1、电视原理技术摘要：随着数字电视技术的日益完善，数字电视设备不断改进体积缩小，功能增多，质量提高，使得利用数字技术的数字电视设备在提高稳定性、可靠性和生产率等各方面，都比传统的使用模拟技术的模拟电视设备显示出突出的优越性,，数字电视已经成为当今电视机发展的必然趋势。关键字：数字电视概念 数字电视的发展 数字电视技术一、 数字电视概念所谓数字电视，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。数字电视（Digital TV）包括数字 HDTV、数字 SDTV 和数字 LDTV 三种。三者
2、区别主要在于图像质量和信道传输所占带宽的不同。从视觉效果来看，数字 HDTV（1000 线以上）为高清晰度电视（High Definition Television）的简称，图象质量可达到或接近 35mm 宽银幕电影的水平； SDTV（500-600 线）即标准清晰度电视，主要是对应现有电视的分辨率量级，其图象质量为演播室水平；LDTV（200-300 线）即普通清晰度电视，主要是对应现有 VCD 的分辨率量级。因为电视全数字化是今后的趋势，所以目前提 HDTV 以及SDTV、LDTV 如无特别说明，均指全数字体制。（一）数字电视原理将电视的视音频信号数字化后，其数据量是很大的，非常不利于传输
3、，因此数据压缩技术成为关键。实现数据压缩技术方法有两种：一是在信源编码过程中数字电视模块进行压缩，IEEE 的 MPEG 专家组已发展制订了 ISO/IEC13818(MPEG-2)国际标准，MPEG-2 采用不同的层和级组合即可满足从家庭质量到广播级质量以及将要播出的高清晰度电视质量不同的要求，其应用面很广，它支持标准分辨率 16:9 宽屏及高清晰度电视等多种格式，从进入家庭的 DVD 到卫星电视、广播电视微波传输都采用了这一标准。二是改进信道编码，发展新的数字调制技术，提高单位频宽数据传送速率。如，在欧洲 DVB 数字电视系统中，数字卫星电视系统(DVB-S)采用正交相移键控调制(QPSK
4、)；数字有线电视系统(DVB-C)采用正交调幅调制(QAM)；数字地面开路电视系统就(DVB-T)采用更为复杂的编码正交频分复用调制(COFDM)。二.优点（1）现有模拟电视频道带宽为 8MHz，只能传送一套普通的模拟电视节目。采用数字电视后一个频道内就传送 18 套数字电视节目(随着编码技术的改进，传送数量还会进一步提高)，电视频道利用率大大提高。信号数据量少，技术成熟价格便宜 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，与计算机具有良好接口。 （2）清晰度高、音频效果好、抗干扰能力强。在同样覆盖范围内，数字电视的发射功率要比模拟电视小一个数量级。 （3
5、）可以实现移动接收、便携接收及各种数据增值业务，实现视频点播等各种互动电视业务，实现加密解密和加扰解扰功能，保证通信的隐秘性及收费业务。 （4）系统采用了开放的中间件技术，能实现各种交互式，可与计算机网络及互联网等的互通互连。 （5）易于实现信号存储，而且存储时间与信号的特性无关，易于开展多种增值业务。 （6）由于保留了现有模拟电视视频格式，用户端仅需加装数字电视机顶盒即可接收数字电视节目，利于系统的平稳过渡，减少消费者的负担三数字电视的弱点 数字电视并不是完美无缺的，它同样存在着一些弱点。例如在取样的过程、量化误差、压缩编码所带来的信号损伤，在节目制作及传输过程中贯通延迟。有些损伤可以修复，
6、并不图像的最终质量，而有些损伤只能通过一些补偿措施削弱它的影响，但这并不能影响电视领域向数字化的转变。与电视信号数字化后所带来的好处相比，这些影响往往会被忽略二、数字电视相关技术1.数字电视广播流程及实现手段 数字电视广播，其信号流程包括制作（编辑）、信号处理、广播（传输）和接收（显示）几个过程。目前用于数字节目制作的手段主要有：数字摄像机和数字照像相机、计算机、数字编辑机、数字字幕机；用于数字信号处理的手段有：数字信号处理技术（DSP）、压缩、解压、缩放等技术；用于传输的手段有：地面广播传输、有线电视（或光缆）传输、卫星广播（DSS）及宽带综合业务网（ISDN）、DVD 等；用于接受显示的手
7、段有：阴极射线管显示器（CRT）、液晶显示器、等离子体显示器、投影显示（包括前投、背投）等。 2.数字电视关键技术 以上所述的各种手段中包括了数字电视系统中各种主要的技术，全数字高清淅度电视对各种技术要求更高。原国家科委所组织的 HDTV 总体组在攻关过程中涉及九个单位，包括七个专项课题。这七个专项课题虽然不完全包括数字电视广播流程中的所有技术，但涉及了所有关键技术。在这七个专项课题中信源编解码、复用、信道编解码及调制解调是 HDTV 的技术核心。 3.数字电视的信源编解码技术 信源编解码技术包括视频压缩编解码技术及音频压缩编解码技术。在我国的 HDTV 功能样机研制中，视频压缩编解码技术由上
8、海交大、天津大学、电子科学研究院共同完成；音频压缩编解码技术由电子部三所完成。 3.1 视频编解码技术是 HDTV 的技术难点 数字电视尤其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 19201080 显示格式下，数字化后的码率在传输中高达 995Mbit/s，这比现行模拟电视的传输信息量大得多。因而数字电视的图像不能象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。视频编码技术主要功能是完成图像的压缩，使数字电视的信号传输量由 995Mbit/s 减少为2030Mbit/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
9、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，那么不必把所有像素存贮。（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，对人眼比较敏感的信息，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，则其熵值越大，表示信息量越大，需分配较长的码字；反之，发生的概率越大，则其熵值越小，只需分配较短的码字。 3.2 音频编解码技术 与视频编解码相同，音频编解码主要功能是完成声音信息的压缩。声音信号数字化后，信息量比模拟传输
10、状态大得多，因而数字电视的声音不能象模拟电视的声音那样直接传输，而是要多一道压缩编码工序。音频信号的压缩编码主要利用了人耳的听觉特性。（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）人耳对声音的方向特性。对于 2KHZ 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贮。 3.3 信源编解码的相关标准 国际上对数字图像编码曾制订了三种标准，主要用于电视会议的 H.261，主要用于静止图像的 JPMG标准，主要用于连续图像的 MPEG 标准。 在 HDTV 视
11、频压缩编解码标准方面，美国、欧洲、日本设有分歧，都采用了 MPEG-2 标准。MPEG（Moving Picture Expert Group）意思是“运动图像专家组“，压缩后的信息可以供计算机处理，也可以在现有和将来的电视广播频道中进行分配。 在音频编码方面，欧洲、日本采用了 MPEG-2 标准；美国采纳了杜比公司（Dolby）的 AC-3 方案，MPEG-2 为备用方案。 对于我国来说，今后信源编解码标准也会与美国、欧洲、日本一样采用 MPEG-2 标准。 3.4 MPEG 的相关应用 MPEG-1 已经广泛地用于 VCD 和 CD-ROM 等光盘产品中。MPEG-2 不仅已被国际上公认为
12、 HDTV 信源压缩编码的标准，而且在许多方面得到了实际的应用，例如 DVD 就是应用了 MPEG-2 标准。在国外 MPEG-2 解码器已做成芯片，而目前我国 HDTV 关键芯片仍需进口，这将制约我国 HDTV 的进一步发展及产业化。 4.数字电视的复用系统 数字电视的复用系统是 HDTV 的关键部分之一。从发送端信息的流向来看，它将视频、音频、辅助数据等编码器送来的数据比特流，经处理复合成单路串行的比特流，送给信道编码及调制。接受端与此过程正好相反。我国的 HDTV 功能样机，复用器部分由原广电部广播科学研究院研制开发。4.1 数据的打包功能提供了网络通信的接口 模拟电视系统不存在复用器。
13、在数字电视中，复用器把音频、视频、辅助数据的码流通过一个打包器打包（这是通俗的说法，其实是数据分组），然后再复合成单路。目前网络通信的数据都是按一定格式打包传输的。HDTV 数据的打包将使其具备了可扩展性、分级性、交互性的基础。付费电视是现在和将来电视发展的一个方向。复用器可对打包的节目信息进行加扰，使其随机化，接收机具有密钥才能解扰。 4.2 复用器的相关标准 在 HDTV 复用传输标准方面，美国、欧洲、日本也没有分歧，都采用了 MPEG-2 标准。美国已有了MPEG-2 解复用的专用芯片。我国恐怕也会采用 MPEG-2 作为复用传输的标准。 HDTV 数据包长度是 188 个字节，正好是
14、ATM 信元的整数倍。今后以光纤为传输介质，以 ATM 为信息传输模式的宽带综合业务数字网极有可能成为未来“信息高速公路“的主体设施。可用 4 个 ATM 信元来完整地传送一个 HDTV 传送包，因而可达到 HDTV 与 ATM 的方便接口。 5.数字电视的信道编解码及调制解调 数字电视信道编解码及调制解调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，通过调制把传输信号放在载波或脉冲串上，为发射做好准备。我们目前所说的各国数字电视的制式，标准不能统一，主要是指各国在该方面的不同，具体包括纠错、均衡等技术的不同，带宽的不同，尤其是调制方式的不同。 数字传输的常用调制方式有：正交
15、振幅调制（QAM）：调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。 键控移相调制（QPSK）：调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合卫星广播。 残留边带调制（VSB）：抗多径传播效应好（即消除重影效果好），适合地面广播。 编码正交频分调制（COFDM）：抗多径传播效应和同频干扰好，适合地面广播和同频网广播。 三、数字电视发展趋势世界通信与信息技术的迅猛发展将引发整个电视广播产业链的变革，数字电视是这一变革中的关键环节。伴随着电视广播的全面数字化，传统的电视媒体将在技术、功能上逐步与信息、通信领域的其它手段相互融合，从而形成全新的、庞大的数字电视产业。这一新兴产业已经引起广泛的关注
16、，各发达国家根据自己的国情，已分别制定出由模拟电视向数字电视过渡的方案和产业目标。数字电视被各国视为新世纪的战略技术。数字电视成了继电信引爆 IT 之后的又一大“热点” 。 电视数字化是电视发展史上又一次重大的技术革命。数字电视不但是一个由标准、设备和节目源生产等多个部分相互支持和匹配的技术系统，而且将对相关行业产生影响并促进其发展。目前数字电视发展趋势： （一）在相关政策的进一步推动下，各地数字电视的转换工程将发力冲刺，数字电视呈现爆炸式普及态势。（二）相对于机顶盒存在着占空间、接线多、不美观等缺点，数字一体机内置有数字电视高频头，可以直接接收和解码数字电视节目源，无需使用机顶盒就能直接接收
17、并显示数字信号，将数字接收、解码与显示融为一体，真正实现“三模式、真高清、全数字” ，代表着数字电视的发展方向。（三）家庭数字电视不仅可以收看电视节目，而且还可以视频、互动、缴费、发短信等。（四）高清节目的覆盖范围将会大面积扩大，数最上也会增多，更多的消费者可以欣赏到更多的高清节目频道。参考文献：彩色电视原理-杨琳 张锟生等 东南大学出版社语音信号处理-赵立 东南大学出版社深入浅出数字电视-张刚 电子工业出版社数字电视原理与应用-姜秀华 张永辉等 人民邮电出版社移动数字电视-余兆明等 人民邮电出版社百度百科- 百度1刘达 数字电视技术（第二版）电子工业出版社 2007 .2 冯跃跃 电视原理与数字电视 北京理工大学出版社 2008 .
