《數(shù)字電視技術(shù)》課件1

第1章數(shù)字電視概述

1.1基本定義

1.2數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)

思考練習(xí)題1.1基本定義

模擬電視最明顯的缺點(diǎn)是，在傳輸過程中，圖像質(zhì)量的損傷是累積的，即信號(hào)的非線性累積使圖像對(duì)比度產(chǎn)生越來越大的畸變，長距離傳輸后圖像的信噪比下降，圖像清晰度越來越低，相位失真的累積使圖像產(chǎn)生彩色失真、鑲邊和重影。模擬電視容易產(chǎn)生亮、色信號(hào)串?dāng)_，行蠕動(dòng)，半幀頻閃爍等現(xiàn)象。模擬電視還有穩(wěn)定度差、可靠性低、調(diào)整不便、集成與自動(dòng)控制困難等缺點(diǎn)。

數(shù)字電視是從節(jié)目采集、編輯制作到信號(hào)的發(fā)送、傳輸和接收全部采用數(shù)字處理的全新電視系統(tǒng)，它利用了先進(jìn)的數(shù)字圖像壓縮技術(shù)、數(shù)字信號(hào)糾錯(cuò)編碼技術(shù)、高效的數(shù)字信號(hào)調(diào)制技術(shù)等。在處理、傳輸信號(hào)過程中引入的噪波，只要幅度不超過一定的門限，都可以被清除掉；即使有誤碼，也可利用糾錯(cuò)技術(shù)糾正過來。所以，數(shù)字電視接收的圖像質(zhì)量較高。數(shù)字電視采用壓縮編碼技術(shù)，在只能傳送一套模擬電視節(jié)目的頻帶內(nèi)可傳送多套數(shù)字電視節(jié)目，使電視頻道數(shù)迅速增多。數(shù)字電視便于開展多種數(shù)字信息服務(wù)，如數(shù)據(jù)廣播、文字廣播等。數(shù)字電視容易實(shí)現(xiàn)加密、加擾，便于開展各類收費(fèi)業(yè)務(wù)。

1.數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的構(gòu)成

圖1-1是數(shù)字電視廣播系統(tǒng)方框圖。該系統(tǒng)由信源編碼、多路復(fù)用、信道編碼、調(diào)制、信道和接收機(jī)等六部分組成。圖1-1數(shù)字電視廣播系統(tǒng)方框圖

信源編碼是對(duì)視頻、音頻、數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼的過程。大部分?jǐn)?shù)字電視按照MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行信源編碼。輔助數(shù)據(jù)可以是獨(dú)立的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),也可以是和視頻、音頻有關(guān)的數(shù)據(jù),如字幕等。信源編碼是為了提高數(shù)字通信傳輸效率而采取的措施,它通過各種編碼盡可能地去除信號(hào)中的冗余信息,以降低傳輸速率和減小傳輸頻帶寬度。

多路復(fù)用是將視頻、音頻和數(shù)據(jù)等各種媒體流按照一定的方法復(fù)用成一個(gè)節(jié)目的數(shù)據(jù)流,將多個(gè)節(jié)目的數(shù)據(jù)流再復(fù)用成單一的數(shù)據(jù)流的過程。

信道編碼是指糾錯(cuò)編碼。信道編碼是為提高數(shù)字通信傳輸?shù)目煽啃远扇〉拇胧榱四茉诮邮斩藱z測(cè)和糾正傳輸中出現(xiàn)的錯(cuò)誤,信道編碼在發(fā)送的信號(hào)中增加了一部分冗余碼,因此增加了發(fā)送信號(hào)的冗余度,即通過犧牲信息傳輸?shù)男蕘頁Q取可靠性的提高。為了達(dá)到數(shù)字通信系統(tǒng)的高效率和可靠性的最佳折中,信源編碼和信道編碼都是必不可少的處理步驟。

調(diào)制是指為了提高頻譜利用率,把寬帶的基帶數(shù)字信號(hào)變換成窄帶的高頻載波信號(hào)的過程。應(yīng)根據(jù)傳輸信道的特點(diǎn)采用效率較高的信號(hào)調(diào)制方式,常用的方式有QAM、QPSK、TCM、COFDM和VSB。

信道有衛(wèi)星廣播信道、有線電視廣播信道和地面無線廣播信道等。衛(wèi)星廣播著重于解決大面積覆蓋;有線電視廣播著重于解決城鎮(zhèn)等人口居住稠密地區(qū)“信息到戶”的問題;地面無線廣播由于其獨(dú)有的簡(jiǎn)單接收和移動(dòng)接收的能力,能夠滿足現(xiàn)代信息化社會(huì)“信息到人”的基本需求。

接收機(jī)的功能包括調(diào)諧、解調(diào)、信道解碼、解復(fù)用、視/音頻解壓縮、顯示格式轉(zhuǎn)換等。

2.SDTV和HDTV

數(shù)字電視分為標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視和高清晰度電視。

標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視SDTV(StandardDefinitionTelevision)是指質(zhì)量相當(dāng)于目前模擬彩色電視系統(tǒng)(PAL、NTSC、SECAM)的數(shù)字電視系統(tǒng)，也稱為常規(guī)電視系統(tǒng)。其定義是，ITU-R601標(biāo)準(zhǔn)的4∶2∶2的視頻，經(jīng)過某些數(shù)據(jù)壓縮處理后所能達(dá)到的圖像質(zhì)量。其清晰度約為500電視線，視頻數(shù)碼率約為5Mb/s。

高清晰度電視HDTV(HighDefinitionTelevision)是指水平清晰度和垂直清晰度大約為目前模擬彩色電視系統(tǒng)的兩倍，寬高比為16∶9的數(shù)字電視系統(tǒng)。根據(jù)ITU的定義，一個(gè)具有正常視覺的觀眾在距離高清晰度電視機(jī)大約是顯示屏高度3倍的地方所看到的圖像質(zhì)量應(yīng)與觀看原景象或表演時(shí)所得到的印象相同。其清晰度應(yīng)在800電視線以上，視頻數(shù)碼率約為20Mb/s。

國際電聯(lián)在ITU-RBT.1201建議書中提出了超高清晰度成像HRI(HyperhighResolutionImaging)的若干標(biāo)準(zhǔn)，其基本要素是圖像的最小分辨率為1920×1080，傳輸速率為60幀／秒。HRI分為HRI0～HRI3四個(gè)等級(jí)，其空間分辨率分別為1920×1080、3840×2160、5760×3240、7680×4320，其量化比特?cái)?shù)分別為10、10、12、12，不壓縮數(shù)據(jù)速率分別為2.5Gb/s、10Gb/s、40Gb/s、72Gb/s，傳輸速率分別為60～80Mb/s、100～150Mb/s、150～600Mb/s、150～600Mb/s。目前按此建議研制的超高清晰度圖像可用于醫(yī)療、印刷、電影、電視和計(jì)算機(jī)圖形等領(lǐng)域。1.2

數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)

與模擬電視相比,數(shù)字電視的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.圖像傳輸質(zhì)量較高

模擬電視圖像信號(hào)在傳輸過程中因受到傳輸信道的幅頻特性、微分增益、微分相位特性和噪聲干擾等的影響,造成圖像的明顯損傷,在多次轉(zhuǎn)換傳輸過程中,損傷累積,導(dǎo)致圖像質(zhì)量不斷下降。這些影響對(duì)于數(shù)字電視信號(hào)來說是不存在的。數(shù)字電視信號(hào)在傳輸過程中只要噪波幅度不超過額定值,通過整形就可將數(shù)字信號(hào)復(fù)原,即使噪波幅度超過額定值而造成誤碼,也可利用糾錯(cuò)編碼技術(shù),在接收端把誤碼糾正過來。所以,數(shù)字電視在傳輸中可以保持圖像信號(hào)的信噪比基本不變,接收端的圖像質(zhì)量基本與發(fā)送端一致。在模擬電視中常有的模糊、重影、閃爍、雪花點(diǎn)、網(wǎng)狀干擾、色調(diào)畸變等現(xiàn)象在數(shù)字電視中幾乎沒有。

2.具有數(shù)字環(huán)繞立體聲伴音

數(shù)字電視伴音采用AC-3或MUSICAM環(huán)繞立體聲,包括左、右、中、左環(huán)繞、右環(huán)繞五個(gè)全頻帶聲道和一個(gè)限制帶寬的超低音聲道,稱之為5.1聲道。它具有穩(wěn)定的聲場(chǎng)中心,可確保音響方向的穩(wěn)定性和透明度。兩個(gè)環(huán)繞聲道能提供很大的最佳可聽區(qū),超低音聲道的動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)100dB,使聲音表現(xiàn)力更強(qiáng)。它同時(shí)還具有多語種功能,收看同一節(jié)目時(shí)可以選擇不同語種的伴音。

3.頻譜資源利用率高

頻譜資源是重要的國家資源。模擬電視的頻譜資源有限,因一套模擬電視節(jié)目要占用36MHz帶寬的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器,占用8MHz的地面電視廣播和有線電視頻帶。而數(shù)字電視則采用壓縮編碼技術(shù),在36MHz的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中可傳送10套SDTV節(jié)目,顯示清晰度約為500線,在一個(gè)8MHz頻道內(nèi)可傳送8套以上的SDTV節(jié)目;可實(shí)現(xiàn)數(shù)百個(gè)電視頻道同時(shí)傳送豐富多彩的電視節(jié)目,以滿足不同行業(yè)、不同層次、不同愛好的觀眾的不同需要。

4.多信息、多功能

在數(shù)字電視通信中允許不同媒體(文字、數(shù)據(jù)、聲音、圖像)、不同等級(jí)(HDTV、SDTV)、不同制式(不同寬高比、不同聲道數(shù))的信號(hào)在同一信道中傳輸,用同一臺(tái)接收機(jī)接收。這樣不僅使信息源更為豐富,還可以增加用戶與各種信息源之間的交互性。用戶可以自由點(diǎn)播節(jié)目,撥打可視電話,查詢圖文信息,實(shí)現(xiàn)電子商務(wù)、網(wǎng)上購物、網(wǎng)上教學(xué)、網(wǎng)上醫(yī)療、網(wǎng)上游戲等多種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。(在8MHz帶寬內(nèi)采用64QAM調(diào)制,可以達(dá)到32~38Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。)

5.設(shè)備可靠,維護(hù)簡(jiǎn)單

數(shù)字信號(hào)不受電源波動(dòng)、器件非線性的影響,能保持穩(wěn)定、可靠。采用大規(guī)模集成電路處理數(shù)字信號(hào),可降低設(shè)備的功耗,減小體積,從而提高設(shè)備的可靠性。同時(shí),數(shù)字化設(shè)備不需要調(diào)節(jié),維護(hù)簡(jiǎn)單,使用方便。

6.節(jié)省發(fā)送功率,覆蓋范圍廣

數(shù)字電視發(fā)射設(shè)備對(duì)于相同覆蓋服務(wù)區(qū)所需的平均功率,比模擬電視發(fā)射設(shè)備的峰值功率要低一個(gè)數(shù)量級(jí)。比如,模擬MMDS(MultichannelMultipointDistributionService,多信道多點(diǎn)分配服務(wù),或者是MicrowaveMultichannelDistributionSystem,微波多路分配系統(tǒng))的接收電平最低為56dB,而數(shù)字MMDS在64QAM調(diào)制下的接收電平僅為39dB,所以數(shù)字電視發(fā)射設(shè)備的覆蓋范圍比相同功率模擬電視發(fā)射設(shè)備的覆蓋范圍要大幾倍。

7.易于實(shí)現(xiàn)條件接收

數(shù)字電視信號(hào)容易進(jìn)行加密/加擾,