清电视节目的可靠广播）。DMB-TH符合固定、移动、便携电视的所有业务需求，提高了频谱利用率，为广播电视实现高质量、多种类、多模式的业务提供可靠的技术手段。在8MHz标准带宽里面的7.56MHz有效频带里，有20种模式的传送码率可供选择。

7、DMB-T/H系统的码流

    实际上节目的内容决定了码流的高低，我们并不能单纯的说每个频道里能够传送多少数字电视节目，还要看具体是什么样的节目应用、信源压缩技术等因素。通常情况下，利用MPEG-2压缩标准传送一套快速运动的体育节目大概要求4到5Mbps的码流，传送一套新闻、访谈节目大概需要3Mbps的码流，传送一套图文信息只需1.5Mbps的码流，而传送高清电视节目需要20Mbps左右的码流。因此，需要运营单位合理地安排节目数量。

8、DMB-TH的扩展功能

    DMB-T/H方案不仅能够支持现有的各种广播服务，而且具有支持各种新的通信服务业务的可扩展性。在解决了数字高清晰度电视传输问题的同时，将给高速信息用户接入和移动通信领域带来新的发展空间。主要包括：
（1）可以进一步扩展互联网应用。
（2）增加组播、点播、导呼业务。
（3）拓展视频、数据、语音等的综合的和交互的应用业务。
（4）开发更加便携的移动接收业务，包括手机、PDA、笔记本电脑、时尚的便携影音电子设备等数字电视接收。进一步开发接收机定位业务。

9、成熟的DMB-T/H产业链

    DMB-TH产业链主要包括发射端的DMB-T/H调制器、DMB-T/H激励器、数字电视发射机、DMB-T/H单频网适配器、DMB-T接收机顶盒、DMB-T/H数字电视一体接收机等。
    其中，发射端设备制造商主要有：德国R&S、东芝电子、北京北广电子集团、北京吉兆电子、加拿大UBS等国内外主要广播设备企业已完成DMB-T/H数字调制器、DMB-TH数字激励器、数字电视发射机，以及DMB-T/H单频网适配器等前端设备的研制和批量生产。
    接收端设备制造商主要有: 四川长虹、青岛海尔、青岛海信、深圳力合、厦门厦华、九州信息、康佳、TCL、北京北广、清华同方、LG、三星、裕兴电子、泰赛德电子、明新视讯、台湾高昕科技、大腾电子和威翼科技等单位的DMB-TH接收机顶盒、DMB-TH数字电视一体接收机，都已经研发成功，多数企业已经开始向全国各地采用DMB-T/H标准的运营部门批量供货。
    测试设备制造商主要有:德国的R&S公司已经研发成功了测试DMB-T/H发端信号的EFA系列测试设备，测试DMB-T/H接收信号的SFU测试设备也已经投放市场；安捷伦等国际一流的广电测试设备供应商都会很快提供DMB-T/H的测试设备。DMB-T/H接收设备的测试已经可以在国家信息产业部所属的国家广播电视产品质量监督检验中心进行。
    DMB-T/H方案历经三次理论分析（计算机仿真、专家评估、方案论证）、三代（功能、测试、产品化）样机研发、三代（测试、试用、产业化）专用芯片开发、三种（密集楼群地区、中小城市、现代化都市）场地试验、三个（全国广电标委会、国家知识产权局、中国工程院）专业部门评估等阶段，并已通报国际电联，技术已经成熟。
    成熟的DMB-T/H产业链已经完全可以满足各种运营需求，运营部门利用DMB-T/H的产品所开展的各种运营，已经充分证明。

三、DMB-TH和T-DMB、DVB-H/T比较

    凌讯科技和合作伙伴美国模拟器件公司(ADI)介绍，DMB-TH标准具有移动接收灵敏度高，技术实现简单，以及成本和功耗低等特点。

1、高速移动接收灵敏度

    高速移动接收灵敏度主要与解调器有关，是运营商十分关心的问题，也是DMB-TH的优势所在。凌讯科技曾经在路面上测试过200公里/小时，在实验室模拟过400公里/小时的速度，接收的效果非常好。实际上，这也是标准设计和芯片实现时重点考虑的因素。
    中国目前有40多个省市开通了数字地面电视，主要是车载电视，有三个标准在用，主要是清华方案和欧洲DVB-T方案，少部分用了上海交大的方案。其中大约有20多个是用的清华的方案，超过了欧洲方案，主要是因为移动接收灵敏比欧洲方案好很多，另外，根据青岛广电的测试结果，覆盖面积的半径对欧洲方案多了10公里。
    中国移动电视市场将会遵循类似手机照相机市场所采用的发展道路。开始首先会在高端PDA、智能手机和PMP中应用，随后会被大众市场移动电话所采用。到2008年，预期中国移动电视应用市场总容量会超过2000万台。
    凌讯科技和ADI非常希望DMB-TH也成为中国移动电视标准。国外之所以有单独的移动电视标准，是因为无论美国的数字电视标准ATSC，还是欧洲标准DVB-T，由于发展太早，当初在设计方案的时候，都没有考虑手机等便携设备，只考虑数字地面电视，所以他们的标准一定不能满足今天的要求。DMB-TH在设计标准的时候，已经考虑了手持设备的要求，从技术上来讲，已经可以提供移动电视服务了。

2、技术实现难度

    就技术实现难度，ADI高速信号处理部副总裁John Hussey先生表示:“对于射频调谐器的话，不同标准的带宽不一样，T-DMB带宽比较窄，DVB-H/T和DMB-TH带宽比较大，对射频要求比较高，但是对于这些不同的要求，我们都有了相应产品，都已经可以批量化生产了，并不存技术难题。”
    从解调器来讲，原理上没有太大的区别，因为T-DMB和DVB-H/T等国际上主要标准的基础也是OFDM多载波技术，实现难度都差不多。TDS-OFDM是时间和频率同时处理，T-DMB只是频率处理。实际上，接收机主要是调谐器和解调器两部分，把这两部分解决好了，对于做终端设备的厂商，不会有太大区别。

3、成本和功耗

    在成本和功耗方面，DMB-TH和T-DMB、DVB-H标准相近。ADI公司Hussey表示，现在来看，不同标准的调谐器，成本上没有太大的差别，而且未来的调谐器是支持多种标准的，不同标准用同一个调谐器，成本没有任何差异。