数字电视信号发展运用

2015年10月20日

数字电视发展趋势

  基本定义

  数字电视(Digital TV)又称为数位电视或数码电视,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该系统所有的信号传播都是通过由0、1数字串所构成的二进制数字流来传播的电视类型,与模拟电视相对。采用了数字图象压缩编码和数字伴音压缩编码技术、信道纠错编码(FEC)技术、数字多路复用技术及适用于各种传输信道卫星、电缆、地面辐射的调制解调技术等

 传输过程

  “数字电视”的含义并不是指我们一般人家中的电视机,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。其具体传输过程是: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。

 

工作原理

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,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:

压缩编码

  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。

改进编码

  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);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)。

 

具体分类

  数字电视可以按以下几种方式分类:

信号传输

  按照数字电视的信号传输可以分为地面无线传输(地面数字电视DVB-T)、卫星传输(卫星数字电视DVB-S)、有线传输(有线数字电视DVB-C)三类。

产品类型

  按照数字电视的产品类型分类,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。

屏幕幅型

  按照数字电视的显示屏幕幅型可以分为4:3幅型比和16:9幅型比两种类型。

扫描线数

  按照扫描线数,数字电视可以分为HDTV扫描线数(大于1000线)和SDTV扫描线数(600~800线)等。

清晰度

  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,即HDTV)。VCD的图像格式属于低清晰度数字电视(LDTV)水平,DVD的图像格式属于标准清晰度数字电视(SDTV)水平。

 

技术优点

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,其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。模拟信号要求 S/N>40dB,而数字信号只要求S/N>20dB。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,也即信杂比基本不变。  

(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”、“1”两个电平,“1”电平的幅度大小只要满足处理电路中可能识别出是“1”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(Teletext)。   

(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“1”收“1”),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?quot;禁用频道(taboo channel),而且在今后能够采用“单频率网络”(single frequency network)技术,例如 l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 6MHz模拟电视频道,可用于传输 l套数字高清晰度电视节目或者 4-6套质量较高的数字常规电视节目,或者 16-24套与家用 VHS录像机质量相当的数字电视节目。   

(9)在同步转移模式(STM)的通信网络中,可实现多种业务的“动态组合”(dynamic combination)。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,便可插入其它业务(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(ATM)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”(NII)的重要组成部分。

调制方式

正交振幅调制(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。  

美国地面电视广播迄今仍占其电视业务的一半以上,因此,美国在发展高清晰度电视时首先考虑的是如何通过地面广播网进行传播,并提出了以数字高清晰度电视为基础的标准——ATSC。美国HDTV地面广播频道的带宽为6MHZ,调制采用8VSB。预计美国的卫星广播电视会采用QPSK调制,电缆电视会采用QAM或VSB调制。  

从1995年起,欧洲陆续发布了数字电视地面广播(DVB-T)、数字电视卫星广播(DVB-S)、数字电视有线广播(DVB-C)的标准。欧洲数字电视首先考虑的是卫星信道,采用QPSK调制。欧洲地面广播数字电视采用COFDM调制,8M带宽。欧洲电缆数字电视采用QAM调制。   

日本数字电视首先考虑的是卫星信道,采用QPSK调制。并在1999年发布了数字电视的标准——ISDB

 

内容简介

   数字电视是一个从节目采集、节目制作节目传输直到用户端都以数字方式处理信号的端到端的系统。基于DVB技术标准的广播式和“交互式”数字电视.采用先进用户管理技术能将节目内容的质量和数量做得尽善尽美并为用户带来更多的节目选择和更好的节目质量效果,数字电视系统可以传送多种业务,如高清晰度电视(简写为“HDTV”或“高清”)、标准清晰度电视(简写为“SDTV”或“标清”)、互动电视、及数据业务等等。与模拟电视相比,数字电视具有图像质量高、节目容量大(是模拟电视传输通道节目容量的10倍以上)和伴音效果好的特点。

 

数字信号

  在通信系统内传输的信号,其载荷信息的物理量在时间上是离散,而且取值也离散,则称为数字信号(Digital signal)。它是离散时间信号(discrete-time signal)的数字化表示,通常可由模拟信号(analog signal)获得。

 

传播速率

  数字信号的传播速率是每秒19.39兆字节,如此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。例如在转播一场体育比赛时,观众需要高清晰度的图像,电视台就应采用每秒19.39兆字节的传播;而在进行新闻广播时,观众注意的是新闻内容而不是播音员的形象,所以没必要采用那么高的清晰度,这时只需每秒3兆字节的速度就可以了,剩下16.39兆字节可用来传输别的内容。


 

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来源:深圳市伊璐华科技有限公司