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第14章 “浓妆淡抹总相宜”——数字电视通信

数字电视通信是以数字电视为载体的通信。真正意义上的数字电视是指从演播室到发射、传输、接收的所有环节都是使用数字电视信号或对系统所有的信号传播都是通过由0、1数字串所构成的数字流来传播的电视类型。数字信号的传播速率是每秒19.39兆字节,这样大的数据流的传递保证了数字电视的高清晰度,克服了模拟电视的先天不足。同时还由于数字电视可以允许几种制式信号的同时存在,每个数字频道下又可分为几个子频道,从而既可以用一个大数据流——每秒19.39兆字节,也可将其分为几个分流,例如4个,每个的速度就是每秒4.85兆字节,这样虽然图像的清晰度要大打折扣,却可大大增加信息的种类,满足不同的需求。

其实,“数字电视”的含义并不是指一般意义上的电视机,而是指电视信号的处理、传输、发射和接收过程中使用数字信号的电视系统或电视设备。它具体传输过程是:由电视台送出的图像及声音信号,经数字压缩和数字调制后,形成数字电视信号,经过卫星、地面无线广播或有线电缆等方式传送,由数字电视接收后,通过数字解调和数字视音频解码处理还原出原来的图像及伴音。因为全过程均采用数字技术处理,因此信号损失小,接收效果好。

将电视的视音频信号数字化后,数据量是很大的,非常不利于传输,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进行压缩,现在的“MPEG-4”压缩技术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,它的应用面很广,支持标准分辨率16:9宽屏和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,在欧洲数字电视系统中,数字卫星电视系统采用正交相移键控调制;数字有线电视系统采用正交调幅调制;数字地面开路电视系统则采用更为复杂的编码正交频分复用调制。

1.触类旁通——数字电视的分类

数字电视可以按以下几种方式分类:

(1)按信号传输方式分类:可以分为地面无线传输(地面数字电视)、卫星传输(卫星数字电视)、有线传输(有线数字电视)三类。

(2)按产品类型分类:可以分为数字电视显示器、数字电视机顶盒、一体化数字电视接收机。

(3)按清晰度分类:可以分为低清晰度数字电视(图像水平清晰度大于250线)、标准清晰度数字电视(图像水平清晰度大于500线)、高清晰度数字电视(图像水平清晰度大于800线)。VCD的图像格式属于低清晰度数字电视水平,DVD的图像格式属于标准清晰度数字电视水平。

(4)按显示屏幕幅型分类:可以分为4:3幅型比和16:9幅型比两种类型。

(5)按扫描线数(显示格式)分类:可以分为HDTV扫描线数(大于1000线)和SDTV扫描线数(600~800线)等。

2.标新立异——数字通信的优点

数字电视技术与原有的模拟电视技术相比,有如下优点:

(1)信号杂波比和连续处理的次数无关。电视信号经过数字化后是用若干位二进制的两个电平来表示,因而在连续处理过程中或在传输过程中引入杂波后,杂波幅度只要不超过某一额定电平,通过数字信号再生,都可能把它清除掉,即使某一杂波电平超过额定值,造成误码,也可以利用纠错编、解码技术把它们纠正过来。所以,在数字信号传输过程中,不会降低信杂比。而模拟信号在处理和传输中,每次都可能引入新的杂波,为了保证最终输出有足够的信杂比,就必须对各种处理设备提出较高信杂比的要求。模拟信号在传输过程中噪声逐步积累,而数字信号在传输过程中,基本上不产生新的噪声,它的信杂比基本不变。

(2)可避免系统的非线性失真的影响。而在模拟系统中,非线性失真会造成图像的明显损伤。

(3)数字设备输出信号稳定可靠。因数字信号只有“0”、“l”两个电平,“l”电平的幅度大小只要满足处理电路中可能识别出是“l”电平就可,大一点、小一点无关紧要。

(4)易于实现信号的存储,而且存储时间与信号的特性无关。近年来,大规模集成电路(半导体存储器)的发展,可以存储多帧的电视信号,从而完成用模拟技术不可能达到的处理功能。例如,帧存储器可用来实现帧同步和制式转换等处理,获得各种新的电视图像特技效果。

(5)由于采用数字技术,与计算机配合可以实现设备的自动控制和调整。

(6)数字技术可实现时分多路,充分利用信道容量,利用数字电视信号中行、场消隐时间,可实现文字多工广播。

(7)压缩后的数字电视信号经数字调制后,可进行开路广播,在设计的服务区内(地面广播),观众将以极大的概率实现“无差错接收”(发“0”收“0”,发“l”收“l”),收看到的电视图像及声音质量非常接近演播室质量。

(8)可以合理地利用各种类型的频谱资源。以地面广播而言,数字电视可以启用模拟电视、禁用频道,而且在今后能够采用“单频率网络”技术,例如套电视节目仅占用同1个数字电视频道而覆盖全国。此外,现有的6兆赫模拟电视频道,可用于传输套数字高清晰度电视节目或4-6套质量较高的数字常规电视节目,或者16-24套与家用录像机质量相当的数字电视节目。

(9)在同步转移模式的通信网络中,可实现多种业务的“动态组合”。例如,在数字高清晰度电视节目中,经常会出现图像细节较少的时刻。这时由于压缩后的图像数据量较少,便可插入其他业务(如电视节目指南、传真、电子游戏软件等),而不必插入大量没有意义的“填充比特”。

(10)很容易实现加密/解密和加扰/解扰技术,便于专业应用(包括军用)以及广播应用(特别是开展各类特种收费业务)。

(11)具有可扩展性、可分级性和互操作性,便于在各类通信信道特别是异步转移模式的网络中传输,也便于与计算机网络联通。

(12)可以与计算机融合而构成一类多媒体计算机系统,成为未来国家信息基础设施的重要组成部分。

3.一专多能——数字电视通信的用途

在数字电视中,采用了双向信息传输技术,增加了交互能力,赋予了电视许多全新的功能,使人们可以按照自己的需求获取各种网络服务,包括视频点播、网上购物、远程教学、远程医疗等新业务,使电视机成为名副其实的信息家电。

数字电视提供的最重要的服务就是视频点播。视频点播是一种全新的电视收视方式,它不像传统电视那样,用户只能被动地收看电视台播放的节目,它提供了更大的自由度,更多的选择权,更强的交互能力,传用户之所需,看用户之所点,有效地提高了节目的参与性,互动性,针对性。因此,可以预见,未来电视的发展方向就是朝着点播模式的方向发展。数字电视还提供了其他服务,包括数据传送、图文广播、上网服务等。用户能够使用电视现实股票交易、信息查询、网上冲浪等,使电视被赋予了新的用途,扩展了电视的功能,把电视从封闭的窗户变成了交流的窗口。

4.展望未来——数字电视通信的前景

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、通信领域的其他手段相互融合,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人们的广泛关注,数字电视被各国视为新世纪的战略技术,它也成了继电信引爆互联网之后的又一大“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更大的发展。

下一代数字电视的技术发展方向

(1)标准数字电视

由于目前世界上大多数国家主要地区仍处于模拟电视与数字电视的转换过渡时期,因此市场上仍然存在着既能接收模拟电视节目又能接收数字电视节目的多功能电视机,也就是所谓的数字电视一体机,它们可以采用机顶盒 模拟电视的解决方案来实现。

(2)大屏幕数字电视

随着现代人起居室的不断变大,用户市场对大屏幕数字电视的需求也在不断增长。目前,总体上讲,液晶显示器数字电视是业界的发展主流。但由于性价比的关系,一旦尺寸大到某一限度,液晶显示器屏幕的成本就会急剧上升。传统上,业界认为40英寸是液晶和等离子电视的分界点,液晶电视更专注于40英寸以下领域,而等离子电视则适合40英寸以上的显示需求。但随着技术的进步,近期50英寸有望成为液晶和等离子电视新的分界点。

(3)高清化

随着高清节目源的增多,图像水平清晰度大于800线的高清数字电视(HDTV)越来越成为数字电视的主流,相应的数字电视机顶盒以及编解码芯片也要适应这一发展的要求。

(4)互联网数字电视

数字电视的下一个重要发展方向就是连接互联网,未来的消费者不必再为了检查邮箱、发送电子邮件、在线玩网络游戏、下载和播放网络视频、甚至收看流媒体视频,人们将可以直接用无线鼠标或无线键盘体验家用电脑的所有功能。

从技术的角度看,人们可以采用百兆/千兆以太网等无线或有线技术实现数字电视与互联网的连接,在数字电视中增加应用处理器或多媒体处理器。

(5)个人视频录像机

个人视频录像机也是未来数字电视的下一个重要发展方向。随着未来的数字电视集成多媒体处理器,个人视频录像功能将逐步融合到未来基于硬盘或微硬盘的数字电视产品中。

(6)支持更丰富的互联接口

未来的数字电视还将支持更多的互联接口,以实现与数码相机、数码摄像机、移动硬盘、家用电脑、笔记本电脑、智能手机、数码打印机等数字设备的连接,共享相互之间的音视频信息。

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