數(shù)字電視的基本認(rèn)識(shí)淺析

劉瑞娟

近年來(lái)，隨著世界通信與信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字電視被各國(guó)視為新世紀(jì)的戰(zhàn)略技術(shù)，不但是一個(gè)由標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備和節(jié)目源生產(chǎn)等多個(gè)部分相互支持和匹配的技術(shù)系統(tǒng)，而且將對(duì)相關(guān)行業(yè)產(chǎn)生影響并促進(jìn)其發(fā)展。下面讓我們認(rèn)識(shí)一下數(shù)字電視的基本知識(shí)：

一、數(shù)字電視的概念

數(shù)字電視，就是將傳統(tǒng)的模擬電視信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣、量化和編碼轉(zhuǎn)換成用二進(jìn)制數(shù)代表的數(shù)字式信號(hào)，然后進(jìn)行各種功能的處理、傳輸、存儲(chǔ)和記錄，也可以用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理、監(jiān)測(cè)和控制。采用數(shù)字技術(shù)不僅使各種電視設(shè)備獲得比原有模擬式設(shè)備更高的技術(shù)性能，而且還具有模擬技術(shù)不能達(dá)到的新功能，使電視技術(shù)進(jìn)入嶄新時(shí)代。

二、數(shù)字電視的基本原理

在傳統(tǒng)的模擬電視中，模擬全電視信號(hào)通過(guò)調(diào)制在無(wú)線電射頻載波上發(fā)送出去。廣播信道可以是地面廣播、有線電視網(wǎng)或衛(wèi)星廣播。數(shù)字電視則是將電視信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化采樣，其信號(hào)的數(shù)據(jù)率是很高的，演播室質(zhì)量的數(shù)字化電視信號(hào)的數(shù)據(jù)率在200Mbps。要在原模擬電視頻道帶寬內(nèi)傳輸如此高速率的數(shù)字信號(hào)是不可能的，因此，必須發(fā)展數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)方法有兩種：一是在信源編碼過(guò)程中進(jìn)行壓縮，利用人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)視覺(jué)效應(yīng)去除信號(hào)中的多余成分，在不影響收聽(tīng)收看效果的前提下盡量壓縮數(shù)據(jù)率；二是改進(jìn)信道編碼，發(fā)展新的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，提高單位頻寬數(shù)據(jù)傳送速率。在信源編碼方面，IEEE的MPEG專(zhuān)家組已發(fā)展制訂了ISO/IEC11172（MPEG-1）和ISO/IEC13818（MPEG-2）兩項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-1的輸入視頻格式為CIF352×288，主要用于CD-ROM、VCD或T1（E1）線路傳輸，碼率為固定的1.5Mbps；MPEG-2供數(shù)字電視使用，它支持標(biāo)準(zhǔn)分辨率的16∶9寬屏及高清晰度電視等多種格式，其碼率可變，為3～40Mbps。

信源編碼是把節(jié)目源的模擬圖聲信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)MPEG-2壓縮編碼，形成數(shù)字信號(hào)源，并根據(jù)多個(gè)節(jié)目傳輸?shù)囊?，編為?fù)用碼流。MPEG-2是未來(lái)的廣播電視數(shù)字壓縮的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。采用不同的層和級(jí)組合即可滿(mǎn)足從家庭質(zhì)量到廣播級(jí)質(zhì)量以及將要播出的高清晰度電視質(zhì)量不同的要求，其應(yīng)用面很廣。從進(jìn)入家庭的DVD到衛(wèi)星電視、廣播電視微波傳輸都采用了這一標(biāo)準(zhǔn)。

目前，數(shù)字電視的傳輸途徑可分為三種：數(shù)字衛(wèi)星電視、數(shù)字有線電視和數(shù)字地面開(kāi)路電視。這三種數(shù)字電視的信源編碼方式相同，都是MPEG-2的復(fù)用數(shù)據(jù)包，但由于它們的傳輸途徑不同，它們的信道編碼也采用了不同的調(diào)制方式。例如，歐洲D(zhuǎn)VB數(shù)字電視系統(tǒng)中，數(shù)字衛(wèi)星電視系統(tǒng)（DVB-S）采用正交相移鍵控調(diào)制（OPSK）；數(shù)字有線電視系統(tǒng)（DVB-C）采用正交調(diào)幅調(diào)制（QAM）；數(shù)字地面開(kāi)路電視系統(tǒng)（DVB-T）采用更為復(fù)雜的編碼正交頻分復(fù)用調(diào)制（COFDM）。

三、數(shù)字電視的分類(lèi)

數(shù)字電視可以按以下幾種方式分類(lèi)：

1、按信號(hào)傳輸方式分類(lèi)：可以分為地面無(wú)線傳輸（地面數(shù)字電視）、衛(wèi)星傳輸（衛(wèi)星數(shù)字電視）、有線傳輸（有線數(shù)字電視）三類(lèi)。

2、按產(chǎn)品類(lèi)型分類(lèi)：可以分為數(shù)字電視顯示器、數(shù)字電視機(jī)頂盒、一體化數(shù)字電視接收機(jī)。

3、按清晰度分類(lèi)：可以分為低清晰度數(shù)字電視（圖像水平清晰度大于250線）、標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視（圖像水平清晰度大于500線）、高清晰度數(shù)字電視（圖像水平清晰度大于800線，即HDTV）。VCD的圖像格式屬于低清晰度數(shù)字電視（LDTV）水平，DVD的圖像格式屬于標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視（SDTV）水平。

4、按顯示屏幕幅型分類(lèi)：可以分為4：3幅型比和16：9幅型比兩種類(lèi)型。

5、按掃描線數(shù)（顯示格式）分類(lèi)：可以分為HDTV掃描線數(shù)（大于1000線）和SDTV掃描線數(shù)（600～800線）等。

四、數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)

數(shù)字電視技術(shù)與原有的模擬電視技術(shù)相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、信號(hào)雜波比和連續(xù)處理的次數(shù)無(wú)關(guān)。電視信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字化后是用若干位二進(jìn)制的兩個(gè)電平來(lái)表示，因而在連續(xù)處理過(guò)程中或在傳輸過(guò)程中引入雜波后，其雜波幅度只要不超過(guò)某一額定電平，通過(guò)數(shù)字信號(hào)再生，都可能把它清除掉，即使某一雜波電平超過(guò)額定值，造成誤碼，也可以利用糾錯(cuò)編、解碼技術(shù)把它們糾正過(guò)來(lái)。所以，在數(shù)字信號(hào)傳輸過(guò)程中，不會(huì)降低信雜比。而模擬信號(hào)在處理和傳輸中，每次都可能引入新的雜波，為了保證最終輸出有足夠的信雜比，就必須對(duì)各種處理設(shè)備提出較高信雜比的要求。模擬信號(hào)要求S/N>40dB，而數(shù)字信號(hào)只要求S/N>20dB。模擬信號(hào)在傳輸過(guò)程中噪聲逐步積累，而數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中，基本上不產(chǎn)生新的噪聲，也即信雜比基本不變。

2、可避免系統(tǒng)的非線性失真的影響。而在模擬系統(tǒng)中，非線性失真會(huì)造成圖像的明顯損傷。

3、數(shù)字設(shè)備輸出信號(hào)穩(wěn)定可靠。因數(shù)字信號(hào)只有“0”、“l(fā)”兩個(gè)電平，“l(fā)”電平的幅度大小只要滿(mǎn)足處理電路中可能識(shí)別出是“l(fā)”電平就可，大一點(diǎn)、小一點(diǎn)無(wú)關(guān)緊要。

4、易于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的存儲(chǔ)，而且存儲(chǔ)時(shí)間與信號(hào)的特性無(wú)關(guān)。近年來(lái)，大規(guī)模集成電路（半導(dǎo)體存儲(chǔ)器）的發(fā)展，可以存儲(chǔ)多幀的電視信號(hào)，從而完成用模擬技術(shù)不可能達(dá)到的處理功能。例如，幀存儲(chǔ)器可用來(lái)實(shí)現(xiàn)幀同步和制式轉(zhuǎn)換等處理，獲得各種新的電視圖像特技效果。

5、由于采用數(shù)字技術(shù)，與計(jì)算機(jī)配合可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)控制和調(diào)整。

6、數(shù)字技術(shù)可實(shí)現(xiàn)時(shí)分多路，充分利用信道容量，利用數(shù)字電視信號(hào)中行、場(chǎng)消隱時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)文字多工廣播（Teletext）。

7、壓縮后的數(shù)字電視信號(hào)經(jīng)數(shù)字調(diào)制后，可進(jìn)行開(kāi)路廣播，在設(shè)計(jì)的服務(wù)區(qū)內(nèi)（地面廣播），觀眾將以極大的概率實(shí)現(xiàn)“無(wú)差錯(cuò)接收”（發(fā)“0”收“0”，發(fā)“ l”收“l(fā)”），收看到的電視圖像及聲音質(zhì)量非常接近演播室質(zhì)量。

8、可以合理地利用各種類(lèi)型的頻譜資源。以地面廣播而言，數(shù)字電視可以啟用模擬電視禁用頻道（taboo channel），而且在今后能夠采用“單頻率網(wǎng)絡(luò)”（single frequency network）技術(shù)，例如l套電視節(jié)目?jī)H占用同1個(gè)數(shù)字電視頻道而覆蓋全國(guó)。此外，現(xiàn)有的6MHz模擬電視頻道，可用于傳輸l套數(shù)字高清晰度電視節(jié)目或者4-6套質(zhì)量較高的數(shù)字常規(guī)電視節(jié)目，或者16-24套與家用VHS錄像機(jī)質(zhì)量相當(dāng)?shù)臄?shù)字電視節(jié)目。

9、在同步轉(zhuǎn)移模式（STM）的通信網(wǎng)絡(luò)中，可實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的“動(dòng)態(tài)組合”（dynamic combination）。例如，在數(shù)字高清晰度電視節(jié)目中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)圖像細(xì)節(jié)較少的時(shí)刻。這時(shí)由于壓縮后的圖像數(shù)據(jù)量較少，便可插入其它業(yè)務(wù)（如電視節(jié)目指南、傳真、電子游戲軟件等），而不必插入大量沒(méi)有意義的“填充比特”。

10、很容易實(shí)現(xiàn)加密/解密和加擾/解擾技術(shù)，便于專(zhuān)業(yè)應(yīng)用（包括軍用）以及廣播應(yīng)用（特別是開(kāi)展各類(lèi)收費(fèi)業(yè)務(wù)）。

11、具有可擴(kuò)展性、可分級(jí)性和互操作性，便于在各類(lèi)通信信道特別是異步轉(zhuǎn)移模式（ATM）的網(wǎng)絡(luò)中傳輸，也便于與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通。

12、可以與計(jì)算機(jī)“融合”而構(gòu)成一類(lèi)多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，成為未來(lái)“國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施”（NII）的重要組成部分。

（作者單位：山東省沂水縣黃山鋪鎮(zhèn)委，山東 沂水 276420）