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三种数字电视标准的比较
1、 引言
　　众所周知, 模拟电视有NTSC、 PAL和SECAM三种标准。当前, 数字电视也陷入这种局面, 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) 。

　　现在, 数字电视尚无统一的国际标准, 本文就现行的三种数字电视标准分别予以介绍, 并在技术规范、 标准参数及特点等方面进行比较。

2、 ATSC标准

　　ATSC数字电视标准由四个分离的层级组成( 图1所示) , 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?捎肕PEG-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, 此系统可经过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1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经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还开发经过了在帧频为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。

3、 DVB标准

3.1 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。经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能够接收的信号。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。中国也选用了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。

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。

3.2 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。

3.3 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它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

3.4 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数字广播系统与其它电信网络( 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。另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

4、 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能够经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, 能够灵活地集成和发送多节目的电视和其它数据业务。ISDB基本结构如图2所示。

5、 ,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。另外, 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, 可是, 由于MPEG-2标准并未对视频算法作详细规定, 因而实施方案能够不同, 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。

6、 三种数字地面广播系统的比较

　　ISDB-T和欧洲的DVB-T非常类似,能够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,因此载波数、 载波间隔有所差别。ISDB-T与DVB-T、 ATV的比较如表1所示。
表1 三种数字地面广播系统的比较

日本ISDB-T
欧洲DVB-T
美国ATSC  ATV
带宽
5.6MHz,432kHz
6.6,7.6MHz
5.6MHz
调制
COFDM
COFDM 
8VSB
载频调制
  DQPSK、 16QAM、 64QAM    
       QPSK、 16QAM、 64QAM
8VSB
载频数
5.6MHz:1045行(2K模式) 5617行(8K模式) 432kHz:109行(2K模式)  433行(8K模式)      
1705行(2K模式)
 6817行(8K模式)   
单载频
纠错
卷积(1/2,2/3,3/4,5/6,7/8)+ RS(204,188)

2/3格码+ RS(207,187)
多工方式      
MPEG-2系统
MPEG-2系统
MPEG-2系统
编码
MPEG-2编码
MPEG-2编码
MPEG-2编码( 声音为AC-3)
信息码率
5.6MHz:3.68Mb/s～21.46Mb/s 432kHz:283kb/s～1.65Mb/s
4.35Mb/s～31.67Mb/s
       19.39Mb/s
移动接收
能够
困难(有条件的能够)
不能够

　　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。

　　所谓部分接收是指系统将整个６ＭＨz带宽分为13段, 每段423kＨz, 主要解决窄带和宽带业务的同时接收问题, 其接收机能够接收６ＭＨz全带宽, 也能够接收频带中心的那一段的窄带423kＨz信号。前者主要用于固定和车载移动接收, 而后者则主要用于小型便携接收机, 但由于带宽较窄, 接收条件差, 实际只能用于音频广播和数据。这样一来就有可能不必再有单独的数字广播?―VB) 。但这对于电台和电视台分别运营的情况, 又提出了新的问题。

　　所谓分层是指对不同段的纠错和调制方式进行不同的设置, 以针对不同重要程度的信息和不同接收条件和不同接收区域。该系统一共分成四层, 如Ａ层可具有最高的可靠性, 用来传送解码必须的重要信息, 而其它各层则可安排不同的保护率以适应不同的业务。

7、 DVB、 ATSC和ISDB成员近况

　　据最新网络资信, 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, 中国的广播科学研究院和TCL电子集团也在其中。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, 中国的广播科学研究院也参加了ATSC组织。ISDB筹划指导委员会委员17个, 其它成员23个, 其成员都是日本国内的电子公司和广播机构。

　　由三个数字电视标准的成员数量及分布情况, 能够看出DVB 标准的发展最快, 普及范围最大。

8、 小结

　　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。当前, 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。能够预言在不远的将来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准。