本文從三點(diǎn)詳細(xì)介紹數(shù)字電視相關(guān)技術(shù):
(1)數(shù)字電視廣播流程及實(shí)現(xiàn)手段
數(shù)字電視廣播,其信號流程包括制作(編輯)、信號處理、廣播(傳輸)和接收(顯示)幾個(gè)過程。
目前用于數(shù)字節(jié)目制作的手段主要有:數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和數(shù)字照像相機(jī)、計(jì)算機(jī)、數(shù)字編輯機(jī)、數(shù)字字幕機(jī);用于數(shù)字信號處理的手段有:數(shù)字信號處理技術(shù)(DSP)、壓縮、解壓、縮放等技術(shù);用于傳輸?shù)氖侄斡校旱孛鎻V播傳輸、有線電視(或光纜)傳輸、衛(wèi)星廣播(DSS)及寬帶綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)(ISDN)、DVD等;用于接受顯示的手段有:陰極射線管顯示器(CRT)、液晶顯示器、等離子體顯示器、投影顯示(包括前投、背投)等。
視頻編碼技術(shù)主要功能是完成圖像的壓縮,使數(shù)字電視的信號傳輸量由995Mbit/s減少為20~30Mbit/s。視頻編碼計(jì)算時(shí)主要有以下客觀依據(jù):(1)圖像時(shí)間的相關(guān)性。視頻信號由連續(xù)圖像組成,相鄰圖像有很多相關(guān)性,找出這些相關(guān)性就可減少信息量。(2)圖像空間的相關(guān)性。例如圖像中有一大塊單一顏色,那么不必把所有像素存貯。(3)人眼的視覺特性。人眼對原始圖像各處失真敏感度不同,對不敏感的無關(guān)緊要的信息給予較大的失真處理,即使這些信息全部丟失了,人眼也可能覺察不到;相反,對人眼比較敏感的信息,則盡可能減少其失真。(4)事件間的統(tǒng)計(jì)特性。事件發(fā)生的概率越小,則其熵值越大,表示信息量越大,需分配較長的碼字;反之,發(fā)生的概率越大,則其熵值越小,只需分配較短的碼字。
與視頻編解碼相同,音頻編解碼主要功能是完成聲音信息的壓縮。聲音信號數(shù)字化后,信息量比模擬傳輸狀態(tài)大得多,因而數(shù)字電視的聲音不能象模擬電視的聲音那樣直接傳輸,而是要多一道壓縮編碼工序。
音頻信號的壓縮編碼主要利用了人耳的聽覺特性。(1)聽覺的掩蔽效應(yīng)。在人的聽覺上,一個(gè)聲音的存在掩蔽了另一個(gè)聲音的存在,掩蔽效應(yīng)是一個(gè)較為復(fù)雜的心理和生理現(xiàn)象,包括人耳的頻域掩蔽效應(yīng)和時(shí)域掩蔽效應(yīng)。(2)人耳對聲音的方向特性。對于2KHZ以上的高頻聲音信號,人耳很難判斷其方向性,因而立體聲廣播的高頻部分不必重復(fù)存貯。
國際上對數(shù)字圖像編碼曾制訂了三種標(biāo)準(zhǔn),主要用于電視會(huì)議的H.261,主要用于靜止圖像的JPMG標(biāo)準(zhǔn),主要用于連續(xù)圖像的MPEG標(biāo)準(zhǔn)。
在HDTV視頻壓縮編解碼標(biāo)準(zhǔn)方面,美國、歐洲、日本設(shè)有分歧,都采用了MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。MPEG(Moving Picture Expert Group)意思是"運(yùn)動(dòng)圖像專家組",壓縮后的信息可以供計(jì)算機(jī)處理,也可以在現(xiàn)有和將來的電視廣播頻道中進(jìn)行分配。
在音頻編碼方面,歐洲、日本采用了MPEG-2標(biāo)準(zhǔn);美國采納了杜比公司(Dolby)的AC-3方案,MPEG-2為備用方案。
對于我國來說,今后信源編解碼標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)與美國、歐洲、日本一樣采用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。
(2)數(shù)字電視的復(fù)用系統(tǒng)
數(shù)字電視的復(fù)用系統(tǒng)是HDTV的關(guān)鍵部分之一。從發(fā)送端信息的流向來看,它將視頻、音頻、輔助數(shù)據(jù)等編碼器送來的數(shù)據(jù)比特流,經(jīng)處理復(fù)合成單路串行的比特流,送給信道編碼及調(diào)制。接受端與此過程正好相反。
模擬電視系統(tǒng)不存在復(fù)用器。在數(shù)字電視中,復(fù)用器把音頻、視頻、輔助數(shù)據(jù)的碼流通過一個(gè)打包器打包(這是通俗的說法,其實(shí)是數(shù)據(jù)分組),然后再復(fù)合成單路。目前網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)都是按一定格式打包傳輸?shù)摹DTV數(shù)據(jù)的打包將使其具備了可擴(kuò)展性、分級性、交互性的基礎(chǔ)。
付費(fèi)電視是現(xiàn)在和將來電視發(fā)展的一個(gè)方向。復(fù)用器可對打包的節(jié)目信息進(jìn)行加擾,使其隨機(jī)化,接收機(jī)具有密鑰才能解擾。
在HDTV復(fù)用傳輸標(biāo)準(zhǔn)方面,美國、歐洲、日本也沒有分歧,都采用了MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。美國已有了MPEG-2解復(fù)用的專用芯片。我國恐怕也會(huì)采用MPEG-2作為復(fù)用傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。
HDTV數(shù)據(jù)包長度是188個(gè)字節(jié),正好是ATM信元的整數(shù)倍。今后以光纖為傳輸介質(zhì),以ATM為信息傳輸模式的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)極有可能成為未來"信息高速公路"的主體設(shè)施。可用4個(gè)ATM信元來完整地傳送一個(gè)HDTV傳送包,因而可達(dá)到HDTV與ATM的方便接口。
(3)數(shù)字電視的信道編解碼及調(diào)制解調(diào)
數(shù)字電視信道編解碼及調(diào)制解調(diào)的目的是通過糾錯(cuò)編碼、網(wǎng)格編碼、均衡等技術(shù)提高信號的抗干擾能力,通過調(diào)制把傳輸信號放在載波或脈沖串上,為發(fā)射做好準(zhǔn)備。我們目前所說的各國數(shù)字電視的制式,標(biāo)準(zhǔn)不能統(tǒng)一,主要是指各國在該方面的不同,具體包括糾錯(cuò)、均衡等技術(shù)的不同,帶寬的不同,尤其是調(diào)制方式的不同。
數(shù)字傳輸?shù)某S靡韵滤姆N調(diào)制方式:
正交振幅調(diào)制(QAM):調(diào)制效率高,要求傳送途徑的信噪比高,適合有線電視電纜傳輸。
鍵控移相調(diào)制(QPSK):調(diào)制效率高,要求傳送途徑的信噪比低,適合衛(wèi)星廣播。
殘留邊帶調(diào)制(VSB):抗多徑傳播效應(yīng)好(即消除重影效果好),適合地面廣播。
編碼正交頻分調(diào)制(COFDM):抗多徑傳播效應(yīng)和同頻干擾好,適合地面廣播和同頻網(wǎng)廣播。
美國地面電視廣播迄今仍占其電視業(yè)務(wù)的一半以上,因此,美國在發(fā)展高清晰度電視時(shí)首先考慮的是如何通過地面廣播網(wǎng)進(jìn)行傳播,并提出了以數(shù)字高清晰度電視為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)-ATSC。美國HDTV地面廣播頻道的帶寬為6MHZ,調(diào)制采用8VSB。預(yù)計(jì)美國的衛(wèi)星廣播電視會(huì)采用QPSK調(diào)制,電纜電視會(huì)采用QAM或VSB調(diào)制。
從1995年起,歐洲陸續(xù)發(fā)布了數(shù)字電視地面廣播(DVB-T)、數(shù)字電視衛(wèi)星廣播(DVB-S)、數(shù)字電視有線廣播(DVB-C)的標(biāo)準(zhǔn)。歐洲數(shù)字電視首先考慮的是衛(wèi)星信道,采用QPSK調(diào)制。歐洲地面廣播數(shù)字電視采用COFDM調(diào)制,8M帶寬。歐洲電纜數(shù)字電視采用QAM調(diào)制。
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