有线电视新技术及其应用

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1、有线电视新技术及其应用有线电视新技术及其应用有线电视网络在国家信息化的发展过程中发挥着重要的作用。在有线电视网络中开展多种综合业务，一方面可以充 分利用系统网络资源，满足用户不同层次的要求，并吸引更多的用户；另一方面，可进一步促进有线电视系统的发展， 使有线电视系统更具有竞争力，比其他网络更具有优势和实力。有线电视综合业务的基础是实现网络的数字化传输。近 年来，网络数据业务的急剧增长导致了对网络带宽的急切追求。就带宽而言，目前有线电视网络具有更大的优势。电信 网受限于铜双绞线入户，终究难以改变其窄带网络的传输特性，电信网要想改变这一状况，必须扩大传输容量，采用光 纤到户，改变交换机制，提高传输

2、速率。但由于目前光设备的成本还非常昂贵，对普通家庭而言还无 法实现。具有宽带 优势的有线电视网，其数据传输速率高，传输距离长，运营成本低，在今后数据业务的竞争中具有相当的优势。 5.1 有线电视数字传输有线电视数字传输数字有线电视是一个生机勃勃，飞速发展的技术领域，随着数字电视体制的确立，有线电视数 字化进程亦将加快，国家广电总局已将 2004 年定为有线电视 数字化年，2005 年将在有线电视系统中全面实现数 字电视传输，届时将停止模拟电视传输。数字有线电视除了能够大大提高电视质量、扩大容量和提高传输距离以 外，还能完全适宜于作宽带通信，建立交互式有线电视网，为今后增值性信息传输业务打下基础

3、。 1.数字电视信号的形成数字电视信号的形成：数字电视指的是将模拟的电视信号变换为数字形式的电视信号，然后进行传输、处理或进行存储 的系统。它当然也包括对应的反变换过程，即由数字电视信号变换为模拟电视信号。 图 5.1 所示为数字电视系统的组成框图。系统组成中，编码完成模拟电视到数字信号的变换，这是必需的基本编码。 许多情况下还要将已编码的数字信号 进行数据压缩，也就是还要进行压缩编码。 编码后可以有三种可能的情况。当数字信号要进行传输时，为了信号与信道 特性匹配，要进行调制，或者还要进行某些预处理。这一过程也可以称为信道编码。信道则包括各种传输媒质和方式， 如电缆、光缆、微波、卫星等传输线路

4、。在收端则经解调和解码(译码)再变换为模拟电视信号。在许多情况下，编码后的 数字电视信号是送给数字信号处理单元进行处理。这里可以是某些设备中的数字电路，也可以是一些专用设备，比如演 播室的各种播控设备。某些数字处理完成的功能相当于模拟处理，如图像增强、滤波、同步提取、抑噪等，也完成包括 模拟处理中难以完成的功能，如电视制式转换、各种屏幕特技、音响效果处理、图文电视等。 数字电视信号还可以进行 永久性或半永久性的存储。图上的存储媒质可以是各种半导体存储电路(RAM、ROM、EPROM)；也可以是视频激光光盘 (VCD、DVD)，后者是永久性的存储媒质。 2.数字电视的优点数字电视的优点数字电视之

5、所以是电视技术发展的方向，就是因为它和模拟电视比较有许多突出的优点。 (1)数字电视抗干扰能力强。数字电视信号是二进制的编码信号，在传输过程中的干扰和失真不容易影响对二进制编码的 正确判决和恢复。即使经过长距离传输或反复记录，仍可以几乎无失真地再生复原。由于抗干扰能力强，与模拟电视相 比，数字电视可以有更好的图像质量。作为广播电视或有线电视来说，意味着可以相应地减小发射信号功率或增大覆盖 的区域。 (2)信噪比与连续处理的次数无关。电视信号经过 AD 转换后是用二进制数字表示的，因而在连续处理或传输过程中引 入噪声后，只要其幅度不超过某一额定电平，就可以通过数字信号再生清除掉。即使由于某一噪声

6、的影响而造成误码， 也可以利用纠错编译码技术加以纠正。所以，在数字信号传输过程中，不会造成噪声积累，基本上不产生新的噪声，不 会降低信噪比。而在模拟处理和传输中，每次处理和传输都可能引入新的噪声，噪声不断地积累，且不能消除。 (3)可避免系统非线性失真的影响。在模拟电视系统中，处理信号的电路有 许多非线性电路，这些非线性电路会使信号产 生非线性失真，造成图像明显的损伤，在数字电视系统中则可抑制系统的非线性失真。 (4)数字电视信号能够进行存储。包括成帧图像的存储，从而能进行包括时间轴和空间的二维、三维处理，得以实现采用 模拟方法难以得到的各种处理功能。使图像的空间几何变换以及各种数字视频特技成

7、为可能，也为演播室的多功能节目 制作和电视的高质量接收创造了充分的条件。电视信号的永久性存储(VCD、DVD)成为长时间、高质量的图像记录的有 力工具，而且可无限重放而不影响图像质量。 (5)数字电视设备输出信号稳定可靠，易于调整，便于生产。因为数字信号只有1和0两个电平幅度，只要处 理电路能识别出1和0电平即可，信号幅度大一点、小一点都无关紧要，因而对元器件的要求比较低，生产 成本也低。同时，数字电视设备中的存储电路和信号电路易于大规模和超大规模集成，这不但提高了稳定性和可靠性， 而且便于大规模生产，减少了设备的体积、重量。再加上数字电路能完成各种控制功能，使数字电视设备的调整和控制简单易行

8、，易于实现设备的自动化操作和调整。 (6)采用数字技术的电视系统可实现时分多路，充分利用信道容量。利用数字电视信号中的行、场消隐时间，可实现文字、 图片广播。 (7)容易实现加密。数字电视信号非常容易实现加密解密和加扰解扰，同时还能防止非法信号的侵入，以及防止非法 用户的盗接。 (8)采用数字压缩技术可扩大信道容量，使交互式有线电视的开展成为可能。采用数字压缩技术不仅可以使现有的有线电 视系统可以传输几百套电视节目，还可以实现多功能的增值业务，如视频点播、电缆电话、可视电话、收费电视等。 3.数字电视接收机的组成数字电视接收机的组成 (1)准数字电视接收机的组成。在电视技术由模拟电视向数字电视

9、过渡的过程中，出现了一种过渡性的准数字电视接收机， 其原理框图如图 5.2 所示。这种电视机是指在不改变现有广播电视体制(即接收目前的模拟电视广播信号)下，将电视接收机中部分或大部分功能 和电路由数字信号处理电路来完成的电视机。目前的这种数字电视机中，除了 高、中频部分及大功率的行输出、场输出 部分的电路仍和模拟电视机相同外，其他的视频图像信号(亮度信号、色度信号)、伴音信号电路及同步扫描、各种控制电 路都能由数字处理技术和电路来完成，模拟电视信号经调谐器选频、放大、混频变换到图像中频和第一伴音中频，然后 经中频放大和检波后，一路全电视信号送给亮度、色度信号和同步分离电路的数字处理电路；另一路

10、中的伴音中频送入 模拟伴音中频放大，模拟鉴频为音频基带信号，再送入数字化的伴音信号处理电路。与模拟电视机相比较，这种数字 电视机能提高图像质量，扩大电视机的功能，提高接收机的稳定性和可靠性，便于生产，便于使用。比如，数字处理 电路很容易实现多种制式信号的接收和自动转换；很容易实现数字视频特技(画中画功能)；能进行自动检测和自适应控制， 从而能使接收机保持最佳状态，提高了图像质量和稳定性。这种数字电视接收机是基于模拟播出技术的，还不是全数字 电路接收机，未来电视技术的发展目标是全数字电视接收机。 (2)全数字电视接收机的组成。所谓全数字电视广播系统是指从电视节目的制作、播出到接收全部实现数字化。

11、其中的全 数字电视接收机的组成如图 5.3 所示。其主要特点在于，接收机天线上接收的就是数字调制的高频信号，调谐器选频、放大和混频后变换为中频数字调制的信 号，经中放及数字信号的解调得到视频数字基带信号，然后再送给数字信号处理电路，作图像数字处理。伴音信号经伴音中放及鉴频，得到伴音数字基带信号，送给伴音数字处理电路作伴音数字处理。分别完成数字降噪、 数字立体声、数字轮廓校正、数字去重影、行频加倍、去闪烁处理(场频加倍)、画中画处理等，最后经 DA 转换成模拟信号去推动扬声器和显像管。 5.1.2 数字电视传输系统数字电视传输系统 1.数字电视传输系统的组成 发端由摄像机获取彩色电视图像和伴音信

12、号，由 AD 变换为数字视频信号并送入信源编码。信源编码承担着图像数据 的压缩功能。经信源编码后的图像数据送入多路复用器中与数字音频信号进行多路复用，然后送入信道编码器。信道编 码器的目的是提高信号在传输过程中的抗干扰能力。输出接口电路具有码型变换作用，即把单极性码变换成有利于传输 的双极性码。远距离传输采用光纤传输，近距离传输可采用电缆。 收端的工作过程与发端相反，收端收到信号后，由输 入接口电路把双极性信号变为单极性信号。信道解码器用以纠正传输过程中造成的误码。解多路复用将数字信号分离为 视频数字信号和音频数字信号，视频数字信号经信源解码和 DA 转换形成视频信号，音频数字信号经 DA 转

13、换、放 大后形成音频信号。音、视频信号送入电视机的 A、V 端子完成电视信号的接收。 2.数字传输中的信源编码和信道编码 从数字电视传输系统组成框图可以看出，在系统中存在着两种编解码过程， 即信源编(解)码和信道编(解)码。目前已 开发的数字电视传输系统有四种： 即美国的 ATSC、欧洲的 DVB-T、日本的 ISDB-T、中国的 DVB-S 等标准系统。 (1)信源编码信源编码，四种系统的信源编码中视频编码均采用 MPEG2 压缩编码；音频编码 ATSC 采用杜比 AC3 环绕立体声 编码，DVB-T 则采用 MUSICAM 编码，而 ISDBT 采用 AAC 编码，而 DVBS 采用低数据

14、率的 MPEG2 层音频标准 作为其通用的音频压缩编码标准。 (2)信道编码，信道编码，四种系统的最大差别是信道编码不同，即它们的调制方式不同。ATSC 采用单载波调制，即 8 电平残留边 带调制(8-VSB)，而欧、日的两种系统则采用了多载波调制方式，即编码正交频分复用(COFDM)。应该指出，三种系统技 术上各有特点，尤其是调制方式涉及的信道编码方式不同，将影响到传输特性上的差异及系统设备的造价。除欧、美、 日以外的其他国家和地区对以上几种系统的反映不一，但都将视国情进行选择。我国卫星数字电视已采用 DVB-S 系统标 准，有线电视数字传输采用 DVB-C 系统，地面数字电视标准正在制定。

15、目前，我国除港、澳、台地区外的 31 个省、直 辖市、自治区的卫视台已全部上星播出，除 5 个省级台保留模拟体制外，其余均采用 DVB-S 数字卫星电视系统，加上中 央电视台的 18 套打捆上星(鑫诺 1 号)， 使我国卫星数字电视节目套数增至 34 套。这一情况，势必促使仍以收转卫星 电视节目为主的我国有线电视网络，应尽快建立 DVB-C 标准的传输系统，而其带来的好处，除了有利于提高带宽的利用 率以外，还将有利于提高传输质量，实现交互式电视传输。 5.1.3 数字视频广播数字视频广播(DVB)系统系统 1.DVB 系统概述系统概述 DVB 系统是 30 多个国家的 200 多个组织参加的一

16、个项目，它包括卫星电视 (DVBS)、有线电视 (DVB-C)、地面普通电视(DVB-T)广播与传输系统，其中 DVB-S、DVB-C 已被 ITU 推荐。 DVBS 的标准是 ETS300421，DVBC 的标准是 ETS300429，DVBT 的标准是 ETS300744。它们分别描述了信源编 码、信道编码和调制方式等各个方面，是数字调制和数字压缩在广播领域中的典型应用。 由表 5.1 可见，两者的信源编 码均采用 MPEG2 压缩编码，并采用了相同的误码校正，因而无需码流转换即可接入有线电视系统；不同之处仅在于调 制方式。 出于传输环境的需求，卫星传送采用了较低速率、高抗杂波干扰的 QPSK(正交相移键控)方式，而有线传输则 采用了较高速率、对杂波干扰较敏感的 QAM(正交幅度调制)，收转时只要经 QPSKQAM 转换，就可将 MPEG2 码流 复接下行传输，大大简化了前端系统设备。 表 5.2 所示为每