 全面认识数字电视的基本知识
世界通信与信息技术的迅猛发展将引发整个电视广播产业链的变革，数字电视是这一变革中的关键环节。伴随着电视广播的全面数字化，传统的电视媒体将在技术、功能上逐步与信息、通信领域的其它手段相互融合，从而形成全新的、庞大的数字电视产业。这一新兴产业已经引起广泛的关注，各发达国家根据自己的国情，已分别制定出由模拟电视向数字电视过渡的方案和产业目标。数字电视被各国视为新世纪的战略技术。数字电视成了继电信引爆IT之后的又一大“热点”。 数字电视，是从电视节目录制、播出到发射、接收全部采用数字编码与数字传输技术的新一代电视。它具有许多优点，如：可实现双向交互业务、抗干扰能力强、频率资源利用率高等，它可提供优质的电视图像和更多的视频服务(如交互电视、远程教育、会议电视、电视商务、影视点播等)。 电视数字化是电视发展史上又一次重大的技术革命。数字电视不但是一个由标准、设备和节目源生产等多个部分相互支持和匹配的技术系统，而且将对相关行业产生影响并促进其发展。 一、数字电视的基本知识 1.数字电视的概念 所谓数字电视，就是将传统的模拟电视信号经过抽样、量化和编码转换成用二进制数代表的数字式信号，然后进行各种功能的处理、传输、存储和记录，也可以用电子计算机进行处理、监测和控制。采用数字技术不仅使各种电视设备获得比原有模拟式设备更高的技术性能，而且还具有模拟技术不能达到的新功能，使电视技术进入崭新时代。 2.数字电视的基本原理 在传统的模拟电视中，模拟全电视信号通过调制在无线电射频载波上发送出去。广播信道可以是地面广播、有线电视网或卫星广播。数字电视则是将电视信号进行数字化采样，其信号的数据率是很高的，演播室质量的数字化电视信号的数据率在200Mbps。要在原模拟电视频道带宽内传输如此高速率的数字信号是不可能的，因此，必须发展数据压缩技术。 实现数据压缩技术方法有两种：一是在信源编码过程中进行压缩，利用人类听觉视觉效应去除信号中的多余成分，在不影响收听收看效果的前提下尽量压缩数据率；二是改进信道编码，发展新的数字调制技术，提高单位频宽数据传送速率。在信源编码方面，IEEE的MPEG专家组已发展制订了ISO/IEC11172(MPEG-1)和ISO/IEC13818(MPEG-2)两项国际标准。MPEG-1的输入视频格式为CIF352×288，主要用于CD-ROM、VCD或T1(E1)线路传输，码率为固定的1.5Mbps；MPEG-2供数字电视使用，它支持标准分辨率的16∶9宽屏及高清晰度电视等多种格式，其码率可变，为3～40Mbps。 信源编码是把节目源的模拟图声信号变为数字信号，再经过MPEG-2压缩编码，形成数字信号源，并根据多个节目传输的要求，编为复用码流。MPEG-2是未来的广播电视数字压缩的国际标准。采用不同的层和级组合即可满足从家庭质量到广播级质量以及将要播出的高清晰度电视质量不同的要求，其应用面很广。从进入家庭的DVD到卫星电视、广播电视微波传输都采用了这一标准。 目前，数字电视的传输途径可分为三种：数字卫星电视、数字有线电视和数字地面开路电视。这三种数字电视的信源编码方式相同，都是MPEG-2的复用数据包，但由于它们的传输途径不同，它们的信道编码也采用了不同的调制方式。例如，欧洲DVB数字电视系统中，数字卫星电视系统(DVB-S)采用正交相移键控调制(OPSK)；数字有线电视系统(DVB-C)采用正交调幅调制(QAM)；数字地面开路电视系统(DVB-T)采用更为复杂的编码正交频分复用调制(COFDM)。 3.数字电视的分类 数字电视可以按以下几种方式分类： (1)按信号传输方式分类：可以分为地面无线传输(地面数字电视)、卫星传输(卫星数字电视)、有线传输(有线数字电视)三类。 (2)按产品类型分类：可以分为数字电视显示器、数字电视机顶盒、一体化数字电视接收机。 (3)按清晰度分类：可以分为低清晰度数字电视(图像水平清晰度大于250线)、标准清晰度数字电视(图像水平清晰度大于500线)、高清晰度数字电视(图像水平清晰度大于800线，即HDTV)。VCD的图像格式属于低清晰度数字电视(LDTV)水平，DVD的图像格式属于标准清晰度数字电视(SDTV)水平。 (4)按显示屏幕幅型分类：可以分为4：3幅型比和16：9幅型比两种类型。 (5)按扫描线数(显示格式)分类：可以分为HDTV扫描线数(大于1000线)和SDTV扫描线数(600～800线)等。 4.数字电视的优点 数字电视技术与原有的模拟电视技术相比，有如下优点： (l)信号杂波比和连续处理的次数无关。电视信号经过数字化后是用若干位二进制的两个电平来表示，因而在连续处理过程中或在传输过程中引入杂波后，其杂波幅度只要不超过某一额定电平，通过数字信号再生，都可能把它清除掉，即使某一杂波电平超过额定值，造成误码，也可以利用纠错编、解码技术把它们纠正过来。所以，在数字信号传输过程中，不会降低信杂比。而模拟信号在处理和传输中，每次都可能引入新的杂波，为了保证最终输出有足够的信杂比，就必须对各种处理设备提出较高信杂比的要求。模拟信号要求 S/N＞40dB，而数字信号只要求S/N＞20dB。模拟信号在传输过程中噪声逐步积累，而数字信号在传输过程中，基本上不产生新的噪声，也即信杂比基本不变。 (2)可避免系统的非线性失真的影响。而在模拟系统中，非线性失真会造成图像的明显损伤。 (3)数字设备输出信号稳定可靠。因数字信号只有"0"、"l"两个电平，"l"电平的幅度大小只要满足处理电路中可能识别出是"l"电平就可，大一点、小一点无关紧要。 (4)易于实现信号的存储，而且存储时间与信号的特性无关。近年来，大规模集成电路(半导体存储器)的发展，可以存储多帧的电视信号，从而完成用模拟技术不可能达到的处理功能。例如，帧存储器可用来实现帧同步和制式转换等处理,获得各种新的电视图像特技效果。 (5)由于采用数字技术，与计算机配合可以实现设备的自动控制和调整。 (6)数字技术可实现时分多路，充分利用信道容量，利用数字电视信号中行、场消隐时间，可实现*字多工广播(Teletext)。 (7)压缩后的数字电视信号经数字调制后，可进行开路广播，在设计的服务区内(地面广播)，观众将以极大的概率实现"无差错接收"(发"0"收"0"，发" l"收"l")，收看到的电视图像及声音质量非常接近演播室质量。 (8)可以合理地利用各种类型的频谱资源。以地面广播而言，数字电视可以启用模拟电视?quot;禁用频道"(taboo channel)，而且在今后能够采用"单频率网络"(single frequency network)技术，例如 l套电视节目仅占用同 1个数字电视频道而覆盖全国。此外，现有的 6MHz模拟电视频道，可用于传输 l套数字高清晰度电视节目或者 4-6套质量较高的数字常规电视节目，或者 16-24套与家用 VHS录像机质量相当的数字电视节目。 (9)在同步转移模式(STM)的通信网络中，可实现多种业务的"动态组合"(dynamic combination)。例如，在数字高清晰度电视节目中，经常会出现图像细节较少的时刻。这时由于压缩后的图像数据量较少，便可插入其它业务(如电视节目指南、传真、电子游戏软件等)，而不必插入大量没有意义的"填充比特"。 (10)很容易实现加密／解密和加扰／解扰技术，便于专业应用(包括军用)以及广播应用(特别是开展各类收费业务)。 (ll)具有可扩展性、可分级性和互操作性，便于在各类通信信道特别是异步转移模式(ATM)的网络中传输，也便于与计算机网络联通。 (12)可以与计算机"融合"而构成一类多媒体计算机系统，成为未来"国家信息基础设施"(NII)的重要组成部分。 5.数字电视的相关技术 (1)数字电视广播流程及实现手段 数字电视广播，其信号流程包括制作(编辑)、信号处理、广播(传输)和接收(显示)几个过程。 目前用于数字节目制作的手段主要有：数字摄像机和数字照像相机、计算机、数字编辑机、数字字幕机；用于数字信号处理的手段有：数字信号处理技术(DSP)、压缩、解压、缩放等技术；用于传输的手段有：地面广播传输、有线电视(或光缆)传输、卫星广播(DSS)及宽带综合业务网(ISDN)、DVD等；用于接受显示的手段有：阴极射线管显示器(CRT)、液晶显示器、等离子体显示器、投影显示(包括前投、背投)等。 (2)数字电视的信源编解码技术 信源编解码技术包括视频压缩编解码技术及音频压缩编解码技术。 数字电视尤其数字高清晰度电视与模拟电视相比，在实现过程中 ，最为困难的部分就是对视频信号的压缩。在1920×1080显示格式下，数字化后的码率在传输中高达995Mbit/s，这比现行模拟电视的传输信息量大得多。因而数字电视的图像不能象模拟电视的图像那样直接传输，而是要多一道压缩编码工序。 视频编码技术主要功能是完成图像的压缩，使数字电视的信号传输量由995Mbit/s减少为20～30Mbit/s。视频编码计算时主要有以下客观依据：(1)图像时间的相关性。视频信号由连续图像组成，相邻图像有很多相关性，找出这些相关性就可减少信息量。(2)图像空间的相关性。例如图像中有一大块单一颜色，那么不必把所有像素存贮。(3)人眼的视觉特性。人眼对原始图像各处失真敏感度不同，对不敏感的无关紧要的信息给予较大的失真处理，即使这些信息全部丢失了，人眼也可能觉察不到；相反，对人眼比较敏感的信息，则尽可能减少其失真。(4)事件间的统计特性。事件发生的概率越小，则其熵值越大，表示信息量越大，需分配较长的码字；反之，发生的概率越大，则其熵值越小，只需分配较短的码字。 与视频编解码相同，音频编解码主要功能是完成声音信息的压缩。声音信号数字化后，信息量比模拟传输状态大得多，因而数字电视的声音不能象模拟电视的声音那样直接传输，而是要多一道压缩编码工序。 音频信号的压缩编码主要利用了人耳的听觉特性。(1)听觉的掩蔽效应。在人的听觉上，一个声音的存在掩蔽了另一个声音的存在，掩 | 
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2005/2/4 15:48:00
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