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1、21第一章 广播电视数字化进程第一章 广播电视的数字化进程在人类社会踏入新世纪之初，受益于科技进步带来的社会文明的人们，回首历数20世纪十大发明时，无不将电视作为最伟大的发明之一，电视以作用于人类视、听两个主要感观的广播方式，进入了全球60%以上的家庭，几乎遍及到人类活动的所有场所，目前中国已拥有8000万个有线电视用户，电视已成为人们日常生活中不可缺少的部分。1 广播电视的数字化广播电视在二十世纪七十、八十年的发展历程中，技术进步始终以扩大覆盖率、提高影响力、拓展传输手段、改善服务质量为目标，然而近二、三十年广播电视发生了根本性的变革：模拟向数字技术的过渡阶段。数字技术的采用，其原因至少有以
2、下三方面。其一，是数字信号在抗干扰性和几乎无误差、完美的图像和声音的广播上，其性能要优于模拟信号。其二，是数字信号的比特流可以在一个传输频道内复接、交织，因而可使辅助信号或数据信号与视音频信号一起被发射、传输、存储或处理，使原来的广播电视频道具有拓展综合信息广播的能力，增加了广播电视节目的多样性。其三，是数字信号可使用基于冗余度缩减的压缩编码技术，以提高频谱利用率，增加系统可靠性，降低运行费用，使广播电视具有数字声广播、标准数字电视（SDTV）、高清晰度电视（HDTV）的传送能力。电视广播的数字化，既涉及到采、编、录、制整个节目制作过程的数字化，又涉及到从播出到接收的传输系统的数字化。从九十年
3、代开始陆续发表的数字地面电视传输标准，对数字电视的发送和接收整个传输链路的数字化作了详细的描述和规定。 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（DIBEG）”，并提出了“综合业务数字广播ISDB”系统标准。 美国1987年成立了高级电视业务顾问委员会（ACATS），策划美国高级电视。于1996年12月，通过ATSC数字电视标准作为美国国家标准。 欧洲1993年组织了有200多个组织参加的DVB项目，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。 中国亦已于1997年元旦开始，在卫
4、星数字电视广播系统采用DVB-S标准播出；而符合DVB-C信道编码和调制方式的有线数字电视传输标准正在报批中，而我国也将制定自己的高清数字电视传输标准。2 数据业务与有线电视网络自1993美国提出“信息高速公路”概念以来，因特网的浪潮席卷全球，推动着全球经济的发展和变革。19971998200220052010全球12亿2亿32亿5亿10亿中国67万210万2400万5000万25亿表一 因特网用户发展趋势由上表可以看出，根据网络业务的数据化趋势预测，若全球网络的数据业务和话务分别按40%和10%的年增长率发展，全球将在2003年后，网络的数据业务将超过话务量。未来十年内，网络数据业务的急剧增
5、长，势必导致对网络带宽的急切追求，同时推动多媒体软硬件产业的迅速发展。换言之，制约网络数据业务发展的因素，将主要来自网络带宽的制约和多媒体终端的普及率的制约。目前提出的解决方案，要求网络能实现带宽的按需分配，使网络的运行具有网络带宽的动态分配机制。随着光纤技术的逐步引入网络主干，使网络带宽的瓶颈转移到网络最后一公里范围的用户接入系统。相比之下，采用同轴电缆分配结构的有线电视分配网要比采用铜双绞线的电信接入网更具有优势。播入方式传输速率传输距离备注N-SDN128kb/s几十公里数字用户线(DSL)HDSL784kb/s约3.6kmADSL1.5Mb/s(下行)约5.4km256k/s(上行)S
6、DSL1.5Mb/s正研制VDSL26Mb/s(下行)约300m正研制1Mb/s(上行)有线电视网HFC50Mb/s（下行）N+公里16Mb/s（上行）表二 电信网与有线电视网的数据传输特性由表二可见，HFC结构的有线电视网，其数据传输速率是目前采用ADSL或N-ISDN接入方式的电信网的20-200倍，且传输距离长，运行成本低。近几年来，有线电视网的宽带特性倍受关注，引得许多电信业出巨资并购有线电视网，例如：美国AT&T公司用480亿美元购并美国TCI有线电视网；中国电信投资地方有线电视网的改造。3 有线电视系统的数字化为适应数字电视广播或未来高清晰度电视广播的传输要求，并满足不断增长的数据
7、业务对网络带宽的需求，有线电视系统的数字化已势在必行。有线电视系统数字化的最直接的好处，是： 提高频谱利用率，增加频道容量； 利用有条件接收、加强网络管理； 开发交互式业务、增加网络收益；为此，我国广电部在1997年将有线电视业务定位为基本业务、扩展业务、增值业务等三类业务，以推动有线电视系统的数字化。有线电视系统的数字化工作，主要在两个方面展开。一、HFC网络结构的改造。即根据网络覆盖地域的实际情况，建设环型或星型结构的光纤骨干网，尽量将光节点下移，以缩小同轴电缆分配系统的用户规模；拓宽电缆分配系统的传输带宽，优化回传通道的设计，改善上行信道的传输特性。二、制定一系列数字有线电视的传输标准。
8、目前已实施的有北美的有线电视数字视频传输标准和欧洲的DVB标准。我国基本确认采用DVB标准。DVB-C标准北美标准信源编码视频MPEG-2MPEG-2音频MPEG-2层DolbyAC-3复用MPEG-2MPEG-2信道编码外纠错码RS（2041888）RS（2041888）内纠错码交织码交织码调制QAMQAM表三 DVB-C标准与北美标准的对比作为交互式有线电视业务传输系统标准，国际电联颁发了美国的DOCSIS标准，和欧洲的DAVIC标准。我国许多地方大都采用DOCSIS标准。欧、美两种交互式有线电视业务系统的主要差别，在于欧洲的DAVIC是基于ATM的通信机制，而美国的DOCSIS则主要基于
9、IP包的通信方式。第二章 数字电视技术基础1 信源编码技术当模拟信号数字化后其频带大大加宽，一路6MHz的普通电视信号数字化后，其数码率将高达167Mbps，对储存器要求很大，占有的带宽将达80MHz左右，只有采用数字压缩技术才能很好地解决上述困难，压缩后信号所占用的频带大大低于原模拟信号的频带。应用种类比特数/象素象素数/行行数/帧帧数/秒亮色比比特/秒(压缩前)比特/秒(压缩后)HDTV819201080304:1:11.18G2025MSDTV8720480304:1:1167M48M会议电视CIF8352288304:1:136.5M1.52M桌上电视QCF8176144304:1:1
10、9.1M128K电视电话8128112304:1:15.2M56K有线电视网中数字压缩技术主要包括用于会议电视系统的H.261压缩编码，用于计算机静止图像压缩的JPEG和用于活动图像压缩的MPEG数字压缩技术。编码压缩方法有许多种，从信息论角度出发可分为两大类：（1）冗余度压缩方法，也称无损压缩。具体讲就是解码图像和压缩编码前的图像严格相同，没有失真，从数学上讲是一种可逆运算。哈夫曼编码、算术编码、行程编码、Lempel 2ev编码属于无损压缩编码。 （2）信息量压缩方法，也称有损压缩。也就是讲解码图像和原始图像是有差别的，允许有一定的失真。DPCM和运动补偿的预测编码、正交变换编码、统计分块
11、编码、分形编码属于有损压缩编码。JPEG标准：JPEG主要用于计算机静止图像的压缩，在用于活动图像时，其算法仅限于帧内，便于编辑。JPEG标准所根据的算法是基于DCT(离散余弦变换)和可变长编码，关键技术有变换编码、量化、差分编码、运动补偿、霍夫曼编码和游程编码等。 DPCM DC Zig-Zag扫描 DCT数据VLCQ8*8像素块 压缩的图像 AC码表量化表 图一 JPEG系统框图MPEG-2标准：MPEG意思是“运动图像专家组”，MPEG-2是MPEG专家组制定的有关运动图像的一组压缩编码标准。MPEG-2规定的图像格式符合CCIR601建议（NTSC为704*480，PAL为704*57
12、6），规定的码率为48Mbps。MPEG用句法规定了一个层次性的结构，共分六层。这六层是图像序列-图像组-图像-宏块条-宏块-块。一个图像包含亮度序列和色度序列。在MPEG-2中亮度和色度的格式有4:2:0，4:2:2及4:4:4。MPEG标识了三种不同类型的图像帧： I帧。这是一个自包含的帧，它只不过是一幅JPEG编码的图像，属帧内编码； P帧这种帧通过计算当前帧与前一个帧的差别来进行编码，属E向预测； B帧类似于P帧，但它被插入在前一帧和后续帧之间，属双向预测。MPEG-2 视频节目流复用器可变长打包器 ES PES 节目流PSMPEG-2 音频可变长打包器 ES PES传输流复用器可变长
13、打包器 ES 传输流TS数据 PES图二 MPEG-2系统框图MPEG-2系统的作用有以下几点：（1） 对音频、视频、数据、控制等基本流起系统复用的作用；（2） 提供用于恢复时间基准的时间标志，缓冲器初始化和管理；（3） 给解码器提供一种信息（PSI），使之更容易和更迅速地找到节目；（4） 给误差恢复，有条件接入，随机接入，数字存储控制提供支持。2 信道编码技术数字信号在传输过程中，会受到各种噪声和干扰的影响，使接收端产生错误判决，造成误码（差错）。差错的类型主要有二种。（1） 随机差错：由随机噪声所造成的差错。（2） 突发差错：指成串出现的差错，差错分布比较密集，差错之间有相关性。为了达到规定的误码率，提高数字通信的可靠性，往往要采用信道编码来发现可能产生的误码（检错码）或发现并纠正错码（纠错码）。信道编码也称为差错控制编码。基本做法是：发送端在传输的信息码元序列中附加一些冗余的监督码元，这些监督
