数字电视发展概况及地面数字电视调谐器发展与研究现状.doc

数字电视发展概况及地面数字电视调谐器发展与研究现状1 数字电视发展概况1.1 数字电视的基本概念数字电视是指采用数字技术将活动图像和声音等信号加以处理、压缩、编码，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，到处理、传送、存储/传输，直至接收、显示等过程都采用数字信号。数字电视按信号传输方式可分为地面（无线）数字电视、卫星数字电视和有线数字电视三类。按图像清晰度高低的不同可分为高清晰度数字电视、标准清晰度数字电视和普通清晰度数字电视三类。按终端产品的类型不同可分为数字电视显示器、数字电视机顶盒和数字电视接收机三种。按数字电视机屏幕的宽高比例的不同可分为43幅型比和169幅型比两种。数字电视的优势和特点如下: 1) 清晰度高、音频效果好。由于数字电视全过程采用数字信号，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 倍以上。 2) 频带利用率高。原PAL 频道可播放4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。1.2 国内外数字电视的发展现状 数字电视的发展有着广阔的前景，纵观全球，在过去的几年中全球各国都在大力发展数字电视及其相关产业，并取得了很大进展。由于客观情况、标准和制式等不同，各国的数字电视发展状况也不尽相同，但一些数字电视发展比较迅速的国家，特别是美国、日本、欧洲等国数字电视发展模式、发展趋势、技术标准的选择对我国有一定的指导和借鉴意义。 1) 美国美国的数字电视发展目前也是遥遥领先。美国是世界上较早发展数字电视的国家，在技术领域不仅完成了数字电视三大标准的制订工作，而且已经率先实现了商用播出。美国制定了严格的数字电视普及时间表，2004年1月起13寸以上的电视分阶段安装数字高频头，2007年1月1日起全部电视义务内置数字高频头，2008年地面传输数字电视全面普及，并停止模拟电视广播。 2) 欧洲欧洲的数字电视兴起比较早，目前无论从技术上还是用户模式上都处在稳定的成熟时期。以英、法、德为代表的西欧国家制定了欧洲地区统一的数字电视标准DVB，并且为世界其他各国制定相关标准提供了依据和参考。1993年成立了数字视频广播组织DVB(Digital Video Broadcasting)，为数字视频广播系统提供一个标准框架。该组织针对卫星，有线和地面三种广播方式分别推出了DVB-S、DVB-C、DVB-T标准这些均得到欧洲通信标准组织(ETSI)和国际电联(ITU)的通过，并且在欧洲范围内逐渐得到推广和应用。 3) 日本日本的数字电视研究与开发进展较快，已于2003年在东京、大阪和横滨开始播出地面数字电视，2006年实现地面数字电视全国覆盖，主要是HDTV节目，到2011年全国范围内的所有电视台都将采用数字信号发送，彻底结束模拟信号发送的历史。为了实现这个目标，日本通过反复试验制定了符合本国国情的ISDB数字电视标准。 4) 中国长期以来，中国因为缺少具有自主知识产权的技术而在国际竞争中屡受牵制，除了在国家安全方面留下隐患外，每年还要付出巨额的专利费用，中国难以从大国形象向强国形象发生转变。出于此点考虑，而且为了规范化市场应用和满足长远发展的要求，2006年8月30日，国家标准化管理委员会发出公告，中国数字电视地面广播传输系统标准数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制，即被业界称为DMB-TH的以清华方案DMB-T为主的融合性标准，于2006年8月18日正式批准为强制性国家标准，并于2007年8月1日起实施【3】【4】。1.3 地面数字电视的传输标准在国际电工委员会 IEC 和国际电信联盟 ITU 认可的数字地面广播三种标准中：一是美国的采用格型编码8电平残余边带调制（8VSB）ATSC系统，除了美国本身以外，加拿大及韩国皆采用此标准；另一是日本采用的分段正交频分复用的地面综合业务数字广播标准的 ISDB-T，只有日本自己采用此标准；其余大部分国家或地区（包括台湾地区）均采用欧洲的基于编码正交频分复用（COFDM）技术的数字视频地面广播标准（DVB-T）。 1) 美国ATSC标准ATSC（Advanced Television System Committee先进电视制式委员会）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(Moving Picture Experts Group)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，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。对于地面广播系统，ATSC采用了Zenith公司开发的8-VSB（残留边带调制）传输模式，在6MHz地面广播频道上可实现19.3Mbps的传输速率。该标准也包含适合有线电视系统的16-VSB传输模式，可在6MHz有线电视信道中实现38.6Mbps的传输速率【5】。2) 欧洲DVB标准欧洲在1993年组织了200多个组织参加并制定了DVB（Digital Video Broadcasting）标准，即数字视频广播系统，它包括了卫星、有线电视、无线电视等多种传输方式的普通数字电视和高清晰度电视广播。DVB选定ISOIEC MPEG-2标准作为音频及视频的编码压缩方式，对信源编码进行了统一，用MPEG-2数据包结构作为数据容器，并使用严格的DVB服务信息格式，有效、方便地实现了多种媒体之间的传输，并实现它们之间的数字信号转换【7】。 3) 日本ISDB标准日本的数字电视起步最早，于1994年开始试播高清晰电视节目，直到1997年9月成立了数字广播专家组DBEG（Digital Broadcasting Experts Group）,并提出了综合业务数字广播ISDB（Integrated Services Digital Broadcasting）系统标准。ISDB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。 4) 中国DMB-TH标准 2001年，中国提交了关于新的数字地面电视广播标准的方案，其中包括：先进的数字电视广播地面（ADTB-T）,采用高清晰度电视专家组所提出的单载波调制方法；数字多媒体广播地面（DMB-T），采用的是由清华大学所提出的多载波调制方法。2003年，广播科学研究院提出了另外一个多载波调制方法，即地面交互式多业务基础设施（TIMI）。经过多次的实验室试验、工业测试以及专利分析，2004年中国工程科学院成立联合专家组，将这三项方案进行融合。最终,在2006年8月，专家组提出整合性的方案，即被业界称为DMB-TH的以清华方案DMB-T为主的融合性标准，涉及到数字地面电视广播系统的帧结构、信道编码及调制等。此标准于2007年8月1日强制执行。2 地面数字电视调谐器的发展与研究现状 传统的电视调谐器由分立元件构成，通过印刷电路板互连，外型是一个铁盒装置，将各区域隔离，防止信号之间的串扰，内部各个区域实现不同的功能，通过金属将各区域隔离，防止信号之间的串扰。此类调谐器存在几个难以解决的缺陷：性能不稳定，每个器件都有独立的电气和温度特性，因此随着时间推移和外部环境的变化，调谐器的总体性能的变化范围较大，最终导致图像质量的变化；体积较大，因为内部空间需要容纳众多器件，包括芯片，线圈，电容等,而且要考虑散热问题；成本较高，调谐器的成本包含内部的多块芯片，线圈，电容，外层铁盒以及PCB板制作费用，价格不菲。随着微电子技术、超大规模集成电路设计技术、数字信号处理技术以及计算机技术等方面的实用技术突破，国际市场竞争的加剧，电视调谐器的制作越来越精良，性能越来越优异，并向集成化、小型化和高可靠性发展，从上个世纪70年代开始，分离器件构成的电路模块逐渐被相应专用集成电路所代替，并且随着集成电路设计技术的发展，电视调谐器专用芯片的集成度越来越高。在国际上，法国的 THOMSON（汤姆逊）公司，日本的SHARP公司，荷兰的飞利浦公司，韩国的三星公司等，是地面数字调谐器的主要厂家，几乎垄断了数字调谐器国际市场，但目前基本都是满足欧洲 DVB-T，美国 ATSC 标准的地面数字调谐器产品。上述主要厂家在国内基本都