《彩色電視機(jī)原理與維修》配套教案：項(xiàng)目十二數(shù)字電視原理

項(xiàng)目十二數(shù)字電視原理教學(xué)目標(biāo)1、了解數(shù)字電視機(jī)的基本特點(diǎn)及數(shù)字電視機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。2、掌握高清晰度數(shù)字電視及數(shù)字廣播接收機(jī)機(jī)頂盒的機(jī)構(gòu)。3、熟悉數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)機(jī)頂盒的結(jié)構(gòu)及數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)的基本工作原理。二、課時(shí)分配本章共2節(jié)，安排2課時(shí)。教學(xué)重點(diǎn)通過(guò)本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字電視概述及數(shù)字電視的接收。教學(xué)難點(diǎn)數(shù)字電視機(jī)的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)。數(shù)字廣播接收機(jī)機(jī)頂盒的結(jié)構(gòu)和數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理。五、教學(xué)內(nèi)容任務(wù)一數(shù)字電視概述活動(dòng)一數(shù)字電視的基本特點(diǎn)隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，特別是集成電路技術(shù)的進(jìn)步，電視機(jī)技術(shù)也進(jìn)入了數(shù)字時(shí)代。然而從模擬電視到數(shù)字電視需要有一個(gè)過(guò)渡時(shí)期，在很多地區(qū)，“數(shù)字電視機(jī)”接收的仍然是模擬信號(hào)，這樣的數(shù)字電視機(jī)實(shí)際上是在不改變現(xiàn)行廣播電視傳輸體制的前提下，將經(jīng)過(guò)圖像檢波的視頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)伴音鑒頻的音頻信號(hào)及其他部分進(jìn)行數(shù)字處理的廣播電視接收機(jī)。1.數(shù)字電視的基本概念凡在電視信號(hào)的獲取、產(chǎn)生、處理、傳輸、接收和存儲(chǔ)的過(guò)程中使用數(shù)字電視信號(hào)的都可以稱為數(shù)字電視系統(tǒng)或數(shù)字電視設(shè)備。這里的數(shù)字電視信號(hào)可以是直接生成的數(shù)字信號(hào)，如動(dòng)畫、字幕機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)產(chǎn)生的數(shù)字電視信號(hào)；也可以是由模擬信號(hào)經(jīng)數(shù)字化以后產(chǎn)生的數(shù)字電視信號(hào)；還可以是經(jīng)處理的數(shù)字電視信號(hào)，如MPEG格式壓縮的數(shù)字電視信號(hào)。2.數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制式數(shù)字電視以其卓越的畫質(zhì)和優(yōu)美的音響，多功能、多用途及與信息高速公路互通互連的特點(diǎn)，已成為廣播電視發(fā)展的必然趨勢(shì)。與之相應(yīng)，數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。目前，全球數(shù)字電視廣播有3個(gè)相對(duì)成熟的標(biāo)準(zhǔn)制式：歐洲的DVB、美國(guó)的ATSC和日本的ISDB。其中美國(guó)的ATSC定制最早，歐洲的DVB應(yīng)用最廣泛、最靈活(DVB制式包括數(shù)字衛(wèi)星電視［DVBS］、數(shù)字有線電視［DVBC］和數(shù)字地面廣播電視［DVBT］3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的信源編碼方式相同，都是MPEG2的復(fù)用傳送包，但因它們的傳輸途徑不同，其信道編碼采用了不同的方式)。鑒于DVBC和DVBS是一個(gè)全球化的標(biāo)準(zhǔn)，已被世界各國(guó)所采納，因此數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)的不同之處主要在數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)上。3.數(shù)字電視的清晰度模擬電視機(jī)的清晰度通常是用黑白相間的線數(shù)來(lái)表示的，它與亮度信號(hào)的頻帶寬度相對(duì)應(yīng)，即1MHz帶寬等效為80線，6MHz帶寬等效為480線，清晰度為480線。普通電視機(jī)的亮度帶寬約為4.2MHz，則清晰度為336線。數(shù)字電視機(jī)的清晰度是用圖像的像素?cái)?shù)來(lái)表示的。例如，水平方向上的像素?cái)?shù)為720，垂直方向上的像素為576，則整幅圖像的像素?cái)?shù)為720×576，最高清晰度就是720×576?；顒?dòng)二數(shù)字電視機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示是一部能接收模擬信號(hào)的數(shù)字電視接收機(jī)，從天線接收的電視信號(hào)經(jīng)調(diào)諧器和TV解調(diào)器從載波上檢出的圖像信號(hào)經(jīng)數(shù)字式梳狀濾波器將色度信號(hào)和亮度信號(hào)分別送到視頻信號(hào)處理電路中的色度通道和亮度通道，從載波上解調(diào)出的伴音信號(hào)送到數(shù)字信號(hào)處理電路。這里的調(diào)諧器和TV解調(diào)器與傳統(tǒng)的模擬電視機(jī)的電路基本相同。數(shù)字音頻信號(hào)處理電路可以對(duì)數(shù)字音頻進(jìn)行處理，如處理成環(huán)繞立體聲或進(jìn)行各種音響效果的處理，處理后再經(jīng)D／A變換和音頻放大后去驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。在視頻數(shù)字信號(hào)處理電路中，首先將色度信號(hào)和亮度信號(hào)分別經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換器變成色度數(shù)字信號(hào)和亮度數(shù)字信號(hào)。主要由兩個(gè)大規(guī)模數(shù)字信號(hào)處理模塊(電路單元)進(jìn)行亮度和色度的數(shù)字解碼處理及同步信號(hào)處理。視頻處理后輸出數(shù)字RY，BY，Y信號(hào)，分別經(jīng)過(guò)3路D／A轉(zhuǎn)換器變成模擬信號(hào)，再經(jīng)矩陣電路和末級(jí)視放電路去驅(qū)動(dòng)顯像管。數(shù)字式同步信號(hào)處理電路包括倍頻電路和失真校正電路，它處理后輸出的行、場(chǎng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)形成行、場(chǎng)掃描鋸齒波信號(hào)去驅(qū)動(dòng)偏轉(zhuǎn)線圈。數(shù)字電視接收機(jī)電路方框圖如圖所示是數(shù)字電視接收機(jī)的原理方框圖。數(shù)字電視接收機(jī)的原理數(shù)字電視廣播接收機(jī)的主要部分包括調(diào)諧器、信道解調(diào)(含糾錯(cuò))、解復(fù)用、解碼、音視頻解碼、系統(tǒng)控制器和智能卡讀出器等。(1)調(diào)諧器部分。把射頻信號(hào)接收放大并變頻為信道解碼器所需的中頻信號(hào)。(2)信道解碼器部分。對(duì)應(yīng)于不同的傳輸方式(傳輸可以通過(guò)衛(wèi)星傳送，也可以通過(guò)有線傳送或地面廣播)，發(fā)送端采用了不同的信道編碼和調(diào)制方式，接收機(jī)端必須用對(duì)應(yīng)的解調(diào)方式來(lái)接收。例如，衛(wèi)星接收時(shí)，采用QPSK解碼器；有線接收時(shí)，采用QAM解調(diào)器，解碼后的MPEG2信息流送到去擾碼和解復(fù)用電路(在此處也可以將傳送碼流輸出)。(3)MPEG2傳送碼流的輸入／輸出(I／O)接口部分。許多產(chǎn)品都有此接口，它可以切換外部和內(nèi)部的MPEG2傳送碼流，并送到機(jī)內(nèi)進(jìn)行解復(fù)用和解碼。(4)去擾碼和解復(fù)用部分。MPEG2碼流經(jīng)解復(fù)用后得到相應(yīng)的視頻、音頻和數(shù)據(jù)打包的基本碼流。解復(fù)用后的視頻、音頻數(shù)據(jù)還需要進(jìn)行去擾碼，用控制字對(duì)加密的數(shù)據(jù)流進(jìn)行解密(每個(gè)用戶都有一個(gè)智能卡(SmartCard)，其中包含有解密所必需的信息)。(5)MPEG2音、視頻解碼器。對(duì)音頻和視頻打包的基本碼流進(jìn)行解碼，可以獲得全電視信號(hào)、音頻信號(hào)和數(shù)據(jù)輸出?；顒?dòng)三高清晰度數(shù)字電視數(shù)字電視是今后電視技術(shù)的發(fā)展方向，是今后國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)點(diǎn)之一，是21世紀(jì)的朝陽(yáng)工業(yè)，也是廣大消費(fèi)者向往的新產(chǎn)品。數(shù)字電視和音頻、視頻數(shù)字化的確可以為人們提供一種全新的視、聽(tīng)享受。從數(shù)字化的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，大致可以分為3個(gè)階段。第一步，實(shí)現(xiàn)普通模擬電視的數(shù)字化，即利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的特點(diǎn)，改進(jìn)現(xiàn)有模擬電視的缺陷，提高圖像、伴音質(zhì)量和增加功能。第二步，按MPEG2標(biāo)準(zhǔn)中的初級(jí)標(biāo)準(zhǔn)格式，把現(xiàn)行模擬電視制式下的圖像、聲音信號(hào)平均數(shù)據(jù)壓縮到大約4.69Mb／s，其圖像質(zhì)量可達(dá)到電視演播室的質(zhì)量水平，圖像水平清晰度達(dá)到500線以上，并采用AC3伴音信號(hào)壓縮標(biāo)準(zhǔn)，傳輸5.1聲道的環(huán)繞聲效果。這屬于標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視系統(tǒng)，其清晰度大于550線。今后幾年重點(diǎn)發(fā)展的DVB(數(shù)字視頻廣播)、DVD視盤機(jī)都屬于這種編碼方式，這就是數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視。第三步，按MPEG2視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)中的高級(jí)格式，將高清晰度彩色電視信號(hào)數(shù)據(jù)壓縮到大約20Mb／s，圖像質(zhì)量達(dá)到35mm電影膠片水平，圖像水平清晰度大于800線，這就是人們期盼已久的高清晰度電視。伴音通道仍采用多聲道環(huán)繞聲壓縮解碼、解碼技術(shù)。圖像模型比為4∶3／16∶9并存，最終過(guò)渡到16∶9寬屏幕顯示。從廣播電視中心來(lái)說(shuō)，主要是中心設(shè)備（包括攝像機(jī)、信源壓縮編碼設(shè)備和傳輸信道編碼設(shè)備）的更新、改造。從高清晰度彩色電視機(jī)來(lái)說(shuō)，主要是高清晰度彩色顯像管、傳輸信道的解碼設(shè)備和編、解壓縮芯片的供應(yīng)等問(wèn)題。數(shù)字彩色電視機(jī)的基本構(gòu)成如圖所示。它可以分別接收地面廣播、衛(wèi)星廣播和有線電視3種傳輸信號(hào)。這3種信號(hào)的信道解碼方式雖然不同，但都已標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)于地面廣播，采用的是正交頻分復(fù)用(OFDM)方式；對(duì)于衛(wèi)星廣播，采用的是正交(四相)相移鍵控(QPSK)方式；對(duì)于有線電視，采用的是正交調(diào)幅(QAM)方式。信道解調(diào)后分別采用前向誤碼校正(FEC)的里德索羅門(RS)碼，對(duì)誤碼進(jìn)行校正處理。由于這3種廣播形式的信源編碼都采用MPEG2標(biāo)準(zhǔn)，所以用MPEG2解碼器將其還原成MPEG2編碼前的數(shù)字音／視頻信號(hào)，數(shù)字視頻信號(hào)由視頻解碼器還原成驅(qū)動(dòng)顯示器的RGB信號(hào)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(OS)利用數(shù)據(jù)總線對(duì)數(shù)字音／視頻信號(hào)進(jìn)行控制。另外，利用DVD解碼器可接收DVD方式(如DVD視盤機(jī)或DVDROM等)的數(shù)字音／視頻信號(hào)，利用通信控制接口可接收計(jì)算機(jī)和電話線路輸出的按MPEG2標(biāo)準(zhǔn)傳送的數(shù)字音／視頻信號(hào)。這樣，將通信、廣播和計(jì)算機(jī)三者合一的數(shù)字彩色電視機(jī)必將成為一個(gè)綜合的信息處理終端，這是數(shù)字化帶來(lái)的好處，也是數(shù)字彩色電視機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)。數(shù)字彩色電視機(jī)的基本構(gòu)成任務(wù)二數(shù)字電視的接收活動(dòng)一數(shù)字廣播接收機(jī)和機(jī)頂盒數(shù)字電視在從模擬過(guò)渡到數(shù)字的進(jìn)程中，模擬電視機(jī)將與數(shù)字電視機(jī)共存很長(zhǎng)的時(shí)間，為了便于用模擬電視機(jī)欣賞數(shù)字廣播節(jié)目，使用機(jī)頂盒是比較簡(jiǎn)便的方法。如圖所示是數(shù)字廣播電視機(jī)頂盒的方框圖，用它將天線或有線電視傳輸?shù)臄?shù)字電視信號(hào)進(jìn)行接收和數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)的基本結(jié)構(gòu)解調(diào)，最后再將處理后的音頻視頻信號(hào)以AV的形式或以射頻(RF輸出)的形式輸出，送到模擬電視機(jī)中進(jìn)行欣賞?；顒?dòng)二數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)的基本結(jié)構(gòu)數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)也叫綜合解碼接收機(jī)IRD(IntegratedReceiverDecoder)，它接收衛(wèi)星的數(shù)字信號(hào)來(lái)自地面上的衛(wèi)星天線所接收的衛(wèi)星信號(hào)(C波段或Ku波段)，經(jīng)低噪聲放大和下變頻轉(zhuǎn)換成L波段的信號(hào)進(jìn)入IRD的調(diào)諧器，經(jīng)調(diào)諧、變頻和放大后變?yōu)?0MHz的中頻信號(hào)，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換送到QPSK解調(diào)器，解調(diào)出數(shù)字信號(hào)流，經(jīng)維特比(Viterbi)解碼器解碼，在糾錯(cuò)電路中進(jìn)行去交織和RS解碼，對(duì)傳輸中引入的誤碼進(jìn)行糾錯(cuò)，恢復(fù)成MPEG2傳送包數(shù)字流，經(jīng)多路解復(fù)用器處理后，分解出多套節(jié)目的數(shù)碼流，再分別送到MPEG2視頻、音頻和數(shù)據(jù)解碼器，經(jīng)解碼、視頻再編碼和D／A轉(zhuǎn)換等處理，輸出模擬復(fù)合的視頻信號(hào)或分量的視頻信號(hào)，視頻編碼器的輸出信號(hào)可以有多種制式(PAL／SECAM/NTSC)。如圖所示是數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)實(shí)例。數(shù)字衛(wèi)星電視接收電路實(shí)例活動(dòng)三數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)的基本工作原理在圖中，MN88411是信道解碼器IC，其主要由QPSK解調(diào)器、維特比(Viterbi)解碼器、幀同步檢出、解擾電路、RS(里德索羅門)前向誤碼校正器和能量擴(kuò)散電路等部分構(gòu)成。它有3個(gè)功能：一是解調(diào)經(jīng)過(guò)四相移鍵控(QPSK)方式調(diào)制的傳輸碼流(即QPSK解調(diào))；二是維特比(Viterbi)解碼；三是用RS(里德索羅門)進(jìn)行前向誤碼校正。該機(jī)在工作時(shí)，衛(wèi)星天線接收到12.2～12.75GHz的廣播衛(wèi)星(BS)或通信衛(wèi)星(CS)的Ku波段微波信號(hào)，這個(gè)信號(hào)在高頻頭中變頻后變成950～2150MHz的第一中頻信號(hào)，然后由同軸電纜傳送到接收機(jī)的調(diào)諧器。調(diào)諧器的功能是從輸入的信號(hào)中調(diào)諧到某一節(jié)目的信號(hào)，再變成第二中頻信號(hào)(對(duì)于數(shù)字廣播，在調(diào)諧器中要檢出I和Q兩個(gè)信號(hào)，以便進(jìn)行QPSK解調(diào))。一般地說(shuō)，經(jīng)過(guò)衛(wèi)星通道的傳輸都會(huì)引入一些噪聲，也就是在有用的信號(hào)中附加了一些噪波或干擾，數(shù)字調(diào)諧的特點(diǎn)是使噪聲的影響大為減少。調(diào)諧器輸出的信號(hào)送到QPSK解調(diào)電路(MN88411)，在這個(gè)電路的輸入端有兩個(gè)A／D轉(zhuǎn)換器將接收的信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)行QPSK解調(diào)，解調(diào)后再進(jìn)行糾錯(cuò)處理。糾錯(cuò)采用維特比(Viterbi)解碼去交織處理和RS(里德所羅門碼)解碼相結(jié)合的解碼糾錯(cuò)方式。經(jīng)糾錯(cuò)處理的數(shù)字信號(hào)再送到數(shù)據(jù)流解碼器(MN88461)中進(jìn)行處理，在這個(gè)集成電路中主要完成解密(解擾)和多重分離(MPEC2)，多重分離是按照MPEG2的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行分離處理，將視頻、音頻和附加信息(數(shù)據(jù))分離開(kāi)，以便進(jìn)一步處理。經(jīng)過(guò)解壓縮后的視頻、音頻數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過(guò)A／V接口電路(MN5AA030)送到MPEG2視頻、音頻解壓縮電路(ST13520A)。前面電路的處理是信道解碼處理，是將視頻、音頻信號(hào)從打包的碼流中提取出來(lái)，提取的這些信號(hào)仍然是壓縮的數(shù)據(jù)信號(hào)，ST13520A的任務(wù)是完成視頻、音頻信號(hào)的解壓縮(即信源解碼)處理。經(jīng)解壓縮處理后，數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字編碼，編成PAL或NTSC制的視頻信號(hào)，最后經(jīng)D／A變換器輸出模擬視頻信號(hào)(復(fù)合視頻和Y／C信號(hào))。數(shù)字音頻信號(hào)送到數(shù)字音頻處理電路和音頻D／A變換器輸出兩路(L，R聲道)音頻信號(hào)。數(shù)字音頻處理器可以輸出IEC958規(guī)格的數(shù)字音頻信號(hào)。接收機(jī)的系統(tǒng)控制器是一個(gè)32位的微處理器(CPU)，它的內(nèi)部裝有2KB高速緩沖存儲(chǔ)器，它擔(dān)負(fù)著整機(jī)的控制任務(wù)。CPU通過(guò)I2C總線與各信號(hào)處理電路相連，分別控制信號(hào)的調(diào)諧、解調(diào)方式，解擾、多重分離和視頻、音頻解碼等。CPU總線通過(guò)外圍電路、IC卡接口電路與IC卡相連