數(shù)字電視原理

胡曉華

摘要模擬的電視信號(hào)先經(jīng)脈沖編碼調(diào)制模擬形式轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，中間經(jīng)信源編碼、信道編碼，然后送入信道傳輸。數(shù)字電視的接收端是發(fā)送端的反過(guò)程，經(jīng)過(guò)譯碼后得到的數(shù)字信號(hào)又經(jīng)數(shù)／模轉(zhuǎn)器轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電視信號(hào)輸出。

關(guān)鍵詞抽樣量化編碼離散量

數(shù)字電視是一門新興的技術(shù)，隨著微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電視的各項(xiàng)進(jìn)展已使目前的電視系統(tǒng)發(fā)生了徹底的變革?，F(xiàn)存的電視系統(tǒng)就其本質(zhì)而言，在電視信號(hào)的產(chǎn)生、處理、傳輸、記錄和接收過(guò)程中，采用的都是模擬信號(hào)，即在時(shí)間和幅度上連續(xù)的信號(hào)，雖然在整個(gè)信號(hào)處理過(guò)程中，也用到許多數(shù)字技術(shù)，但被處理的信號(hào)仍然是模擬的。所謂數(shù)字電視是指從電視信號(hào)的源頭演播室開始，信號(hào)的描述、采集、錄制、編輯、發(fā)射以及信號(hào)的傳輸、接收均采用數(shù)字形式的電視系統(tǒng)。處理數(shù)字電視信號(hào)的設(shè)備稱為數(shù)字電視設(shè)備。它的研究已取得重大突破。所以雖然目前模擬電視系統(tǒng)發(fā)展大約有60多年的歷史，盡管在各方面有了許多改進(jìn)和提高，但由于它的本質(zhì)導(dǎo)致在傳輸和存儲(chǔ)上有難以克服的缺點(diǎn)：模擬信號(hào)在傳輸過(guò)程中，每增加一個(gè)處理電路環(huán)節(jié)，電視信號(hào)的信噪比就要下降幾個(gè)分貝，而且電路環(huán)節(jié)質(zhì)量越差，下降就越多，所以模擬電視系統(tǒng)傳輸電路環(huán)節(jié)較多時(shí)，信噪比就會(huì)有很大的下降，這是造成電視信號(hào)接收質(zhì)量不好的原因之一：其次，在電視節(jié)目制作過(guò)程中難以避免多次復(fù)制，而記錄模擬電視信號(hào)的錄象帶經(jīng)過(guò)多次復(fù)制后，信噪比會(huì)逐代下降。最終不能使用。而數(shù)字電視則從根本上克服了這兩大缺點(diǎn)，因此，數(shù)字電視系統(tǒng)取代模擬電視系統(tǒng)是發(fā)展的必然趨勢(shì)。

數(shù)字電視系統(tǒng)分高清晰度數(shù)字電視HDTV和標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)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(shù)字電視系統(tǒng)中，有三個(gè)相對(duì)成熟的標(biāo)準(zhǔn)制式，即：歐洲的DVB制、美國(guó)的ATSC制和日本的ISDB制。這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)互相獨(dú)立、互不兼容，具有各自的應(yīng)用領(lǐng)域。

歐洲的數(shù)字電視DVB(DigItal Video Broadcasting)標(biāo)準(zhǔn)，可以說(shuō)是這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用最為廣泛和靈活的標(biāo)準(zhǔn)，并已在歐洲啟動(dòng)實(shí)施。因其具有的開放性和靈活性，各國(guó)均可以在DVB標(biāo)準(zhǔn)下，根據(jù)自己的電視廣播特征。歐洲正大力推廣DVB標(biāo)準(zhǔn)，尤其是衛(wèi)星電視標(biāo)準(zhǔn)已成為一個(gè)全球化進(jìn)行合理的選擇。目前，歐洲的標(biāo)準(zhǔn)，不僅歐洲的衛(wèi)星廣播，包括我國(guó)在內(nèi)的幾乎所有國(guó)家的衛(wèi)星電視均采用DVB標(biāo)準(zhǔn)，還有許多國(guó)家和地區(qū)的地面數(shù)字電視廣播已采用或正準(zhǔn)備采用DVB—T標(biāo)準(zhǔn)，如歐洲的許多國(guó)家、英國(guó)、新加坡和澳大利亞在2001年元旦正式開播的數(shù)字電視地面廣播和HDTV廣播，均采用了DVB—T制式，我國(guó)香港地區(qū)也已決定采用歐標(biāo)DVB—T，所以，DVB的陣容是相當(dāng)龐大的。

美國(guó)的ATSC標(biāo)準(zhǔn)是1996年10月由美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)批準(zhǔn)的以HDTV為核心的地面廣播數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)。ATSC制規(guī)定，視頻圖象采用MPEG—2數(shù)字壓縮標(biāo)準(zhǔn)，音頻采用杜比AC—3音頻數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)，HDTV信號(hào)最終形成的數(shù)據(jù)流對(duì)射頻載波的數(shù)字調(diào)制采用8VSB方式。

數(shù)字電視在發(fā)送端將模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)傳輸后，在接收端進(jìn)入顯象管之前將數(shù)字信號(hào)變換成模擬信號(hào)。將模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)是基本的方法是脈沖編碼調(diào)制(PCM)。PCM系統(tǒng)中的發(fā)、收兩端實(shí)際是信號(hào)形成模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換過(guò)程。在發(fā)送端，模擬信號(hào)首先經(jīng)過(guò)抽樣、量化，然后編碼成數(shù)字信號(hào)。收端經(jīng)過(guò)譯碼和濾波，將數(shù)字信號(hào)還原成為模擬信號(hào)。

量化是用有限個(gè)幅度值來(lái)近似原來(lái)連續(xù)變化的幅度值，即將模擬信號(hào)的幅度離散化已抽樣信號(hào)雖然在時(shí)間上離散了，但是它的每一個(gè)取值仍然是一個(gè)連續(xù)量。由于連續(xù)量可能是無(wú)窮多個(gè)數(shù)值。因而用有限狀態(tài)的數(shù)字信號(hào)無(wú)法表示它。所以，為了使連續(xù)信號(hào)數(shù)字化，除了按規(guī)定抽樣外，還必須使每一個(gè)抽樣值近似地化為有限狀態(tài)的離散量。

編碼則是按一定規(guī)律把這有限個(gè)幅度值用數(shù)字來(lái)表示，再轉(zhuǎn)換成二值或多值的數(shù)字信號(hào)流。以二進(jìn)制碼元代表代碼是最常見(jiàn)的。N位二進(jìn)制碼元能代表個(gè)數(shù)值，選擇適當(dāng)?shù)腘，總是能夠代表有限個(gè)的數(shù)值。

量化，它可以把連續(xù)量化為離散量?？墒?，由于量化使離散量與原來(lái)的連續(xù)量間產(chǎn)生了差別。從信號(hào)傳輸觀點(diǎn)來(lái)看，量化將對(duì)信號(hào)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(dāng)于干擾或噪聲，故又稱為量化噪聲(或量化干擾)。從模/數(shù)變換過(guò)程看出，只要量化級(jí)分得足夠多，則量化噪聲就會(huì)相當(dāng)小。當(dāng)然，分級(jí)越多。所需編碼的位數(shù)就要增加，從而使編碼設(shè)備復(fù)雜化。因此。減少量化誤差與量化編碼的復(fù)雜性之間總是矛盾的。好在人眼對(duì)亮度變化的分辨率是有限的，所以，對(duì)于一般電視圖象信號(hào)而言。當(dāng)N=8，即量化級(jí)數(shù)為個(gè)量化等級(jí)時(shí)，PCM系統(tǒng)再生信號(hào)的圖象質(zhì)量。與原始模擬信號(hào)的圖象相比。人眼將察覺(jué)不出兩者的差異。

對(duì)彩色全電視信號(hào)進(jìn)行編碼，得到的數(shù)字電視信號(hào)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(hào)所要求的帶寬將近提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。目前用于廣播電視信號(hào)的主要是幀內(nèi)編碼。