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處理器/DSP  

應對數位電視接收技術的全球性挑戰

上網時間: 2007年09月19日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:數位電視  QPSK  QAM 

今天,數位電視已經可以透過纜線、衛星以及無線等傳輸方式來實現,數以百計的公司參與了數位電視接收標準的定義。隨著通訊技術的發展,世界變得越來越小,定義新標準的目標在於使之全球化,但數位電視卻不然。本文將闡釋不同的目標應用和環境對現有技術產生的重要影響。

為了讓消費者能夠收看到數位電視內容,必須對內容進行編碼。編碼處理的主要目的是以盡可能低的位元率和盡可能高的品質對資訊進行數位化處理。編碼方案有很多種,最常用的是MPEG,在這種方案中,由運動向量決定影像的運動部份,透過和運動向量一起發送影像資訊,解碼器可以恢復原始內容。MPEG-2是目前運用最廣泛的標準,不過,隨著電視機顯示螢幕尺寸的增大、解析度的提高,以及對更高頻寬的需求不斷成長,諸如MPEG-4等更先進的編碼方案開始升溫。

經過數位化處理後,內容要透過衛星、有線或無線方式被傳輸出去。由於不同傳輸通道具有不同的限制,因此需要採用不同的技術將數位內容傳輸到消費者的電視接收設備中。

衛星接收仰賴接收訊號之碟形衛星天線的直接視距。訊號儘管未被反射削弱,但仍很微弱。因此,發射方法採用了一種抗噪能力非常強的調變方案。這種被DVB-S標準採用的方案稱為正交相移鍵控(QPSK)。在該方案中,數位內容由包含同相和正交分量的複數載波相位表示。這個複數載波的兩個分量都有兩種相位可能性,故會產生4種狀態(每符號2位元資訊)。

用於衛星發射的頻寬可達45 MHz,位元率近50Mbps。在新標準DVB-S2中,衛星導航星座的數目加倍,會產生8種狀態(每符號3位元)。用於衛星發射的頻寬也可達45 MHz,且可獲得接近50Mbps的位元率。

在有線環境中,問題並不在於弱的訊號電平,故可使用解析度更高的調變方案。除了有關載波相位的資訊之外,振幅也可用來代表數位資訊,相應的調變方案被稱為正交振幅調變(QAM)。目前,可使用多達256級的相位和振幅,這等於每符號8位元資訊。使用VHF(非常高頻)和UHF(超高頻)的數位有線訊號頻寬達8MHz。至於衛星則可獲得最高50Mbps的位元率。

對有線應用而言,網路品質是限制因素,不良連接會產生反射。接收機系統只能夠處理有限的反射量,而且,QAM的解析度越高,就越難區分不同相位和振幅的組合。

在地面環境中,訊號可能極微弱(如遠離發射機時),但也可能非常強。在這兩種情況下,反射作用都至關重要。一般來說,如果到達發射機的路徑不是直接視距,那麼由於其間的建築物或其他障礙物影響,訊號將失真並反彈。因此,用於地面發射的調變方案必需能夠在高動態和強干擾環境下實現接收。單載波(類似於有線和衛星)和多載波系統均被使用。VHF 或 UHF通道中可實現高達20~25 Mbps的位元率。

數位地面傳輸標準一覽表,每個地所採用的技術都不盡相同。
數位地面傳輸標準一覽表,每個地所採用的技術都不盡相同。

撇開政治因素不談,你可能很想知道為什麼在不同地區採用不同的標準來定義地面電視,尤其當傳輸通道是無線時。答案在於兩個方面:網路計劃和目標應用。

在歐洲,網路規劃非常複雜。每一個國家都希望擁有自己的頻譜範圍。各個方面都需要達成共識,以確保一個國家與另一個國家的訊號之間不會相互干擾。

為了改善這種情形,最好的方法是利用所謂的單頻網路(SFN)來覆蓋更廣泛的區域範圍。在單頻網路中,相同的方案是從不同的位置以相同頻率發射的。因此,頻譜可被再使用,這就提高了整體可用頻寬。對接收機而言,看起來似乎遠距離存在著強烈的反射。因此用於在希望使用SFN區域發射數據的標準,應該能夠處理長的強迴音。

在美國情況又不一樣:位於摩天大樓頂端的大型發射機通常耗費大量功率來覆蓋整個區域。重點主要在於處理‘自然反射’的能力,這種能力可能很強,但往往有效距離很短。

在定義一個標準時,還有一點很重要,就是考慮到最終的目標應用。屋頂天線或室內天線都可以用於固定接收。室內天線還可用於可攜式乃至行動接收。

每種應用的訊號條件不同。對於固定接收,處理弱輸入訊號並緩慢移動反射的能力十分重要。而對於行動接收,則必須能夠處理快速變化和都卜勒效應。至於手機電視這種最新發展趨勢,仍存在對低功率操作的要求。

DVB-T標準由歐洲數位視訊廣播組織定義,過去幾年中,支援DVB-T接收的消費應用成長強勁。該標準使用正交頻分多工(OFDM)調變方案。

日本的地面數位電視標準是針對高解析度電視和手持式接收設計的。它採用OFDM技術,特性與DVB-T類似,但所用通道被分為13個子通道。

與DVB-T和日本的ISDB-T不同,北美的ATSC標準採用單載波格式,專門為在高斯噪音環境下實現高位元率所設計。它採用的調變模式是8VSB,雖然ATSC接收機中的均衡器能夠進行迴音校正,但ATSC比基於OFDM的系統更容易受到多路徑的干擾,不適合單頻網路。儘管在目前的規範下,行動接收實際上還不可行,但業界已展開相關討論,以期開發出能夠實現這種標準行動應用的ATSC改進版。

中國開發的新標準CDMB-T/H是ADTB-T與DMB-T的融合。ADTB-T具有高位元率,整體性能出色,非常適合固定HDTV接收,而且,不同於ATSC,ADTB-T具有改進的均衡器訓練序列、擴展編碼和更長的交錯器,同樣適合行動接收。

目前全球已推出多種數位電視傳輸標準,但仍有DVB-S2、DVB-T2 和 AVSB等新興標準正陸續被定義,以增加頻寬或提供更好的行動能力。不過實際挑戰在於如何克服每種標準的技術障礙,正確實現各項技術。對於服務遍佈全球的電視機製造商而言,更需要確保所有地區都能獲得最佳接收效果,而且其產品的關鍵賣點也正在於此。

作者:Wim Renirie

DRX業務部門主管

Hans Stoorvogel

DRX業務部資深系統工程師

Micronas公司




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