有线数字电视讲座第一讲-数字电视广播系统-1概述

《中国有线电视》2004(01)

C H I N A C A B L ET E L E V I S I O N·实用连载·有线数字电视讲座

第一讲数字电视广播系统（1）

数字电视广播系统概述

□冯传岗，宋茜（泰州市广播电视局，江苏泰州225321）

中图分类号:T N949.197文献标识码:B文章编号:1007-7022(2004)01-0077-07

序言

电视是一个技术媒体,是人类通信技术与信息技术迅猛发展的产物。任何信息媒体都没有像电视这样依赖于技术,技术不仅是其得以存在的前提,更影响其传播的内容质量和方式,数字电视更是如此。

20世纪80年代欧洲率先提出数字电视的概念,随后,欧美国家的研发机构和企业在知识产权的经济利益趋动下,用了近8年时间,完成了数字电视技术的研发以及标准的制订,并先后于1998年和1999年分别开播了数字H D T V。

如今,人们越来越感到,发展数字电视的意义已经超出了数字电视本身,它将引发一场信息技术的革命,推动一个国家的产业换代,创造新的商业机会和就业机会,甚至导致资源和财富的重新分配,因而数字电视被各国视为新世纪的“战略技术”,美国已经宣布在2006年淘汰模拟电视,欧洲表示要在2010年实现数字电视的全面普及。

我国在数字电视领域一开始便与世界先进水平保持同步,是世界上第4个拥有自主知识产权数字H D T V收发系统的国家,我国彩电企业已掌握了H D T V的部分核心技术。但这些核心技术的实现,还需要国内许多基础工业的协同配合,才可能实现真正意义上的国产化,如高分辨率显像管、芯片等元器件,又如摄像、广播、C A(C o n d i t i o n a lA c c e s s:条件接收信息)软件及硬件、节目准备、适应H D T V的宽带I C P (互联网内容服务供应商)等配套设施,都对我国彩电工业以外的行业提出了新的课题。发展数字电视,绝非生产一种产品,不是一个企业、一个行业就能解决的事情,它需要广播电视(包括发送、传输、接收)、通信、计算机等领域以及科研、生产等部门的通力合作,需要较高的综合工业化水平和国家的强有力支持才能实现。

由于全国统一的数字电视标准方案仍在加紧试验,目前我国数字电视业正处在一个关键阶段,担负数字电视试点任务的北京、上海、深圳3地及国内有关科研院所和企业,不断推出与数字电视相关的新技术、新产品,并在有线电视网络、多媒体信息家电等领域进行有益的探索。

国家《广播电视“十五”规划》已明确了今后5至10年,我国以模拟技术为基础的传统广播电视技术体制将全面向以数字、网络技术为基础的新体制过渡,广播电视数字化、网络化进程将明显加快。我国的基本国情和当前广播电视的实际告诉人们,推进广播电视数字化、网络化,必须从C A T V入手,这是因为:

(1)广播电视的数字化和网络化是不可分割的统一整体,没有网络化,数字化的优势就难以发挥,没有数字化,网络化也不可能实现,只有两者结合,才能真正发挥其技术优势,才能产生良好的社会效益和经济效益。

(2)C A T V已成为我国广大人民群众接收广播电

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视节目的重要方式,拥有庞大的网络和用户群。

(3)C A D T V(C a b l eD i g i t a lT e l e v i s i o n:有线数字电视)传输、演播室、C A S(C o n d i t i o n a lA c c e s s S y s t e m:条件接收系统)等标准已经颁布实施,为C A T V网络的数字化提供了良好的技术保证和建设目标。

(4)近年来,中央及省级电视台的数字化进程加快,数字电视节目制作、播出能力基本具备,为

C A

D T V入户奠定了基础。

(5)C A T V用户主要集中在城市,集中在经济发达地区,这些地区人民群众物质生活水平较高,同时也要求不断提高精神文化生活质量,而人民群众对精神文化生活需求的提高,为广播电视数字化、网络化提供了不竭的动力源泉。

(6)推进C A D T V发展,可以拉动中国信息产业和民族工业的发展,拉动数字电视和C A D T V-S T B (S e t-T o p B o x:机顶盒)等电子信息产品的消费,信息产业部门也希望与广播电视系统一起尽快进行C A D T V的传输。

目前,我国的数字电视时间表也基本确定:2000年和2001年是我国数字电视广播试验年,在北京、上海、深圳3个城市进行数字广播试验;2002年,具有独立知识产权的我国数字电视系统标准也基本确定; 2003年将在全国更大范围内进行数字电视商业广播试验;2005年全国1/4的电视台将发射和传输数字电视信号;2010年我国计划全面实现数字广播电视; 2015年停止模拟广播电视的播出,数字电视基本上成为我国电视播放主力。

2003年,国家广电总局关于数字电视“三步走”的战略明确了今后几年的广播电视数字化方向:第一步,在前两年C A D T V试验的基础上,2003年开始大力发展C A D T V。

第二步,2005年开始开展卫星直播业务。

第三步,2008年大力发展地面数字电视。

“三步走”的总体思路为:

(1)战略上整体转换,大力推广S T B,将现有模拟用户整体转换为数字用户,为进一步开展数字电视业务打下基础。

(2)在开展业务上分层递进,先从基本业务开始,使用户端实现数字化。

(3)逐步增加付费、增值等新业务,从而引导消费,培育市场,为国民经济的发展不断注入活力。

(4)在实施步骤上以点带面,按照不同区域和不同运营模式,选择试点城市和网络,取得经验后,在全国推广。

数字电视的开发将促进我国彩电业的结构调整和产业升级,我国现有地面广播电视台和C A T V网络公司总数超过2000家,彩电总拥有量超过1亿多台,彩电及其相关产品的产值占我国信息产品制造业的30%～40%。

数字电视将成为我国经济新的增长点。从模拟电视广播向数字电视广播的过渡,将带来上万亿元的市场。据有关部门预测,2005年中国数字电视接收机和S T B的年销售量将从2003年的不到100万台增至1500万台,年产值可达600亿元。到2010年,全球数字电视及其相关产业产值每年将达到3000亿美元。我国有3.6亿个家庭,如果有15%的家庭购买数字电视,年销售额将在1000亿元以上。在全世界每年1000亿美元的数字电视市场上,我国将可能占有150亿美元的市场份额。到2008年,主要城市将普及数字H D T V的商用播出,北京奥运会将以数字H D T V向世界转播。

因此,我们编写了这套讲座,以期对C A T V工程技术人员有所帮助。

1数字电视是通信技术与信息技术迅猛发展的产物电视技术,经历着从黑白电视到彩色电视的发展过程。今天,电视使用范围早已超越了广播娱乐界,并深深地扩展到文化教育、科研管理、工矿企业、医疗卫生、公安交通、军事宇航等各个重要部门。

随着信息时代和知识时代的到来,信息技术和数字技术得到了巨大的发展,电视技术在历经了从黑白电视到彩色电视的革命性转变后,自然而然地进入了从模拟电视到数字电视的第二次革命。

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。采用数字技术不仅使各种电视设备获得比原有模拟式设备更高的技术性能,而且还具有模拟技术不能实现的新功能,使电视技术进入崭新时代。

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冯传岗等:第一讲:数字电视广播系统《中国有线电视》2004年第01期

传统的模拟电视最大的缺点是:逐级放大的传输方式容易产生噪声积累,通过长距离传输后信噪比恶化,图像清晰度受到损伤,图像对比度产生较大的畸变,相位失真造成色彩失真。此外,模拟电视还存在稳定性较差、可靠性低、调整繁杂、不便集成、自动控制困难以及成本昂贵等缺点。

电视从黑白到彩色体制的转变,走的是一条体制兼容的技术发展路线,这种平滑的过渡方式有效地保护了公众的投资利益。因而,人们在进一步提高画面清晰度的努力中,很自然地考虑到未来的H D T V (H i g hD e f i n i t i o nT e l e v i s i o n:高清晰度电视)和常规电视体制的兼容问题,即采用模拟技术来增加构成电视画面的扫描线数,提高图像清晰度(我国现有的P A L 制电视一幅画面由625行扫描线组成,日本和北美等国的N T S C制为525行扫描线),使电视最终与电影院的画面质量相媲美。

从20世纪70年代开始,日本研制了扫描线为1125行的电视系统,到了80年代,欧洲尤里卡计划研制出的1250行的电视系统,向大众展示了高清晰度电视画面的魅力,并成功地在洛杉矶和巴塞罗那奥运会中实现转播,大大激发了观众对高清晰度电视的兴趣。以模拟方式实现的高清晰度电视在日本得到了较好的发展,到2001年,日本本土已拥有100万台模拟高清晰度电视接收机。

但好景不长,进入20世纪90年代后,以数字压缩技术为代表的图像编解码技术、数字通信技术得到迅速发展,出现了许多数字电视系统的不同实现方案。同时,图像压缩和集成电路技术的实用化,使数字图像技术走向千家万户,V C D/D V D视盘机成为最大众化的数字图像技术产品。

数字电视系统为改善声音和图像质量提供了新的方式,同时也大大提高了传送信号的频率资源的利用率。采用模拟技术也可以提高图像质量,但它却造成了频率资源的消耗(传送高清晰度信号要占用更多的频率带宽)。数字电视系统能取代模拟系统的最重要特征是:信息的数字化。我们知道,计算机和I n t e r n e t 的发展得益于公众信息的数字化。人类认识外部世界,进行相互交流的信息主要来源于图像、声音和文字,而这类信息通过数字化,变成了由“0”和“1”构成的统一数字世界,所有的信息在数字世界里的传播、转换和处理变得非常容易。因此,电视的数字化不仅仅带来画面质量的提高,更重要的是它提供了信息融合与共享的途径,数字电视的普及成为建设国家信息化基础设施的一个重要组成部分。数字化使得广播电视网能够和电信网、计算机网相连接,这将成为数字电视未来的发展方向。为实现这一目标,人们应该放弃与模拟电视体制的兼容性,去实现一种对于信息化意义更加深远,同时具备获得更高电视图像质量的数字电视系统。

电视数字化革命的必然性根源于它的相对优势。

(1)采用先进的图像压缩编码技术,因而每套节目占用的频带窄,可以充分利用频率资源。例如,在C A T V中,原来的一个模拟电视频道可以用来传送6～8套具有标准清晰度的数字电视节目,对用户来说,这意味着可选择的节目将更加丰富,同时,大容量的节目、低廉的传输成本和广泛的收视将使网络运营费用大幅度降低。

(2)图像清晰度高,音频效果好,抗干扰能力强。数字电视信号的信噪比与连续处理的次数无关,在传输过程中,不会降低信噪比,这与模拟信号在传输过程中噪声会逐步积累不同;它不受地理因素的限制,几乎可以无限扩大覆盖面。因此,数字电视清晰度高,在接收端看到的电视图像及听到的声音质量非常接近演播室水平。

(3)伴音质量大幅度提高。目前的模拟电视伴音是单声道的,只有个别电视台刚开始试播双声道的丽音,而数字电视可以提供5.1的环绕立体声。

(4)数字电视采用大规模集成电路,结构更加简单,成本进一步降低,可靠性比模拟电视更高。

(5)易于实现信号的存储,而且存储时间与信号的特性无关,保证了现有模拟电视画面的格式,只要在普通电视机前加装数字电视机顶盒即可接收数字电视节目,电视台的电视节目制作设备也可沿用。

(6)由于采用数字技术,数字电视有利于实现

C A T V网与计算机网的融合,从而可以大大扩展服务内容。对用户来说,这意味着可以从被动地收看变成主动地准交互(本地交互)、交互地收看电视节目。而且随着节目资源的丰富,用户可以获得更多的娱乐性节目,同时可获得各类针对性的信息,如财经信息等,还可获得其他服务,如付费节目、按次计费节目、电影选播系统、歌曲点播、新闻选取、电视在线教育、电视邮件、电视购物、数字电子游戏、居家银行及I n t e r n e t浏览等新颖服务。

(7)很容易实现加密/解密和加扰/解扰技术,便于开展各类收费业务,并且通过条件接收系统的应用,可以实现对用户的良好管理,确保资金的有效回收。

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《中国有线电视》2004年第01期冯传岗等:第一讲:数字电视广播系统

(8)数字电视和模拟电视是两种完全不同的技术,模拟电视的视频信号和传输的高频调制信号均采用模拟信号,而数字电视则采用压缩的数字编码视频信号,并由不同的数字信道编码实现信号的传输。

电视数字化的技术优势,无论是对于消费者,还是对于相关企业,甚至是对于整个电子产业、广播行业,都意味着一场巨大的变革。对于消费者而言,数字电视不只是图像更清晰、声音更逼真、屏幕更大以及频道更多,而且集电视、电脑、电信的功能为一体,使电视的用途由单一性向多元化发展,成为千家万户进入信息高速公路的便捷通道。对于电视机厂家、电视台、电视制作和传播媒体而言,数字电视的出现既是一种挑战又是一种机遇,它所带来的电视市场的扩容潜力将无可估量,利用数字电视的交互式特点,开展各项增值业务,将推动多种行业的发展。

2数字电视与模拟电视

高清晰度数字电视作为一种全新的数字电视,实现了电视节目从摄制、记录、播出、传输到接收整个系统的数字化,是对现有电视广播系统的整体变革。具体来讲,数字高清晰度电视采用数字摄像机、数字录像机等数字设备完成节目的制作和编排,电视信号的发射、传输和电视接收机接收到的载波信号均为数字载波信号,数字电视接收机内部则全部采用数字信号处理电路。数字电视与模拟电视的最大区别在于:数字电视载波传输的为数字信号,模拟电视载波传输的为模拟信号。因此,数字电视与传统模拟电视系统和近年来市场上出现的载波仍然传输模拟信号,仅在电视接收机内部信号处理电路上作部分数字化处理的数字化彩电相比有了质的变化。模拟电视和数字电视的区别如表1所示。

表1模拟电视和数字电视的区别类别模拟电视数字电视

描述采用模拟信号

传输电视图像、

伴音、附加功能

等信号。

采用数字信号传输电视图像、伴

音、附加功能等信号。

信源编解码因为信号量不

大,所以不存在

信息编码压缩

问题。

电视信号数字化后,其信号的数

据传输率很高,可达1G b/s,因

而必须采用良好的数据编码压

缩技术,这是数字电视首要的技

术难点。

复用

无复用器,视

频、音频信号分

别传输。

将编码后的视频、音频、辅助数

据信号分别打包后复合成单路

串行的比特流,这使数字电视具

备了可扩展性、分级性、交互性、

与网络互通性的基础。

信道编

解码,调

制解调

图像信号按行、

场排列,具有

行、场同步信

号、前后均衡脉

冲等,并对视频

信号有补偿处

理。调制方式

一般采用调频

或调幅。

因为有压缩及复用,所以传输时

的信号不再有场、行标志及其概

念。通过纠错、均衡来提高信号

的抗干扰能力,调制采用Q AM,

C O F

D M等新方法,而且同一种

调制方法随着技术的改进,传输

效率会得到大幅度提高,每套节

目所占的带宽会越来越小。

特点

信号量少,技术

成熟,价格便

宜。

信号在传输中不易失真,清晰度

高,占用频带窄,例如P A L信道

可播放4套标准格式数字电视。

数字电视信号可方便地在数字

网络中传输,与计算机具有良好

接口,今后的数字电视会象计算

机一样具有插板结构,可进行系

统升级。

在传输方式上,模拟传输是把信息作为连续不间

断的信号处理,数字传输是把信息作为离散的数值信

号处理,即:在振幅调制和频率调制的模拟传输方式

中,是让载波的振幅、频率等参数与所发送信息量成比

例地变化,以此来实现信息的传输;而在数字传输方式

中,通常是采用载波,但也会用脉冲串取代载波,并根

据脉冲的有无来实现信息的传输。所以在传输中,数

字信号比模拟信号抗干扰能力强。

3电视接收机的数字化与数字电视接收机

电视接收机的数字化是在现有模拟彩色电视体制

下,充分利用目前数字图像处理技术和微电子技术的

研究成果,在接收机内部对模拟的彩色电视信号图像

进行数字化的处理,以求获得更好的图像重现的效果,

从本质上讲,这种数字化电视接收机仍属于模拟电视

的范畴。

数字化电视接收机接收的仍然是模拟电视体制发

送的模拟信号,而数字化电视接收机与数字电视接收

机的最大区别是对信号处理的方法不同,见图1。

显然数字化电视接收机是从模拟电视至数字电视

的一种过渡性产品,它不具备数字电视接收机的功能,

而是提高模拟电视机整体品质的一个重要阶段。同

时,数字电视的视频信号显示仍然采用模拟视频信号,

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冯传岗等:第一讲:数字电视广播系统《中国有线电视》2004年第01期

a

模拟电视接收机信号处理

b

数字化电视接收机信号处理

c 数字电视接收机信号处理

图1 模拟电视、数字化电视和数字电视接收机的信号处理

因此,数字化电视机在电视全面数字化以后,仍可以作为不可缺少的显示器存在。与数字电视接收机相比,数字化电视接收机相对便宜,与传统模拟电视机相比,数字化电视接收机有以下优点:

(1)采用双倍扫描技术,清除了目前50场/s 扫描

带来的大面积闪烁感,对视觉有益;(2

)图像达到了逐行显示的标准V G A ,可成为计算机终端显示器;

(3)采用数字降噪技术可减轻画面噪点;(4)数字梳状滤被器的使用可以使亮色完全分离,消除串扰;

(5

)易于实现多视窗、画中画、画外画、视窗放大和静止画面等功能。

4 普通电视与高清晰度电视

随着社会的发展,普通电视的显示效果已越来越不能满足人们的需求,人们追求的目标是增强观看电视的真实感,也就是要使观看者有身临其境的感觉。有关研究的结果表明必须增加图像的宽度,使它和人的视觉系统的视场相适应,还要使图像的总面积增加。为达到这一目的,可以通过改善普通电视的宽高比和增加屏幕尺寸来实现这个目标,但仅采取这个措施是不行的,这样会使观看者感到图像的分解力下降,并使光栅的结构明显。要避免出现这种情况,就需采用有能产生更多扫描线的扫描格式,同时在模拟电视系统中,就要通过增加传输带宽以便容纳更高的水平分辨

率和更宽的图像格式。

一般来说,高清晰度电视系统的设计要求是需要达到观看者在大约3倍图像高度的距离处能清楚看到或接近看到图像细节的程度,使视力正常的观看者具有象看见原始景物的感觉,图像质量的视觉效果可达

到或接近35m m 宽银幕电影的显示水平。高清晰度电视应该具有以下鲜明的特点:

(1

)图像清晰度在水平和垂直方向上均是普通电视的2倍以上;

(2)扩大了彩色重显范围,使色彩更加逼真,还原效果好;

(3)画面宽高比从普通电视的4.3变为16.9,符合人眼的视觉特性;

(4)具有高保真多声道环绕立体声;(5

)具有大屏幕显示器。从高清晰度电视的发展过程来看,高清晰度电视

有模拟高清晰度电视和数字高清晰度电视,但目前电视的全数字化是各国电视发展的统一趋势,因而现在一般所说的H D T V 应该主要是指数字高清晰度电视。5 数字标准清晰度电视和高清晰度电视

数字电视的图像显示格式有许多种,F C C (F e d -e r a l C o m m i s s i o n o f C o m m u n i c a t i o n s :美国联邦通信委员会)曾经定义了多达18种电视图像显示格式。不同图像显示格式的区别主要在于图像质量和信道传输所占带宽的不同。为了规范数字电视的清晰度能力,F C C 提出数字电视清晰度的3个不同等级:H D T V ,

E D T V (E n h a n c e dD e f i n i t i o nT e l e v i s i o n :增强清晰度)和S D T V (S t a n d a r d D e f i n i t i o n T e l e v i s i o n :标准清晰度),并在I E C (I n t e r n a t i o n a lE l e c t r o t e c h n i c a lC o m -m i s s i o n

:国际电工委员会)标准中得以确定。从视觉效果来看,数字H D T V 产品的图像质量可达到或接近35m m 宽银幕电影的水平(大约900电视线以上)

,S D T V 产品主要是对应现有电视的分辨率量级,可达到500～600电视线,其图像质量为演播室水平,E D T V 则介于两者之间,

见表2。表2中,720×576i 表示显示正程图像水平像素点为720,扫描线为576行,i 表示为隔行扫描方式,p 表示逐行扫描方式,X 为必备,X 1为至少支持两种之一,O 为可选。

数字电视的接收,可以采用解调解码器,通常也称为S T B 和电视监视器的组合来接收,也可用两者一体化的数字电视接收机来接收。在表2中将两种接收方式分开列出,便于确定功能。

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8《中国有线电视》2004年第01期 冯传岗等:

第一讲:数字电视广播系统

表2 不同清晰度产品的规定

产品定义

视频格式

E

D T V 监视器H D T V 监视器

E D T V 解调

解码器H D T V 解调

解码器

50H z 国家

S D T V

720×576i 50H z O O O O

E D T V

640×480p 60H z X X

E D T V 720×576p 50H z X X

X 1

X 1

H D T V 1280×720p

50H z

O

H D T V 1920×1080i

50H z O

X 1

O X

O X

60H z 国家

S D T V

720×576i 50H z O

O

O O

E D T V

640×480p 60H z X X X 1X 1

E D T V 720×576p 50H z X X

H D T V 1280×720p

50H z

O X 1O X

H D T V 1920×1080i

50H z

O

O X

图2 数字电视广播系统的原理框图

在我国,

仅规定S D T V (720×576i )和H D T V (1920×1080i )两种规格,场频率采用50H z 还是60H z 尚未正式确定。

6 数字电视的主要传输方式

根据不同的传输信道,数字电视可分为3种不同的信号

传输方式。

6.1 卫星数字电视

卫星数字电视通常采用Q P S K (Q u a t e r n a r y

P h a s eS h i f tK e y i n g :键控移相调制),其调制效率高,要求传送途径的信噪比低,适合卫星广播。卫星数字电视是数字电视得到最早应用的技术,卫星传播方式覆盖面广,接收设备成本也不高,卫星数字电视广播和卫星直接到户的接收方式已经相当普遍。

6.2 C A D T V

C A

D T V 通常采用Q AM (Q u a d r a t u r eA m p

l i t u d e M o d u l a t i o n :

正交振幅调制),其调制效率高,要求传送途径的信噪比高,适合在传输环境最好的光纤和同轴电缆中传输。利用C A T V 网中H F C 网相对较好的传输环境,数字电视在C A T V 网中传输可以得到更高的效率,在具备双向传输的C A T V 网里,可开展多种数字电视交互业务。

6.3 地面数字电视

由于地面传输环境复杂,信号在传输路径上有建

筑物等遮挡造成信号回波反射,技术实现难度较大,同时这也是国际上数字电视传输标准最不统一的领域,目前有北美、欧洲和日本3种不同的地面传输体制,相互不兼容,并均提交成为I E C 标准。

数字电视广播系统的原理见图2,在音频和视频信号从模拟转换成数字后,它们被压缩。数据信号包括E P G (E l e c t r o n i cP r o g r a m G u i d a n c e :电子节目指南),S I (S e r v i c e I n f o r m a t i o n :业务信息)等,与压缩后的音频和视频信号一起进行数据拼接,在信道编码之后,数据流被调制,然后经过卫星、地面和电缆进行传输。

7 数字电视系统的主要技术内容

数字电视系统是综合现代计算机技术、通信技术、多媒体技术和电视技术的产物,主要体现在信源编解码、信道编解码、数字调制、业务信息和业务系统等方面。

在现代通信技术中,传送信息的速率和信息传送的可靠性是评价系统性能的重要指标。在现实世界

里,基本的限制条件影响到任何通信系统的性能,没有哪一个物理系统能够对各种变化作出瞬时响应,系统能够可靠地处置的频率范围也是有限的,显然,可靠性和信息传输速率通常是相互矛盾的。对于给定系统而言,较高的传输速率一般意味着较低程度的可靠性,或者反之,为了有效地在两者间达到平衡,必须改善通信系统的有效性和健壮性,信源编码(S o u r c eC o d i n g )和信道编码(C h a n n e l C o d i n g )是完成这种任务的两种方法,数字电视开创性的工作首要集中在这两个互相制约的技术领域。

2

8冯传岗等:第一讲:数字电视广播系统 《中国有线电视》2004年第01期

信源编码:大多数信息源产生的信号都包含信息的冗余度,信源编码则尽可能去除这种冗余度,并提供方法使接收端可以有效且高保真地恢复原始信息。

信道编码:为保证信息可靠地在不同传输介质中传递,某些冗余度必须以受控制的方式增加到信号中,以便于传输误码的检测和纠正,这个过程就称为信道编码。

简言之,信源编码压缩原始信息,而信道编码则对原始信息进行扩张,前者是提高信息传送速率,后者是保证信息传送的可靠性。

7.1数字电视的信源编解码技术

7.1.1视频编解码技术

数字电视尤其是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1920×1080显示格式下,数字化后的码率在传输中高达995M b/s,这比现行模拟电视的信息传输量大得多,因而数字电视的图像不能像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。视频编码技术的主要功能是完成图像的压缩,使数字电视的信号传输量由995M b/s减少为20～30M b/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,那么就不必把所有像素存储。

(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,人眼对比较敏感的信息,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,则其精值越大,表示信息量越大,需分配较长的码字;反之,发生的概率越大,则其精值越小,只需分配较短的码字。

7.1.2音频编解码技术

音频信号的压缩编码主要利用人耳的听觉特性。

(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)听觉的方向特性。对于2k H z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储。

7.1.3信源编解码的相关标准

国际上对数字图像编码曾制订了3种标准:主要用于电视会议的H.261,J P E G(J o i n tP h o t o g r a p h i c E x p e r t sG r o u p:联合摄影专家组,主要用于静止图像的标准)标准,M P E G(M o t i o nP i c t u r e sE x p e r tG r o u p:运动图像专家组,主要用于连续图像的标准)标准。

在数字电视视频压缩编解码标准方面,美国、欧洲、日本没有分歧,都采用M P E G-2标准。

在音频编码方面,欧洲、日本采用M P E G-2标准,美国采用D o l b y A C-3(数字音频压缩标准,杜比实验室5.1声道环绕声编码),M P E G音频为备用方案。

7.2信道编解码及数字调制

数字电视信道编解码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,调制则把传输信号放在载波或脉冲串上,为发射做好准备。目前所说的各国数字电视的制式标准不能统一,主要是指各国在抗干扰能力方面的不同,具体包括纠错、均衡等技术的不同,带宽的不同,各国技术的最大差别在于调制方式的不同。

7.3信息和数据的拼接复用

信息数据的拼接是把数字视频、数字音频以及其他数据结合在一起,称为信息数据的复用,数字电视的信息数据复用采用M P E G-2系统层规范。在M P E G 节目和传输流中,音频和视频是作为分开的数据包送出的,为了使音频和视频在接收端同步,每个包都有P T S(P r e s e n t a t i o n T i m eS t a m p:表达时间信息的标记)。拼接是将视频、音频、辅助数据等编码器送来的数据比特流通过一个数据打包器打包,实现信息数据分组,然后再复用成单路数据比特流。复用要解决单个节目中音频、视频和数据的同步,以及在多个节目拼接后,保持这种同步关系,复用后的单路数据比特流,送到信道编码及调制设备中,通过网络进行传输。

7.4数字电视的条件接收

C A S根据数字信号加密保密性强的特点,可以按不同分组的情况对不同数字电视节目频道进行收费管理,从根本上解决电视节目收费难的困扰,其技术途径是通过对数字电视信号进行数字加扰,实现传输码流中所含的视频和音频信息以及数据信息的加扰,同时将加扰处理的控制字经加密后形成加密信息随传输流

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《中国有线电视》2004年第01期冯传岗等:第一讲:数字电视广播系统

《中国有线电视》2004(01)

C H I N A C A B L ET E L E V I S I O N·综合管理·

播控机房计算机管理系统

□赵为（扬州市广播电视中心，江苏扬州225009）

摘要:根据设计制作《播控机房计算机管理系统》的实际情况,偏重于软件工程及系统设计角度,简要介绍在编程实际工作中遇到的问题、解决的办法、设计的心得。

关键词:管理信息系统;系统设计;模块;数据分析;优化;测试

中图分类号:T N948.12文献标识码:C文章编号:1007-7022(2004)01-0084-03

M a n a g e m e n t S y s t e mo nC o m p u t e rB r o a d c a s t i n g a n dC o n t r o l i n g R o o m

□Z HA O W e i

(Y a n g z h o uB r o a d c a s t i n g T V C e n t e r,J i a n g s uY a n g z h o u225009,C h i n a 777777777777777777777777777777777777777777777777777

)

一起传送。在用户端,未经授权的用户将不能对付费节目进行解扰,因此无法收看该节目。条件接收是现代信息加密技术在数字电视领域的具体应用,一方面实现了节目与信息的分类和收费管理,另一方面给节目与信息通过广播信道传送提供一种安全机制。

7.5业务信息和业务系统

数字电视已成为信息技术的一个分支,数字化带来了电视业务种类的多样化,业务的开展和运行需要软件运行环境的支持,即所谓的“中间件”。中间件系

统的出现使得业务应用软件不再依赖于各个硬件平台,系统集成的时间因而也大大缩短。中间件规定了一组A P I(A p p l i c a t i o nP r o g r a mI n t e r f a c e:应用编程接口),统一了业务应用软件的运行环境。业务系统关注的是中间件所提供的功能和标准化及开放性程度,提供开放性内容的表达、程序化运行的H TM L(H y p e r-t e x tM a r k u p L a n g u a g e:超文本描述语言)和J a v a(新型计算机程序语言)语言成为开放性中间件的构成基础。表3列出各国数字电视的主要标准。

表3各国数字电视的主要标准

类别

美国标准A T S C欧洲标准D V B日本标准I S D B

地面卫星有线地面卫星有线地面卫星有线调制方式8V S B/16V S B Q P S K Q AM2k/8k C O F D M Q P S K Q AM分段C O F D M Q P S K Q AM

视频编码方式M P E G-2M P E G-2M P E G-2

音频编码方式A C-3M P E G-2M P E G-2

复用方式M P E G-2M P E G-2M P E G-2

中间件D A S E D V B-MH P I S D B-B M L (未完待续)

[收稿日期:2003-11-19]作者简介:赵为(1973-),男,工程师,主要从事有线电视技术工作。

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