数字电视基本知识讲义

⑶ 有较好的收视稳定性。模拟电视的收看质量的劣化是渐变的，图像由好到坏
有一个过程，令人讨厌。数字电视收看质量的劣化有“断崖效应”，只要有图 像，质量就是好的，无噪点，稳定。信号劣化，就立即马塞克，没有过渡。相 对于模拟信号，给收看者以稳定的感觉。 ⑷ 模拟改数字以后，极大地释放了频率资源。 由于采用压缩率非常高的MPEG-2 压缩方法，使码率降低很多，加上采用高效 率的调制方式，可以在一个8Mhz的带宽里传送6 套以上质量达到标准清晰度 （SDTV）的节目。这给有线电视提供更多套节目，为实现NVOD、VOD 提供 资源。 ⑸ 可以在现行传输体制下传输高清晰度电视（HDTV）。 ⑹ 数字信号容易处理，易于使用大规模集成电路和微型化，生产时设备一致性 好，无须调整。容易大量使用软件，实现智能化操作。 ⑺ 对节目加扰、加密容易、可靠，保证商业运作。
1.5 压缩
1.5.1 压缩的必要性 下面的讨论会看到，经过取样、量化、编码后的电视
信号信息量非常大。电视亮度信号的最高频率是6Mhz， 每个色差信号大最高频率为两个1.5Mhz。根据奈奎斯特 定理，亮度与色度信号的取样频率分别应该大于12Mhz和 2×3Mhz=6Mhz。量化等级取256，需要8 位二进制编码。 这样，传送一套电视节目，所需要的码率（每秒钟传送码 的位数）为（12+2×3）×8=144Mbit/s。传送这么高的 速率，对我们现在一个频道8Mhz的带宽，实在是大得了 不得。实际上取样频率是13.5Mhz,量化比特数是10,因而 码率为270Mhz。所以，要想使数字化节目真正能付之使 用，必须对码率进行压缩。这就是数字电视信号压缩的必 要性。
1.3数字电视与模拟电视的技术比较
模拟电视
数字电视
描述
采用模拟信号传输电视图像、 采用数字信号传输电视图像、伴音、附加
伴音、附加功能等信号
功能等信号
信源编/解 因为信号数据量不大。所以不 电视信号数字化后，其信号的数据传输率
码
存在信息编码压缩问题
很高。须具有良好的数据编码压缩技术
复用
信源编/解 码调制解
数字电视的特点。 与模拟电视相比，数字电视有如下特点： ⑴数字信号传输噪声没有积累。
我们知道，模拟信号在传输的每个环节，都要加入噪声，如放大器， 每级放大器的噪声都要加进去，放大后信号大了，C/N(载噪比) 低了。 数字信号是一连串的“0”和“1”脉冲序列，在传输过程中，侵入的噪 声可以通过再生的方法去除。所谓再生处理，就是收到信号后，不是直 接放大，而是重新在有脉冲的位置制作一个形状完全相同的脉冲，恢复 信号中脉冲的原样而清除了噪声。再生是基带数字传输抗干扰的重要手 段。其次，数字传输技术有非常有效的纠错方式，如我们使用的R-S 纠 错，可以把误码率由10E-4 改善到10E-12。所以，我们收看数字有线电 视时，主观感觉最为明显的是画面清洁，没有杂波、雪花。从维修的角 度，数字信号对C/N 的要求也比模拟信号宽容。模拟信号C/N=43dB 时可 以得到4 分的收看质量。数字电视C/N=31dB 就可以满意收看。事实上， 整个网络中，数字信号的功率电平就是以比模拟电平低10dB来传输的。 ⑵ 数字信号的传输和处理过程不存在非线性失真。
传送一套节目有三种基本码流：视频、音频和相应的数 据流，需要把它们组合到一起，叫做复用。复用的方法是 时分复用。上述把同一节目的三种基本流复用到一起叫节 目复用。复用后，根据需要可以形成节目流PS 和传输流 TS。它们分别适用于不同的传输环境。
质的变化：用户不光能看电视，还能听广播，查看 大量的信息资讯服务。清晰度高，音频效果更好 ， 抗干扰能力更强
方式的改变：双向数字电视具有交互功能，观众可 以根据节目菜单自主点播电视节目，享受丰富多彩 的增值业务
一 数字电视基础知识
1.1 什么是数字电视？
数字电视是相对于模拟电视而言的。我们知道，电视——就是实时向远处 传送可视的活动图像。具体的方法，是先把光的图像变成与其对应的电信号， 利用电信号可以传得远的特点，实现向远处传送的目的。
数字电视基础知识及前端介绍
主讲：苏富奎 jngdsfk@
一 数字电视基础知识 二 数字电视前端基本概况 三 本地线路传输
量的变化：数字电视带来最直接而且最先感受到的 就是节目内容的增加。在一个8MHz带宽的模拟频 道内原来只能传送一个普通的模拟电视节目，采用 数字电视技术后在原来一个模拟频道内可传送DVD （数字视频光碟）质量的节目5至6个，高清晰度电 视（HDTV）质量的节目1个或2个。（随着编码技 术的提高，传送数量还会进一步提高）
调
特点
无复用器，视频、音频信号分 将编码后的视频、音频、辅助数据信号分
别传输
别打包后复合成单路串行的比特流
调制方式一般采用调频或调幅
信号数据量少，技术成熟，价 格便宜
有压缩及复用，通过纠错、均衡来提高信 号抗干扰能力，采用QAM调制方式。且 随着调制方法技术的改进。传输效率会进 一步提高
信号不易在传输中失真，清晰度高，占用 频带窄。数字电视信号可方便地在数字网 络中传输，与计算机有良好的接口
1.5.3、压缩的方法 压缩的方法，采用MPБайду номын сангаасG-2 标准。它针对图像上述几种冗余的特
点，运用运动估值、离散余弦变换（DCT）、自适应量化和熵编码 等技术（实际是一些算法），实现对信号码率的压缩。把数字化后 144Mbit/s 的码率压缩到6Mbit/s，仍然可以保持SDTV 的水平。而 且压缩比可变，由VCD 到HDTV 等级都可以。运动估值是为了消 除相邻帧间的空间冗余。因为相邻的帧间，图象大量的数据是相同 的，不必都全部传输，仅传递相邻帧的变化部分就可以了，这样就 可以压缩了传输的数据量。离散余弦变换DCT，是将信号由空间域 变换到频域，使信号能量集中到低频率。自适应量化是针对DCT而 言，因为人眼的视觉对图象细节不敏感，故表示图象细节的高频部 分可以压缩。自适应量化就是对DCT变换后的高频系数采用粗量化， 对低频系数细量化。实际上是基于视觉冗余。熵编码，就是可变字 长编码。给使用概率大的事件分配短字码，给使用概率小的事件分 配长字码，最大限度的提高编码效率。
1.6数据电视的传输码流
模拟电视信号经过A/D 转换、压缩后，变成了由二进 制脉冲组成的脉冲序列，叫做码流。
每一套节目有视频码流、音频码流，这些与模拟信号 一一对应的码流称为基本流ES。为便于传输，实现时分 复用，基本流ES 必须“打包”，就是将顺序、连续传输 的数据流按一定的时间长度进行分割，分割的小段叫做 “包”，因而打包也称为分组。在每个包前加上包头，就 构成了打包的基本流PES。
1.4.2 取样间隔多大合适？ 首先的原则是能基本如实的代表原来的连续模
拟量。间隔太远了要漏去重要的信息， 比如测气 温，最高气温出现在每天的14：00，取样间隔太大， 偏偏漏掉了14：00，就会发生大错。取样的结果，仅 是把模拟信号进行时间上的离散。样值的幅度，仍 然是模拟取值的，具有连续的数值。必须在幅度值 上也进行离散处理，才能实现不仅时间上离散，幅 度值上也离散。对幅度值的离散，就是把幅度值分 成若干等级，对不在等级线上的进行舍零取整处理， 归到相邻的等级上去。这与我们买鞋是一个道理。 这样，连续的幅度值就用离散化的有限个等级取代 了，这个过程叫做量化。
这有如条码，条码只有黑、白两种条，但它们不同 的组合可以编出无数的码，可以分别代表多种商品。 例如，我们用8 位“0”和“1”编成8 位码， 00000000、00000001、00000010……..11111111， 就有了256=28 种不重复的码，表示256 个量。把 量化后的信号，用“0”和“1”组成的码来表示， 叫做编码。用数字编码表示量化的信号，模拟信号 才算是真正数字化了。总的是，模拟数字化三个过 程：取样、量化和编码。
（一）什么叫模拟电视？自然界的实际景物图象千差万异，无论从亮度 层次上，色彩种类上，都是极丰富的。用电信号表示它，一定是一个可以取 任意值的连续变化的电量。我们把这样直接与自然界实际图象对应的，连续 变化的电信号称为模拟信号，就是模拟实际，与实际一样。用这种方式传送 电视就是模拟电视。
（二）什么是数字电视？先从用离散值代表模拟量谈起。举个例子，人 的脚在一定尺度内，其长短分布是无限多个的，数值上是连续的。就是多长 的都有，这好比模拟量。但实际在工厂生产鞋的时候，并不是这样，而是仅 使用一定数量的号码，就适应了整个人群不同尺寸的脚。只要选择靠近的某 些号码，就可以穿。这些尺寸不连续的号码，把连续的脚长“离散化”了， 就是用离散量表示连续量，这种用离散量表示连续量的做法叫模拟量的数字 化。数字电视，就是设想用离散的电量表示连续的电量，在电视信号的产生、 传输、接收各个环节上，都使用离散数字来表示、处理。也就是说，数字电 视是信源、信道、信宿三个环节上全面数字化的电视系统。信源指节目的产 生：摄、录、编；信道指传输；信宿指接收、显示。
1.4 怎样实现模拟电视数字化
1.4.1 用离散数字来表示连续的模拟信号问题。 打个比方：气温是逐渐变化的，每时每刻都在
变化，因而它是随时间连续变化的模拟量。但观 测气温不必每分每秒都测量，隔一定时间测一点 画在坐标图上，连一条线，就表示了气温的变化。 如果时间间隔合适，这条线的形状与连续不间断 测量的曲线形状会基本吻合，即，用离散量可以 表示连续的模拟量。这种间隔测量的方式，叫做 在连续变化的模拟量上的取样。这是把模拟信号 数字化的第一步。
1.5.2、压缩的可能性 数字电视信号之所以可以压缩，是因为电视信号存
在着冗余。首先是空间冗余。就是一幅画面内，各象 素之间有很强的相关性。例如，蓝天，不必全部蓝天 的每一个象素都传送一次，只传送一个象素就行，其 余的，到接收点全部按第一个复制。这样一来就节约 了大量信息，去除了冗余。其次是时间冗余。相邻两 帧图像的内容也大体相似。我们可以不必每一帧图像 都传，例如只传送第一帧、在接收端，第三帧用第一 帧预测产生，第二帧用第一、三两帧取平均产生，这 又可以压缩码率。再次，是人的视觉冗余。利用人眼 对图象高频细节、色度信号灵敏度低的特点进行压缩， 把人眼本来看不到的信号取消，以节省码率。这就是 信号压缩的可能性。