_数字电视的原理

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1、 数字电视 数字电视 最早诞生在德国，上个世纪 90 年代初，德国的 ITT 公司推出了世界上第一台数字彩色电视机，一时惊动很大，但这台数字彩色电视机没有多大优势，因为它成本很高。成本高的原因是它使用了帧存储器，当时集成电路的生产技术与今天相比还很落后，电路密度很低，所以成本很高。这台数字彩色电视机在功能上虽然很简单，但在技术上已达到了非常高的水平，如，用数字滤波技术进行 Y/C 分离和场闪烁处理。ITT 公司大约只生产了 3000 台这样的电视机后，就再也没有生产。 由于当时人们都想象不到， 电视技术能发展到今天这么快，由模拟信号一下子转变成全数字信号， 因此人们都称它是世界上第一台数字电视

2、机。 最早诞生在德国，上个世纪 90 年代初，德国的 ITT 公司推出了世界上第一台数字彩色电视机，一时惊动很大，但这台数字彩色电视机没有多大优势，因为它成本很高。成本高的原因是它使用了帧存储器，当时集成电路的生产技术与今天相比还很落后，电路密度很低，所以成本很高。这台数字彩色电视机在功能上虽然很简单，但在技术上已达到了非常高的水平，如，用数字滤波技术进行 Y/C 分离和场闪烁处理。ITT 公司大约只生产了 3000 台这样的电视机后，就再也没有生产。 由于当时人们都想象不到， 电视技术能发展到今天这么快，由模拟信号一下子转变成全数字信号， 因此人们都称它是世界上第一台数字电视机。 在此基础上

3、，后来人们发明了画中画电视，尔后又发明了插行电视机，或叫改善清晰度电视机在此基础上，后来人们发明了画中画电视，尔后又发明了插行电视机，或叫改善清晰度电视机IDTVIDTV（Improved-Definition Television），也就是现在的倍行、倍场等电视机之类。这些电视机都是只对视频信号做一些很简单的数字技术处理， 图像质量并没有明显提高，但当时人们都认为是一种很了不起的数字电视技术，我们国家也把这种电视机定义为数字电视机，并制订了数字电视机标准，这个标准一直沿用到 2000 年。因此，国内很多电视机厂家都把自己的插行电视机说成是数字电视机DIGITAL TV。 （Improved-

4、Definition Television），也就是现在的倍行、倍场等电视机之类。这些电视机都是只对视频信号做一些很简单的数字技术处理， 图像质量并没有明显提高，但当时人们都认为是一种很了不起的数字电视技术，我们国家也把这种电视机定义为数字电视机，并制订了数字电视机标准，这个标准一直沿用到 2000 年。因此，国内很多电视机厂家都把自己的插行电视机说成是数字电视机DIGITAL TV。 其实，那时候国外的全数字信号电视机早已诞生，并且于上个世纪 90 年代就已开始进行数字信号广播，如早期的MAC，MUSE，和其实，那时候国外的全数字信号电视机早已诞生，并且于上个世纪 90 年代就已开始进行数字

5、信号广播，如早期的MAC，MUSE，和尔后的DVB-S，DVB-C，DVB-T，尔后的DVB-S，DVB-C，DVB-T，HDTVHDTV等。由于国内新的数字电视机标准迟迟未定，而旧的又不作废，因此国内的各种DIGITAL TV概念满天飞，如，某些公司的数码电视等。 等。由于国内新的数字电视机标准迟迟未定，而旧的又不作废，因此国内的各种DIGITAL TV概念满天飞，如，某些公司的数码电视等。 数字电视的发展是一步一步走过来的，如果追索起源头，要追索到60 多年前的付立叶先生，他的付立叶变换理论奠定了数字电视技术的基础， 继他之后， 还有一大堆应用科学家在默默地耕耘了五十多年。MPEG 信源编

6、码技术标准的诞生，标志着数字电视技术已经基本成熟。而 MPEG 信源编码技术中的 17 个重要专利技术，就有两个发生在 1950 年，分别为：哈夫曼编码（Huffmancoging），差动脉冲编码调制（DPCM）。后面的 15 个重要技术基本上也都是按均匀密度分布在时间轴上，可见工作之艰辛，并不是某人灵感一来就能发明成功的。这些技术的应用都是为了一个目的，就是使数字信号能够在各种线路中进行传输。 数字电视的发展是一步一步走过来的，如果追索起源头，要追索到60 多年前的付立叶先生，他的付立叶变换理论奠定了数字电视技术的基础， 继他之后， 还有一大堆应用科学家在默默地耕耘了五十多年。MPEG 信源

7、编码技术标准的诞生，标志着数字电视技术已经基本成熟。而 MPEG 信源编码技术中的 17 个重要专利技术，就有两个发生在 1950 年，分别为：哈夫曼编码（Huffmancoging），差动脉冲编码调制（DPCM）。后面的 15 个重要技术基本上也都是按均匀密度分布在时间轴上，可见工作之艰辛，并不是某人灵感一来就能发明成功的。这些技术的应用都是为了一个目的，就是使数字信号能够在各种线路中进行传输。 数字电视的技术基础是模数转换 ADC（Analog-to-Digital Converter）和编码（Coding）技术。编码技术现在已经成为一门很热门的科学技术，它是数学和物理学及其它科学交融在一

8、起的，一个崭新领域中的应用技术。在全数字电视技术中，有两个很关键的编码技术信源编码和信道编码。 信源编码的主要任务是解决图像信号的压缩和保存问题；信道编码的主要任务是解决图像信号的传输问题。 数字电视的技术基础是模数转换 ADC（Analog-to-Digital Converter）和编码（Coding）技术。编码技术现在已经成为一门很热门的科学技术，它是数学和物理学及其它科学交融在一起的，一个崭新领域中的应用技术。在全数字电视技术中，有两个很关键的编码技术信源编码和信道编码。 信源编码的主要任务是解决图像信号的压缩和保存问题；信道编码的主要任务是解决图像信号的传输问题。 ADC 与二进制编

9、码 ADC 与二进制编码 ADC 模数转换也叫取样，是把模拟信号转换成数字信号的必要过程。我们知道模拟信号是由无数个连续的点来组成， 任何电路都无法对无数个点的信息进行如：插行、压缩等处理，因此只能从无数个点中抽出一些有代表性的点进行处理，这种方法就叫取样，或叫 A/D（模拟/数字）转换。取样可以比喻成把图片通过一个丝网后再印到报纸上（这叫丝网印刷），报纸上的图片就变成由很多小点点组成，这些小点点就是从图片中无数个点取样后得来的。经过取样得到的点，越密和越细，图像就越逼真。 ADC 模数转换也叫取样，是把模拟信号转换成数字信号的必要过程。我们知道模拟信号是由无数个连续的点来组成， 任何电路都无

10、法对无数个点的信息进行如：插行、压缩等处理，因此只能从无数个点中抽出一些有代表性的点进行处理，这种方法就叫取样，或叫 A/D（模拟/数字）转换。取样可以比喻成把图片通过一个丝网后再印到报纸上（这叫丝网印刷），报纸上的图片就变成由很多小点点组成，这些小点点就是从图片中无数个点取样后得来的。经过取样得到的点，越密和越细，图像就越逼真。 对视频信号取样也存在这样的道理，取样频率越高，相当于抽样的点越多，数据就越真实，但数据占的内存也多。除了点的密度对图像质量有影响外，每个点所表示数值的精度也会影响图像质量，这个叫量化，即分层。层分得越多，精度就越高，量化精度单位用 bit（二进制的位）表示，即多少

11、bit 编码，或叫二进制编码。 对视频信号取样也存在这样的道理，取样频率越高，相当于抽样的点越多，数据就越真实，但数据占的内存也多。除了点的密度对图像质量有影响外，每个点所表示数值的精度也会影响图像质量，这个叫量化，即分层。层分得越多，精度就越高，量化精度单位用 bit（二进制的位）表示，即多少 bit 编码，或叫二进制编码。 目前对视频信号进行取样时， 一般取样脉冲频率都是取视频最高频率的 3 倍，和用 8bit 进行量化编码，即把视频信号分成 256 层（也叫阶梯）。图 1 是对视频信号进行取样与二进制编码的原理图。 目前对视频信号进行取样时， 一般取样脉冲频率都是取视频最高频率的 3 倍

12、，和用 8bit 进行量化编码，即把视频信号分成 256 层（也叫阶梯）。图 1 是对视频信号进行取样与二进制编码的原理图。 如果用上述方法对 PAL 制图像信号进行处理，那么对于 6MHz 的亮度信号取样脉冲频率应为 18MHz，但为了减少干扰，一般都取彩色副载波频率的 4 倍，即 17.72MHz 为取样频率。为此求得传送亮度信号的码率为 142Mbit/S， 另外还有两个色差信号 R-Y 和 B-Y 也要传送，如果按 3MHz 带宽来计算，两个色差信号的码率为 144Mbit/S，这样如果用上述方法对 PAL 制图像信号进行处理，那么对于 6MHz 的亮度信号取样脉冲频率应为 18MHz

13、，但为了减少干扰，一般都取彩色副载波频率的 4 倍，即 17.72MHz 为取样频率。为此求得传送亮度信号的码率为 142Mbit/S， 另外还有两个色差信号 R-Y 和 B-Y 也要传送，如果按 3MHz 带宽来计算，两个色差信号的码率为 144Mbit/S，这样全电视信号的码率为 286Mbit/S，这个还没有把传输过程中的帧同步脉冲计算进去， 如果把帧同步脉冲计算进去， 码率还需要提高 2-10%，即超过 300Mbit/S。这么高的码率在一般线路中根本就无法传送，况且还有伴音信号也要传送呢。 全电视信号的码率为 286Mbit/S，这个还没有把传输过程中的帧同步脉冲计算进去， 如果把帧

14、同步脉冲计算进去， 码率还需要提高 2-10%，即超过 300Mbit/S。这么高的码率在一般线路中根本就无法传送，况且还有伴音信号也要传送呢。 对于 HDTV 高清晰度电视机，我国的 HDTV 高清晰度电视机视频最高带宽是 64MHz，约为 PAL 制视频带宽的 11 倍，如果把它换算成码率就是 3200Mbit/S，这么高的码率，任何线路都无法传输，目前用有线电视线路传输数字信号，最高码率只能达到 30Mbit/S 左右。因此，为了能够传输数字电视信号，数字电视信号本身也要进行压缩，要么数字电视节目广播就无法实现。 对于 HDTV 高清晰度电视机，我国的 HDTV 高清晰度电视机视频最高带

15、宽是 64MHz，约为 PAL 制视频带宽的 11 倍，如果把它换算成码率就是 3200Mbit/S，这么高的码率，任何线路都无法传输，目前用有线电视线路传输数字信号，最高码率只能达到 30Mbit/S 左右。因此，为了能够传输数字电视信号，数字电视信号本身也要进行压缩，要么数字电视节目广播就无法实现。 信源编码 信源编码 字、符号、图形、图像、音频、视频、动画等各种数据本身的编码通常称为信源编码，信源编码标准是信息领域的基础性标准。无论是数字电视、激光视盘机，还是多媒体通信和各种视听消费电子产品，都需要音视频信源编码这个基础性标准。 字、符号、图形、图像、音频、视频、动画等各种数据本身的编码

16、通常称为信源编码，信源编码标准是信息领域的基础性标准。无论是数字电视、激光视盘机，还是多媒体通信和各种视听消费电子产品，都需要音视频信源编码这个基础性标准。 大家用电脑打字一定很熟悉，当你用 WORD 编辑软件把文章（DOC文件）写完，存好盘后，再用 PCTOOLS 工具软件把你的 DOC 文件打开，你一定能看到你想象不到的东西，内容全是一些 16 进制的数字，这些数字叫代码，它与文章中的字符一一对应。现在我们换一种方法，用小画板软件来写同样内容的文章。你又会发现，用小画板软大家用电脑打字一定很熟悉，当你用 WORD 编辑软件把文章（DOC文件）写完，存好盘后，再用 PCTOOLS 工具软件把你的 DOC 文件打开，你一定能看到你想象不到的东西，内容全是一些 16 进制的数字，这些数字叫代码，它与文章中的字符一一对应。现在我们换一种方法，用小画板软件来写同样内容的文章。你又会发现，用小画板软件写出来的 BMP 文件，占的内存（文件容量）是 DOC 文件的好几十倍，你知道这是为什么？原来 WORD 编辑软件使