数字电视技术实验教学的研究
21世纪是数字化的信息时代，随着通信和网络技术的飞速发展，家用或商用电视信号的广播传输开始由模拟传输向数字传输过渡。飞速发展的数字电视技术需要更多相关专业的人才进行研究设计工作。为了使学生学习最新的数字电视相关理论和技术，越来越多的高校的电子信息类专业逐渐开设数字电视、数字图像通信等较为前沿的课程。但随之而来的难题是这些数字电视课程往往以理论学习居多，没有与理论课非常匹配的数字实验教学系统。目前市面上的一些数字实验系统设备，也存在诸多缺点与不足，都无法真正满足学生实验的需要，使得理论和实际存在很大的差距。
为了适应数字电视技术的发展，研究开发数字电视实验系统有着重要的实际意义。数字电视技术实验教学方案的设计旨在把数字电视信号从发送、传输到接收的全过程呈现出来。
1 数字电视系统的基本结构
数字电视是指包括节目摄制、编辑、发送、传输、存储、接收和显示等环节全部采用数字处理的全新电视系统，也可以说数字电视是指在信源、信道、信宿三个方面全面实现数字化和数字处理的电视系统。
数字电视信号的采集、编辑加工、播出发送属于数字电视的信源，传输和存储属于信道，接收端与显示器件属于信宿。数字电视系统由信源、信源编码器、信道编码器、信道、信道解码器、信源解码器、信宿等部分组成。其原理图如图1所示。
在数字电视系统中，首先需要将传统的模拟电视视音频信号转换为数字信号，产生未压缩的数字视音频信号。这些信号在经过编码压缩后进行复用，然后再进行调制和传输。接收端解调信号后先分离视频与音频信号，经数字视音频解码后再将数字信号还原为模拟视音频信号。
2 数字电视实验教学系统的设计要求及特点
通过对当前数字电视技术的应用及发展趋势的分析，结合目前市场上一些数字电视实验设备的特点，以及学校的实际教学条件，设计与构建数字电视实验系统应依据以下原则：
实用性：数字电视实验系统设计方案力求在实验室的建设中投入较少，置备性价比高的实验设备，建立完整的数字电视教学实验平台。
全面性：数字电视实验系统应尽可能全面体现数字电视从节目信号的发出、传输到接收和显示的全过程，尽可能贴近日常生活，从而增强学生学习的兴趣。
稳定和可维护性：系统的故障将会给设计工作带来很大的麻烦。系统从设计、开发到生产过程的每个环节，要确保设备的可靠性。稳定性、可靠性对于整个系统非常重要。
3 数字电视实验教学系统的硬件构成
数字电视实验教学系统的硬件主要由信源部分、信源编码部分、信道编码部分、信道部分、信宿部分等组成。信源部分是指产生和输出音频、视频和数据信号的设备，如摄像机、DVD播放机、码流播放机等；信源编码部分主要包括模/数转换、压缩编码、多路复用设备，如MPEG编解码器、复用器；信道编码部分包括纠错编码和数字调制，主要设备为QAM调制器；信道部分的设备是卫星电视接收天线；信宿是指接收和显示视音频信号的部分，主要设备为高清数字液晶电视机。另外还有测试设备，包括误码测试仪、码流分析仪等。
4 数字电视实验教学系统的实验设计
实验一：数字电视与高清晰度数字电视接收机 实验首先分别通过HDMI接口播放高清数字电视节目和VGA接口播出标清电视节目，然后交换VGA接口和HDMI接口播放高清和标清的电视节目，分别观察图像质量的不同。这个实验项目可以培养学生学习数字电视技术的兴趣和爱好，使学生掌握高清晰度数字电视接收的途径，了解使用VGA及HDMI接口播出HDTV信号在高清数字电视机的图像有些什么不同。
实验二：数字电视编码器的使用 实验项目采用美国哈雷公司生产的ELC1K型编码器。此编码器是哈雷公司于2005年生产的、世界首台支持先进压缩技术的1-RU四路标清MPEG-2编码器。ELC1K多路标清MPEG-2编码器集中了哈雷在视频压缩及编码技术上的先进经验，提供了一个性能卓越和视频质量高集成度的编码解决方案。这个实验可以帮助学生了解MPEG-2编码器的主要功能和使用方法，可以直观地了解视音频编码器在不同压缩码率时，图像显示效果和音频效果有什么区别。
实验三：数字电视复用器的使用 复用器的主要目的是将多个单节目码流或多节目码流转换成一个MPTS，复用后的MPTS就可以在光纤网上传输或者直接通过QAM调制器调制输出，能有效提高线路的利用率。这个实验帮助学生熟悉数字电视复用器的使用，理解MPEG-2标准中单节目码流与多节目码流的再复用、包识别码再映射处理的基本过程，掌握传输码流中PSI/SI信息表的重要意义。
实验四：数字码流分析仪的使用 码流分析仪是检测压缩后的数字电视信号质量优劣的仪器，可以对数字电视系统的各个环节的输出码流进行分析、检测与故障定位。码流分析仪可以监测码流中的PSI/SI的信息情况，了解其中参数是否符合MPEG-2/DVB标准，码流是否存在错误，能否被接收端正确解码。该实验有助于学生进一步认识与理解MPEG-2传输码流的基本组成，熟悉数字码流分析仪的实时分析、检测与录制过程，并且理解数字电视中节目时钟基准的间隔及抖动超标对解码器的影响。
实验五：数字电视QAM调制器的使用 数字电视调制器简称QAM调制器，也常被称作邻频调制器或射频调制器。其功能是把信号源所提供的视频信号（VIDEO）和音频信号（AUDIO）调制成稳定的高频射频振荡信号，视频为调幅调制方式，音频为调频调制方式。它以其灵活的配置和优越的性能指标，广泛地应用于数字有线电视传输领域。该实验的目的是了解多进制数字调制技术的基本原理，掌握数字电视QAM调制器的基本功能和主要参数设置，以及了解数字电视QAM调制星座图和调制误差MER的意义。
实验六：卫星接收天线的安装与调试 卫星接收天线是一个金属抛物面，负责将卫星信号反射到位于焦点处的馈源和高频头内。一般来说，天线口径越大，节目的信号越强，接收质量越高。卫星接收天线收集由卫星传来的微弱信号，并尽可能去除杂讯。卫星信号通过抛物面天线的反射后集中到它的焦点处。该实验的目的是帮助学生了解卫星接收天线的安装步骤和调试方法，因地制宜正确选择天线安装位置，然后通过调整仰角、方位角以及极化角，使得信号质量与信号强度达到最大值。
实验七：数字卫星解码器的使用 实验项目选用九州DVS-398CB型数字卫星解码器，该解码器可以接收和解码所有中广影视卫星有限公司运营的国内外数字卫星电视节目。它采用先进的Irdeto条件接收技术，可以方便地接收加密节目。用户操作界面友好，是一款高性能的数字卫星解码器。该实验项目可以使学生了解专业数字卫星解码器的主要功能和技术参数，从而熟悉专业型卫星解码器的实际操作和参数设置。
实验八：有线数字电视机顶盒的安装与调试 有线数字电视机顶盒是用户接收数字电视节目的终端设备。该实验项目帮助学生了解有线数字机顶盒的工作原理、主要电性能指标及系统软硬件结构，熟悉机顶盒的安装调试和使用方法，熟悉机顶盒接口与计算机、电视机的连接方法。
5 结语
本实验教学系统具有实用性、全面性及稳定性的特点，所设计的实验项目简单易操作，却又能比较全面地展示数字电视系统的全貌。本实验教学系统适用于相关专业的数字电视课程的实验教学，有助于学生了解数字电视系统的整体结构，有助于提高学生的动手能力和实践能力。
参考文献
[1]武明虎.数字电视教学实验系统的设计[J].重庆科技学院学报，2010（2）：147-149.
[2]刘修文，袁士刚，刘文涛.数字电视技术实训教程[M].北京：机械工业出版社，2008.
[3]周洪萍，何光威，郭斌，等.南广学院数字电视实验室设计与应用[J].中国有线电视，2010（5）：622-623.
[4]曹德跃.浅议数字电视实验系统的构建[J].中国现代教育装备，2009（15）：16-18.
[5]鲁业频，任玲芝，史含蕾.中国数字电视实验教学的方案设计[J].数字电视，2009（11）：15-17.
[6]王璇.关于数字电视实验环境的构建[J].职业教育研究，2008（6）：117-118.