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1、数字电视技术一、数字电视概况所谓数字电视，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。数字电视（Digital TV）包括数字HDTV、数字SDTV和数字LDTV三种。三者区别主要在于图像质量和信道传输所占带宽的不同。从视觉效果来看，数字 HDTV（1000线以上）为高清晰度电视（High Definition Television）的简称，图象质量可达到或接近35mm宽银幕电影的水平；SDTV（500-600线）即标准清晰度电视，主要是对应现有电视的分辨率量级，其图象质量为演播室
2、水平；LDTV（200-300线）即普通清晰度电视，主要是对应现有VCD的分辨率量级。因为电视全数字化是今后的趋势，所以目前提HDTV以及SDTV、LDTV如无特别说明，均指全数字体制。数字电视与模拟电视相比的优点如下：1）频率利用率高 利用带宽压缩技术可以在一个频道内播送5套和目前方式画面清晰度相同的节目，100频道级的声音广播，PC用数据广播，高画面广播等多样性广播可共同利用同一频率资源，而且占用频带窄。地面广播时，原PAL信道可播放高清晰度电视或4套标准格式数字电视。有线电视网络中一个PAL通道可播810套标准分辨率数字电视。2）抗干扰性强同等传送条件下的抗干扰能力优于模拟电视，清晰度高
3、，使用不受传输、转播影响，在接收端仍可达到演播室水平；音频效果好，可支持五声道加超重低音声道的 51环绕声家庭影院服务，可具有CD级音质效果。3) 数字设备输出信号稳定可靠，信号杂波比和连续处理的次数无关，可避免系统的非线性失真的影响。4）易于实现信号的存储，而且存储时间与信号的特性无关。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，可实现文字多工广播(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
4、，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。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 ombination)。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)。11）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。数字高清晰度电视集成了近年来高速发展的超大规模集成电路、高分辨率
5、大屏幕显示器件、高密度数字记录、计算机多媒体技术、数字通讯与传输技术、数字压缩与解压缩技术、激光技术、数模转换技术等方面的最新成就，使电视生产技术更趋向于数字化、集成化、模块化，是电视技术领域内由模拟技术全面转向数字技术的一场革命。数字高清晰度电视的产业化将带动我国微电子制造业、电信业、电视系统、计算机软硬件、影视业等行业的发展，从而有力地拉动电子信息及相关产业的腾飞。二、数字电视的标准当前数字电视的标准主要有以下三种，如表1所示：1、美国数字电视标准ATSC美国地面电视广播迄今仍占其电视业务的一半以上，因此，美国在发展高清晰度电视时首先考虑的是如何通过地面广播网进行传播，并提出了以数字高清晰
6、度电视为基础的标准-ATSC。美国HDTV地面广播频道的带宽为6MHZ，调制采用8VSB。预计美国的卫星广播电视会采用QPSK调制，电缆电视会采用QAM或VSB调制。2、欧洲数字电视标准DVB 从1995年起，欧洲陆续发布了数字电视地面广播（DVB-T）、数字电视卫星广播（DVB-S）、数字电视有线广播（DVB-C）的标准。欧洲数字电视首先考虑的是卫星信道，采用QPSK调制。欧洲地面广播数字电视采用COFDM调制，8M带宽。欧洲电缆数字电视采用QAM调制。3、日本数字电视标准ISDB 日本数字电视首先考虑的是卫星信道，采用QPSK调制。并在1999年发布了数字电视的标准-ISDB。 美国标准A
7、TSC欧洲标准DVB日本标准ISDB地面卫星有线地面卫星有线地面卫星有线调制方式8VSB/16VSBQPSKQAM2k/8kCOFDMQPSKQAM分段COFDMQPSKQAM视频编码方式MPEG-2MPEG-2MPEG-2音频编码方式AC-3MPEG-2MPEG-2复用方式MPEG-2MPEG-2MPEG-2三、数字电视相关技术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
8、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.数字电视关键技术 以上所述的各种手段中包括了数字电视系统中各种主要的技术，全数字高清淅度电视对各种技术要求更高。原国家科委所组织的HDTV总体组在攻关过程中涉及九个单位，包括七个专项课题。这七个专项课题虽然不完全包括数字电视广播流程中的所有技术，但涉及了所有关键技术。在这七个专项课题中信源编解码、复用、信道编解码及调制解调是HDTV的技术核心。 3
9、.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。在我国的HDTV功能样机研制中，视频压缩编解码技术由上海交大、天津大学、电子科学研究院共同完成；音频压缩编解码技术由电子部三所完成。 3.1视频编解码技术是HDTV的技术难点 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19201080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
10、信号传输量由995Mbit/s减少为2030Mbit/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
11、的码字。 3.2音频编解码技术 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，掩蔽效应是一个较为复杂的心理和生理现象，包括人耳的频域掩蔽效应和时域掩蔽效应。（2）人耳对声音的方向特性。对于2KHZ以上的高频声音信号，人耳很难判断其方向性，因而立体声广播的高频部分不必重复存贮。 3.3信源编解码的相关标准 国际上对数字图像编码曾制订了三种标准，
12、主要用于电视会议的H.261，主要用于静止图像的JPMG标准，主要用于连续图像的MPEG标准。 在HDTV视频压缩编解码标准方面，美国、欧洲、日本设有分歧，都采用了MPEG-2标准。MPEG（Moving Picture Expert Group）意思是运动图像专家组，压缩后的信息可以供计算机处理，也可以在现有和将来的电视广播频道中进行分配。 在音频编码方面，欧洲、日本采用了MPEG-2标准；美国采纳了杜比公司（Dolby）的AC-3方案，MPEG-2为备用方案。 对于我国来说，今后信源编解码标准也会与美国、欧洲、日本一样采用MPEG-2标准。 3.4 MPEG的相关应用 MPEG-1已经广泛
13、地用于VCD和CD-ROM等光盘产品中。MPEG-2不仅已被国际上公认为HDTV信源压缩编码的标准，而且在许多方面得到了实际的应用，例如DVD就是应用了MPEG-2标准。在国外MPEG-2解码器已做成芯片，而目前我国HDTV关键芯片仍需进口，这将制约我国HDTV的进一步发展及产业化。 4.数字电视的复用系统 数字电视的复用系统是HDTV的关键部分之一。从发送端信息的流向来看，它将视频、音频、辅助数据等编码器送来的数据比特流，经处理复合成单路串行的比特流，送给信道编码及调制。接受端与此过程正好相反。我国的HDTV功能样机，复用器部分由原广电部广播科学研究院研制开发。4.1数据的打包功能提供了网络
14、通信的接口 模拟电视系统不存在复用器。在数字电视中，复用器把音频、视频、辅助数据的码流通过一个打包器打包（这是通俗的说法，其实是数据分组），然后再复合成单路。目前网络通信的数据都是按一定格式打包传输的。HDTV数据的打包将使其具备了可扩展性、分级性、交互性的基础。付费电视是现在和将来电视发展的一个方向。复用器可对打包的节目信息进行加扰，使其随机化，接收机具有密钥才能解扰。 4.2复用器的相关标准 在HDTV复用传输标准方面，美国、欧洲、日本也没有分歧，都采用了MPEG-2标准。美国已有了MPEG-2解复用的专用芯片。我国恐怕也会采用MPEG-2作为复用传输的标准。 HDTV数据包长度是188个
15、字节，正好是ATM信元的整数倍。今后以光纤为传输介质，以ATM为信息传输模式的宽带综合业务数字网极有可能成为未来信息高速公路的主体设施。可用4个ATM信元来完整地传送一个HDTV传送包，因而可达到HDTV与ATM的方便接口。 5.数字电视的信道编解码及调制解调 数字电视信道编解码及调制解调的目的是通过纠错编码、网格编码、均衡等技术提高信号的抗干扰能力，通过调制把传输信号放在载波或脉冲串上，为发射做好准备。我们目前所说的各国数字电视的制式，标准不能统一，主要是指各国在该方面的不同，具体包括纠错、均衡等技术的不同，带宽的不同，尤其是调制方式的不同。 数字传输的常用调制方式有：正交振幅调制（QAM）：调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。 键控移相调制（QPSK）：调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合卫星广播。 残留边带调制（VSB）：抗多径传播效应好（即消除重影效果好），适合地面广播。 编码正交频分调制（COFDM）：抗多径传播效应和同频干扰好，适合地面广播和同频网广播。 四、数字电视系统目前已被采用的
