數字電視原理

摘要 模擬的電視信號先經脈沖編碼調制模擬形式轉換成數字形式，中間經信源編碼、信道編碼，然后送入信道傳輸。數字電視的接收端是發送端的反過程，經過譯碼后得到的數字信號又經數／模轉器轉變為模擬電視信號輸出。

關鍵詞 抽樣 量化 編碼 離散量

數字電視是一門新興的技術，隨著微電子學和計算機技術的發展，數字電視的各項進展已使目前的電視系統發生了徹底的變革。現存的電視系統就其本質而言，在電視信號的產生、處理、傳輸、記錄和接收過程中，采用的都是模擬信號，即在時間和幅度上連續的信號，雖然在整個信號處理過程中，也用到許多數字技術，但被處理的信號仍然是模擬的。所謂數字電視是指從電視信號的源頭演播室開始，信號的描述、采集、錄制、編輯、發射以及信號的傳輸、接收均采用數字形式的電視系統。處理數字電視信號的設備稱為數字電視設備。它的研究已取得重大突破。所以雖然目前模擬電視系統發展大約有60多年的歷史，盡管在各方面有了許多改進和提高，但由于它的本質導致在傳輸和存儲上有難以克服的缺點：模擬信號在傳輸過程中，每增加一個處理電路環節，電視信號的信噪比就要下降幾個分貝，而且電路環節質量越差，下降就越多，所以模擬電視系統傳輸電路環節較多時，信噪比就會有很大的下降，這是造成電視信號接收質量不好的原因之一：其次，在電視節目制作過程中難以避免多次復制，而記錄模擬電視信號的錄象帶經過多次復制后，信噪比會逐代下降。最終不能使用。而數字電視則從根本上克服了這兩大缺點，因此，數字電視系統取代模擬電視系統是發展的必然趨勢。

數字電視系統分高清晰度數字電視HDTV和標準清晰度數字電視SDTV。HDTV水平分辨率為1000線以上。而SDTV為480線。

目前。在全球數字電視系統中，有三個相對成熟的標準制式，即：歐洲的DVB制、美國的ATSC制和日本的ISDB制。這三個標準互相獨立、互不兼容，具有各自的應用領域。

歐洲的數字電視DVB(DigItal Video Broadcasting)標準，可以說是這三個標準中應用最為廣泛和靈活的標準，并已在歐洲啟動實施。因其具有的開放性和靈活性，各國均可以在DVB標準下，根據自己的電視廣播特征。歐洲正大力推廣DVB標準，尤其是衛星電視標準已成為一個全球化進行合理的選擇。目前，歐洲的標準，不僅歐洲的衛星廣播，包括我國在內的幾乎所有國家的衛星電視均采用DVB標準，還有許多國家和地區的地面數字電視廣播已采用或正準備采用DVB—T標準，如歐洲的許多國家、英國、新加坡和澳大利亞在2001年元旦正式開播的數字電視地面廣播和HDTV廣播，均采用了DVB—T制式，我國香港地區也已決定采用歐標DVB—T，所以，DVB的陣容是相當龐大的。

美國的ATSC標準是1996年10月由美國聯邦通信委員會批準的以HDTV為核心的地面廣播數字電視標準。ATSC制規定，視頻圖象采用MPEG—2數字壓縮標準，音頻采用杜比AC—3音頻數據壓縮標準，HDTV信號最終形成的數據流對射頻載波的數字調制采用8VSB方式。

數字電視在發送端將模擬信號變換成數字信號，經過傳輸后，在接收端進入顯象管之前將數字信號變換成模擬信號。將模擬信號變成數字信號是基本的方法是脈沖編碼調制(PCM)。PCM系統中的發、收兩端實際是信號形成模/數、數/模轉換過程。在發送端，模擬信號首先經過抽樣、量化，然后編碼成數字信號。收端經過譯碼和濾波，將數字信號還原成為模擬信號。

量化是用有限個幅度值來近似原來連續變化的幅度值，即將模擬信號的幅度離散化已抽樣信號雖然在時間上離散了，但是它的每一個取值仍然是一個連續量。由于連續量可能是無窮多個數值。因而用有限狀態的數字信號無法表示它。所以，為了使連續信號數字化，除了按規定抽樣外，還必須使每一個抽樣值近似地化為有限狀態的離散量。

編碼則是按一定規律把這有限個幅度值用數字來表示，再轉換成二值或多值的數字信號流。以二進制碼元代表代碼是最常見的。N位二進制碼元能代表個數值，選擇適當的N，總是能夠代表有限個的數值。

量化，它可以把連續量化為離散量。可是，由于量化使離散量與原來的連續量間產生了差別。從信號傳輸觀點來看，量化將對信號造成“誤差”。這種誤差完全是由于量化所造成的。故稱其為量化誤差。這種量化誤差的影響，相當于干擾或噪聲，故又稱為量化噪聲(或量化干擾)。從模/數變換過程看出，只要量化級分得足夠多，則量化噪聲就會相當小。當然，分級越多。所需編碼的位數就要增加，從而使編碼設備復雜化。因此。減少量化誤差與量化編碼的復雜性之間總是矛盾的。好在人眼對亮度變化的分辨率是有限的，所以，對于一般電視圖象信號而言。當N=8，即量化級數為個量化等級時，PCM系統再生信號的圖象質量。與原始模擬信號的圖象相比。人眼將察覺不出兩者的差異。

對彩色全電視信號進行編碼，得到的數字電視信號的壓碼率很高，均有很寬的帶帶。在理想情況下，比傳送一路模擬電視信號所要求的帶寬將近提高了一個數量級。目前用于廣播電視信號的主要是幀內編碼。