电视原理与现代电视系统：第六章 数字电视与高清晰度电视

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1、第六章第六章 数字电视与高清晰度电视数字电视与高清晰度电视 61数字电视概述数字电视概述 611 数字电视概念数字电视概念 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（更先进的电视摄像机应直接获取数字电视信号），然后进行传输、（更先进的电视摄像机应直接获取数字电视信号），然后进行传输、处理或进行存储的系统，或还原成图像（可先还原成模拟信号）。处理或进行存储的系统，或还原成图像（可先还原成模拟信号）。 数字电视信号的存储媒质数字电视信号的存储媒质可以是各种半导体存储电路可以是各种半导体存储电路(RAM、ROM、E2PROM等等)；

2、也可以是视频激光光盘也可以是视频激光光盘(VCD、DVD)或或HDD，后者就是永久后者就是永久性的存储媒质。为了减小数据性的存储媒质。为了减小数据量量,常对数字电视信号进行压缩常对数字电视信号进行压缩编码后再传输或存储。编码后再传输或存储。 612数字电视的优点数字电视的优点(1) 数字电视的抗干扰能力强数字电视的抗干扰能力强 ；(2)数字电视机稳定可靠，易于调整，数字电视机稳定可靠，易于调整，便于生产便于生产 ；(3)数字电视信号便于与计算机或其它数字设备接口；数字电视信号便于与计算机或其它数字设备接口；(4)利用数字电视信号可以实现模拟信号难以得到的信号处理功能利用数字电视信号可以实现模拟

3、信号难以得到的信号处理功能 。62 电视信号的编码电视信号的编码 621 电视信号的数字化电视信号的数字化 模拟电视信号转换为数字电视信号的过程是模拟模拟电视信号转换为数字电视信号的过程是模拟/数字转换编数字转换编码过程码过程 (称可为称可为PCM调制脉冲编码调制，由调制脉冲编码调制，由A/D转换器实现转换器实现)，由数由数字电视信号转换为模拟信号则称字电视信号转换为模拟信号则称PCM解调过程（由解调过程（由D/A转换器实现）转换器实现）。 我们知道我们知道A/D转换是对模拟信号进行取样、量化的过程，将连转换是对模拟信号进行取样、量化的过程，将连续续 ( 幅度和时间幅度和时间 ) 的信号变离散

4、的的信号变离散的 n 位的二进制数字码。设离散值位的二进制数字码。设离散值的最大个数为的最大个数为M，n 与与 M 的关系为的关系为 2n -1 =M。 A/D转换输出可以是转换输出可以是 n 位平行码，也可以是数率为位平行码，也可以是数率为n fS 的的串行码串行码(fS为采样转换频率为采样转换频率)。 量化过程（时域相乘，频域卷积）与频谱量化过程（时域相乘，频域卷积）与频谱 根据取样定理根据取样定理，当信号的最高频率为，当信号的最高频率为fm时，应有时，应有fS 2fm ，实际上实际上为了便于为了便于D/A后利用滤波还原信号，应有后利用滤波还原信号，应有fS 2.2 fm 。n = 3，M

5、 = 7频域频域时域时域理想低通滤理想低通滤波器特性波器特性取样函数取样函数fS/2 622 图像信号的编码方案与参数确定图像信号的编码方案与参数确定 彩彩色色图图像像信信号号通通常常有有两两种种形形式式：彩彩色色全全电电视视信信号号(Y/C)；亮亮度度信信号号/色色差差信信号号（Y / R-Y、B-Y，也也可可称称为为分分量量信信号号）。因因此此对对图图像像信信号号的的PCM编编码码也也有有全全信信号号编编码码和和分分量量编编码码两两种种，数数字字电电视视系系统统宜宜用分量编码，电视接收机中的数字化处理宜用全信号编码。用分量编码，电视接收机中的数字化处理宜用全信号编码。 1全电视信号编码全电

6、视信号编码 (1) 取样频率取样频率 由于取样过程是非线性过程（由于取样过程是非线性过程（时域相乘时域相乘），在对对全电视信号），在对对全电视信号采样量化时，取样频率采样量化时，取样频率 fS S 的选择的选择，除了要满足取样定理外，除了要满足取样定理外，要考要考虑采样后的信号中虑采样后的信号中fS S与与 fSCSC的的差频的影响：当差频的影响：当 fS3 fSC或或 fS4 fSC时，时， fS S与与 fSCSC的差频将落在的差频将落在Y Y信号的频谱间隙中。信号的频谱间隙中。 应使取样点在屏幕中应使取样点在屏幕中的位置固定，且满足正交取样条件。的位置固定，且满足正交取样条件。 以以PA

7、L制为例，当制为例，当 fS4 fSC时时 fSC(283+3/4) fH +25 ，即一行中有（即一行中有（1135+4/625）个取样周期。每帧的取样点个数为整数）个取样周期。每帧的取样点个数为整数 625（1135+4/625）个取样点）个取样点 ，两相邻帧间取样点的位置相同。，两相邻帧间取样点的位置相同。相邻行（奇、偶两场）的起始点相隔相邻行（奇、偶两场）的起始点相隔313(1135+4/625) ) 个采样点，个采样点，也是近似整数也是近似整数 (仅差仅差0.0032)，满足正交结构。，满足正交结构。fS4 fSC的另一好处的另一好处是因是因fS/2与与fm间有较大间隔，可以降低模拟

8、低通滤波器和数字滤波间有较大间隔，可以降低模拟低通滤波器和数字滤波器的设计难度。（但码率高）器的设计难度。（但码率高） (2) 编码位数编码位数 量化信噪比量化信噪比 对于经过对于经过校正的图像信号，一般都采用均匀量化，即用线性校正的图像信号，一般都采用均匀量化，即用线性编码。设单极性图像信号的变化范围为编码。设单极性图像信号的变化范围为0到到1，分为，分为2n -1-1个量化层个量化层, ,约每个量化层高为约每个量化层高为2-n。由于由于均匀分布均匀分布，量化误差的均方根值：量化误差的均方根值：满量程量化信噪比：满量程量化信噪比：即即量化位数每增加一位，信噪比提高量化位数每增加一位，信噪比提

9、高6dB。实验表明：当实验表明：当n = 7 、8（即将信号量化为即将信号量化为127至至255个层时），人们已很难感到量化的影响个层时），人们已很难感到量化的影响（但对于未经（但对于未经校正的图像信号，则需要量化位数应大于校正的图像信号，则需要量化位数应大于11），由上），由上式可知，对应的量化信噪比约为式可知，对应的量化信噪比约为5060dB。 全信号编码时的数据速率全信号编码时的数据速率 以以PAL制制 fS4 fSC 、n = 8(8位位A/D转换转换)为例，总数据速率约为为例，总数据速率约为 44.438=141.76Mb/s。由此可见，数字图像信号的数据速率是很高约。每一帧的数据量

10、为由此可见，数字图像信号的数据速率是很高约。每一帧的数据量为5.67Mb或或708.8kB。 2分量编码分量编码 分分量量编编码码就就是是对对Y、R-Y、B-Y或或三三个个基基色色分分量量R、G、B分分别别编编码，进行并行传输或时分复用传输。码，进行并行传输或时分复用传输。 (1) 取样频率取样频率 fS 的选定原则和标准的选定原则和标准 选定原则选定原则 fS应应大于最高频率（大于最高频率（Y Y：5.86MHz，色差色差2 MHz）的的2.2倍。倍。 为了得到正交的点阵结构，取样频率应为行频为了得到正交的点阵结构，取样频率应为行频 fH的整数的整数倍。倍。 fS是是50Hz /625行、行

11、、60Hz/ 525两类行频的公倍数，以为了两类行频的公倍数，以为了便于不同电视制式转换。便于不同电视制式转换。 亮度信号的取样频率与色差信号的取样频率之间有整数倍亮度信号的取样频率与色差信号的取样频率之间有整数倍的关系，以使两者的取样点能重合或有固定的位置关系。的关系，以使两者的取样点能重合或有固定的位置关系。 CCIR(国际无线电咨询委员会国际无线电咨询委员会)的分量编码国际标准的分量编码国际标准 对对Y / R-Y/B-Y的取样频率为的取样频率为13.5/6.75/6.75MHz, , 简称简称4: :2: :2标标准。准。( ( fS = 13.5MHz = 858 fS 525行行

12、= 864 fS 625行行， fH 525行行 =15734.264Hz )低标准：低标准： 4:1:1/ 13.5/3.375/3.375MHz，2:1:1/ 6.75/3.375/3.375MHz (2) 数字有效行数字有效行(内的信号样点数内的信号样点数) 数字有效行的数据由每行必须进行处理和存储的取样点构成数字有效行的数据由每行必须进行处理和存储的取样点构成,有效行期间包括了正程。两种制式的数字有效行均为亮度信号样点有效行期间包括了正程。两种制式的数字有效行均为亮度信号样点数：数：720、色度样点数：、色度样点数：360个，便于两种制式的转换。一行的起点个，便于两种制式的转换。一行的

13、起点定在行同步前沿脉冲的中部。定在行同步前沿脉冲的中部。PAL制的有效行由样点制的有效行由样点133至至852构成，构成，而正程对应的样点为而正程对应的样点为142至至844。 (3) 编码位数和排列编码位数和排列 亮亮度度信信号号和和色色差差信信号号分分别别规规一一化化为为01及及-0.5+0.5的的范范围围，并并都都编编为为8位位线线性性码码。由由于于原原来来的的R-Y最最大大值值为为0.701，B-Y的的最最大大值为值为0.886，故要对，故要对R-Y和和B-Y进行压缩，压缩比分别为进行压缩，压缩比分别为 k R-Y =0.5/0.701、k B-Y =0.5/0.866，压缩后三分量压

14、缩后三分量Y、(R-Y)、(B-Y)的表示式为：的表示式为： Y0.299R+0.587G+0.114B (R-Y)=0.5R-0.419G-0.081B； (B-Y)-0.169R-0.331G+0. 5B Y编编为为自自然然二二进进码码，双双极极性性的的(R-Y)、(B-Y)编编为为偏偏移移二二进进制制码码，即即-0.5对对应应自自然然码码的的0，+0.5为为255，零零电电平平为为128。为为了了防防止止信信号号过过载载、直直流流漂漂移移，256个个量量化化级级并并不不全全用用。亮亮度度信信号号的的黑黑白白电电平平对对应于应于16至至235量化级，色差信号则在底部和顶各留量化级，色差信号

15、则在底部和顶各留16个量化级。个量化级。 分量编码的数字信号在传输时的数据序列：分量编码的数字信号在传输时的数据序列： (B-Y)Y(R-Y) (Y) (B-Y)Y(R-Y) (Y)这里这里(B-Y)Y(R-Y)是空间同一取样点的数字，而是空间同一取样点的数字，而(R-Y) (Y) (B-Y)中中的的(Y)是仅有亮度取样的空间取样点的数字，它规定在一行的偶数是仅有亮度取样的空间取样点的数字，它规定在一行的偶数样点上。样点上。 (B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y只对亮度只对亮度信号采样信号采样对亮度色度对亮度色度信号都采样信号都采样 3电视伴音信号的编码电视伴音信号的编码 由由于于

16、伴伴音音与与电电视视体体制制没没有有确确定定的的关关系系、编编码码比比较较简简单单。模模拟拟伴伴音音信信号号的的频频带带为为20Hz至至15kHz，高高质质量量的的伴伴音音为为20Hz至至20kHz。对对于于15kHz信信号号取取样样频频率率一一般般取取fS32kHz。对对于于20kHz信信号号，取取样样频频率率可可取取fS48kHz。取取样样频频率率应应与与图图像像取取样样频频率率保保持持固固定定的的关关系系，从从同同一一时时钟钟源源得得到到。在在PAL的的分分量量编编码码时时，若若仍仍采采用用48kHz取取样样频频率率, 就可以保持这种关系：就可以保持这种关系：13.5MHz 375 3

17、4 = 48kHz 伴伴音音编编码码的的位位数数要要比比图图像像编编码码的的位位数数多多。这这是是因因为为伴伴音音信信号号的的动动态态范范围围大大（ 90dB 以以上上），高高质质量量的的伴伴音音要要求求很很高高的的信信号号噪噪声声比比，应应有有8590dB的的信信号号量量化化噪噪声声比比。由由上上面面的的均均匀匀量量化化的的信信噪噪比比公公式式，则则均均匀匀量量化化所所需需的的编编码码位位数数为为13至至14位位。在在演演播播室室的的高高质质量量话话音音编编码码中中，若若要要对对低低电电平平的的声声音音仍仍有有高高的的信信号号噪噪声声比比，编编码码位位数数甚甚至要取到至要取到16位。位。 伴

18、音信号由于信号幅值分布的特性伴音信号由于信号幅值分布的特性(非均匀分布，幅值大的概非均匀分布，幅值大的概率小率小)以及人的听觉持性，也可以采用非线性编码，这样以及人的听觉持性，也可以采用非线性编码，这样n11、12时也可以得到很高的声音质量。虽然伴音编码的位数比图像编码的时也可以得到很高的声音质量。虽然伴音编码的位数比图像编码的位数多，但因是低速编码，反而更容易实现。位数多，但因是低速编码，反而更容易实现。 63 频带压缩编码频带压缩编码 为什么要进行频带压缩编码为什么要进行频带压缩编码 一一路路标标准准清清晰晰度度的的数数字字电电视视信信号号的的码码率率是是很很高高的的，例例如如4: :2:

19、 :2分分量量编编码码彩彩色色图图像像的的码码率率为为(13.5+26.35)8216Mb/s，即即便便是是采采用用1.5b/Hz的的高高效效数数字字调调制制，传传输输频频带带也也要要144MHz，相相当当于于18个个模模拟电视信号的频带拟电视信号的频带(模拟信号一个频道为模拟信号一个频道为8MHz)，根本无法实现。根本无法实现。 如何进行压缩如何进行压缩 消除电视信号中的冗余成分：消除电视信号中的冗余成分： 空间冗余：相邻象素空间冗余：相邻象素/行行 变化小；变化小； 时间冗余：相邻帧变化小，具有相关性；时间冗余：相邻帧变化小，具有相关性； 生生理理冗冗余余：人人的的视视觉觉惰惰性性，如如对

20、对运运动动的的和和突突变变(如如轮轮廓廓边边界界)的图像的分辨力低等的图像的分辨力低等 频谱冗余等频谱冗余等 具体的压缩频带方法具体的压缩频带方法 ： 预测编码（主要消除时间冗余和生理冗余）预测编码（主要消除时间冗余和生理冗余） 变换编码（主要消除空间冗余）变换编码（主要消除空间冗余） 其它压缩码率的措施其它压缩码率的措施 631 预测编码预测编码基本含义：基本含义： 从已知信号推测未来信从已知信号推测未来信号。号。目标：目标： 减小空间和时间冗余。减小空间和时间冗余。 在图像预测编码中，在图像预测编码中， 人人们力求根据图像或信息所存们力求根据图像或信息所存在的相关性，推测未来图在的相关性，

21、推测未来图中中*人人*和国和国 中华人民共和国中华人民共和国 1预测编码的原理预测编码的原理 差分脉码调制差分脉码调制(DPCM) 像或象素的可能值。大量实验证明，一般图像的相邻两帧只有像或象素的可能值。大量实验证明，一般图像的相邻两帧只有10以下的象素的亮度值会有超过以下的象素的亮度值会有超过2的变化，而色度只有的变化，而色度只有1以下的变以下的变化。毫无疑问，预测编码技术应用到图像处理中是非常正确的。当化。毫无疑问，预测编码技术应用到图像处理中是非常正确的。当然，预测编码仅对非独立信源起作用。然，预测编码仅对非独立信源起作用。 预测值是已各点量化值的线性组合预测值是已各点量化值的线性组合

22、ai是预测系数是预测系数 。当序列的统计特性已知时（如相关函数），可以得。当序列的统计特性已知时（如相关函数），可以得到这些系数的最佳值，使得预测值与样值的预测误差最小。到这些系数的最佳值，使得预测值与样值的预测误差最小。待编码取待编码取样序列样序列量化后数量化后数字序列字序列预测值预测值 (1) (1) 非均匀量化编码非均匀量化编码 + 固定字长固定字长 非均匀量化编码：对出规概率大的小信号细量化，对出现概率非均匀量化编码：对出规概率大的小信号细量化，对出现概率小的大信号粗量化。小的大信号粗量化。5bit5bit / / pelpel的非均匀量化可以获得与的非均匀量化可以获得与 8bit8b

23、it / / pelpel均匀量化大致相同的图像质量。均匀量化大致相同的图像质量。 (2) (2) 均匀量化均匀量化 + 可变字长编码可变字长编码 根根据据熵熵编编码码原原理理，对对概概率率大大的的小小差差值值信信号号编编为为小小字字长长码码（位位数数少，去掉前导零）；而对概率小的大差值信号编为大字长码。少，去掉前导零）；而对概率小的大差值信号编为大字长码。 DOCM预预测测编编码码结结构构简简单单，易易于于实实现现，压压缩缩效效率率高高；主主要要缺缺点点是抗御误码的能力差。是抗御误码的能力差。 2 2 自适应预测编码及运动补偿预测编码自适应预测编码及运动补偿预测编码 实实践践证证明明，人人眼

24、眼观观看看物物体体细细节节的的相相对对分分解解能能力力与与其其空空间间频频率率（物物体体的的细细小小程程度度）和和时时间间分分辨辨率率（物物体体运运动动的的快快慢慢）有有关关。一一般般情情况况下下，可可以以认认为为人人眼眼在在观观看看物物体体（或或图图像像）时时，最最大大空空间间分分辨辨率率与与最最大大时时间间分分辨辨率率的的乘乘积积近近似似为为常常数数。根根据据这这一一点点，可可以以对对高高速速运运动动的的图图像像赋赋予予较较大大的的量量化化步步长长，而而给给与与较较高高的的传传送送速速度度；对对低低速速运运动或静止的图像赋予较小的量化步长，而给与较低的传送速度。动或静止的图像赋予较小的量化

25、步长，而给与较低的传送速度。 运运动动补补偿偿是是一一种种对对活活动动图图像像的的帧帧间间编编码码技技术术，目目的的是是根根据据活活动动图像相邻帧间的时域相关性，尽可能消除这部分冗余。图像相邻帧间的时域相关性，尽可能消除这部分冗余。 632变换编码变换编码 将将图图像像中中的的像像素素按按区区域域分分成成一一些些包包括括MN个个像像素素的的许许多多方方块块。这这些些像像素素点点的的取取样样值值构构成成一一空空间间(设设为为X,Y二二维维)的的数数字字阵阵列列,然然后后将将它它们们变变换换到到由由正正交交矢矢量量构构成成的的变变换换域域中中,再再对对这这些些变变换换域域中中的的阵阵列列系系数数进

26、进行行编编码码发发送送,接接收收端端通通过过逆逆变变换换恢恢复复原原数数据据。实实用用的的变变换换有有富里叶变换、富里叶变换、离散余弦变换离散余弦变换(DCT)、沃尔什沃尔什(Walsh)变换等。变换等。 变变换换编编码码压压缩缩数数据据的的原原理理：图图像像空空间间存存在在相相关关性性, ,在在变变换换域域中中, ,各各空空间间频频率率分分量量是是不不均均匀匀的的, ,即即空空间间频频率率低低的的区区域域信信号号幅幅度度大大, ,高高频频区域信号幅度小。若根据统计特性区域信号幅度小。若根据统计特性, ,低频部分编低频部分编 n 大的长码，大的长码，高频高频亮度亮度部部分分编编 n 小小的的短

27、短码码（与与均均匀匀量量化化 + 可可变变字字长长编编码码类类似似），则则平平均均码码长长和和总总的的码码率率都都会会下下降降，达达到到压缩码率的目的。压缩码率的目的。 离离散散余余弦弦变变换换压压缩缩率率最最高高, 有有快快速速算算法法，能能实实现现 实实 时时 压压 缩缩 ； 沃沃 尔尔 什什变换易于硬件实现。变换易于硬件实现。 633 其它压缩码率的措施其它压缩码率的措施 (利用图像信号的某些特性进行压缩利用图像信号的某些特性进行压缩) ) 1 1亚奈奎斯特取样亚奈奎斯特取样 根据取样定理，应有根据取样定理，应有fS2fm，若不满足此条件，会发生频谱混若不满足此条件，会发生频谱混叠而失真

28、。然而，由于视频信号存在较大的频谱间隙，如果恰当选叠而失真。然而，由于视频信号存在较大的频谱间隙，如果恰当选择择 fS2fm采样的频率，采样的频率，使使频谱折叠区域落在原信号的频谱间隙中，频谱折叠区域落在原信号的频谱间隙中，就不会发生频谱折叠失真。就不会发生频谱折叠失真。 视频信号频谱：视频信号频谱：n fHm fH， 取取则折叠频率为则折叠频率为 低通特性低通特性 梳状滤波梳状滤波的特性的特性 2同步信号的编码同步信号的编码 电视信号的行逆程和场逆程电视信号的行逆程和场逆程中，只有同步信号、消隐信号和中，只有同步信号、消隐信号和色同步信号。它们所携带的信息很少，但占据的时间却很长。数字色同步

29、信号。它们所携带的信息很少，但占据的时间却很长。数字化过程中，没有必要对这些逆程信号的全部进行波形取样编码，也化过程中，没有必要对这些逆程信号的全部进行波形取样编码，也没有必要逐行、逐场传送这些信息，而只要对行、场定时信号单独没有必要逐行、逐场传送这些信息，而只要对行、场定时信号单独编码，插入到图像数字信号中即可。编码，插入到图像数字信号中即可。离散余弦变换离散余弦变换DCT编码压缩系统简介编码压缩系统简介 DCTIDCT其中：其中： 二维二维DCT变换是一种线性变换，可以分解成两个一维变换是一种线性变换，可以分解成两个一维DCT变变化的乘积。特别是当化的乘积。特别是当MN时，二维时，二维DC

30、T变换可用方阵表示：变换可用方阵表示： 例：例：88亮度子块的亮度子块的DCT编码压缩和解码编码压缩和解码 JPEG88亮亮度子块度子块DCDCT第一步：第一步：DCT变换变换 DCT编码压缩编码压缩JPEG亮度量化矩阵表亮度量化矩阵表 第二步：量化处理降低每个第二步：量化处理降低每个DCT系数的比特数系数的比特数 量化过程是将量化过程是将DCT系数矩阵系数矩阵F(u,v)中的每个元素与量化矩中的每个元素与量化矩阵阵Q(u,v)中的对应元素相除后中的对应元素相除后, 舍去小于舍去小于0.5以下的数。例如：以下的数。例如：Q(u,v)为为量化矩阵。量化矩阵。量化结果量化结果第三步：第三步：Z扫描

31、并串转换扫描并串转换第四步：编码传输第四步：编码传输游程编码：游程编码：本例为（本例为（39，-3，2，1， -1，1，0，0，0，0，0， -1，EOB）。）。EOB表示块表示块结束，接收端收到结束，接收端收到EOB后后自动将自动将64个元素中余下的个元素中余下的元素补零。元素补零。DCT解码复原解码复原第一步：恢复量化矩阵第一步：恢复量化矩阵将将EOB后的元素自动补零后的元素自动补零第二步：反量化（第二步：反量化（IQ）（619）第三步：第三步：IDCT主要原因是主要原因是量化所致。量化所致。重建后的信号与重建后的信号与原信号相差很小原信号相差很小 JPEG色度量化矩阵表色度量化矩阵表 将

32、整幅图像分将整幅图像分解出数个用于解出数个用于DCT的子块的子块DCT系数中绝对系数中绝对值较大的集中在值较大的集中在矩阵的左上角。矩阵的左上角。将一些绝对值很将一些绝对值很小的系数或区块小的系数或区块置零便于丢弃置零便于丢弃串并转换串并转换舍去零系数舍去零系数量化矩阵复原量化矩阵复原恢复恢复DCT系数系数图像子块重建图像子块重建整幅图像重建整幅图像重建传输或存储传输或存储2020 DCT子块子块IDCT重建的重建的10075图像图像活动图像的活动图像的DCT编解码示例编解码示例100100 DCT子块子块等亮度方块等亮度方块黑白交错的干扰信号黑白交错的干扰信号DCT结果结果量化量化结果结果特

33、殊图像的例子特殊图像的例子重构误差会很大重构误差会很大64 电视信号的数字处理电视信号的数字处理 641概述概述 利用数字技术对电视信号的处理，不仅能完成模拟处理技术中利用数字技术对电视信号的处理，不仅能完成模拟处理技术中的相应，还能完成许多模拟电视中难以完成的各种功能，从而达到的相应，还能完成许多模拟电视中难以完成的各种功能，从而达到提高图像质量，丰富电视节目等目的。提高图像质量，丰富电视节目等目的。 6 64 42 2 数字滤波器数字滤波器 1 1数字滤波器的作用（略，详见数字信号处理）数字滤波器的作用（略，详见数字信号处理） 2 2数字滤波器的基本结构和原理数字滤波器的基本结构和原理（略

34、，详见数字信号处理）（略，详见数字信号处理） 3 3数字滤波器举例数字滤波器举例 (1) (1) 亮度水平滤波器亮度水平滤波器 滤波器的传递函数滤波器的传递函数 ( a )( b )代入代入 ze j =2ffS，当当 fS =4 fSC时，时， (2) 亮亮/ /色分离梳状滤波器色分离梳状滤波器 PAL制行延时制行延时TTH A至至B 的的传输函数传输函数HY() 代入代入 ze j及及 =2ffHA至至C的的传输函数传输函数HC() NTSC制的制的Y/C分离分离 传递函数取传递函数取(1(1行延迟行延迟) ) 结构图如何画？结构图如何画？幅频特性：幅频特性：2行延时行延时 传递函数取传递

35、函数取( (1帧延迟：帧延迟：TTF ， PAL制要延迟制要延迟 2 帧帧 ) ) 这种这种Y/C分离方法适合于静止图像或变化十分缓慢的图像，特分离方法适合于静止图像或变化十分缓慢的图像，特别是静止图像（帧重复），可以获得非常高的清晰度（对同一位置别是静止图像（帧重复），可以获得非常高的清晰度（对同一位置的像素求和）。由于模拟延迟难以获得高精度长时间延迟，所以这的像素求和）。由于模拟延迟难以获得高精度长时间延迟，所以这种方法只能用于数字处理。种方法只能用于数字处理。 (3) PAL色度解调器色度解调器 U支路的滤波器幅频特性支路的滤波器幅频特性由于由于:所以所以 实际延迟与标准实际延迟与标准延

36、迟之差极小。延迟之差极小。( (64.05603s )V支路的滤波器幅频特性支路的滤波器幅频特性 分离后的分离后的U、V信号都是信号都是取样频率为取样频率为fS4fSC的数字信的数字信号，分别送入锁存器以号，分别送入锁存器以fSC频频率进行再取样。由于取样时率进行再取样。由于取样时钟的频率钟的频率fS4 fSC，并与色并与色同步信号严格锁相，实际上同步信号严格锁相，实际上取样时就已实现了取样时就已实现了FU、FV这这两个数字色度分量分离。两个数字色度分量分离。位位于于fSC零相的采样值为零相的采样值为V 分量分量，位于位于fSC 90( (将将fSC延迟延迟T TS S ，即即一个一个A/DA

37、/D采样周期采样周期) )的采样值的采样值为为U分量。分量。所以利用彩色副所以利用彩色副载波载波fSC作为时钟进行再取样，作为时钟进行再取样，fSC零相的再取样值即为零相的再取样值即为V分分量值，量值，fSC延迟一个延迟一个fS的周期的周期TS的取样值即为的取样值即为U分量值，分量值，以完成副载频信号至视频信以完成副载频信号至视频信号的频率变换。号的频率变换。 643 电视信号的时基处理电视信号的时基处理 数数字字信信号号的的在在存存储储器器里里的的存存入入、取取出出由由外外部部的的定定时时信信号号决决定定。若若数数字字电电视视信信号号在在存存储储过过程程中中，采采用用不不同同的的存存入入和和

38、取取出出的的定定时时信信号号,就可以将电视信号在时间上进行变换就可以将电视信号在时间上进行变换,这种变换称为时基处理。这种变换称为时基处理。 1 数字时基校正数字时基校正 数数字字时时基基校校正正器器(DTM)是是一一种种典典型型的的时时基基处处理理设设备备，它它主主要要用用于于校正视频磁带录像机校正视频磁带录像机VTR)重放时输出信号的时基误差重放时输出信号的时基误差(TBE)。(RAM或或SRAM) 用于用于DTBC的存储器容量一般为的存储器容量一般为10余行以上，而校正的时基余行以上，而校正的时基误差可达几十误差可达几十s甚至更大。甚至更大。 2 数字时基处理的其它应用数字时基处理的其它

39、应用 时基变换和处理的原理，还可用于其它方面，例如倍行频或倍时基变换和处理的原理，还可用于其它方面，例如倍行频或倍场频显示，隔行场频显示，隔行/ /逐行扫描转换，数字式彩色电视制式转换等。这逐行扫描转换，数字式彩色电视制式转换等。这些都是通过对帧存储器内的数字电视信号进行特殊的读些都是通过对帧存储器内的数字电视信号进行特殊的读/ /写控制和写控制和内插处理而实现的。内插处理而实现的。 倍行倍行/ /场频扫描场频扫描 将电视信号以正常的取样时钟写入存储器，通过数据内插方法将电视信号以正常的取样时钟写入存储器，通过数据内插方法( (即将相邻行的数据平均，得到内插行的数据；或者将相邻帧的数即将相邻行

40、的数据平均，得到内插行的数据；或者将相邻帧的数据平均，得到内插帧的数据据平均，得到内插帧的数据) )进行数据扩展。再以双倍取样频率取进行数据扩展。再以双倍取样频率取出数据。同时显示时以倍行频扫描，即每场出数据。同时显示时以倍行频扫描，即每场625行显示，这是倍行行显示，这是倍行频显示技术。也可以重新排列扫描顺序，频显示技术。也可以重新排列扫描顺序，由隔行扫描改为逐行扫描由隔行扫描改为逐行扫描。以上两种显示扫描行数都加倍，只是数据的读出顺序不同。倍行频以上两种显示扫描行数都加倍，只是数据的读出顺序不同。倍行频可以消除行间的闪烁现象。倍场频显示是保持隔行扫描不变，而使可以消除行间的闪烁现象。倍场频

41、显示是保持隔行扫描不变，而使场频加倍场频加倍(每秒由每秒由50场提高到场提高到100场。当然行频也加倍场。当然行频也加倍)。倍场频显。倍场频显示既能消除行间闪烁，也能消除场间大面积的闪烁。示既能消除行间闪烁，也能消除场间大面积的闪烁。 数字制式转换器数字制式转换器 将将525行和行和625行两行两种制式转换的数字制式种制式转换的数字制式转换器转换器( (DSC) )，也是利用也是利用上述时基变换和行、场上述时基变换和行、场内插等技术实现的。内插等技术实现的。625=2525； 525=212566 高清晰度电视高清晰度电视 661 普通电视系统存在的缺陷普通电视系统存在的缺陷 （以（以NTSC

42、系统为例）系统为例） 1总体上的缺陷总体上的缺陷 宽高比宽高比 早期拟订电视规范时，选择了早期拟订电视规范时，选择了4 : 3的宽高比，因为当时的宽高比，因为当时35mm影片有同样的宽高比，而且观众对此格式也感到舒适。但今天影片有同样的宽高比，而且观众对此格式也感到舒适。但今天“宽宽屏幕屏幕”形式很普遍，形式很普遍，NHK的研究表明，人们更喜欢的研究表明，人们更喜欢5 : 3或甚至或甚至2 : 1的宽高比。的宽高比。 有限的垂直分解力有限的垂直分解力 ( (NTSC系统比系统比PAL系统更明显系统更明显) ) 在在NTSC制的制的525扫描行中，只有扫描行中，只有485行能产生图像，余下的行能

43、产生图像，余下的40行是场消隐期。在最佳的情况下，人们期望分解出行是场消隐期。在最佳的情况下，人们期望分解出485行，但实际行，但实际上有一些影响使这个数字大大减少，如凯尔上有一些影响使这个数字大大减少，如凯尔( Kell )系数和隔行系系数和隔行系数等均使可观察到的分解力降低，最多只能达到数等均使可观察到的分解力降低，最多只能达到330行左右。行左右。 有限的水平分解力有限的水平分解力 假设水平分解力近似等于垂直分解力。因此水平分解力在满屏假设水平分解力近似等于垂直分解力。因此水平分解力在满屏宽约为宽约为440行。要达到这样的分解力，需要频率响应的平坦部分达行。要达到这样的分解力，需要频率响

44、应的平坦部分达到到4.2MHz左右。左右。NTSC制规定视频带宽的上限也只有制规定视频带宽的上限也只有4.2MHz，此此频率上限不能随便扩展，因为电视额道的划分大多互相紧邻。频率上限不能随便扩展，因为电视额道的划分大多互相紧邻。 严重受限的色度分解力严重受限的色度分解力 根根据据对对人人类类视视觉觉系系统统的的研研究究结结果果，人人眼眼对对彩彩色色的的分分辨辨力力是是有有限限的的，因因此此决决定定利利用用这这一一点点对对色色度度系系统统的的频频率率响响应应也也作作同同样样的的限限制制。虽虽然然这这种种方方法法已已证证明明是是使使色色度度信信号号符符合合原原先先单单色色传传输输标标准准的的极极好

45、好方方法法，但但目目前前节节目目制制作作设设备备却却正正在在发发生生变变化化，为为了了尽尽量量减减小小图图像像的的劣劣化，采用化，采用RGB基色或基色或Y、B - Y、G - Y分量进行编辑。分量进行编辑。 2隔行缺陷隔行缺陷 行间闪烁行间闪烁 爬行爬行 移动物体的垂直和对角线轮廓会发生畸变（锯齿化现象）移动物体的垂直和对角线轮廓会发生畸变（锯齿化现象） 3其它各种缺陷其它各种缺陷 静态光栅（可见行结构）静态光栅（可见行结构） 由由于于电电视视机机屏屏幕幕尺尺寸寸的的增增加加和和质质量量的的改改进进，观观众众开开始始能能看看到到组组成成一一帧帧图图像像的的各各扫扫描描行行，许许多多人人对对此此

46、感感到到不不快快，使使扫扫描描点点单单纯纯地地散散焦焦，会会产产生生使使水水平平清清晰晰度度同同时时下下降降的的缺缺陷陷。按按照照NTSC制制标标准准，观观众众要要在在图图像像高高度度的的7倍倍处处(PAL制制是是6倍倍)才才可可以以避避免免看看到到行行结结构构。在在这这个个距距离离上上，观观看看者者不不会会有有身身临临其其境境的的感感觉觉，相相反反是是感感觉觉在在看看“一一只盒子中的图画只盒子中的图画”。 大面积闪烁大面积闪烁 研研究究表表明明，人人眼眼可可观观察察到到频频率率非非常常高高的的场场景景亮亮度度变变化化，它它取取决决于于视视场场和和亮亮度度电电平平。就就正正常常的的观观看看电电

47、平平来来讲讲，欧欧洲洲的的PAL和和SECAM的的50Hz场场频频对对许许多多人人来来说说可可能能是是太太低低了了。测测试试表表明明，100Hz的的场场频频对对避避免免大大面面积积闪闪烁烁效效果果是是很很好好的的，当当然然这这时时接接收收机机的的成本会有较大的增加。成本会有较大的增加。 串色串色 串串色色看看起起来来就就像像新新闻闻播播音音员员身身上上花花呢呢短短上上衣衣的的异异常常彩彩色色编编织织图图案案的的效效果果，这这是是由由于于NTSC将将高高频频亮亮度度信信号号与与色色度度信信号号混混合合在在同同一一个个复复合合信信号号里里所所致致。减减小小此此种种串串扰扰有有两两个个办办法法，一一

48、种种是是将将亮亮度度倍倍号号带带宽宽限限制制到到大大约约3MHz(该该方方法法比比较较经经济济，直直到到几几年年前前一一直直在在普普遍遍使使用用)；再再就就是是利利用用流流状状滤滤波波器器将将色色度度信信号号从从亮亮度度信信号号中中滤滤出出，但又会使垂直分辨率降低。但又会使垂直分辨率降低。 串亮串亮 串串亮亮是是由由于于色色度度信信号号漏漏入入亮亮度度通通道道所所致致，特特别别是是在在黑黑白白电电视视接接收收机机中中，屏屏幕幕上上由由密密布布点点组组成成矩矩阵阵状状干干扰扰。串串亮亮可可采采取取与与抗抗串串色相同的方法来消除。色相同的方法来消除。 时域混叠时域混叠 这种这种“车轮向后转车轮向后

49、转”的视觉效应是由的视觉效应是由30帧秒的取样率造成的。帧秒的取样率造成的。 传统电视系统的缺陷小结：传统电视系统的缺陷小结： 为为了了使使闪闪烁烁减减少少到到可可接接受受的的水水平平，又又要要保保持持带带宽宽不不变变，采采用用隔隔行行扫扫描描是是最最好好的的折折中中。采采用用这这样样的的技技术术不不可可能能没没有有损损失失，如如行行间间闪闪烁、快速运动时垂直边缘模糊等。烁、快速运动时垂直边缘模糊等。 为为减减轻轻这这些些缺缺陷陷的的影影响响，尤尤其其是是要要避避免免看看到到行行结结构构，观观众众应应该该在在6倍倍图图像像高高度度距距离离处处观观看看。但但是是在在这这个个距距离离上上，观观看看

50、者者不不会会有有融融进进节目的感觉，相反是感觉它像节目的感觉，相反是感觉它像“一只盒子中的图一只盒子中的图”。 为了使彩色电视和黑白电视兼容采用了频率分割复用技术，使为了使彩色电视和黑白电视兼容采用了频率分割复用技术，使得色差信号和亮度信号在频谱上的交借，这是很大的进步，但又免得色差信号和亮度信号在频谱上的交借，这是很大的进步，但又免不了会有串亮和串色。这也是在新一代电视系统中要解决的问题。不了会有串亮和串色。这也是在新一代电视系统中要解决的问题。 662 人眼视觉和电视标准人眼视觉和电视标准 1视角和临场感视角和临场感 当一幅清楚的图像呈现在宽阔的视觉场时，人眼将不能区分被当一幅清楚的图像呈

51、现在宽阔的视觉场时，人眼将不能区分被显示的图像空间和观看者所处的空间，这将使观看者几乎忘记了这显示的图像空间和观看者所处的空间，这将使观看者几乎忘记了这是由显示产生的图像，而获得逼真的立体视觉。因此，扩展屏幕宽是由显示产生的图像，而获得逼真的立体视觉。因此，扩展屏幕宽度对产生临场感是极为有效的技术手段。度对产生临场感是极为有效的技术手段。 实验证明，只有当视场角至少超过实验证明，只有当视场角至少超过20时才能开始获得具有时才能开始获得具有“临场感临场感”表现的心理效果。随着观看者的视场角增加，这种心理效表现的心理效果。随着观看者的视场角增加，这种心理效果也增加，当达到果也增加，当达到80 12

52、0时趋于饱和。目前的电视系统，位于时趋于饱和。目前的电视系统，位于最佳距离观看时，水平视角大约只有最佳距离观看时，水平视角大约只有10左右，而未来的电视系统左右，而未来的电视系统的水平视角则希望达到的水平视角则希望达到20 30。视觉场大小和观看距离有关，普。视觉场大小和观看距离有关，普通电视在距图像高度的通电视在距图像高度的7倍处观看，倍处观看，HDTV在距图像高度在距图像高度3倍的距离倍的距离处观看已获得较大的视角。为了满足近处观看，处观看已获得较大的视角。为了满足近处观看，HDTV的图像就必的图像就必须有相应的图像细节和清晰的轮廓。须有相应的图像细节和清晰的轮廓。 图图6-22 2垂直细

53、节和观看距离垂直细节和观看距离 要要提提高高电电视视系系统统的的垂垂直直清清晰晰度度，就就必必须须提提高高扫扫描描行行数数。为为此此有有必必要要来来确确定定在在满满足足人人眼眼视视觉觉对对图图像像质质量量要要求求的的前前提提下下，新新的的高高清清晰晰度度电电视视系系统统的的扫扫描描行行数数至至少少应应为为多多少少行行才才合合适适。研研究究的的结结果果表表明明，高高清清晰晰度度电电视视要要求求的的扫扫描描行行数数决决定定于于人人眼眼视视觉觉系系统统的的频频率率响响应应特特性性，并且是人眼观看图像距离的函数。并且是人眼观看图像距离的函数。 白顺序排列的条纹。对应这白顺序排列的条纹。对应这些不同频率

54、的条纹图案，视些不同频率的条纹图案，视觉的敏感度不同。由于人眼觉的敏感度不同。由于人眼的视力有个极限值，即眼睛的视力有个极限值，即眼睛的分辨能力有限，当空间频的分辨能力有限，当空间频率超过率超过定值后，就感觉不定值后，就感觉不出有明暗条纹的变化，而成出有明暗条纹的变化，而成了融合在一起的连续亮光。了融合在一起的连续亮光。因此，空间频率特性的截止因此，空间频率特性的截止频率就相当于眼睛的分辨能频率就相当于眼睛的分辨能力。力。图图6-23 在单位空间里将明暗条纹按正弦分布规律变化，人眼将看到黑在单位空间里将明暗条纹按正弦分布规律变化，人眼将看到黑图图6-23横横坐坐标标r为为空空间间频频率率，单单

55、位位为为cpd(周周/度度)，表表示示每每度度视视角角包包含含的的黑黑自自条条纹纹数数；纵纵坐坐标标为为为为相相对对视视觉觉响响应应值值；r 1为为相相对对响响应应值值下下降降6dB时时的的空空间间频频率率，称称为为高高端端截截止止频频率率，一一般般r 19.3cpd；若若定定义义归归一一化化空空间间频频率率x = r / r 1，则则当当x = x0= r0 / r 11.5时时，r0称称为为空空间间频频率率上上限限，x0为极限空间频率的系数；常数为极限空间频率的系数；常数k 1，其值反映了对比度阀的变化。其值反映了对比度阀的变化。 由由图图可可见见，视视觉觉的的空空间间频频率率响响应应类类

56、似似于于低低频频端端下下跌跌的的带带通通滤滤波波器器的响应，即当空间频率的响应，即当空间频率r过低或过高时，视觉的相对响应值下降。过低或过高时，视觉的相对响应值下降。 n V2 r0V2 x0 r1V式式中中，V为为垂垂直直视视角角：n V是是眼眼睛睛能能够分辨的黑白线条数的上限。够分辨的黑白线条数的上限。 另另一一方方面面，图图像像垂垂直直分分解解力力DV和系统扫描行数和系统扫描行数N之间的关系式为之间的关系式为 DV = K KiV N式中，式中，K为为Kell系数，系数，K = 0.7；Ki是是隔行扫描系数其值为隔行扫描系数其值为0.60.7；V为垂直扫描有效率为垂直扫描有效率(正程系数

57、正程系数)。 在在上上限限空空间间频频率率r0的的情情况况下下，眼眼睛睛能能分分辨辨出出屏屏幕幕上上的的黑黑白白线线条条总总数在图像垂直方向可表示为数在图像垂直方向可表示为 若对高清晰度电视的图像垂直分解力的要求不超过人的眼睛能若对高清晰度电视的图像垂直分解力的要求不超过人的眼睛能够分辨的空间频率的上限够分辨的空间频率的上限 DV = n V，即扫描线数为即扫描线数为 令视距与图像高度之比为令视距与图像高度之比为d， 及及 ，则扫描线数，则扫描线数 由此可见，扫描行数直接与观察距离有关。观察距离越近，要由此可见，扫描行数直接与观察距离有关。观察距离越近，要求的扫描行数越多，这样才能使相邻扫描线

58、不产生间隔断开的感觉。求的扫描行数越多，这样才能使相邻扫描线不产生间隔断开的感觉。人观看电视图像的最佳距离应该是在看不清扫描线结构的情况下，人观看电视图像的最佳距离应该是在看不清扫描线结构的情况下，能看清电视图像的所有细节，就是说要看清图像最高分辨力的线数。能看清电视图像的所有细节，就是说要看清图像最高分辨力的线数。 3水平细节、图像宽度和视频带宽水平细节、图像宽度和视频带宽 由由于于人人眼眼中中锥锥状状细细胞胞是是接接近近圆圆形形的的，其其垂垂直直和和水水平平分分辨辨力力是是接接近相同的高清晰度近相同的高清晰度电视水平分辨力的要求应等于垂直分辨力电视水平分辨力的要求应等于垂直分辨力。 普普通

59、通电电视视的的宽宽高高比比是是1.33(4:3)，图图像像的的最最佳佳观观看看距距离离为为67倍倍的的屏屏幕幕高高度度，水水平平/垂垂直直视视场场角角只只有有10左左右右，没没有有临临场场感感。高高清清晰晰度度电电视视采采用用了了与与宽宽银银幕幕电电影影相相同同的的图图像像宽宽高高比比16:9 ( 1.777 )，在在3倍倍屏屏幕幕高高度度的的观观看看距距离离上上, 水水平平/垂垂直直视视场场角角达达19/ 33左左右右, 具具有有较较强强的的临临场场感感。它它也也是是在在图图像像质质量量和和HDTV信信道道限限制制之之间间的的一一个个折折中中,因因为在其它条件相同的情况下为在其它条件相同的情

60、况下,视频基带的带宽和宽高比成正比。视频基带的带宽和宽高比成正比。 下面以下面以 N = 1125、fF =30Hz为例为例,估算估算HDTV视频信号的带宽。视频信号的带宽。 在此标准下的扫描行频在此标准下的扫描行频fHDTV H为为fHDTV H =112530=33.75kHz，正程系数正程系数V取与取与NTSC相同，即取相同，即取 V =0.92在在DV = K KiV N 中的隔行系数取中的隔行系数取Ki=0.65/0.7（ K= 0.7 ）,则隔行扫则隔行扫描的描的HDTV视频信号带宽视频信号带宽 f b 约为约为14.1/16.5MHz (DV 471/507线线)。 664 MU

61、SE系统系统 首先需要指出，日本的首先需要指出，日本的MUSE系统（同时包括欧洲曾经开发过系统（同时包括欧洲曾经开发过的的HD-MAC系统）不是全数字式系统）不是全数字式HDTV，已经成为过时被淘汰的技已经成为过时被淘汰的技术。然而，术。然而，MUSE毕竟毕竟 是世界上最早投入实用并正式播出的是世界上最早投入实用并正式播出的高清晰高清晰度电视系统，而度电视系统，而HD-MAC早在巴塞罗那奥运会期间进行过试播，同早在巴塞罗那奥运会期间进行过试播，同时它们受采用的一些技术具有一定的先进性和可借鉴性时它们受采用的一些技术具有一定的先进性和可借鉴性( (如采用多重如采用多重亚取样和运动补偿技术亚取样和

62、运动补偿技术),),所以这里对所以这里对MUSE系统作简单的介绍。系统作简单的介绍。 1概述概述 日日本本于于1964年年开开始始进进行行了了高高清清晰晰度度电电视视的的研研究究历历经经20余余年年。终终于于在在1984年年正正式式提提出出了了MUSE(Multiple Sub-Nyquist Sampling Encoding)，即即多多重重亚亚奈奈奎奎斯斯特特取取样样编编码码系系统统，用用单单频频道道作作HDTV卫卫星广播。星广播。 MUSE系统的技术参数如下：系统的技术参数如下： 采采用用场场频频为为60Hz60Hz的的隔隔行行扫扫描描，扫扫描描行行数数为为11251125行行。这这是是

63、为为兼兼顾顾到到NTSCNTSC的的525525行行和和PALPAL和和SECAMSECAM制制的的625625行行，因因为为11251125行行对对于于525525行行为为1515:7 7，而对，而对625625行则为行则为9:59:5。 采采用用多多重重亚亚取取样样和和运运动动补补偿偿技技术术。重重建建的的信信号号频频带带宽宽度度：静静止止情情况况下下亮亮度度信信号号为为22.75MHz22.75MHz，色色度度信信号号为为7.425MHz7.425MHz；运运动动情情况况下下亮度信号为亮度信号为14.85MHz14.85MHz色度信号为色度信号为3.7125MHz3.7125MHz。 传

64、传输输形形式式是是取取样样数数据据的的模模拟拟传传输输，信信号号的的取取样样频频率率为为16.2MHz。 压缩后视频信号带宽为压缩后视频信号带宽为8.1MHz，采用调频调制。采用调频调制。 目前目前MUSE系统在日本巳投入使用，用直播广播卫星系统在日本巳投入使用，用直播广播卫星(DBS)在在12GHz频道带宽为频道带宽为27MHz24MHz，效果良好，但与现有电视制效果良好，但与现有电视制式不兼容。式不兼容。 2MUSE信号的形成信号的形成 亚取样技术亚取样技术 原始的模数变换的取样原始的模数变换的取样频率是频率是48.6MHz，也就是信也就是信号的上限频率是号的上限频率是24.3MHz。经过

65、压缩的信号的视频带宽经过压缩的信号的视频带宽的上限是的上限是8.1MHz。这里所这里所图图6-27说的压缩方法就是用亚取样的方法，也可以称为点交错的取样方说的压缩方法就是用亚取样的方法，也可以称为点交错的取样方法。对于静止图像，两帧法。对于静止图像，两帧(4场场)呈一个周期，在一个周期内各场的呈一个周期，在一个周期内各场的取样是互相交错的，也就是由取样是互相交错的，也就是由4场组成一幅图。这里利用了人眼对场组成一幅图。这里利用了人眼对静止静止(包括慢运动包括慢运动)图像的空间分辨力要求高，而对时间分辨力要图像的空间分辨力要求高，而对时间分辨力要求低的视觉特性求低的视觉特性 。 时间压缩技术时间

66、压缩技术 在在MUSE系系统统中中，亮亮度度信信号号和和色色度度信信号号不不是是采采用用频频谱谱交交错错方方式式而而是是用用时时分分复复用用方方式式。它它是是将将亮亮度度信信号号和和色色度度信信号号分分别别在在时时间间上上压压缩缩，并并且且将将压压缩缩以以后后的的亮亮度度信信号号和和色色度度信信号号安安排排在在一一行行中中不不同同的的时时间间段段。亮亮度度信信号号的的压压缩缩比比是是12:11，色色度度信信号号压压缩缩得得更更多多，和和亮亮度度信信号号的的时时间间压压缩缩比比是是4:1。色色度度信信号号CR和和CB还还是是轮轮流流传传送送。亮亮度度信信号号之之所所以以要要进进行行12:11的的

67、压压缩缩，是是为为了了在在将将色色度度信信号号压压缩缩到到亮亮度度信信号号的的1/4之之后后，亮亮度度信信号号和和色色度度信信号号所所占占时时间间不不超超过过行行扫扫描描全全程程时时间（间（63.5s）。）。亮度信号的上限频率是亮度信号的上限频率是 (48.6MHz/2)(11/12)22.275MHz，色度信号的上限频率是色度信号的上限频率是 (22.275MHz)(1/3)7.425MHz。 图图6-31 实现时间压缩实现时间压缩(TCI：Time Compressed Integration) 和扩展的方和扩展的方框图如图框图如图6-31所示。所示。 6. 6. 5 全数字电视系统全数字

68、电视系统 1. 全数字电视系统信号的的基本特征全数字电视系统信号的的基本特征 . 视频和音频信号全部数字化。视频和音频信号全部数字化。 . 采采用用MPEG-2标标准准对对数数字字化化视视频频信信号号进进行行压压缩缩编编码码，目目标标是降低数字信号的传输码率。（是降低数字信号的传输码率。（信源编码信源编码） . 压压缩缩编编码码后后的的数数字字视视频频信信号号在在调调制制前前，为为了了保保证证在在传传输输工工程程中中尽尽可可能能减减少少差差错错，通通常常还还要要加加入入用用于于纠纠错错的的RS码码和和卷卷积积码码，同同时时还还要要作作交交织织处处理理使使可可能能产产生生的的差差错错均均匀匀分分

69、布布，以以利利于于纠纠错错目目低低是提高数字信号的传输的可靠性。是提高数字信号的传输的可靠性。 （信道编码信道编码） . 采采用用MPEG-2、AC-3或或AAC等等标标准准（将将来来可可能能还还会会有有新新的的标标准准）将将数数字字化化音音频频信信号号进进行行压压缩缩编编码码，提提供供5.1声声道道的的数数字字伴伴音音信号。信号。 . 采采用用高高效效率率的的数数字字调调制制技技术术，完完成成数数字字电电视视信信号号的的发发送送传传输输任任务务。不不同同的的数数字字电电视视系系统统所所采采用用的的调调制制方方式式不不同同，同同时时，相相同同的数字电视系统，传输媒体中所采用的调制方式也不相同。

70、的数字电视系统，传输媒体中所采用的调制方式也不相同。 2. 现行的数字电视（含数字高清晰度电视）系统现行的数字电视（含数字高清晰度电视）系统. 美国的美国的ATSC （地面广播：地面广播：8 VSB调制）调制） ( ( ATSC ：Advanced Television Systems Committee ) ). 欧洲的欧洲的DVB （地面广播：地面广播：DVB-T 采用采用COFDM调制）调制） ( ( DVB ：Digital Video Broadcast 数数字字视视频频广广播播； COFDM：Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex

71、ing：编编码码正正交交频分复用频分复用 ) ). 日本的日本的ISDB （地面广播：地面广播： ISDB -T 采用采用COFDM调制）调制） ( ( ISDB ：Integrated Services Digital Broadcasting 综综合合业业务务数数字字广广播播 ；ISDB-T：Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting) ) 这这些些数数字字电电视视系系统统的的共共同同特特点点是是采采用用MPEG-2作作为为图图像像信信号号的的压压缩缩标标准准，而而在在伴伴音音信信号号的的处处理理以以及及传传输输调调制制方方法法

72、等等方方面面各各不不相同，均有各自的独到之处。相同，均有各自的独到之处。 3. MPEG的基本理论（的基本理论（图像信源编码图像信源编码） MPEG（Moving Picture Expert Group）是是“活动图像专家组活动图像专家组”的英文简称，的英文简称，1988年成立以来已经制定了年成立以来已经制定了MPEG-1MPEG-7等等多个数字视频数字音频压缩编码标准。多个数字视频数字音频压缩编码标准。 MPEG-1的的压缩比压缩比高达高达200:1，用于最高码率可达，用于最高码率可达1.5Mb/s的活的活动图像和相应音频信号的压缩编码，图像质量与动图像和相应音频信号的压缩编码，图像质量与

73、VHS相当。相当。 MPEG-2的压缩比的压缩比可达可达50:1, 压缩后的数字活动图像信号和相应压缩后的数字活动图像信号和相应音频信号码率可达几音频信号码率可达几Mb/s，是，是DVD和数字高清度电视所采用的压缩和数字高清度电视所采用的压缩编码标准。编码标准。 MPEG-4的的最初目标是低码率图像通信（最初目标是低码率图像通信（64Kb/s以下），后来以下），后来发展成为应用更加广泛的多媒体编码标准。发展成为应用更加广泛的多媒体编码标准。 MPEG-4是一个开放的是一个开放的系统，它即支持传统标准又不排斥新标准，码率成功地涵盖了从系统，它即支持传统标准又不排斥新标准，码率成功地涵盖了从100

74、Kb/s10Mb/s的广阔范围，互联网上的一些号称达到的广阔范围，互联网上的一些号称达到DVD画质画质的影像很多是采用的影像很多是采用MPEG-4的。的。 MPEG-7能对各种不同类型的多媒体信息进行标准化的描述，能对各种不同类型的多媒体信息进行标准化的描述，并将该描述与所描述的内容相联系，以实现快速有效的搜索。它的并将该描述与所描述的内容相联系，以实现快速有效的搜索。它的应用很广，既可应用于存储，也可用于流式应用应用很广，既可应用于存储，也可用于流式应用( (如广播如广播) )，还可以，还可以在实时或非实时环境下应用，如：数字图书馆、多媒体名录服务在实时或非实时环境下应用，如：数字图书馆、多

75、媒体名录服务( (如如黄页黄页) ) 、广播媒体选择、多媒体编辑等，应用潜力很大。、广播媒体选择、多媒体编辑等，应用潜力很大。 MPEG的的视频数据流结构视频数据流结构 为了便于对图像序列的随机访问和编辑，为了便于对图像序列的随机访问和编辑，MPEG对视频数据流对视频数据流规定了分层的结构（规定了分层的结构（六个层次）六个层次）: 图像序列层（图像序列层（Video Sequence layer） 图像组层（图像组层（Group of Picture） 图像层（图像层（Picture） 宏块条宏块条/片层片层 （Slice） 宏块层（宏块层（Macro block） 块层（块层（Block l

76、ayer） 图像序列图像序列：图像：图像序列就是一个被处理的连序列就是一个被处理的连续图像，是由图像组构成续图像，是由图像组构成的，它包含序列头、若干的，它包含序列头、若干个图像组层的数据以及序个图像组层的数据以及序列终止符。列终止符。 图像组图像组( (GOP) ) ：图像组是为方便随机存取而加的，其结构和图像组是为方便随机存取而加的，其结构和长度均为可变的，长度均为可变的，MPEG2对此没有硬性规定。图像组是随机存取对此没有硬性规定。图像组是随机存取视频单位，它由定义的一组或多组帧内编码帧（视频单位，它由定义的一组或多组帧内编码帧（I帧帧）或非帧内编）或非帧内编码帧（码帧（P帧或帧或B帧帧

77、）图像构成。每组包括组头，图像层数据，还有）图像构成。每组包括组头，图像层数据，还有时间信息。时间信息。 GOP有两个参数，即长度有两个参数，即长度( (N) )和帧重复频率和帧重复频率( (M) )。 图像图像：图像是独立的显示单位，也是基本编码单位，由图：图像是独立的显示单位，也是基本编码单位，由图像头和宏块条层数据组成。在像头和宏块条层数据组成。在MPEG-2中，图像可以是逐行的，也中，图像可以是逐行的，也可以是隔行的，可以是隔行的，MPEG-1总是逐行的。总是逐行的。 宏块条宏块条：宏块条包含若干个连续的宏块，是重新同步单位。：宏块条包含若干个连续的宏块，是重新同步单位。宏块条的设置目

78、的是防止误码的扩散，当一个宏块条出现误码时，宏块条的设置目的是防止误码的扩散，当一个宏块条出现误码时，不影响后续的宏块条解码。不影响后续的宏块条解码。 宏块宏块：宏块层由宏块头加块层数据组成，图像以亮度数据：宏块层由宏块头加块层数据组成，图像以亮度数据矩阵为基准分为矩阵为基准分为1616像素的宏块，宏块是进行运动补偿的基本单像素的宏块，宏块是进行运动补偿的基本单位。一个宏块包含个位。一个宏块包含个8 8的亮度块，依据类的不同，一个宏块的亮度块，依据类的不同，一个宏块还包含还包含 两个两个8 8色度块色度块( (R-Y和和B-Y各一个，各一个，4:2:0取样时取样时) )、四个四个8 8色度块色

79、度块( ( R-Y和和B-Y各两个，各两个，4:2:2取样取样) )或或 八个八个88色度色度块块 ( ( R-Y和和B-Y各四个，各四个， 4:4:4 取样时取样时) ) 。 块块：块是：块是MPEG码流的最底层，每个块是一个码流的最底层，每个块是一个8 8 像素的像素的数据矩阵。每个块中只含有一种信号元素，即它或是亮度数据矩数据矩阵。每个块中只含有一种信号元素，即它或是亮度数据矩阵，或是某中色度数据矩阵。块是进行阵，或是某中色度数据矩阵。块是进行DCT运算的单位，宏块在运算的单位，宏块在进行进行DCT运算之前要被分成若干个块。运算之前要被分成若干个块。101112(B-Y)Y(R-Y)Y(

80、B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(

81、B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(

82、B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(

83、B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(

84、B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(

85、B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y88888888888888884:2:2宏块示意图宏块示意图Y R-Y B-Y只对亮度信号只对亮度信号采样的像素采样的像素对亮度和色度信对亮度和色度信号都采样的像素号都采样的像素(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y只对亮度信号只对亮度信号采样的像素采样的像素对亮度和色度信对亮度和色度信号都采样的像素号都采样的像素( (B-Y) )Y( (R-Y) )Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)YYYYYYYYY(

86、B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)YYYYYYYYY(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y8888888888884:2:0宏块示意图宏块示意图Y R-Y B-YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)

87、Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)YYYYYYYYY(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)YYYYYYYYY(B-Y)Y(R-Y)Y(

88、B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)Y(B-Y)Y(R-Y)YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY(B-Y)Y(R-Y)YYYY(B-Y)Y(R-Y)YYYY(B-Y)Y(R-Y)YYYY(B-Y)Y(R-Y)YYYY(B-Y)Y(R-

89、Y)YYYY(B-Y)Y(R-Y)YYYY(B-Y)Y(R-Y)YYYY(B-Y)Y(R-Y)YYYY(B-Y)Y(R-Y) MPEG中的三种图像类型即码流组成中的三种图像类型即码流组成 三种图像类型三种图像类型 MPEG是基于是基于DCT、运动补偿和运动补偿和Huffman编码的算法，在压编码的算法，在压缩中使用了缩中使用了帧内压缩帧内压缩和和帧间压缩帧间压缩两种方式。为了在编码中实现最大两种方式。为了在编码中实现最大的压缩比，的压缩比， MPEG使用三种类型的图像，即使用三种类型的图像，即I帧帧、P帧帧和和B帧帧。 I帧是只使用本帧内的数据进行编码的图像，即只对本帧内的帧是只使用本帧内的数

90、据进行编码的图像，即只对本帧内的图像块进行图像块进行DCT变换、量化和熵编码等压缩处理。变换、量化和熵编码等压缩处理。 P帧是根据前面最靠近的帧是根据前面最靠近的I帧或帧或P帧作为参考帧进行前向预测编帧作为参考帧进行前向预测编码的图像。码的图像。 B帧是根据一个过去的参考帧和一个将来的参考帧进行双向预帧是根据一个过去的参考帧和一个将来的参考帧进行双向预测的编码图像。其参考帧可以是测的编码图像。其参考帧可以是I帧或帧或P帧。帧。 I 帧帧(Intra-Frame)是帧内压缩，不使用运动补偿，提供中等的压是帧内压缩，不使用运动补偿，提供中等的压缩比。由于缩比。由于 I 帧不依赖于其他帧，所以是随机

91、存取的入点，同时帧不依赖于其他帧，所以是随机存取的入点，同时是解码中的是解码中的基准帧基准帧。 一个图像组总是以一个图像组总是以 I 帧开头的，帧开头的，I 帧压缩可帧压缩可以得到以得到6:1的压缩比而不产生任何可觉察的模糊现象。的压缩比而不产生任何可觉察的模糊现象。 P帧帧(Predicted-Frame)根据前面的根据前面的 I 帧或帧或 P 帧进行预测帧进行预测(向前向前预测预测)，使用运动补偿算法进行压缩，因而压缩比要比，使用运动补偿算法进行压缩，因而压缩比要比 I 帧高，帧高，数据量平均达到数据量平均达到 I 帧的帧的1/3左右。左右。P 帧是对前后的帧是对前后的B帧和后继的帧和后继

92、的 P 帧进行解码的基准帧。帧进行解码的基准帧。P 帧本身是有误差的，如果帧本身是有误差的，如果 P 帧的前一个帧的前一个基准帧也是基准帧也是 P 帧，就会造成误差传播。帧，就会造成误差传播。 B帧帧(Bidirectional-Frame)是基于内插重建的帧，它基于前后是基于内插重建的帧，它基于前后的两个的两个 I、P 帧或帧或 P、P 帧，它使用双向预测，数据量平均可以达帧，它使用双向预测，数据量平均可以达到到 I 帧的帧的1/9左右。左右。B 帧本身不作为基准，因此可以在提供更高的帧本身不作为基准，因此可以在提供更高的压缩比的情况下不传播误差。压缩比的情况下不传播误差。 码流组成码流组成

93、 一个一个GOP由一串由一串 I、B、P 帧组成，起始为帧组成，起始为 I 帧。帧。GOP的长的长度是一个度是一个 I 帧到下一个帧到下一个 I 帧的间隔，这个长度是可变的，长帧的间隔，这个长度是可变的，长GOP可以提供高的压缩比，但是会造成随机存取的延迟（必须等到下可以提供高的压缩比，但是会造成随机存取的延迟（必须等到下一个一个 I 帧）和误差的积累（帧）和误差的积累（P 帧的误差传播）。一般是一秒内有帧的误差传播）。一般是一秒内有两个两个 I 帧，用来作为随机存取的入口。帧，用来作为随机存取的入口。 在在MPEG-2中没有规定中没有规定GOP的结构，帧重复方式可以是的结构，帧重复方式可以是

94、 I、P，I、B，I、B、P，I、B、B、P，甚至全部是甚至全部是 I 帧。一种典型图帧。一种典型图像帧序为：像帧序为：IBBPBBPBBPBBIBBPBBPBBPBBI。B 帧和帧和 P 帧要帧要求计算机有更强的功能。有些压缩器不能产生求计算机有更强的功能。有些压缩器不能产生 B 帧或者连帧或者连 P 帧也帧也不能产生，则图像的压缩结果将有很明显的间断。不能产生，则图像的压缩结果将有很明显的间断。 在在MPEG-1中，每个中，每个 I 帧图像含有帧图像含有152Kb，P 帧图像含有帧图像含有80Kb， B 帧图像含有帧图像含有23Kb，一个典型一个典型GOP由由1个个 I 帧、帧、 3个个

95、P帧、帧、 8个个 B 帧组成，所以，一个帧组成，所以，一个GOP的的数据量为数据量为152+803+238=576Kb，平均每帧为平均每帧为48Kb，帧频为帧频为25Hz时，其时，其视频码率为视频码率为4825=1.2Mb/s。图图 像像 帧帧 序序 号号012345678910 11 12 13 14 15按显示顺序排列的图像序列按显示顺序排列的图像序列 IBBPBBPBBPBBIBBP按编码顺序排列的图像序列按编码顺序排列的图像序列 IPBBPBBPBBIBBPBB 从第从第1个个 I 帧起，至少要等到第帧起，至少要等到第4帧后才能对第帧后才能对第2帧进行编码，帧进行编码，因此必然会带来

96、延迟，通常总延迟大于因此必然会带来延迟，通常总延迟大于0.5秒，一般为秒，一般为0.81秒。秒。延迟会给电视会议带来影响，如果采用全部为延迟会给电视会议带来影响，如果采用全部为 I 帧的帧的M-JPEG编编码方式，可以消除这种影响，但压缩比将会下降码方式，可以消除这种影响，但压缩比将会下降7: :1以下。以下。 由于由于12帧为帧为1个序列长度，所以广告或短片的长度应为个序列长度，所以广告或短片的长度应为12帧的帧的倍数。倍数。（3）MPEG-1 编码过程简介编码过程简介4个个Y块块+ 2个个F块块宏块条宏块条12帧为一帧为一个编码序个编码序列列IPB帧帧每帧含每帧含36个宏块条个宏块条每个宏

97、块条每个宏块条含含45个宏块个宏块每个宏块每个宏块含有含有6个块个块 （4） MPEG-2 格式简介格式简介 现有音频部分规范了与现有音频部分规范了与MPEG-1音频标准的兼容性以及多通音频标准的兼容性以及多通道的音频编码。而在道的音频编码。而在MPEG-2视频标准的技术规范中，根据图像视频标准的技术规范中，根据图像清晰度的不同，它包括清晰度的不同，它包括4“级级”(Level)或或4种信源格式，并采用分种信源格式，并采用分级编码。所谓级是指级编码。所谓级是指MPEG-2的输入格式，主要规范了清晰度的的输入格式，主要规范了清晰度的4个等级，标识从低清晰度的录像带个等级，标识从低清晰度的录像带(

98、VCR)到高清晰度电视到高清晰度电视HDTV每每一种输入格式编码后都有一个相应的范围。一种输入格式编码后都有一个相应的范围。 (1)低级低级( (LL：Low Level) )：图像输入格式的像素是：图像输入格式的像素是HTU-R Rec. BT 601格式的格式的1/4，即，即35224030或或35228825。相应编码。相应编码的最大输出码率为的最大输出码率为4Mb/s。 (2)主级主级( (ML：Main Level) )：图像输入格式符合：图像输入格式符合HTU-R Rec. BT 601格式，即格式，即72048030或或720 57625。相应编码的最大输。相应编码的最大输出码率

99、为出码率为15Mb/s。 (3)高级高级HL 1440( (High Level 1440) )：是：是1440115225的高清的高清晰度格式。相相应编码的最大输出码率为晰度格式。相相应编码的最大输出码率为60Mb/s。 (4)高级高级( (HL：High Level ) )；图像输入格式为；图像输入格式为l920115225的的高清晰度格式。相应编码的最大输出码率高清晰度格式。相应编码的最大输出码率80Mb/s。 4. 信道编码信道编码 提提高高数数据据传传输输效效率率，降降低低误误码码率率是是信信道道编编码码的的任任务务。信信道道编编码的本质是增加通信的可靠性。码的本质是增加通信的可靠性

100、。 数数字字信信号号在在传传输输中中往往往往由由于于各各种种原原因因，使使得得在在传传送送的的数数据据流流中中产产生生误误码码，从从而而使使接接收收端端产产生生图图象象跳跳跃跃、不不连连续续、出出现现马马赛赛克克等等现现象象。所所以以通通过过信信道道编编码码这这一一环环节节，对对数数码码流流进进行行相相应应的的处处理理，使使系系统统具具有有一一定定的的纠纠错错能能力力和和抗抗干干扰扰能能力力,可可极极大大地地避避免免码码流流传传送送中误码的发生。误码处理技术有纠错、交织、线性内插等。中误码的发生。误码处理技术有纠错、交织、线性内插等。 A、纠错纠错 在在信信道道编编码码过过程程中中将将附附加加

101、数数据据（如如奇奇偶偶校校验验位位）加加于于数数据据流流之之中中，在在接接收收端端通通过过奇奇偶偶校校验验位位来来发发现现有有错错误误的的数数据据字字，并并给给予予纠纠正正，纠纠错错的的方方法法有有保保持持前前面面的的字字和和线线性性内内插插等等。数数字字电电视视系系统统一般采用一般采用RS等外编码方式进行纠错处理。等外编码方式进行纠错处理。 B、交织、交织 交交织织是是一一种种极极复复杂杂的的过过程程，是是对对纠纠错错过过程程的的补补充充，交交织织的的基基本本原原理理是是在在编编码码时时将将数数码码流流按按已已定定义义的的规规则则“搅搅乱乱”，在在接接受受端端再再将将那那些些“搅搅乱乱”的的

102、数数据据字字按按相相反反的的规规则则重重新新排排列列，使使之之恢恢复复出出原始次序。在原始次序。在DVB中是采用了卷积交织的纠错技术。中是采用了卷积交织的纠错技术。 数字电视中常用的纠错编码数字电视中常用的纠错编码 RS码码 RS码即里德码即里德-所罗门码所罗门码，是，是Reed和和Solomon与与1960年提出来年提出来的，是一种性能优良的分组线性码，在同样的编码冗余度下具有的，是一种性能优良的分组线性码，在同样的编码冗余度下具有很强的纠错能力。编解码芯片已经商品化，在通信领域应用较为很强的纠错能力。编解码芯片已经商品化，在通信领域应用较为广泛。广泛。 卷积码卷积码 卷积码非常适用于卷积码

103、非常适用于纠纠正随机错误，但是，解码算法本身的特正随机错误，但是，解码算法本身的特性却是：如果在解码过程中发生错误，解码器可能会导致突发性性却是：如果在解码过程中发生错误，解码器可能会导致突发性错误。在卷积码的上部采用错误。在卷积码的上部采用RS码块，码块， RS码适用于检测和校正那码适用于检测和校正那些由解码器产生的突发性错误，其功能强大。些由解码器产生的突发性错误，其功能强大。 Turbo码码 1993 年诞生的年诞生的Turbo 码，对于当时欧洲的码，对于当时欧洲的DVB 来讲太新了，来讲太新了，对对ATSC 更是如此。虽然如此，更是如此。虽然如此，VLSI 的法国子公司的法国子公司Co

104、mAtlas 开开发了单片发了单片Turbo 码编码编/解码器，它的运行速率达解码器，它的运行速率达40Mb/s。该芯片该芯片集成了一个集成了一个3232 交织器，据报道其性能至少和传统的交织器，据报道其性能至少和传统的RS 外码和外码和卷积内码的级联一样好。卷积内码的级联一样好。 交织交织 在实际应用中，比特差错经常成串发生，这是由于持续时间在实际应用中，比特差错经常成串发生，这是由于持续时间较长的衰落谷点会影响到几个连续的比特，而信道编码仅在检测较长的衰落谷点会影响到几个连续的比特，而信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才最有效。为了纠正这些成和校正单个差错和不太长的差错串时才

105、最有效。为了纠正这些成串发生的比特差错及一些突发错误，可以运用交织技术来分散这串发生的比特差错及一些突发错误，可以运用交织技术来分散这些误差。实现交织和解交织可以使用卷积方式。些误差。实现交织和解交织可以使用卷积方式。 666 美国的美国的HDTV（ ATSC ） 1 概述概述 美美国国HDTV研研究究的的指指导导思思想想据据称称首首先先是是考考虑虑美美国国电电视视接接收收机机所所有有者者和和电电视视广广播播业业者者的的利利益益以以及及美美国国的的国国情情。在在美美国国，地地面面电电视视广广播播迄迄今今仍仍占占其其电电视视业业务务的的一一半半以以上上，由由各各地地的的地地区区电电视视台台组组成

106、成全全国国性性的的地地面面电电视视广广播播网网。各各个个地地方方台台服服务务于于特特定定的的城城乡乡，只只有有国国家家级级的的节节目目才才用用卫卫星星等等远远距距离离手手段段来来传传送送。因因此此，美美国国在在发发展展高高清清晰晰度度电视时首先考虑的是如何通过地面广播网电视时首先考虑的是如何通过地面广播网( (6MHz带宽带宽) )进行传输。进行传输。 1988年年9月，月，FCC(Federal Communications Commission：美国美国联邦通信委员会联邦通信委员会)作出决定：作出决定：美国的新一代电视必须与现有美国的新一代电视必须与现有NTSC接接收机相兼容，收机相兼容，

107、它的播出不能打乱现有电视频道的划分。这从根本上它的播出不能打乱现有电视频道的划分。这从根本上否定了美国采用否定了美国采用MUSE方案的可能性方案的可能性。1990年年3月月FCC修改了修改了HDTV的条件：取消了与的条件：取消了与NTSC接收机兼容的要求，但仍然坚持节目兼容接收机兼容的要求，但仍然坚持节目兼容和保持现有频道的划分。和保持现有频道的划分。由于突破了由于突破了“接收机兼容接收机兼容”的框框，可以的框框，可以充分利用数字图像压缩编码、数字伴音压缩编码、数字多路复用和充分利用数字图像压缩编码、数字伴音压缩编码、数字多路复用和数字调制等先进技术，美国通用仪器数字调制等先进技术，美国通用仪

108、器(GI)公司于公司于1990年年5月首先提出月首先提出数字数字HDTV系统系统Digicipher之后、美国又有三套数字之后、美国又有三套数字HDTV方案相继方案相继问世，它们是问世，它们是DSC - HDTV、AD - HDTV、CCDC。 上上述述四四套套方方案案的的图图像像压压缩缩编编码码方方法法各各有有特特色色，但但其其基基本本工工作作原原理理与与CCITT (国国际际电电报报电电话话咨咨询询委委员员会会，International Telegraph and Telephone Consultative Committee的的缩缩写写，源源出出于于法法文文 Comit Consul

109、tatif International Tlgraphique et Tlphonique ) H.261的的建建议议相相同同。四四套套方方案案的的传传输输系系统统有有共共同同之之处处，也也有有各各自自持持色色。如如调调制制方方式式有有的的用用QAM（Quadrature Amplitude Modulation 正交调幅），有的用正交调幅），有的用VSB。 这么多方案究竟那个是好的，需要有个标准。这么多方案究竟那个是好的，需要有个标准。FCC下属的先下属的先进电视业务顾问委员会进电视业务顾问委员会(ACATS)提出了一个提出了一个HDTV系统的十项判据。系统的十项判据。这十项判据是基于发展这

110、十项判据是基于发展HDTV的同播的同播(Simulcast)模式。所谓模式。所谓同播同播模式模式即每个电视台为了广播一个即每个电视台为了广播一个HDTV信号被分配第二个信道，信号被分配第二个信道，在这同时原来指定的信道仍继续用在这同时原来指定的信道仍继续用NTSC信号广播同一节目。信号广播同一节目。FCC预定在选定预定在选定HDTV标准的标准的15年后用年后用HDTV全部代替全部代替NTSC制式。所制式。所以同播模式是以同播模式是FCC设计的过渡方法。设计的过渡方法。 十十项项判判据据是是FCC对对HDTV系系统统进进行行分分析析、比比较较和和评评估估的的标标准准，以确定最佳的以确定最佳的HD

111、TV系统。它们可分为三个方面：系统。它们可分为三个方面： 频谱利用方面的准则频谱利用方面的准则 由于采用同播模式，现有的电视台要在原有的分配给广播频段由于采用同播模式，现有的电视台要在原有的分配给广播频段中找到第二个信道播送中找到第二个信道播送HDTV信号，这就要使用信号，这就要使用UHF频段中的禁用频段中的禁用频道。所谓频道。所谓“禁用频道禁用频道”是指为了避免邻近电视台相互干扰而指定是指为了避免邻近电视台相互干扰而指定禁止使用的频道。如图禁止使用的频道。如图6-35(a)所示，在所示，在d270公里范围内，不能再公里范围内，不能再图图6-35有有使用和使用和0#相同频相同频道的电视台，这个

112、道的电视台，这个频道就是禁用频道。频道就是禁用频道。但由于全数字的但由于全数字的HDTV信号的平均信号的平均发射功率约为发射功率约为NTSC信号发射功信号发射功率的率的10，故而在，故而在d140公里处可设公里处可设置一个相同频道的置一个相同频道的HDTV电视台。电视台。 经济方面准则（三个判据）经济方面准则（三个判据） 消费者的费用。消费者的费用。 广播者的费用。广播者的费用。 其它传播媒质，如电缆系统传播其它传播媒质，如电缆系统传播HDTV信号的费用。信号的费用。 技术方面的准则技术方面的准则 音频视频质量。音频视频质量。 传输的坚韧性传输的坚韧性(Transmission Robustn

113、ess) 这是指存在同频干扰、邻频干扰、禁用频道干扰和离散频率干这是指存在同频干扰、邻频干扰、禁用频道干扰和离散频率干扰的情况下，发送系统保持图像、声音和数据仍然有用的能力。不扰的情况下，发送系统保持图像、声音和数据仍然有用的能力。不仅是干扰，还有噪声、多径等对地面广播的损伤，二阶和三阶失真、仅是干扰，还有噪声、多径等对地面广播的损伤，二阶和三阶失真、相位失真等对电缆发送的损伤存在时，发送系统仍能维持图像、声相位失真等对电缆发送的损伤存在时，发送系统仍能维持图像、声音和数据一定的质量。音和数据一定的质量。 服务范围和性能。服务范围和性能。 可扩展性可扩展性(Extensibility)。 互操

114、作性互操作性(Interoperability Consideration)。 互操作性考虑包括通过其它媒质，如电缆、卫星、互操作性考虑包括通过其它媒质，如电缆、卫星、VCR和分组和分组网络传播的能力，以及与计算机、交互系统协同工作等。网络传播的能力，以及与计算机、交互系统协同工作等。 有了标准，还要有个专门的测试机构，这个机构在美国叫先进有了标准，还要有个专门的测试机构，这个机构在美国叫先进电视测试中心电视测试中心( (ATTC：Advanced Television Test Center) )，是个民间是个民间机构。机构。ATTC对以上四个方案以及另一个叫对以上四个方案以及另一个叫Nar

115、row-Muse的方案作的方案作了野外和室内试验，测试了各项性能指标。测试结果，除了了野外和室内试验，测试了各项性能指标。测试结果，除了Narrow-Muse ( (它仍是模拟方法传输它仍是模拟方法传输) )明显地劣于其它方案，另外四明显地劣于其它方案，另外四个方案是各有千秋，但都不能全面符合标准的要求。个方案是各有千秋，但都不能全面符合标准的要求。FCC的顾问委的顾问委员会要求这四个方案于员会要求这四个方案于1993年年5月起作新一轮试验。正当试验开始前，月起作新一轮试验。正当试验开始前，研制这四个系统的七个公司和组织表示愿意联合起来，共同研制一研制这四个系统的七个公司和组织表示愿意联合起来

116、，共同研制一个单一的新的个单一的新的HDTV系统。系统。FCC顾问委员会主席顾问委员会主席Richard Wiley称这称这个将产生的新系统为个将产生的新系统为“大联盟大联盟”( (Grand Alliance) )方案、简称方案、简称GA。方案的制订者认为这个方案若被方案的制订者认为这个方案若被FCC接受的话，将使美国处于高清接受的话，将使美国处于高清晰度视频技术的最前列；并认为，一种全数字晰度视频技术的最前列；并认为，一种全数字( (all-digital) )标准如标准如果能够促进广播、果能够促进广播、电缆电缆( (电视电视) )、计算机及电信等技术之间的相互可计算机及电信等技术之间的相

117、互可操作性操作性( (interoperability) )，将具有世界性意义。将具有世界性意义。 大联盟大联盟(GA)方案的目标方案的目标 高质量的高质量的HDTV图像和声音。图像和声音。 有有效效的的同同播播系系统统，即即提提供供HDTV广广阔阔的的地地面面广广播播服服务务区区、要要避免对现在的避免对现在的NTSC广播服务产生不可接受的干扰。广播服务产生不可接受的干扰。 对对消消费费者者、生生产产者者和和所所有有的的用用户户在在引引入入和和使使用用HDTV期期间间其其开支是合理的。开支是合理的。 对对其其它它的的媒媒体体(如如电电缆缆、卫卫星星、计计算算机机等等)和和应应用用都都具具有有相

118、相互互可操作性。可操作性。 有可能成为世界标准。有可能成为世界标准。 这五点都是很重要的，其中第四点将这五点都是很重要的，其中第四点将 相互可操作性作为重要目相互可操作性作为重要目标提出来是为了适应当前时代的需要。事实上今天对高清晰度电视标提出来是为了适应当前时代的需要。事实上今天对高清晰度电视的研究已不能局限于它是继黑白和彩色电视之后第三代电视，它必的研究已不能局限于它是继黑白和彩色电视之后第三代电视，它必须融合于倍息高速公路和多媒体的大趋势中，高清晰度电视接收机须融合于倍息高速公路和多媒体的大趋势中，高清晰度电视接收机将是一个多媒体接收显示终端。日本的将是一个多媒体接收显示终端。日本的MU

119、SE系统所以没有前途，系统所以没有前途，重要原因之一就是它和计算机之间没有相互可操作性。重要原因之一就是它和计算机之间没有相互可操作性。 上上面面的的五五个个目目标标之之间间是是有有不不少少矛矛盾盾存存在在的的。比比如如在在HDTV图图像像质质量量、HDTV的的服服务务区区域域和和对对NTSC服服务务的的干干扰扰方方面面三三者者存存在在着着相相互互矛矛盾盾的的要要求求。为为了了获获得得优优秀秀的的图图像像质质量量、就就希希望望有有高高的的数数据据率率，在在一一个个大大的的服服务务区区里里达达到到高高的的数数据据率率就就要要大大的的发发射射功功率率，这这就就会会对对NTSC的的服服务务产产生生太

120、太大大的的干干扰扰。如如果果因因此此而而减减小小HDTV的的服服务务区区当当然然不不可可取取，因因为为这这意意味味着着减减少少观观众众，当当然然经经济济上上不不合合算算。幸幸好好，在在这这方方面面经经适适当当的的平平衡衡和和折折衷衷，将将视视频频压压缩缩技技术术和和数数字字发发送送技技术术结结合合起来，足以产生起来，足以产生HDTV的同播的同播(Simulcast)服务。服务。 另另一一个个矛矛盾盾的的例例子子就就是是相相互互可可操操作作性性的的问问题题。HDTV的的节节目目制制作作标标准准可可能能是是方方形形像像素素、帧帧频频30Hz，而而NTSC的的相相互互操操作作性性要要求求非非方方形形

121、像像素素、场场频频59.94Hz，电电影影的的相相互互操操作作性性要要求求24Hz、但但计计算算机机相相互互操操作作性性要要求求方方形形像像素素，逐逐行行扫扫描描，帧帧频频高高至至70Hz。这这些些相相互互操操作作性性的的要要求求是是相相互互排排斥斥的的，可可是是这这些些节节目目源源对对HDTV传传送送标标准准来来说说又又都都是是重重要要的的。解解决决的的办办法法当当然然是是转转换换，但但在在设设计计HDTV系系统统时时必须考虑转换的技术难度和经济性。必须考虑转换的技术难度和经济性。 1995年年4月月至至7月月，ATTC对对GA系系统统进进行行了了测测试试，1995年年9月月公公布布了了测测

122、试试报报告告。据据说说测测试试专专家家一一致致认认为为数数字字HDTV大大联联盟盟方方案案明明显显超超过过过过去去的的任任何何系系统统，包包括括静静止止图图像像、运运动动序序列列、计计算算机机图图形形和和电电影影。虽虽然然他他们们也也观观察察到到一一些些缺缺陷陷，但但仅仅出出现现于于最最困困难难的的图图像像，和和过过去的一些系统相比，已大大减小了。去的一些系统相比，已大大减小了。 另外一个值得重视的动向是，另外一个值得重视的动向是，95年年9月月ACATS向向FCC提交了最提交了最终的技术报告，在这个报告中对扫描格式有了新的规定，增加了终的技术报告，在这个报告中对扫描格式有了新的规定，增加了S

123、DTV 的格式，即的格式，即480704和和480640二种扫描格式。二种扫描格式。 所谓所谓SDTV (Standard Definition Television)可译作普通清晰度可译作普通清晰度电视。它也是数字电视系统，其质量等效于电视。它也是数字电视系统，其质量等效于NTSC，它是将符合它是将符合ITUR提出的提出的601建议的建议的4:2:2级的图像源压缩后得到的等效质量。级的图像源压缩后得到的等效质量。所以也可以称为普通数字电视，这反映了美国技术人员对所以也可以称为普通数字电视，这反映了美国技术人员对ATV的一的一种新认识。他们认为数字广播以及传送技术已经成熟到不仅可以在种新认识。

124、他们认为数字广播以及传送技术已经成熟到不仅可以在6MHz信道内广播信道内广播HDTV信号，也可以有另外的多用途组合，即全信号，也可以有另外的多用途组合，即全数字数字HDTV技术可以发展为动态的和灵活的数字广播电视技术。技术可以发展为动态的和灵活的数字广播电视技术。 1995年年11月月28日，日，ACATS主席向主席向FCC正式提出结论性意见：正式提出结论性意见： GA系系统统满满足足委委员员会会提提出出的的性性能能指指标标。并并且且比比原原来来的的四四个个系系统中的任一个都好。统中的任一个都好。 GA系统优于目前已知的任何其它系统。系统优于目前已知的任何其它系统。 基基 于于 顾顾 问问 委

125、委 员员 会会 所所 设设 计计 的的 指指 标标 和和 GA系系 统统 制制 订订 的的ATSC(Advanced Television Systems Committee) 数数字字电电视视标标准准是是满满足美国足美国ATV广播标准的要求的。广播标准的要求的。 为为此此先先进进电电视视业业务务顾顾问问委委员员会会向向FCC建建议议采采用用ATSC数数字字电电视视标准作为美国标准作为美国ATV广播标准广播标准 2系统综述系统综述 GA系系统统能能够够在在一一个个6MHz地地面面广广播播信信道道中中可可靠靠地地传传递递19Mb/s的的流流量量,也也可可在在一一个个6MHz有有线线电电视视信信道

126、道中中传传递递38Mb/s的的流流量量，这这意意味味着对分辨率为普通电视着对分辨率为普通电视5倍的视频信源编码需要的压缩比大于倍的视频信源编码需要的压缩比大于50。 根根据据国国际际电电信信联联盟盟无无线线电电通通信信部部(ITU-R)第第11/3任任务务组组(数数字字地地面电视广播面电视广播)的规定，数字电视系统可由三个子系统组成。的规定，数字电视系统可由三个子系统组成。 这三个子系统这三个子系统(也可以称为三个层次也可以称为三个层次)是：是： 信源编码和压缩信源编码和压缩 该系统用于对视频、音频和辅助数据作编码，减小比特率，所该系统用于对视频、音频和辅助数据作编码，减小比特率，所以叫数据压

127、缩。辅助数据包括控制数据，条件接收控制数据，以及以叫数据压缩。辅助数据包括控制数据，条件接收控制数据，以及和视频、音频有联系的数据，如字幕等。和视频、音频有联系的数据，如字幕等。GA系统中的视频编码用系统中的视频编码用MPEG-2，音频编码用音频编码用Dolby（杜比）杜比）AC-3。 业务复用和运输业务复用和运输 它它涉涉及及的的是是将将数数字字码码流流分分割割成成“包包”信信息息的的方方法法、识识别别各各个个包包的的方方法法、将将视视频频码码流流包包、音音频频码码流流包包和和辅辅助助码码流流包包复复用用成成一一个个单单一一码码流流的的适适当当方方法法。在在开开发发运运输输机机理理中中主主要

128、要考考虑虑数数字字媒媒体体之之间间的的互互操操作作性性，如如地地面面广广播播、有有线线分分配配、卫卫星星分分配配、记记录录媒媒体体和和计计算算机机接接口口。数数字字电电视视系系统统用用MPEG-2运运输输码码流流语语法法来来将将视视频频、音音频频和和数数据据信信号号打打包包和和复复用用形形成成复复合合广广播播系系统统。还还要要考考虑虑和和ATM（Asynchronous Transfer Mode：异步传输模式异步传输模式）运输机理互操作性的问题。运输机理互操作性的问题。 射频射频/发送发送 它涉及信道编码和调制。信道编码是在传送的码流中加上一些它涉及信道编码和调制。信道编码是在传送的码流中加

129、上一些附加的信息，这样接收机收到的即使是由于传送受到损伤的信号，附加的信息，这样接收机收到的即使是由于传送受到损伤的信号，仍然可以靠这些附加信息的帮助恢复原来的数据。调制仍然可以靠这些附加信息的帮助恢复原来的数据。调制( (或物理层或物理层) )是利用数字的码流来调制发送的信号。调制子系统在地面传送系统是利用数字的码流来调制发送的信号。调制子系统在地面传送系统中是用中是用8-VSB（Trellis-Coded 8-Level Vestigial Side-Band：八电平八电平残留边带残留边带 ）技术，在有线高码率传输中用技术，在有线高码率传输中用16-VSB。 3GA的扫描格式和分辨率的扫描

130、格式和分辨率 4GA的视频压缩子系统的视频压缩子系统 视频系统要将约视频系统要将约1Gb/s的的HDTV信号压缩到大约信号压缩到大约20Mb/s才能在才能在6MHz的电视信道中传送。压缩比大约为的电视信道中传送。压缩比大约为50 : 1以上。以上。 压缩编码是采压缩编码是采用用MPEG-2技术，帧内亮度和色度取样是按技术，帧内亮度和色度取样是按4：2: 0组成。组成。 视频压缩系统由三个基本运算组成。第一步，视频信号被表示视频压缩系统由三个基本运算组成。第一步，视频信号被表示成更加有效的图像形式使得压缩的过程度得容易。一个有效的图像成更加有效的图像形式使得压缩的过程度得容易。一个有效的图像形式

131、只需要小部分的数据被送去重建视频信号。第二个运算是量化，形式只需要小部分的数据被送去重建视频信号。第二个运算是量化，实现视频信息的离散化。因为在一个数字信道中传送视频信号，视实现视频信息的离散化。因为在一个数字信道中传送视频信号，视频信息必须被量化成数目有限的若干级。第三个运算是分配码字，频信息必须被量化成数目有限的若干级。第三个运算是分配码字，即用来代表量化级的码流。即用来代表量化级的码流。 这三个运算都是利用视频信号源中的冗余度和人的视觉系统的这三个运算都是利用视频信号源中的冗余度和人的视觉系统的限制特点。视频信号源中存在的冗余信息或相关的信息就没有必要限制特点。视频信号源中存在的冗余信息

132、或相关的信息就没有必要重复传送，视频信号源中人眼看不到的信息也不必传送。这就是重复传送，视频信号源中人眼看不到的信息也不必传送。这就是GA视频压缩系统设计的指导思想视频压缩系统设计的指导思想, 也同样是也同样是MPEG -2依据的原则。依据的原则。 4:2:0格式格式:色度信号色度信号(R-Y,B-Y)只做隔行采样只做隔行采样 模拟视频以模拟视频以RGB的格式输入，用的格式输入，用10比特的比特的A/D变换器加以数字化。变换器加以数字化。为了补偿摄像机的非线性响应，对每个彩色分量加上为了补偿摄像机的非线性响应，对每个彩色分量加上校正，这样有校正，这样有助于减小量化噪声的视觉效应，尤其是在图像中

133、的暗区。助于减小量化噪声的视觉效应，尤其是在图像中的暗区。图图6-37 经数字化和经数字化和校正的校正的RGB取样被一个线性矩阵变换转换到取样被一个线性矩阵变换转换到SMPTE 240M YC1C2彩色空间。可编程的彩色空间。可编程的FIR滤波器用于调整各个滤波器用于调整各个彩色分量的频率响应的形状。为了防止后续的取样由于降低频率出彩色分量的频率响应的形状。为了防止后续的取样由于降低频率出现混叠，两个彩色分量使用带宽为一半的滤波器。降低的取样的因现混叠，两个彩色分量使用带宽为一半的滤波器。降低的取样的因子是子是2，水平和垂直都如此。，水平和垂直都如此。图图6-38 5GA的运输子系统的运输子系

134、统 GA采用固定长度的小包采用固定长度的小包 运运输输子子系系统统（运运输输层层）的的基基本本任任务务是是打打包包、复复用用。包包上上当当然然要要有有标标志志，这这样样视视频频、音音频频、数数据据等等不不同同的的基基本本码码流流都都可可以以从从同同一一个个信信道道中中送送出出去去。在在MPEG-2标标准准中中有有二二个个基基本本方方法法，一一个个是是利利用用固固定定长长度度的的小小包包，另另一一个个是是小小包包的的长长度度可可变变。前前者者称称运运输输码码流流，后后者者称称节节目目码码流流。这这两两种种不不同同的的打打包包方方法法适适于于不不同同的的应应用用。运运输输码码流流适适合合于于有有噪

135、噪声声的的信信道道、会会发发生生误误差差和和数数据据丢丢失失的的环环境境，节节目目码码流流则则适用于不易发生误差的介质，如适用于不易发生误差的介质，如CD-ROM。 从从GA的的运运行行环环境境来来说说，毫毫无无疑疑问问地地选选运运输输码码流流的的方方式式，即即固固定定长长度度订订包包的的方方式式。GA方方案案的的提提出出者者认认为为固固定定长长度度订订包包方方法法的的优优点是：点是： 动态地分配信道容量动态地分配信道容量 利利用用固固定定长长度度的的包包可可以以在在视视频频、音音频频和和辅辅助助数数据据服服务务之之间间动动态态地地分分配配信信道道容容量量。利利用用包包的的头头部部的的包包识识

136、别别符符作作为为码码流流的的识识别别方方法法，就就可可以以很很灵灵活活地地将将视视频频、音音频频相相辅辅助助数数据据灵灵活活地地混混合合，不不需需要要事事先先作说明。作说明。 可分级可分级 在在信信道道的的带带宽宽拓拓宽宽时时可可以以在在复复接接器器的的输输入入端端加加进进更更多多的的基基本本码码流流，也也可可以以在在第第二二级级复复接接口口上上和和原原来来的的码码流流复复接接。这这对对于于网网络络分分配配是很重要的优点。是很重要的优点。 可扩展可扩展 考考虑虑到到将将来来会会有有新新的的服服务务，所所以以运运输输层层应应该该是是开开放放的的。运运输输层层可可以以处处理理新新的的基基本本的的码

137、码流流而而不不必必改改动动硬硬件件，只只需需要要在在发发送送端端指指定定新新的的包包识识别别符符，接接收收机机滤滤出出这这些些新新的的PID (包包识识别别符符)，向向下下兼兼容容也也没没有有问问题题。现现在在的的解解码码器器可可以以不不理理新新的的PID就就行行了了。这这种种能能力力可可以以将将来被用于送来被用于送“1000线逐行格式线逐行格式”和和“三维三维HDTV”。 坚韧性坚韧性(Robustness)强强 固固定定长长度度打打包包方方法法的的另另一一个个基基本本优优点点是是对对固固定定长长度度的的包包易易于于处处理理误误码码。误误码码检检测测和和纠纠正正的的处处理理(在在接接收收子子

138、系系统统中中这这件件事事先先于于包包的的解解复复接接)是是和和包包结结构构的的协协调调，所所以以由由于于发发送送损损伤伤丢丢失失数数据据时时解解码码器器可可以以按按包包的的单单元元作作处处理理。在在检检测测误误码码后后，可可以以先先从从第第一一个个好好的的包包恢恢复复数数据据码码流流。同同步步恢恢复复也也是是靠靠运运输输包包的的头头部部信信息息的的帮帮助助来来实实现现。如如果果没没有这种方法，就要完全依赖于各个基本码流的性质来恢复同步。有这种方法，就要完全依赖于各个基本码流的性质来恢复同步。 接收机实现的成本效益高接收机实现的成本效益高 一一个个基基于于运运输输系系统统的的固固定定长长度度包包

139、能能够够使使解解码码器器的的结结构构简简化化。解解码码器器并并不不需需要要详详细细知知道道复复接接方方案案或或者者是是信信源源的的比比特特率率特特性性就就可可以以在在解解复复用用器器处处提提取取各各种种基基本本码码流流。所所有有的的接接收收机机需需要要知知道道的的是是包包的的识识别别符符，这这个个识识别别符符是是在在码码流流中中各各个个包包的的头头部部，其其位位置置是是固固定定的的，事事先已知的。唯一重要的时间信息是基本码流和包的同步。先已知的。唯一重要的时间信息是基本码流和包的同步。 GA的的运运输输格格式式是是以以MPEG-2的的“系系统统”部部分分的的指指标标为为基基础础的的，但但GA的

140、的解解码码器器并并不不和和MPEG-2“系系统统”统统完完全全兼兼容容。它它不不能能适适应应任任意意的的MPEG-2“系系统统”的的码码流流，但但所所有有的的MPEG-2解解码码器器应应该该可可以以在在运输层这一级解出运输层这一级解出GA的码流。的码流。 运输子系统的功能和地位运输子系统的功能和地位 运输子系统处在编解码和发送子系统之间，它负责将编码的码运输子系统处在编解码和发送子系统之间，它负责将编码的码格式化格式化(即打包即打包)，并将不同的节目复接在一起以便发送。在接收端，并将不同的节目复接在一起以便发送。在接收端，负责恢复码流以便解码。此外，运输子系统还有提供识别不同性质负责恢复码流以

141、便解码。此外，运输子系统还有提供识别不同性质的基本码流和接收机同步的功能的基本码流和接收机同步的功能 图图6-39 GA系统的有条件接入系统的有条件接入 对加扰系统的要求对加扰系统的要求 为为维维护护电电视视系系统统管管理理者者和和广广大大合合法法用用户户的的权权益益，保保护护节节目目拥拥有有者者的的利利益益，防防止止非非授授权权用用户户的的收收看看，必必须须对对GA系系统统中中所所传传输输的的视视频频、音音频频、辅辅助助数数据据及及其其它它控控制制数数据据进进行行加加扰扰，实实行行有有条条件件接接入入(Conditional Access)。 设计一个加扰系统时，应考虑：设计一个加扰系统时，

142、应考虑： 隐隐匿匿性性：在在加加扰扰系系统统中中所所加加扰扰的的图图像像或或声声音音、数数据据要要有有充充分分的保密性。的保密性。 质质量量还还原原性性：解解扰扰后后的的图图像像或或声声音音，与与没没有有被被加加扰扰的的原原图图像像或声音相比应在允许范围之内。或声音相比应在允许范围之内。 高安全性：他人不易用不正当手段将加扰信息还原。高安全性：他人不易用不正当手段将加扰信息还原。 扩展性：在限定的条件控制系统中，要考虑将来功能的扩展。扩展性：在限定的条件控制系统中，要考虑将来功能的扩展。 廉价性；接收机应尽量多采用通用元件廉价性；接收机应尽量多采用通用元件,降低接收机的成本。降低接收机的成本。

143、 “有条件接入有条件接入”功能功能 在数字电视加解扰系统中引入了在数字电视加解扰系统中引入了“有条件接入有条件接入”的功能，从而的功能，从而提高加解扰系统的可靠性和灵活性。有条件按入的工作机理是将传提高加解扰系统的可靠性和灵活性。有条件按入的工作机理是将传输数据随机化，以便未授权的解码器不能正确地解码信号，而授权输数据随机化，以便未授权的解码器不能正确地解码信号，而授权解码器则被授于一个关键字，该关键字可初始化反随机解码电路而解码器则被授于一个关键字，该关键字可初始化反随机解码电路而实现解扰。实现解扰。 MPEG-2与与ATM的互操作性的互操作性 在未来的信息高速公路上，在未来的信息高速公路上

144、，HDTV不再是单一的广播形式，一不再是单一的广播形式，一定是交互式的。所以设法解决定是交互式的。所以设法解决MPEG-2的码流在网络中传输的问题的码流在网络中传输的问题是值得重视的。视频、音频在网络中传输，虽然和数据文本一样都是值得重视的。视频、音频在网络中传输，虽然和数据文本一样都表现为二进制的码流，但它们之间在性质上有显著的不同。首先，表现为二进制的码流，但它们之间在性质上有显著的不同。首先，视频、音频是连续、宽带、时间关系严格的码流，它们的输出速率视频、音频是连续、宽带、时间关系严格的码流，它们的输出速率必须恒定。例如，视频图像每秒必须为必须恒定。例如，视频图像每秒必须为25或或30帧

145、，不受用户提取信帧，不受用户提取信息的能力影响，所以它是恒定速率的连续媒体。文本是速率可变的息的能力影响，所以它是恒定速率的连续媒体。文本是速率可变的连续媒体，它的时间性掌握在用户手中。视频、音频数据的间隔周连续媒体，它的时间性掌握在用户手中。视频、音频数据的间隔周期必须是固定的，文本数据的间隔周期可以变化。其次，期必须是固定的，文本数据的间隔周期可以变化。其次，“时延性时延性”的要求不同。比如传一页文件，即便有几的要求不同。比如传一页文件，即便有几秒秒种的延时用户可以接种的延时用户可以接受，但视频、音频即使只有受，但视频、音频即使只有1/15秒的扰乱，就会使用户不满意。秒的扰乱，就会使用户不

146、满意。 6数字电视系统常用的几种调制方式及其比较数字电视系统常用的几种调制方式及其比较 数字电视系统常用基本调制方式有数字电视系统常用基本调制方式有 QAM、 VSB、 QPSK等三种。等三种。在具体应用中，根据不同的传输介质，采用了不同的调制参数。在具体应用中，根据不同的传输介质，采用了不同的调制参数。 QAM ( ( Quadrature Amplitude Modulation:正交调幅正交调幅;16-QAM： 16状态状态/电平正交调幅电平正交调幅 ) ) VSB ( ( Vestigial Side-Band：残留边带残留边带；8 -VSB：Trellis-Coded 8-Level

147、 Vestigial Side-Band：8电平残留边带电平残留边带 ) ) QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying ：四相正交移相键控，四相正交移相键控，与四状态与四状态QAM相同相同 ) ) COFDM ( (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing：编码正交频分复用编码正交频分复用 ) )不同数字调制方式的效率（频谱利用率不同数字调制方式的效率（频谱利用率 ） QPSK ( (正交相移键控，正交相移键控， 4 -QAM与此相同与此相同 ) ) 理论值理论值2 , 实用值实用值1.4。抗干扰能力强，频谱

148、利用率低，主要。抗干扰能力强，频谱利用率低，主要用于卫星数字电视传输。用于卫星数字电视传输。 MQAM ( (多状态多状态/电平正交调幅电平正交调幅) ) M=16( (16QAM) : ) : 理论值理论值4 , 实用值实用值3.3 M=64( (64QAM) : ) : 理论值理论值6 , 实用值实用值5.3 M=256( (256QAM): ): 理论值理论值8 , 实用值实用值6.6 抗干扰能力低于抗干扰能力低于QPSK ，频谱利用率较高，可用于有线数字，频谱利用率较高，可用于有线数字电视传输。电视传输。 MVSB ( (多电平残留边带多电平残留边带) ) 8 VSB : : 实用值实

149、用值3.5 频谱利用率较高，可适用于美国地理和室内接收环境，但不频谱利用率较高，可适用于美国地理和室内接收环境，但不适于用动用户。适于用动用户。 OFDM-16QAM: : 理论值理论值4 , 实用值实用值3.3 抗干扰能力强，频谱抗干扰能力强，频谱利用率较高，可适于用动用户。利用率较高，可适于用动用户。 QPSK：正交移相键控正交移相键控 ( (多进制多进制相位调制的一种相位调制的一种) )将将e0( t )展开，得展开，得表达式形式与表达式形式与QAM相近，特别是带有相近，特别是带有45偏置的偏置的QPSK与与 4 状态状态QAM的星座图完全相同。的星座图完全相同。多进制多进制相位调制相位

150、调制QPSK共有共有4种不种不同的状态，可以同的状态，可以代表代表2位二进制位二进制数。数。 QAM：正交调幅正交调幅 ( (M- -QAM多电平正交幅度调制多电平正交幅度调制) )16-QAM星座图星座图 对于对于16-QAM（4种调制电平，种调制电平，16状态正交调幅），状态正交调幅），mI( t )和和mQ( t )的的电平取值范围为：电平取值范围为：-3、-1、1、3，调制后（合成）信号的幅度和相位可调制后（合成）信号的幅度和相位可组合成组合成16种状态种状态,可以代表可以代表4位位2进制数。进制数。正交载波正交载波 VSB：残留边带残留边带 ( (多电平残留边带多电平残留边带) )

151、根据调制理论，在双边带（根据调制理论，在双边带（DSB）的调制的基础上，设计一个的调制的基础上，设计一个输出滤波器，使其输出信号的一边带频谱成分全部保留，另一个边输出滤波器，使其输出信号的一边带频谱成分全部保留，另一个边带频谱成分只保留一小部分（低频部分），这样的调制输出称为残带频谱成分只保留一小部分（低频部分），这样的调制输出称为残留边带留边带 调制（调制（VSB）。）。实现实现VSB的方法主要有滤波法和相移法，它的方法主要有滤波法和相移法，它们不在本课程的讨论范围内，这里主要介绍们不在本课程的讨论范围内，这里主要介绍多电平残留边带多电平残留边带调制的调制的特点。对于特点。对于8-VSB，已

152、调波在满功率调制范围内可以取已调波在满功率调制范围内可以取8种不同的电种不同的电平状态，所以可以表示平状态，所以可以表示3位二进制数，显然调制效率高于位二进制数，显然调制效率高于4-VSB，更更是高于一般是高于一般ASK 。 正交频分复用正交频分复用OFDM 为了便于理解为了便于理解COFDM，我们介绍正交频分复用我们介绍正交频分复用( ( OFDM ) ) 。 在高速数字通信中，如果存在在高速数字通信中，如果存在多径干扰多径干扰( (地面传输和移动接收则地面传输和移动接收则更为严重更为严重) )，当多径延时，当多径延时( (也包括信也包括信道的冲激响应道的冲激响应) )达到一定程度时，达到一

153、定程度时，误码率将会急剧增加误码率将会急剧增加,(,(若最大多径若最大多径延时为延时为m , ,其其相关带宽相关带宽f =1/m ,高高码率的信号带宽大于码率的信号带宽大于f 时，将会时，将会出现严重的码间干扰出现严重的码间干扰) )最终可能最终可能造成无法接收，造成无法接收，OFDM技术可以很好地解决这一问题。技术可以很好地解决这一问题。OFDM将高将高速率串行数据速率串行数据转换成多个转换成多个( (N个个) )低速率的数据流低速率的数据流调制到调制到多个多个( (N个个) )频频率不同的载频上并行传输，率不同的载频上并行传输， 用用N个并行单元码取代通常的串行脉冲个并行单元码取代通常的串

154、行脉冲序列，使用每个单元码所占的频带小于序列，使用每个单元码所占的频带小于f 时，可以消除码间干扰。时，可以消除码间干扰。概括地讲，概括地讲，OFDM就是就是利用频域变换技术将信号样值用利用频域变换技术将信号样值用N 个个( (可到可到达数千个达数千个) )载波分别进行传输，而称为载波分别进行传输，而称为COFDM是因为频域信号样值是因为频域信号样值是经信道纠错保护编码之后的编码样值。是经信道纠错保护编码之后的编码样值。 为了说明为了说明 N 个载波正交的物理意义，先定义一组载波数为个载波正交的物理意义，先定义一组载波数为 N的表达式：的表达式： 其中其中 式中式中 TS为为单元码持续时间，单

155、元码持续时间， fC为为发送频率发送频率。满足正交条件：满足正交条件：的频谱是交叠的，的频谱是交叠的，当当有限个用复数表示的数字信号有限个用复数表示的数字信号 Ci,k 对对调制时，调调制时，调D( ( t ) )即为即为OFDM信号。信号。制后的信号制后的信号D( ( t ) )为：为：OFDM信号的解调：信号的解调：例：例：i = 0时的时的OFDM信号。信号。i = 0，则，则所以所以OFDM信号为：信号为：如果采用如果采用QPSK调制，调制， Ci,k 可为可为 1+ i , 1- i , -1+ i , -1- i 。 常规的频分复用频谱是不能交叠的，而常规的频分复用频谱是不能交叠的

156、，而OFDM不同载频的频不同载频的频谱是交叠的，所以谱是交叠的，所以OFDM的频谱利用率高。然而，的频谱利用率高。然而， OFDM非常复非常复杂，如果全用硬件实现，需要大量的正弦波发生器，所以实际应杂，如果全用硬件实现，需要大量的正弦波发生器，所以实际应用中均利用了高速傅里叶变换和反变换技术来完成频域转换的。用中均利用了高速傅里叶变换和反变换技术来完成频域转换的。 欧洲系统中放置了大量的导欧洲系统中放置了大量的导频信号，穿插于数据之中，并以高频信号，穿插于数据之中，并以高于数据于数据3dB的功率发送。这些导频的功率发送。这些导频信号一举多得，完成系统同步、载信号一举多得，完成系统同步、载波恢复

157、、时钟调整和信道估计。由波恢复、时钟调整和信道估计。由于导频信号数量多，且散布在数据于导频信号数量多，且散布在数据中，能够较为及时地发现和估计信中，能够较为及时地发现和估计信道特性的变化。为进一步降低多径道特性的变化。为进一步降低多径造成的码间干扰，欧洲系统又使用造成的码间干扰，欧洲系统又使用了了“保护间隔保护间隔”的技术，即在每个的技术，即在每个符号（块）前加入一定长度的该符符号（块）前加入一定长度的该符号后段重复数值，由此抵御多径的号后段重复数值，由此抵御多径的影响。可以认为，大量导频信号插影响。可以认为，大量导频信号插入和保护间隔技术是欧洲系统的技入和保护间隔技术是欧洲系统的技术核心，正

158、是这两项技术使欧洲系术核心，正是这两项技术使欧洲系统能够在抗强多径和动态多径及移统能够在抗强多径和动态多径及移动接收的实测性能方面优于美国动接收的实测性能方面优于美国VSB系统。系统。 7 GA HDTV 的调制方式的调制方式 GA的的视视频频压压缩缩层层和和运运输输层层基基本本上上是是MPEC-2的的标标准准，所所以以容容易易统统一一，但但在在确确定定GA的的发发送送方方案案时时可可有有不不同同的的选选择择。原原来来的的4种种HDTV方方案案采采取取的的调调制制技技术术有有QAM(正正交交幅幅度度调调制制)和和VSB(残残留留边边带带调调制制)二二种种，最最终终ATSC选选定定了了VSB。V

159、SB系系统统有有两两种种模模式式：同同播播的的地地面面广广播播模模式式：8-VSB和和高高比比特特率率的的电电缆缆模模式式（有有线线电电视视系系统统）：16-VSB。 8-VSB模模式式在在6MHz带带宽宽内内可可传传输输19.28Mbps的的信信息息,而而16-VSB模模式式在在6MHz带带宽宽内内可可传传输输38Mb/s（实实际际可可达达43Mbps）的的信信息息，两两种种模模式式的的导导频频、符符号号速速率率、数数据据帧帧结结构构、交交织织、RS编编码码和和同同步步脉脉冲冲都都是是相相同同的的。地地面面广广播播模模式式是是追追求求最最大大的的服服务务区区，在在一一个个6MHz信信道道中中

160、支支持持一一路路ATV信信号号(即即一一路路高高清清晰晰度度电电视视信信号号)。高高比比特特率率的的电电缆缆模模式式由由于于工工作作环环境境不不象象地地面面广广播播模模式式那那么么苛苛刻刻，所所以以可可用用16-VSB来传输而不是像地面广播用的是来传输而不是像地面广播用的是8-VSB。 VSB的的传传送送从从本本质质上上说说只只需需要要处处理理同同相相( ( I I ) )信信道道的的信信号号，以以符符号号速速率率取取样样，这这样样使使接接收收机机做做起起来来会会便便宜宜。解解码码器器只只需需要要一一个个A/D变换器和一个实数的变换器和一个实数的( (不是多个不是多个) )均衡器，工作于均衡器

161、，工作于10.76兆符号兆符号/ /秒。秒。MVSB ( (多电平残留边带多电平残留边带) )的频谱利用率的频谱利用率fHfH+ ffH- f0.5双边带频谱利用率：双边带频谱利用率：3单边带频谱利用率：单边带频谱利用率：6取滚降系数为取滚降系数为0.12M=8时时6-60.125.3（0.10.25）实际值实际值 对对VSB来来说说，是是采采用用导导频频来来恢恢复复载载波波，采采用用训训练练序序列列来来控控制制均均衡衡器器。导导频频的的加加入入虽虽然然提提高高了了载载波波恢恢复复精精度度，但但在在一一定定程程度度上上损损失失了了信信号号的的能能量量。训训练练序序列列虽虽减减少少计计算算量量，

162、但但在在应应变变能能力力上上却却减减弱弱了了。对对于于QAM来来说说，由由于于无无导导频频，听听以以最最大大限限度度利利用用了了信信号号的的能能量量。虽虽计计算算时时间间增增加加、算算法法复复杂杂，但但实实时时性性强强。从从结结构构来来看看，VSB要要比比QAM简单，硬件复杂度低，这也是选择简单，硬件复杂度低，这也是选择VSB的重要理由。的重要理由。 667 欧洲的欧洲的DVB系统系统 1 概述概述 在在美美国国的的全全数数字字HDTV系系统统的的冲冲击击下下，欧欧洲洲不不得得不不于于1993年年放放弃弃了了曾曾在在巴巴塞塞罗罗那那奥奥运运会会上上试试用用过过的的HD-MAC系系统统。日日本本

163、虽虽然然仍仍在在广广播播MUSE系系统统的的节节目目，但但是是也也已已经经承承认认MUSE系系统统已已不不适适应应今今后后电电视视向向数数字字化化方方向向发发展展的的趋趋势势。在在这这样样的的背背景景下下，欧欧洲洲和和日日本本，提提出了具有各自特色的全数字化的出了具有各自特色的全数字化的TV/HDTV的规划和方案。的规划和方案。 欧欧洲洲和和日日本本在在发发展展全全数数字字化化电电视视的的战战略略思思想想上上和和美美国国还还是是有有区区别的，他们有以下特点：别的，他们有以下特点： (1) 首先考虑的传输信道是卫星信道而不是地面广播信道。首先考虑的传输信道是卫星信道而不是地面广播信道。 (2)

164、欧欧洲洲强强调调可可分分组组性性，日日本本强强调调多多种种数数字字业业务务的的集集成成，而而不不是只传送是只传送HDTV一种信号。一种信号。 (3) 地面电视广播采用地面电视广播采用OFDM（正交频分正交复用）调制方法正交频分正交复用）调制方法 1995年年，欧欧洲洲成成立立了了DVB联联盟盟。该该机机构构的的首首要要目目标标是是在在全全球球范范围围内内发发展展和和推推广广共共同同的的数数字字电电视视广广播播标标准准。DVB联联盟盟共共同同制制定定了了数数字字电电视视的的DVB（Digital Video Broadcast）标标准准。这这是是一一套套包包含含电电视视广广播播系系统统大大家家庭

165、庭诸诸多多要要素素的的统统一一标标准准，其其中中最最引引人人瞩瞩目目的的是是DVB数数字字卫卫星星和和有有线线电电视视传传输输系系统统的的标标准准。这这些些标标准准事事实实上上已已作作为为世世界界统统一一的的标标准准被被大大多多数数国国家家接接受受，包包括括中中国国。它它较较其其他他标标准准的的优优点点是是灵活可扩充和移动通信的优势。灵活可扩充和移动通信的优势。 DVB标准规定，数字电视系统使用统一的标准规定，数字电视系统使用统一的MPEG2压缩方法压缩方法和和MPEG2传输流及复用方法。统一的服务信息系统提供广播节传输流及复用方法。统一的服务信息系统提供广播节目的细节信息、统一的目的细节信息

166、、统一的RS纠错码、统一的加扰系统和条件接收公纠错码、统一的加扰系统和条件接收公共接口。允许不同的厂商选用不同的条件接收系统，对于不同的传共接口。允许不同的厂商选用不同的条件接收系统，对于不同的传输媒体，可采用不同的调制方法及通道编码纠错方法。输媒体，可采用不同的调制方法及通道编码纠错方法。 2DVB的标准系列的标准系列 DVBS：用于卫星直播电视。用于卫星直播电视。它采用它采用QPSK调制调制，工作频率为工作频率为11/12GHz。使用使用MPEG-2格式，格式，用户端达到用户端达到CCIR601演播室质量的码率为演播室质量的码率为9Mbps，达到达到PAL质量的质量的码率为码率为5Mbps

167、。一个一个54MHz转发器传送速率可达转发器传送速率可达68Mbps，并可供并可供多套节目复用。在多套节目复用。在DVB-S标准公布之后，几乎所有的卫星直播数字标准公布之后，几乎所有的卫星直播数字电视均采用该标准。电视均采用该标准。 DVBC：用于有线电视系统。用于有线电视系统。 它具有它具有16 QAM、32 QAM、64QAM三种方式，采用三种方式，采用64QAM调制时，一个调制时，一个PAL通道的传送码率为通道的传送码率为41.34Mbps，还可供多套节目还可供多套节目复用。复用。DVB的音频压缩方法可有多种选择：立体声的音频压缩方法可有多种选择：立体声MUSICAM、多多声道声道MUS

168、ICAM及及AC-3。最近，最近，MPEG专家组又公布了一种新的专家组又公布了一种新的音频压缩方法供音频压缩方法供MPEG-4和和MPEG-2使用。据称，其效果优于上述使用。据称，其效果优于上述几种方法，可能会被几种方法，可能会被DVB选用。选用。 DVB标准公布之后，几乎所有的卫星直播数字电视均采用标准公布之后，几乎所有的卫星直播数字电视均采用DVBS标准，包括美国的标准，包括美国的Echostar等。我国各省的卫星电视台均选用等。我国各省的卫星电视台均选用了了DVBS标准。标准。 DVBT：用于地面开路数字电视系统。用于地面开路数字电视系统。 DVBT标准是标准是1998年年2月批准通过的

169、。第一个正式的开路数月批准通过的。第一个正式的开路数字电视系统于字电视系统于1998年初开始运营。年初开始运营。MPEG2数字视音频压缩编码数字视音频压缩编码仍然是开路传输的核心。采用仍然是开路传输的核心。采用COFDM（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing：编码正交频分复用编码正交频分复用）调制方式，）调制方式，8MHz带宽内能传送带宽内能传送4套标准清晰度的电视节目，而且传输质量高。套标准清晰度的电视节目，而且传输质量高。数字地面电视数字地面电视(DVBT)标准正在逐渐被世界各国所采用，目前已在标准正在逐渐被世界各国所采用，目前已

170、在欧洲的欧洲的15个国家和澳大利亚、新西兰得到应用。由于相对较低的基个国家和澳大利亚、新西兰得到应用。由于相对较低的基础设施费用投入和各国相对简单的标准协调问题，数字卫星电视础设施费用投入和各国相对简单的标准协调问题，数字卫星电视(DVBS)网、数字有线电视网、数字有线电视(DVBC)网和数字开路电视网和数字开路电视(DVBT)网网先走一步，发展很快。先走一步，发展很快。1997年以来，年以来，DVB标准为基础的数字电视已标准为基础的数字电视已经在全世界普及，拥有了几百万用户，给整个电视行业带来深刻的经在全世界普及，拥有了几百万用户，给整个电视行业带来深刻的影响。影响。 DVB-SMATV（E

171、TS 300 473） 数字数字SMATV（卫星共用天线电视）广播系统标准。该标准是卫星共用天线电视）广播系统标准。该标准是在在DVB-S和和DVB-C基础上制定的。基础上制定的。 DVB-MS（ETS 300 748） 高于高于10GHz的数字广播的数字广播MMDS分配系统标准。分配系统标准。MMDS是采用调是采用调幅微波向多点传送，分配多频道电视节目的系统。该标准基于幅微波向多点传送，分配多频道电视节目的系统。该标准基于DVB-S，使携带大量节目的微波信号直接入户。用使携带大量节目的微波信号直接入户。用DVB-S接收机配接收机配上一个上一个MMDS频率变换器就可接收频率变换器就可接收DVB

172、-MS信号。信号。 DVB-MC（ETS 300 749） 低于低于10GHz的数字广播的数字广播MMDS分配系统标准。该标准基于分配系统标准。该标准基于DVB-C，使携带大量节目的微波信号直接入户。用使携带大量节目的微波信号直接入户。用DVB-C接收机接收机配上一个配上一个MMDS频率变换器就可接收频率变换器就可接收DVB-MC信号。信号。 与美国的与美国的ATV不同，欧盟认为，由于不同，欧盟认为，由于HDTV节目源稀少，制作节目源稀少，制作困难，难以形成市场，所以困难，难以形成市场，所以DVB的发展重点是的发展重点是SDTV（标准清晰度标准清晰度数字电视）。实际上，对传输系统而言，数字电视

173、）。实际上，对传输系统而言，SDVB与与HDTV是没有区是没有区别的，因为传输系统所面临的传输对象都是二元比特流，仅仅是数别的，因为传输系统所面临的传输对象都是二元比特流，仅仅是数据流量不同。据流量不同。 668 日本的日本的ISDB-T系统系统 ISDB-T (Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting)是数字电视地面广播系统的标准，是数字电视地面广播系统的标准，ISDB-T 利用利用COFDM 信道编码信道编码技术技术 (DVB 采用的技术采用的技术 )，是一种适用于窄带和宽带的数字广播和，是一种适用于窄带和宽带的数字广播和电视

174、的技术，于电视的技术，于1998年年9月由日本的月由日本的DiBEG（Digital Broadcasting Experts Group 数字广播专家组）制订，数字广播专家组）制订，ISDB-T与欧洲的与欧洲的DVB-T非常类似，可以说是经修改的欧洲方案。非常类似，可以说是经修改的欧洲方案。DiBEG成立于成立于1997年年9月，月，致力于致力于综合业务数字广播综合业务数字广播ISDB（Integrated Services Digital Broadcasting）标准的制定和发展。标准的制定和发展。ISDB利用一种已经标准化的复利用一种已经标准化的复用方案在一个普通的传输信道上发送各种不

175、同种类的信号，同时已用方案在一个普通的传输信道上发送各种不同种类的信号，同时已经复用的信号也可以通过各种不同的传输信道发送出去。经复用的信号也可以通过各种不同的传输信道发送出去。ISDB具具有柔软性、扩展性、共通性等特点，可以灵活地集成和发送多节目有柔软性、扩展性、共通性等特点，可以灵活地集成和发送多节目的电视和其它数据业务。的电视和其它数据业务。 ISDB（综综合合业业务务数数字字广广播播）是是新新型型的的多多媒媒体体广广播播业业务务，它它系系统统地地综综合合了了各各项项数数字字内内容容，每每一一项项内内容容可可以以包包括括从从LDTV到到HDTV的的多多节节目目视视频频、多多节节目目音音频

176、频、图图形形、文文本本等等。如如今今大大部部分分的的数数字字内内容容均均被被编编码码到到MPEG-2传传输输流流格格式式并并被被广广泛泛传传输输。由由于于ISDB包包含含了了不不同同的的业业务务，其其传传输输系系统统必必然然要要涵涵盖盖各各种种业业务务不不同同的的需需求求，例例如如HDTV需需要要一一个个大大的的传传输输容容量量，而而数数据据业业务务需需要要极极高高的的业业务务可可靠靠性性，诸诸如如条条件件接接入入的的键键控控传传输输，软软件件下下载载等等。为为了了集集成成这这些些业业务务需需求求不不同同的的信信号号，要要求求传传输输系系统统提提供供一一系系列列可可供供选选择择的的调调制制和和

177、误误码码保保护护方方案案，并并且且能能够够灵灵活活组组合合以以满满足足所所集集成成业业务务的的每每一一需需求求，特特别别是是工工作作在在1112GHz卫卫星星广广播播业业务务(BSS)频频段段、又又处处于于高高雨雨衰衰区区国国家家的的卫卫星星ISDB系统的需求。系统的需求。 从从1998年起，日本在其本土和海外进行多次试验，据说结果令年起，日本在其本土和海外进行多次试验，据说结果令人满意。人满意。ISDB-T服务预期在日本服务预期在日本2005-2007年开展，但迄今为止，年开展，但迄今为止，好像还没有其他国家着眼于好像还没有其他国家着眼于 ISDB 技术，原来有意于技术，原来有意于ISDB-

178、T的新加的新加坡经过深透的评估坡经过深透的评估 ，最后还是放弃了，最后还是放弃了ISDB T。 669 三种数字地面广播系统的比较三种数字地面广播系统的比较 1DVB与与ATSC的比较的比较 欧洲欧洲“DVB标准标准”和美国和美国“ATSC数字电视标准数字电视标准”的主要区别：的主要区别： （1）方方形形像像素素：在在ATSC标标准准中中采采纳纳了了“方方形形像像素素”(Square Picture Eelements)，因因为为它它们们更更加加适适合合于于计计算算机机；而而DVB标标准准最最初初没没有有采采纳纳，最最近近也也采采纳纳了了。此此外外，范范围围广广泛泛的的视视频频图图像像格格式式

179、也也被被DVB采纳，而采纳，而ATSC对此则不作强制性规定。对此则不作强制性规定。 （2）系系统统层层和和视视频频编编码码：DVB和和ATSC标标准准都都采采纳纳MPEG-2标标准准的的系系统统层层和和视视频频编编码码，但但是是，由由于于MPEG-2标标准准并并未未对对视视频频算算法法作详细规定，因而实施方案可以不同，与两个标准都无关。作详细规定，因而实施方案可以不同，与两个标准都无关。 （3）音音频频编编码码：DVB标标准准采采纳纳了了MPEG-2的的音音频频压压缩缩算算法法；而而ATSC标准则采纳了标准则采纳了AC-3的音频压缩算法。的音频压缩算法。 （4）信信道道编编码码：两两者者的的扰

180、扰码码器器（Radomizers)采采用用不不同同的的多多项项式式；两两者者的的里里德德- 所所罗罗门门前前向向纠纠错错（FEC）编编码码采采用用不不同同的的冗冗余余度度，DVB标标 准准 用用 16B， 而而 ATSC标标 准准 用用 20B； 两两 者者 的的 交交 织织 过过 程程(Interleaving)不不同同；在在DVB标标准准中中网网格格编编码码（Trellix coding）有有可可选选的的不不同同速速率率，而而在在ATSC标标准准中中地地面面广广播播采采用用固固定定的的2/3速速率率的的网格编码，有线电视则不需采用网格编码。网格编码，有线电视则不需采用网格编码。 （5）调制

181、技术：卫星广播系统中）调制技术：卫星广播系统中DVB标准采用标准采用QPSK，而，而ATSC标准不涉及卫星广播。有线电视系统中标准不涉及卫星广播。有线电视系统中DVB标准采用任选的标准采用任选的16/32/64 QAM，而，而ATSC标准采用标准采用16VSB，两者完全不同。地面广播系统中两者完全不同。地面广播系统中DVB标准采用具有标准采用具有QPSK、16QAM或或64QAM的的COFDM（2K个或个或8K个载波）；而个载波）；而ATSC标准采用标准采用8VSB。 2DVB、ATSC和和ISDB成员近况成员近况 据据最最新新网网络络资资信信，DVB成成员员已已经经达达到到265个个（来来自

182、自35个个国国家家和和地地区区），主主要要集集中中在在欧欧洲洲并并遍遍及及世世界界各各地地，我我国国的的广广播播科科学学研研究究院院和和TCL电电子子集集团团也也在在其其中中。ATSC成成员员30个个，其其中中有有美美国国国国内内成成员员20个个、来来自自阿阿根根廷廷、法法国国、韩韩国国等等7个个国国家家的的成成员员10个个，我我国国的的广广播播科科学学研研究究院院也也参参加加了了ATSC组组织织。ISDB筹筹划划指指导导委委员员会会委委员员17个个，其他成员其他成员23个，其成员都是日本国内的电子公司和广播机构。个，其成员都是日本国内的电子公司和广播机构。 由由三三个个数数字字电电视视标标准

183、准的的成成员员数数量量及及分分布布情情况况，可可以以看看出出DVB 标准的发展最快，普及范围最大。标准的发展最快，普及范围最大。 已经采纳或决定采纳美国已经采纳或决定采纳美国ATSC标准的国家和地区主要有：美标准的国家和地区主要有：美国、加拿大、韩国、阿根廷和我国台湾省（但业者要求改用国、加拿大、韩国、阿根廷和我国台湾省（但业者要求改用DVB-T，卫星电视和有线电视已分别采用了卫星电视和有线电视已分别采用了DVB-S和和DVB-C）；）；已经采纳已经采纳或决定采纳或决定采纳DVB-T地面广播标准的国家和地区主要有：英国、新西地面广播标准的国家和地区主要有：英国、新西兰、澳大利亚、新加坡、印度和

184、中国香港特别行政区。我国的卫星兰、澳大利亚、新加坡、印度和中国香港特别行政区。我国的卫星电视和数字有线电视也分别采用了电视和数字有线电视也分别采用了DVB-S和和DVB-C。 综上所述，综上所述，DTV（SDTV和和HDTV）经过二十余年的探索，目经过二十余年的探索，目前各国在视频编码方案上已统一于前各国在视频编码方案上已统一于MPEG-2标准，分歧主要集中于标准，分歧主要集中于传输系统上传输系统上(音频编码方案也有差异音频编码方案也有差异)。根据所采用的传输系统方案，。根据所采用的传输系统方案，以美国以美国GA系统和欧洲系统和欧洲DVB系统为代表，形成了两大流派。从目前系统为代表，形成了两大

185、流派。从目前的对比结果来看，这两种系统在技术上难分优劣，并已发展成为各的对比结果来看，这两种系统在技术上难分优劣，并已发展成为各自国家或地区的数字电视及自国家或地区的数字电视及HDTV的标准。可以说，未来的标准。可以说，未来DTV的体的体制是统一成一种世界标准，还是象现行模拟电视一样多种体制并存，制是统一成一种世界标准，还是象现行模拟电视一样多种体制并存，主要就取决于这两种流派在传输系统方案上能否融合成一种系统。主要就取决于这两种流派在传输系统方案上能否融合成一种系统。由于这一原因，使得传输系统成为当今世界由于这一原因，使得传输系统成为当今世界DVB及及ATSC领域分歧领域分歧最大，争论最多，

186、也是最热门的研究课题。中国不仅已成为欧洲最大，争论最多，也是最热门的研究课题。中国不仅已成为欧洲DVB标准和美国标准和美国ATSC标准争夺的重点，还很有可能自行制定出第标准争夺的重点，还很有可能自行制定出第四种四种DTV标准，以便获得独立的知识产权。标准，以便获得独立的知识产权。 需要指出的是，数字电视标准之争主要集中在需要指出的是，数字电视标准之争主要集中在地面传输方式地面传输方式上，上，而而卫星电视和有线电视的卫星电视和有线电视的传输方式传输方式已分别采用了已分别采用了DVB-S和和DVB-C作作为国际标准为国际标准。 6610 HDTV的音频编码方案的音频编码方案 1综述综述 自自从从1

187、996年年日日本本广广播播协协会会研研制制出出第第一一台台数数字字磁磁带带录录音音机机起起，数数字字音音频频技技术术在在几几十十年年内内得得到到了了迅迅速速的的发发展展。与与传传统统的的模模拟拟技技术术相相比比，数数字字技技术术具具有有无无法法比比拟拟的的优优点点，例例如如传传输输质质量量高高；易易于于采采用用纠纠错错编编码码技技术术提提高高抗抗干干扰扰能能力力，易易于于大大规规模模集集成成等等，所所以以一一出出现现便便得得到到了了迅迅速速发发展展，从从窄窄带带电电话话，会会议议电电视视，普普通通电电视视广广播播到到高高清清晰晰度度电电视视广播都在由模拟向数字发展。广播都在由模拟向数字发展。

188、但是模拟信号数字化后占用的带宽很宽，给传输和记录带来不但是模拟信号数字化后占用的带宽很宽，给传输和记录带来不便。例如，便。例如，CD、DAT等高保真数字音频信号，取样率为等高保真数字音频信号，取样率为44.1KHz、16bit线性量化，两通道立体声时，数字信号的传输率为线性量化，两通道立体声时，数字信号的传输率为1.41Mb/s（数字信号传输率数字信号传输率=取样频率取样频率量化比特量化比特通道数），在传输这个通道数），在传输这个数字音频信号时，需要占用数字音频信号时，需要占用1.41MHz的带宽，这相当于模拟信号的带宽，这相当于模拟信号20KHz带宽（两通道占用带宽（两通道占用40KHz）的

189、的35倍。在限定的频带内传输，倍。在限定的频带内传输，只能减少传输路数；或只能用硬盘（只能减少传输路数；或只能用硬盘（HDD）或磁光盘（或磁光盘（MO）等大等大容量媒体记录，且难于做到小型化，导致记录成本增高。因此，必容量媒体记录，且难于做到小型化，导致记录成本增高。因此，必须对模拟信号数字化后的数据进行压缩，从而避开带宽的限制，发须对模拟信号数字化后的数据进行压缩，从而避开带宽的限制，发展更高领域的数字音频技术。展更高领域的数字音频技术。 2宽带音频编码的国际标准宽带音频编码的国际标准 鉴鉴于于数数字字化化音音频频技技术术的的优优点点，各各国国、各各大大公公司司竞竞相相开开发发数数字字音音频

190、频信信号号的的压压缩缩编编码码技技术术。目目前前，音音频频压压缩缩编编码码已已成成为为标标准准的的是是 MPEG-1（ISO/IEC11172-3）、MPEG-2（ISO/IEC13818-3）和和美美国国大大联联盟盟推推荐荐的的AC-3。这这些些编编码码技技术术普普遍遍利利用用了了人人耳耳的的掩掩蔽蔽效效应应和和临界频带等听觉特性来进行子带编码或者变换编码。临界频带等听觉特性来进行子带编码或者变换编码。 3MPEG 声频标准简介声频标准简介 MPEG-1声频标准声频标准 MPEG专专家家组组在在制制定定音音频频压压缩缩标标准准时时，征征求求了了14种种方方案案，先先保保留了留了4种，最后确定

191、了种，最后确定了2种：种： MUSICAM（Masking Pattern Adapted Universal Subband Integrated Coding And Multiplexing）掩掩蔽蔽型型通通用用子子频频带带集集成成编编码与频分复用。码与频分复用。 ASPEC（Adaptive Spectral Perceptual Entroy Coding）自自适应频谱感知熵编码。适应频谱感知熵编码。 以以上上两两种种算算法法确确定定了了三三种种层层次次（子子系系统统）。层层次次1为为简简化化的的MUSICAM，层层次次2等等同同MUSICAM ，层层次次3是是ASPEC算算法法结结

192、合合MUSICAM算法，并对层次算法，并对层次1、层次、层次2向下兼容的一类算法。向下兼容的一类算法。 层次层次 1 最适合于消费者应用，例如数字化小型盒带或磁光盘等最适合于消费者应用，例如数字化小型盒带或磁光盘等家庭记录设备。也就是说，用于那些不强调很低码率的应用。家庭记录设备。也就是说，用于那些不强调很低码率的应用。 层层次次2 2通通过过比比例例系系数数消消除除冗冗余余度度和和不不相相干干性性而而作作进进一一步步的的压压缩缩。等等级级2 2（除除了了帧帧头头外外）与与MUSICAM MUSICAM 方方案案完完全全相相同同。在在消消费费和和专专业业音音频频中有着大量的应用。例如地面的数字

193、音频广播（中有着大量的应用。例如地面的数字音频广播（DABDAB）、）、Video-CDVideo-CD等。等。 层次层次3 3采用了均匀量化、自适应分段、量化值的熵编码等技术，采用了均匀量化、自适应分段、量化值的熵编码等技术，编码效率高，但编码器和解码器都比较复杂。层次编码效率高，但编码器和解码器都比较复杂。层次3 3 在电信中最为在电信中最为有用，特别是窄带有用，特别是窄带ISDNISDN、卫星线路，以及强制要求在低码率有最好卫星线路，以及强制要求在低码率有最好质量的所有情况。质量的所有情况。 MPEG-2声频标准声频标准 94年年，音音频频压压缩缩编编码码由由双双声声道道扩扩展展到到多多

194、声声道道，仍仍然然保保持持三三层层次次，声声道道数数扩扩展展到到5.1(或或3/2/0.1)，即即左左、中中、右右三三个个主主声声道道，加加左左环环和和右环两个环绕声道和一个重低音声道右环两个环绕声道和一个重低音声道0.1,此即是此即是MPEG-2标准。标准。 MPEG-2基基本本的的帧帧格格式式与与MPEG-1码码流流完完全全相相同同。附附加加的的通通道道，例例如如中中、左左环环、右右环环在在MPEG-1的的附附属属数数据据区区中中传传送送。利利用用这这些些附附加通道，能够支持多语言解说声音。加通道，能够支持多语言解说声音。 MPEG-2的的另另一一项项扩扩展展是是增增加加了了使使用用较较低

195、低采采样样频频率率（即即低低于于32kHz）的的方方式式，这这些些方方式式可可在在码码率率预预算算很很有有限限的的情情况况下下应应用用于于解解说和电视会议系统（语音）。说和电视会议系统（语音）。 MUSICAM编码器编码器 MUSICAM信源编码方式充分利用了人类听觉的心理声学现象信源编码方式充分利用了人类听觉的心理声学现象和声音信号统计的内在联系，把声音信号的频谱分割为和声音信号统计的内在联系，把声音信号的频谱分割为32个子频段，个子频段，利用声音信号中的冗余和不相关，实现有效的数据压缩，可以把数利用声音信号中的冗余和不相关，实现有效的数据压缩，可以把数据率降低到据率降低到CD的七分之一左右

196、，而声音的主观质量仍然可以与的七分之一左右，而声音的主观质量仍然可以与CD相比。因而被广泛的应用于数字音频广播，数字电视伴音，演播室相比。因而被广泛的应用于数字音频广播，数字电视伴音，演播室之间节目交换和存储等方面。之间节目交换和存储等方面。 如如何何尽尽量量降降低低声声音音信信号号中中包包含含冗冗余余和和不不相相关关（人人耳耳不不能能感感觉觉到到的的部部分分），是是MUSICAM编编码码的的理理论论基基础础。对对人人类类听听觉觉的的掩掩蔽蔽效效应应，编编码码中中使使用用了了心心理理声声学学模模型型进进行行模模拟拟，对对人人耳耳能能感感觉觉到到的的信信号号进进行行编码和传输。编码和传输。 根据

197、声音信号在各频率范围中的分析和综合方法的不同，根据声音信号在各频率范围中的分析和综合方法的不同，MUSICAM 编码分为变换编码和子频段编码。进行变换编码时，输编码分为变换编码和子频段编码。进行变换编码时，输入时域信号，应用快速算法将其转换为频域信号，所产生的频谱值入时域信号，应用快速算法将其转换为频域信号，所产生的频谱值和相位值经过心理声学模型进行处理之后，以最少的量化进行编码、和相位值经过心理声学模型进行处理之后，以最少的量化进行编码、传输，最后在解码器中扩展，变换为时域信号；子频带编码时，使传输，最后在解码器中扩展，变换为时域信号；子频带编码时，使用多相滤波器组将宽带的声音信号分割成用多

198、相滤波器组将宽带的声音信号分割成32个子频段，对各个子频个子频段，对各个子频段的采样值分别进行数据率降低的编码。另外，对于比特差错的影段的采样值分别进行数据率降低的编码。另外，对于比特差错的影响，在宽带系统中将延伸至整个频率范围，而在上述编码中只限制响，在宽带系统中将延伸至整个频率范围，而在上述编码中只限制在窄的频段内，干扰作用大为减弱。在窄的频段内，干扰作用大为减弱。 4杜比杜比AC-3简介简介 AC-3由杜比实验室开发，目标是为高清晰度电视（由杜比实验室开发，目标是为高清晰度电视（HDTV）提提供高质量的声音。美国联邦通信委员会供高质量的声音。美国联邦通信委员会FCC的高级电视咨询委员会的

199、高级电视咨询委员会ACATS于于1987年开始美国年开始美国HDTV制式的研究。最初的制式的研究。最初的HDTV系统方系统方案是模拟图象和数字声音传输，其中声音编码采用案是模拟图象和数字声音传输，其中声音编码采用Dolby AC-1数字数字编码器。编码器。AC-1通过通过4-2-4多声道矩阵方式把声道数减半，然后采用多声道矩阵方式把声道数减半，然后采用增量调制（增量调制（ 调制）技术进行数字编码。调制）技术进行数字编码。1989年，随着声音编码技术年，随着声音编码技术和数字信号处理器和数字信号处理器DSP的进步，的进步，AC-1发展为基于变换技术的发展为基于变换技术的AC-2系统，压缩率加倍，

200、但多声道矩阵处理技术仍然保留着。为最大限系统，压缩率加倍，但多声道矩阵处理技术仍然保留着。为最大限度地发挥矩阵方式的特点，必须把编码的信号再编码，而且要边监度地发挥矩阵方式的特点，必须把编码的信号再编码，而且要边监听边加以确认；对于电视现场节目而言，有时一次解码不能确认其听边加以确认；对于电视现场节目而言，有时一次解码不能确认其效果，这就限制了矩阵方式在效果，这就限制了矩阵方式在HDTV中的应用。由此，人们提出用中的应用。由此，人们提出用两声道的码率提供多声道编码性能，而又没有两声道的码率提供多声道编码性能，而又没有4 -2 - 4矩阵方式的局矩阵方式的局限。限。AC-3就是为满足此要求而研究

201、的。就是为满足此要求而研究的。AC-3使用使用5.1声道，码率为声道，码率为320kb/s。 AC-3系系统统首首先先在在电电影影业业得得到到实实现现。1992年年，Dolby 正正式式推推出出了了AC-3系统的商业产品，并用于电影中。系统的商业产品，并用于电影中。 世界电信联盟世界电信联盟ITU-R 在在1991年接受基本年接受基本5声道格式的概念，声道格式的概念，1992年修改了相应的建议草案而接受年修改了相应的建议草案而接受0.1低频效果声道。低频效果声道。1993年年10月，美月，美国国HDTV大联盟建议采用大联盟建议采用AC-3；1993年年11月，高级电视咨询委员会月，高级电视咨询

202、委员会ACATS正式批准正式批准HDTV系统采用系统采用AC-3声音方案。声音方案。 5 5MUSICAM和和AC-3的比较的比较 AC-3是美国是美国HDTV的声音制式，的声音制式，MUSICAM是欧洲尤里卡是欧洲尤里卡147计划中的一个联合研究组共同开发的计划中的一个联合研究组共同开发的,作为作为ISO/IEC MPEG的声音的声音标准。出于政治和经济的需要，标准。出于政治和经济的需要，MUSICAM 和和AC-3在在HDTV 和数和数字声音广播（字声音广播（DAB）方面的竞争是非常激烈的。下面仅从技术角度方面的竞争是非常激烈的。下面仅从技术角度和实际测试结果两个方面对两个系统作一扼要比较

203、和实际测试结果两个方面对两个系统作一扼要比较。 滤波器组的实现滤波器组的实现 MUSICAM 和和AC-3 均需通过滤波器组把时域信号变为频域信均需通过滤波器组把时域信号变为频域信号号AC-3根据输入信号的特性动态地改变滤波器组的长度，以达到最根据输入信号的特性动态地改变滤波器组的长度，以达到最佳的时间和频率分辨率。而佳的时间和频率分辨率。而MUSICAM采用了固定长度的滤波器组，采用了固定长度的滤波器组，实现比较容易，但有时与输入信号特性不能最佳匹配。实现比较容易，但有时与输入信号特性不能最佳匹配。 自适应比特分配自适应比特分配 MUSICAM 采采用用前前向向自自适适应应比比特特分分配配方

204、方案案，而而AC-3采采用用混混合合前前向向/后后向向自自适适应应比比特特分分配配方方案案。前前向向自自适适应应比比特特分分配配的的特特点点是是只只在在编编码码器器中中使使用用听听觉觉模模型型，因因此此可可以以随随时时修修改改模模型型而而对对解解码码器器没没有有影影响响，但但也也有有实实际际使使用用上上的的限限制制，它它要要占占用用一一部部分分有有效效的的比比特特率率传传送送明明确确的的比比特特分分配配信信息息给给解解码码器器。后后向向自自适适应应方方案案没没有有从从编编码码器器得得到到明明确确的的比比特特分分配配信信息息；这这种种方方法法的的优优点点是是没没有有占占用用有有效效的的码码率率来

205、来给给解解码码器器传传送送比比特特分分配配信信息息，从从而而具具有有更更高高的的传传输输效效率率和和更更好好的的时时间间及及频频率率分分辨辨率率。其其缺缺点点是是解解码码器器从从接接收收到到的的数数据据中中计计算算比比特特分分配配，因因此此，计计算算不不能能太太复复杂杂；同同时时，一一旦旦编编码码器器中中比比特特分分配配的的算算法法固固定定，解解码码器投入使用后，听觉模型就不能再更新了。器投入使用后，听觉模型就不能再更新了。 硬件实现硬件实现 由于由于MUSICAM 采用前向自适应比特分配，编码器把解码器必采用前向自适应比特分配，编码器把解码器必不可少的比特分配信息全部提供给了解码器，因此，解

206、码器实现起不可少的比特分配信息全部提供给了解码器，因此，解码器实现起来非常简单。现在已有许多专用集成电路（来非常简单。现在已有许多专用集成电路（ASIC）芯片商品化。芯片商品化。 6AAC音频编码标准简介音频编码标准简介 AAC音音频频标标准准是是日日本本高高清清晰晰度度电电视视系系统统ISDB中中的的音音频频编编码码标标准准。AAC是是高高级级音音频频编编码码( ( Advanced Audio Coding ) )的的缩缩写写，有有时时也也被被称称为为NBC，即即后后向向不不兼兼容容编编码码( (Non-Backward Compatible) )，按按这这种种编编码码标标准准做做的的音音

207、频频编编码码同同样样具具有有CD音音质质，而而且且占占用用的的存存储储空空间间更更小，它即是小，它即是MPEG-2的一部分，也是的一部分，也是MPEG-4规范的核心规范的核心 。 AAC是是一一种种高高压压缩缩比比的的音音频频压压缩缩算算法法，它它的的压压缩缩比比远远远远超超过过了了较较老老的的音音频频压压缩缩算算法法，如如AC-3、MP3等等。AAC和和AC-3都都是是变变换换编编码码算算法法，但但AAC使使用用了了分分辨辨率率更更高高的的滤滤波波器器组组，因因此此它它可可以以达达到到更更高高的的压压缩缩比比。另另外外AAC还还使使用用了了临临时时噪噪声声重重整整、后后向向自自适适应应线线性

208、性预预测测、联联合合立立体体声声技技术术和和量量化化哈哈夫夫曼曼编编码码等等最最新新技技术术，这这些些新新技技术术的的使使用用都都使使压压缩缩比比得得到到进进一一步步的的提提高高。而而且且，AAC比比AC-3更更灵灵活活，它它支支持持更更多多种种采采样样率率和和比比特特率率、支支持持1个个到到48个个音音轨轨、支支持持多多达达15个个低低频频音音轨轨、具具有有多多种种语语言言的的兼兼容容能能力力、还还有有多多达达15个个内内嵌嵌数数据据流流。现现在在已已经经有有了了使使用用AAC算算法法编编码码和和解解码码的的样样本本软软件件，样样本本解解码码器器软软件件的的 功功 能能 比比 较较 齐齐 全

209、全 ， 它它 可可 以以 解解 码码 全全 部部 三三 种种 AAC格格 式式 ： 主主 要要Main（Main）、低低复复杂杂性性LC ( (Low Complexity) )和和可可变变取取样样率率SSR（Scaleable Sampling Rate）的）的AAC文件。文件。 MPEG-2的的AAC音音频频编编码码标标准准已已经经被被国国际际标标准准化化组组织织（ISO）讨讨论论通通过过，如如果果你你感感兴兴趣趣，可可以以查查看看ISO的的正正式式文文件件：MP3和和AAC的的编编/解解码码器器的的听听音音比比较较，还还可可以以得得到到ISO给给出出的的供供参参考考用用的的源源程程序序代

210、代码码（Ansi C，2700K），并并可可以以将将它它修修改改并并编编译译成成你你自自己己的的AAC编编/解码程序。解码程序。 7其它音频编码标准简介其它音频编码标准简介 杜比定向逻辑环绕声杜比定向逻辑环绕声 (4CH) 杜杜比比定定向向逻逻辑辑环环绕绕声声（Dolby Pro Logic）是是美美国国杜杜比比公公司司开开发发的的环环绕绕声声系系统统。它它是是把把四四声声道道立立体体声声在在录录制制时时通通过过特特定定的的编编码码手手段段合合成成为为两两声声道道，即即将将原原来来的的左左声声道道（L）、右右声声道道（R）、中中置置声声道道（C）、环环绕绕声声道道（S）的的4个个信信号号，经经

211、编编码码后后合合成成为为LT、BT复复合合双双声声道道信信号号，重重放放时时通通过过解解码码器器将将已已编编码码的的双双声声道道复复合合信信号号LT和和BT还还原原为为编编码码的的左左、右右、中中、环环绕绕四四个个互互不不干干犹犹的的独独立立信信号号，经经放放大大后后分分别别输输入入左左音音箱箱、右右音音箱箱、中中置置音音箱箱和和环环绕绕音音箱箱。即即所所谓谓的的4 2 4编解码方式编解码方式, 但编解码方式是模拟式的但编解码方式是模拟式的, 所以声道分隔度不高。所以声道分隔度不高。 THX (6CH) THX是是美美国国卢卢卡卡斯斯电电影影公公司司的的一一种种家家庭庭影影院院音音频频。THX

212、是是杜杜比比定定向向逻逻辑辑环环绕绕声声的的后后处处理理系系统统，能能改改良良杜杜比比定定向向逻逻辑辑环环绕绕声声的的不不足足，使定位效果更明确。使定位效果更明确。 家家用用THX系系统统重重放放效效果果比比杜杜比比定定向向逻逻辑辑环环绕绕声声更更提提高高一一步步的的原原因因在在于于THX对对杜杜比比定定向向逻逻辑辑解解码码之之后后又又进进行行了了优优化化处处理理，如如再再均均衡衡处处理理、解解关关联联处处理理、音音色色匹匹配配处处理理等等，使使处处理理后后的的音音色色更更加加优优美美动动听。听。 家用家用THX与杜比定向逻辑的又一区别在于将单声道的环绕声信与杜比定向逻辑的又一区别在于将单声道

213、的环绕声信号在中、高频段分解为两个相反的信号，从而产生一种并不局限在号在中、高频段分解为两个相反的信号，从而产生一种并不局限在后面墙上的声场，使声音具有扩散的效果，造成更宽广的空间感。后面墙上的声场，使声音具有扩散的效果，造成更宽广的空间感。 DTS 数字电影院数字电影院 (6CH) （网站：（网站：http:/ 数字电影院系统数字电影院系统 ( Digital Theater Systems ) 是家庭环绕声技术是家庭环绕声技术中出现的一项全新技术。它也是一个中出现的一项全新技术。它也是一个5.1音频系统，左声道、右声道、音频系统，左声道、右声道、中央声道、左环声绕道、右环绕声道和重低音声道

214、。中央声道、左环声绕道、右环绕声道和重低音声道。DTS系统也是系统也是一种全数字多声道环绕声技术，采用一种全数字多声道环绕声技术，采用“相关声学相关声学”编码，它的压缩编码，它的压缩比只有比只有4:1，是一种可称为，是一种可称为“无损耗无损耗”的解码系统。的解码系统。 DTS原本是为电影领域开发的一种声音系统，原本是为电影领域开发的一种声音系统， 由德利贝乐格在由德利贝乐格在1993年年1月开创的美国数字影院系月开创的美国数字影院系统（统（DTS）公司研制开发出来的一种环绕声技术，公司研制开发出来的一种环绕声技术，自自1996年由美国年由美国EAD公司首次推出公司首次推出DTS解码器以解码器以

215、来，来，DTS数字环绕声系统越来越多地出现在家庭影院中，经过近几年数字环绕声系统越来越多地出现在家庭影院中，经过近几年的发展，其独特的性能和特点越来越受到人们的青睐。的发展，其独特的性能和特点越来越受到人们的青睐。DTS系统可以系统可以对对46声道信号进行编码。声道信号进行编码。DTS进入中国市场较晚，了解和真正应用进入中国市场较晚，了解和真正应用了了DTS技术的中国厂家还不多。技术的中国厂家还不多。DTS在中国的应用还没有达到普及程在中国的应用还没有达到普及程度，中国大部分消费者不了解什么是度，中国大部分消费者不了解什么是DTS技术，什么是技术，什么是DTS环绕声效环绕声效果，有部分消费者只

216、是大概地知道果，有部分消费者只是大概地知道DTS和杜比和杜比AC-3一样，是目前影一样，是目前影音界最先进最流行的技术，买贴有音界最先进最流行的技术，买贴有DTS和和AC3标识的产品就好。除标识的产品就好。除此之外，进一步的有关此之外，进一步的有关DTS到底好在哪儿就不知道了。这给部分投机到底好在哪儿就不知道了。这给部分投机商造成了可乘之机，带来的一个严重后果是市场上充满了假商造成了可乘之机，带来的一个严重后果是市场上充满了假DTS、假假杜比。另外，值得注意的是目前在中国市场上，带杜比。另外，值得注意的是目前在中国市场上，带DTS的碟片还很少，的碟片还很少，影响了影响了DTS技术的进一步推广。

217、技术的进一步推广。 66 11中国数字电视地面广播的发展现状中国数字电视地面广播的发展现状 我我国国数数字字电电视视的的有有线线广广播播和和卫卫星星广广播播的的标标准准已已目目前前已已分分别别采采用用了了欧欧洲洲的的DVB-C和和DVB-S，地地面面广广播播标标准准还还在在加加紧紧制制定定中中。我我国国在在数数字字电电视视广广播播标标准准制制式式方方面面虽虽然然起起步步比比较较晚晚，但但所所取取得得的的进进步步是是非非常常引引人人注注目目的的，进进入入了了世世界界的的先先进进行行列列，在在这这方方面面的的杰杰出出代代表表有有：广广研研院院杜杜百百川川院院长长、上上海海交交大大张张文文军军博博士

218、士、清清华华大大学学的的杨杨林林和和王王兴兴军军博士等。博士等。 数字电视地面广播的传输环境恶劣，频谱资源有限，应用需求数字电视地面广播的传输环境恶劣，频谱资源有限，应用需求分散，其标准在各国仍有极大的争议，特别是在提高固定接收的稳分散，其标准在各国仍有极大的争议，特别是在提高固定接收的稳定性以及移动接收的性能等方面有很大的改进潜力。目前全球共有定性以及移动接收的性能等方面有很大的改进潜力。目前全球共有三套已成为国际标准的地面传输系统，分别由美国（三套已成为国际标准的地面传输系统，分别由美国（95年）、欧洲年）、欧洲（97年）和日本（年）和日本（99年）研制开发而成。从技术上而言，限于当时年）

219、研制开发而成。从技术上而言，限于当时的设计方向、使用环境、技术水平和硬件支持能力，这些系统没有的设计方向、使用环境、技术水平和硬件支持能力，这些系统没有发挥出系统应有的潜力，都存在一些固有缺陷，这也为我们国家制发挥出系统应有的潜力，都存在一些固有缺陷，这也为我们国家制定自己的数字电视地面广播系统标准留下了宝贵的空间。定自己的数字电视地面广播系统标准留下了宝贵的空间。 我我国国拥拥有有巨巨大大的的数数字字电电视视潜潜在在市市场场，不不同同于于那那些些本本国国市市场场狭狭小小的的出出口口型型国国家家，关关于于这这一一点点，就就连连国国外外公公司司的的专专家家也也承承认认：中中国国的的市市场场规规模

220、模足足以以支支撑撑形形成成一一个个新新的的数数字字电电视视标标准准。我我国国的的第第三三代代移移动动通通信信标标准准也也正正是是依依靠靠了了市市场场规规模模的的支支持持。若若简简单单选选用用国国外外某某一一标标准准，不不仅仅会会扼扼杀杀代代表表未未来来高高技技术术竞竞争争力力的的相相关关关关键键技技术术研研究究的的源源动动力力，而而且且会会迫迫使使我我国国过过早早启启动动市市场场，帮帮助助西西方方国国家家培培育育国国内内市市场场，肢肢解解我我国国现现有有彩彩电电工工业业体体系系，使使得得企企业业的的主主要要利利润润都都用用于于支支付付国国外外的的专专利费和授权费，遗患无穷。利费和授权费，遗患无

221、穷。 当然，自主制订标准不等于从头全面制订，制订标准不等于保当然，自主制订标准不等于从头全面制订，制订标准不等于保护落后，不等于不选用先进技术。制订标准的根本目的恰恰在于认护落后，不等于不选用先进技术。制订标准的根本目的恰恰在于认真比较分析各项先进技术能否为我所用，能否得到进一步改进。而真比较分析各项先进技术能否为我所用，能否得到进一步改进。而直接选用标准等于直接选用标准等于“一叶障目一叶障目”，等于对先进技术改进的否定。在，等于对先进技术改进的否定。在技术飞速发展的今天，制订标准可更有利于欧美等发达国家向我开技术飞速发展的今天，制订标准可更有利于欧美等发达国家向我开放技术，相反，一旦选用某一

222、国家的标准，将失去其它国家对我们放技术，相反，一旦选用某一国家的标准，将失去其它国家对我们技术上的支持，丧失技术引进谈判权，甚至会导致未被采用的国外技术上的支持，丧失技术引进谈判权，甚至会导致未被采用的国外一方由于市场利益损失所引发的政治上的麻烦。另外，由于数字技一方由于市场利益损失所引发的政治上的麻烦。另外，由于数字技术具备加密、隐密等特点，直接选用标准所可能造成的盲目引进甚术具备加密、隐密等特点，直接选用标准所可能造成的盲目引进甚至会危及国家信息安全。在这一点上，日本人是很聪明的。至会危及国家信息安全。在这一点上，日本人是很聪明的。 我国现有的数字电视地面广播的试验方案我国现有的数字电视地

223、面广播的试验方案 我国数字电视地面广播的试验方案主要有四种：我国数字电视地面广播的试验方案主要有四种： 广广播播研研究究院院标标准准化化所所的的中中国国8VSB，这这是是参参照照了了美美国国方方案。案。 广广研研院院杜杜百百川川院院长长的的CQAM是是一一种种美美国国8VSB和和日日本本的的ISDB的的结结合合。它它主主要要是是把把8MHz分分成成6MHz的的VSB传传图图像像和和2MHz传数据。传数据。 上海交大的中国上海交大的中国Offset-QAM。 清华大学为主的清华大学为主的DMB-T传输方案。传输方案。 这这几几种种方方案案分分别别进进行行了了试试播播，表表现现出出一一定定的的优优

224、点点，但但也也存在一些缺陷。存在一些缺陷。 前两种方案没有解决移动接收方面的问题，已被淘汰。前两种方案没有解决移动接收方面的问题，已被淘汰。 清华清华DMB-T传输方案传输方案 方案简介方案简介 DMB-T（Terrestrial Digital Multimedia/Television Broadcasting）基于基于TDS-OFDM（Time Domain Synchronous-Orthogonal Frequency Division Multiplexing）调制技术，与调制技术，与8VSB调制不同，调制不同，而与而与DVB-T COFDM和和ISDB-T BST OFDM一样都

225、属于多载波技术。一样都属于多载波技术。DMB-T传输标准的主要出发点也是基本于多媒体和双向移动接收，传输标准的主要出发点也是基本于多媒体和双向移动接收，纠错深度比日本的纠错深度比日本的ISDB还要深，采用了最先进的还要深，采用了最先进的Turbo纠错编码，纠错编码，在时域中插入同步信号，同步头采用沃尔什编码的伪随机序列，这在时域中插入同步信号，同步头采用沃尔什编码的伪随机序列，这样可以做到同步可靠，比噪声低样可以做到同步可靠，比噪声低20分贝均可以测到同步信号，所以分贝均可以测到同步信号，所以能做到快速同步，一般传输方案同步时间为能做到快速同步，一般传输方案同步时间为100毫秒以上，而其可毫秒

226、以上，而其可以做到以做到5毫秒以内，并可以准确进行寻址定位，精度在毫秒以内，并可以准确进行寻址定位，精度在10米以内，米以内，所以可以扩展成蜂窝网。所以可以扩展成蜂窝网。 DMB-T方式的载波数为方式的载波数为4K个（实际载波数量为个（实际载波数量为3780个），各个），各载波通过载波通过QP3K或或QAM进行调制。但是，进行调制。但是，DMBT方式在保护间方式在保护间隔（隔（Guard Interval）内嵌入了）内嵌入了FN系列符号，用于实现同步。系列符号，用于实现同步。“与与使用有效符号期间发送同步信号的欧洲及日本方式相比，带宽的利使用有效符号期间发送同步信号的欧洲及日本方式相比，带宽的

227、利用效率得到了提高用效率得到了提高”（清华大学王兴军）。具体而言，传输速度提（清华大学王兴军）。具体而言，传输速度提高了高了10左右。另外，采用了自主的前向纠错方式左右。另外，采用了自主的前向纠错方式(FEC)，灵敏度，灵敏度提高了提高了10左右。左右。 DMB-T还还在在进进行行硬硬件件开开发发。目目前前已已经经开开发发成成功功了了单单芯芯片片解解调调LSI，而而且且于于2003年年6月月试试制制了了机机顶顶盒盒。还还准准 备备 小小 型型 的的 评评 测测 板板 。另另 外外 ， 中中 国国 的的 长长 虹虹 、同同 方方 、 海海 信信 、T C L、KHD等等公公司司也也试试制制了了支

228、支持持该该方方式式的的电电视视接接收机。收机。清华大学的测试板清华大学的测试板 与其它与其它DTV标准的比较标准的比较 从从上上述述比比较较表表中中可可以以看看出出清清华华大大学学的的传传输输方方案案具具有有很很多多优优越越性性。特特别别是是对对于于数数据据通通信信，支支持持“移移动动的的性性能能”；技技术术创创新新上上有有所所突突破破，也也拥拥有有自自主主的的知知识识产产权权；另另外外一一个个是是其其观观众众的的易易接接纳纳性性，其其解解码码芯芯片片已已经经投投产产并并且且低低于于50美美金金，大大众众容容易易接接受受，这这是是最最符符合中国国情的。合中国国情的。 尚需完善之处尚需完善之处

229、由于为了增大传输码率，而至使保护间隔最大为由于为了增大传输码率，而至使保护间隔最大为80s ，也就是也就是说要使接收的信号得到建设性地叠加，发射台的距离不超过说要使接收的信号得到建设性地叠加，发射台的距离不超过24公里，公里，这对于蜂窝网来说是足够的，但对于现行大功率无线发射覆盖网来这对于蜂窝网来说是足够的，但对于现行大功率无线发射覆盖网来说要实现单频网还是不够的；还有就是信源编码是说要实现单频网还是不够的；还有就是信源编码是MPEG-2，与其与其它的制式一样，无法降低信源解码的成本；另外，要是扩展成蜂窝它的制式一样，无法降低信源解码的成本；另外，要是扩展成蜂窝网时，其接收天线能否做得很小可内

230、置于机顶盒与接收机内，如果网时，其接收天线能否做得很小可内置于机顶盒与接收机内，如果不行意义并非十分巨大，行则是前途无可限量。不行意义并非十分巨大，行则是前途无可限量。 当然，每一种方案都有它的可行性，也都必须长时间的实验和当然，每一种方案都有它的可行性，也都必须长时间的实验和测试，清华大学的传输方案优点很多，有很好的前景。但其没有真测试，清华大学的传输方案优点很多，有很好的前景。但其没有真正经过开路的广播（正经过开路的广播（20002000年深圳高交会期间，在场馆里进行过很小年深圳高交会期间，在场馆里进行过很小功率的开路广播），所以，清华大学的传输方案应该早日进行开路功率的开路广播），所以，

231、清华大学的传输方案应该早日进行开路的试播，真真正正经过实践的检验，在实践中不断地修正和完善，的试播，真真正正经过实践的检验，在实践中不断地修正和完善，使之更符合我国的国情，从而使其能成为中国的数字电视地面广播使之更符合我国的国情，从而使其能成为中国的数字电视地面广播制式，使我国的数字电视地面广播制式在世界上占有一席之地，并制式，使我国的数字电视地面广播制式在世界上占有一席之地，并取得领先的地位。取得领先的地位。 上海交通大学推进开发的上海交通大学推进开发的ADTB-T与与OFDM则不同。这是一则不同。这是一种使用单载波的方式。具体的调制方式为种使用单载波的方式。具体的调制方式为4值及值及16值

232、的值的QAM或或Offset-QAM等。等。 一般情况下，在单载波的情况下，由于带宽较宽，每一载波一般情况下，在单载波的情况下，由于带宽较宽，每一载波的符号传输速度非常快，因此容易受到多总线的干扰。结果，很的符号传输速度非常快，因此容易受到多总线的干扰。结果，很难在行驶的汽车中接收到信号。在接收模拟电视信号时，图像容难在行驶的汽车中接收到信号。在接收模拟电视信号时，图像容易出现紊乱，但还可以在汽车内接收。接收时的语音质量也比较易出现紊乱，但还可以在汽车内接收。接收时的语音质量也比较稳定。改为数字化时，如果不能在汽车内接受信号，势必会降低稳定。改为数字化时，如果不能在汽车内接受信号，势必会降低数

233、字电视的服务质量。作为在微波数字电视播放方式中使用单传数字电视的服务质量。作为在微波数字电视播放方式中使用单传载波的例子有美国的载波的例子有美国的8值值VSB方式，但目前尚未实现在行驶的汽车方式，但目前尚未实现在行驶的汽车内成功接收信号。内成功接收信号。 而上海交通大学开发的而上海交通大学开发的ADTB-T方式在方式在2003年年领先全球首次成功地实施了基于单载波的领先全球首次成功地实施了基于单载波的HDTV汽车接收试验。汽车接收试验。 使用使用6MHz带宽，实现最大带宽，实现最大20Mbit/秒、秒、10Mbit/秒、秒、5Mbit/秒秒的传输速度。最小接受灵敏度分别为的传输速度。最小接受灵

234、敏度分别为-82dBm、-87dBm、-92dBm可移动接收信号的最高速度，在最大传输速度为可移动接收信号的最高速度，在最大传输速度为10Mbit/秒秒时为时为250km/h、5Mbit/秒时为秒时为500km/h。下一步的目标是实现在传。下一步的目标是实现在传输速度输速度15Mbit/秒的情况下也能够从行驶的汽车中接收信号。秒的情况下也能够从行驶的汽车中接收信号。 上海交通大学的上海交通大学的ADTB-T上海交大的移动实验车上海交大的移动实验车 上海交大的移动接收试验线路图上海交大的移动接收试验线路图 ATSC Digital Television Update2003年年9月月 Rober

235、t GravesChairman, ATSC Forum附录：附录：2001年年4月月电子工程专辑电子工程专辑网站一项调查结果网站一项调查结果 问题：问题： 您认为中国应采用何种地面数字广播电视制式您认为中国应采用何种地面数字广播电视制式 ？ 结果：结果： 结果分析：结果分析： 在投票数中，超过半数的人认为中国的地面数字广播电视制式在投票数中，超过半数的人认为中国的地面数字广播电视制式应采用自己的标准。撇开技术的考虑，专利费和授权费问题已让许应采用自己的标准。撇开技术的考虑，专利费和授权费问题已让许多人对外来标准望而却步。加上欧美标准存在或多或少的缺陷，这多人对外来标准望而却步。加上欧美标准存

236、在或多或少的缺陷，这给中国制订自己的标准提供了技术跨越的机会。中国正在用给中国制订自己的标准提供了技术跨越的机会。中国正在用8-VSB、DVB-T COFDM系统及自己的几套系统进行比较试验。系统及自己的几套系统进行比较试验。 量化量化误差分析模型误差分析模型 当输入信号的满度值为当输入信号的满度值为Vm时，时，量化量化间隔间隔V为：为：在在均匀量化条件下，量化的均方均匀量化条件下，量化的均方误差为：误差为：式中：式中：T为采样周期。为采样周期。信噪比：信噪比：返回返回关于关于MPEG-1的压缩比的压缩比 认为认为MPEG-1的压缩比可达的压缩比可达200:1其实是一种误解，其实是一种误解，M

237、PEG-1是不能够直接提供这样高压缩比的。为了将数字电视信的码率从是不能够直接提供这样高压缩比的。为了将数字电视信的码率从166 Mb/s降低到降低到1.2 Mb/s左右，人们首先将左右，人们首先将NTSC和和PAL数字电视数字电视转换成公用中分辨率格式转换成公用中分辨率格式CIF(Common Intermediate Format)的数的数字电视，这种格式相当于字电视，这种格式相当于VHS(Video Home System)的质量，于是的质量，于是彩色数字电视的数据传输率就减小到彩色数字电视的数据传输率就减小到3522403081.5 30 Mb/s (NTSC)3522882581.5

238、 30 Mb/s (PAL)。把这种彩色电视信号存储到把这种彩色电视信号存储到CD盘上所需要的压缩比为：盘上所需要的压缩比为： 30/1.15 26:1，这就是这就是MPEG-1技术所能获得的压缩比。技术所能获得的压缩比。4:2:0的采样格式的采样格式Video-CDVideo-CD数据传输率可达到数据传输率可达到1.4112 Mb/s1.4112 Mb/s，用它来存储数字电视用它来存储数字电视信号时，分配给电视信号的数据传输率为信号时，分配给电视信号的数据传输率为1.15 Mb/s1.15 Mb/s（VCDVCD）返回返回电视图像数据率的估算电视图像数据率的估算 根据当前成熟的压缩技术，电视

239、图像的数据率压缩成平均为根据当前成熟的压缩技术，电视图像的数据率压缩成平均为3.5 Mb/s 4.7 Mb/s时，非专家难于区分电视图像在压缩前后的时，非专家难于区分电视图像在压缩前后的之间差别。如果使用之间差别。如果使用DVD-Video存储器来存储数字电视，它的数存储器来存储数字电视，它的数据传输率虽然可以达到据传输率虽然可以达到10.08 Mb/s，但一张但一张4.7 GB的单面单层的单面单层DVD盘要存放盘要存放133分钟的电视节目，按照数字电视信号的平均数分钟的电视节目，按照数字电视信号的平均数据传输率为据传输率为4.1 Mb/s来计算，压缩比要达到：来计算，压缩比要达到：166/4

240、.10 40:1。如果电视图像的子采样使用如果电视图像的子采样使用4:2:0格式，每个样本的精度为格式，每个样本的精度为8比特，数字电视信号的数据传输率就减小到比特，数字电视信号的数据传输率就减小到124 Mb/s，即即7204803081.5 124 Mb/s (NTSC)7205762581.5 124 Mb/s (PAL)使用使用DVD-Video来存储来存储72048030或者或者72057625的数字的数字电视图像所需要的压缩比为：电视图像所需要的压缩比为：124/4.1 30:1。返回返回多媒体技术基础与应用多媒体技术基础与应用http:/166.111.137.63/content/chapter26-2.htm清华大学计算机科学与技术系智能技术与系统国家清华大学计算机科学与技术系智能技术与系统国家重点实验室重点实验室返回返回返回返回返回返回返回返回