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数字电视技术
【相关摘要】
随着知识经济时代和数字化时代的到来，观众对知识的强烈需求和新技术的出现，为知识类电视节目的发展提供了一个良好的创作契机。
论文主要从以下两方面展开论述：
一、数字化电视技术的发展和优势。
当前电视技术正在由模拟向数字化迅速过渡，随着数字化压缩技术的发展，数字化技术日益贯穿于采集、制作、存储、传输、发射和接收等电视系统的各个环节。
数字化电视技术跟模拟技术相比具有以下优势：
第一、信号损失率低，可进行多次处理和复制；第二、技术指标高，数字摄像机的清晰度、灵敏度和信噪比等技术指标都明显高于模拟摄像机，因而可获得清晰高质的画面；第三、设备机动性高，数字摄录编设备体积小，重量轻，可适合各种场合的拍摄工作；第四、节目制作效率高，使用非线性编辑可做到素材存取随机化，制作集成化，便于网络化，从而大大提高节目制作效率；第五、由单向传播到双向交互，广播电视与计算机通信业相互汇聚融合，使观众与电视之间的信息双向交流成为可能。
二、数字技术在知识类电视创作中的应用。
数字化电视技术的迅速发展为电视节目制作提供了新的创作手段和表现方法。
为了便于分析，本文权且将知识类电视节目按照数字技术的应用方式划分为现场直播节目、科学教育类节目和一般专题节目。
在现场直播节目中充分运用数字化传播手段，将正在进行的科学文化活动、正在发生的相关事件传播给广大观众，这种直播方式最真实、最快捷、也最富有悬念，符合人们的收视心理和获取知识的需要。
数字化传播技术为各种各样的现场直播提供了保证，使直播节目的“零点”时效性、悬念性和全方位性等特点充分体现出来。
近年来随着数字化技术的迅速发展，科教节目的内容和形式都发生了很大的变化，不仅做到了言之有物，言之有据，言之有理，而且言之有趣，具有较强的感染力。
数字摄像技术可以为科教节目提供符合其要求的高质量画面和各种各样的拍摄手段。
动画技术、数字图像处理技术、虚拟演播室技术和非线性编辑技术等这些数字化技术结合起来，就像一个“梦幻工厂”，为充分发挥编导的艺术构思提供了一个更为广阔的天空，为科教类节目的创作开辟了崭新的道路。
专题类知识节目是通过人物、事件、谈话、现场交流让观众在潜移默化之中得到知识和智慧的启迪。
因而更具有创作上的发挥空间，数字技术的运用也呈现出灵活多样、讲求时效、贴近观众的特点。
运用数字技术有效地拉近了节目与观众的心理距离，展示给观众更为广阔的辐射空间。
一总之，数字化技术的发展为知识类电视节目提供了前所末有的发展前景，开拓了新思路、新手法、新样式。
同时对知识类电视节目创作人员的素质提出了更高要求。
在数字化时代，知识类电视节目创作者只有熟练掌握数字摄录编设备、电脑动画等各种数字技术，才能在艺术创作时更加得心应手，将技术与艺术完美结合，将科学与艺术融为一体，创作出更多的优秀的知识类作品。
数字电视技术的发展
一、 数字电视及全数字电视
1983年德国tit公司推出了一套对模拟电视机视频信号进行数字化处理的芯片，由这套2000系列芯片制成了商品名称为“DLGIVISION”的“数字电视机”，限于当时的技术水平，这种早期定义的数字电视机的高、中频道仍是模拟式的，它接收的信号还是传统的模拟信号，仅在视视频检波后对视频基带信号和伴音信号进行数字化处理，以改善图像和伴音信号的质量，其代价是增加了电视机的成本。
这种接收模拟广播信号的数字电视机的出现对电视技术的数字化起了促进作用。
1993年后，1Tr／IntermetaU公司对2000系列芯片进行了改进，推出了名为九码3000系列芯片组，它仍用于模拟电视机，仅是采用数字技术改进模拟电视机的性能。
1990年美国通用仪器（C1）公司为研制高清晰度电视（H1）TV），提出了信源的视频信号及伴音信号用九字压缩编码，传输信道用数字通信的调制和纠错技术，这之后就出现了全数字电视（FullDigitalTV）。
这种全数字电视的概念和技术经过近年来的发展和完善，已得到世界各国技术界的一致认可，并已形成MPEG—2的世界标准，各国都在开发这种全数字电视机，它将成为电视技术发展的下一个里程碑。
由于各国对发展全数字电视的观点已经一致，为了称呼方便，“全数字电视”就简称“数字电视”，它的含义与早期称呼的“数字电视机“有本质的区别。
近来，国际上对“数字电视“（DTV）的含义又有扩展，包括了高清晰度电视、标准清晰度电视（$DTV）和VCD质量的低清晰度电视（ilyrv）。
可见，目前市场上出现的lOOl-iz、画中画、画外画等数字处理的电视机仍然属模拟电视机，它们二者与接收全数字电视信号的数字电视机有本质的区别，全数字电视机可以包括模拟电视机的功能，模拟电视机数字化并不等于全数字电视机，不能混同。
全数字电视系统的图像信号和伴音信号从演播室开始就已经数字化。
因此它在加工制作、复制、传输过程中不再产生噪波和失真的迭加积累，传输中只要达到一定的信噪比条件，数字处理设备就可以再生出这些数字信号，它们与原始发射端的信号一样好。
所以数字电视接收机收到的图像质量和伴音质量几乎与演播室送出的质量水平一样，较传统的模拟电视质量明显的提高。
数字化满足了人们提高电视图像质量和伴音质量的愿望。
全数字电视更主要的优点是它所需的传输信道带宽较目前的模拟电视明显减少。
过去传一路模拟电视的通道，现在可以传四、五路甚至十几路的全数字电视信号。
从而使频谱资源的利用率得到提高，同时也节省了每路电视的传输费用，提高了电视台的经济效益。
另外，数字化更方便电视台对节目进行加密和收费管理。
二、全数字电视系统
1，演播室数字化设备
演播室（即电视中心）设备是电视台使用的专业设备。
现在各电视台的演播室设备都逐渐向数字化过渡，许多大电视台已从“数字岛“向全台数字化扩展。
这样，电视台内部信号交换都是“比特”数据流。
不过由于数字化演播室设备价格昂贵，中、小电视台只能逐步实现。
目前用得最多的演播室数字化设备有字幕机、数字录像机、非线性编辑机等。
2。
数字化传输设备
电视信号的传输如图1所示有3种途径：
地面发射开路广播，有线电视网传输，广播卫星传输。
（1）地面发射开呼广播是目前最常用和最普及的电视广播方式。
在电视信号数字化以后，这种传统方式仍是观众最方便、最容易接受的一种广播方式。
为了适应数字信号在地面广播时传输媒介环境条件复杂等特点，其调制方式不仅不同于以往的模拟电视，也不同于线缆传输和卫星传输的模式。
目前国际上地面电视广播有两种传输制式：
美国提出的VSB（残留边带）调制方式和欧洲提出的COFDM（编码正交频分多路）调制方式。
（2）有线电视在我国发展很快，它不仅信号传输质量高，而且节目频道多，便于开展按节目收费（PPV）、节目点播（VOD）及其它双向业务。
在有线电视中实现数字化有明显的优越性和广阔的市场。
数字式有线电视广播的调制方式各国意见基本一致，大多数都采用QAM（正交调幅）方式。
（3）卫星电视广播的特点是覆盖面广，只要在覆盖区内，无论城市还是边远地区都可以收到电视信号。
卫星电视广播的发展趋势是直接到家庭（DTH），称为卫星直播服务。
在数字化以后，一颗大容量卫星可以开播100-500套节目，是未来多频道电视广播的主要方式。
卫星数字电视广播的调制方式世界各国都统一采用QPSK（四相相移键控）方式。
3．数字电视接收机
数字电视广播有三种发送传输方式，因此对应的数字电视接收机在目前也有三种配置方式，即接收地面广播的数字电视机、接收有线电视广播的机顶盒（STB）、接收卫星数字电视广播的综合接收解码器（mD）。
后两者必须与普通电视机配合才能构成完整的全数字电视接收机。
最终将把三种配置都合在一起构成多制式的全数字电视机。
三、全数字电视技术的发展
80年代后期兴起的数字式高清晰度电视研究促进了数字电视技术的发展。
美国发展数字电视的重点放在HDTV。
1996年12月24日，美国联邦通信委员会（FCC）批准了以HIYYV为基础的ATSC数字
电视标准，并决定到2006年停止模拟制NT-SC电视广播，全部转为数字电视广播。
按此计划，美国将于1998年圣诞节前（11月1日）开始正式的数字电视地面广播（包括HDT及SDTV）。
在欧洲，发展数字电视的DVB计划也在加紧进行，欧洲的DVB重点放在SDTV，地面广播的DVB—T计划正在加紧试验。
英国已于1998年8月开始数字电视的地面广播。
卫星广播的DVB—S计划从1996年已开始。
德国、地国、卢森堡、英国及北欧各国都开始了卫星的DVB—S广播。
有线电视的DVB—C计划也在逐步实现。
日本原来对数字电视体制的出现准备不足，采取观望态度。
1997年迫于形势已将原定于2005年才开始数字电视广播的计划改为2000年开始，最近又宣布推迟到2003年开始。
日本民间组织的PerfecTV卫星数字电视试播已于1996年10月开始。
地面的数字电视放手近来也在积极筹备。
在硬件设备方面，如数字电视接收机顶盒、显示器等，日本采取与美国及欧洲公司合作生产，以期在接收设备方面抢占有利地位。
我国中央电视台1995年下半年引进了美国通用仪器（C1）公司的SDTV档级的数字电视设备，开始了全数字电视信号的卫星传输。
1997年1月已有广东、河南等10个省、区的11套电视节目用MPEG—2压缩技术的全数字方式通过卫星传输。
1998年又有《个省、市的电视节目也用数字方式通过卫星传输。
今年我省台已完成数字卫星广播的过渡。
我国地面广播的全数字电视广播试验已在北京进行完毕。
有线电视广播的全数字电视传输已在深圳实现。
我国从模拟电视向全数字电视过渡的过渡时间将会比美、欧、日苇发达国家所需的时间更长，至少需10-15年以上。
消费者完成不必担心目前的模拟电初机到时能否使用的问题。
况且在数字电视广播时代我们仍可以通过机顶盒用现在的模招电视接收机接收未来的数字电视信号。
总之，电视数字化是电视技术的发展文向，电视广播实现全数字化是必然趋势。
模拟电视接收机向全数字电视接收机过渡也是电视产品升级换代的必经之路。
数字电视技术及发展前景
青云电子网络工作室
1．1数字电视定义
数字电视是电视数字化和网络化后的产物。
数字电视是一个系统，是指从电视节目采集、制作、编辑、播出、传输、用户端接收、显示等全过程的数字化，换句话说就是系统所有过程信号全是由O、1组成的数字流。
数字电视已不仅仅是传统意义上的电视，而是能提供包括图像、数据、语音等全方位的服务，是3C融合的一个典范，是计算机、传输平台、消费电子三个环节的聚焦点。
1．2数字电视与模拟电视的对比
数字电视采用的技术与原模拟电视有着很大的不同。
其技术比较见下表。
1．3数字电视的优势
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1—8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。
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、伴音、
附加功能等信号
采用数字信号传输电视图像、伴音、附加功能等信号
信源编解码
因为信号数据量不大。
所以不存在信息编码压缩问题
电视信号数字化后，其信号的数据传输率很高。
须具有良好的数据编码压缩技术
复用
无夏用器，视频、音频信号分别传输
将编码后的视频、音频、辅助数据信号分别打包后复合成单路串行的比特流，使数字电视具备了可扩展性、分级性、交互性、与网络的互通性
信道编解码调制解调
图像信号按行、场排列，并具有行、
场同步信号、前后均衡脉冲等，并对
视频信号有补偿处理。
调制方式一般采用调频或调幅
有压缩及复用，传送时的信号不再有模拟电视场、行标志及概念。
通过
纠错、均衡来提高信号抗干扰能力，调铡采用QAM、COFDM等新方法。
且随着调制方法技术的改进。
传输效率会进一步提高
特点
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）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，能实现各种交互式应用，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，减少消费者的经济负担。
1．4数字电视的应用范围
1）基本业务：
只要节目源许可，用户可以收看数百套数字电视节目，以及几十套调频广播节目和数字音频广播（DAB）节目。
2）扩展业务：
可提供如图文电视、电视会议、数据信息广播、加密电视、视频点播等。
3）增值业务：
可通过双向传输系统进行交互式的多功能应用，如互联网接入、远程教学、远程医疗、电子邮件、计算机联网、数据通讯、家庭保安监控等多媒体信息服务。
1．5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，并不影响图像的最终质量，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。
2数字电视分类
2．1按信号传输方式可分为:
地面无线传输数字电视（地面数字电视）；卫星传输数字电视（卫星数字电视）；有线传输数字电视（有线数字电视）。
2．2按图像清晰度可分为三大类
1）数字高清晰度电视（HDTV）：
需至少720线逐行或1080线隔行扫描、屏幕宽高比应为16：
9、采用杜比数字音响，能将高清晰格式转化为其他格式并能接收并显示较低格式的信号，图像质量可达到或接近35mm宽银幕电影的水平。
2）数字标准清晰度电视（SDTV）：
必须达到480线逐行扫描，能将720逐行、1080隔行等格式变为480逐行输出，采用杜比数字音响。
对应现有电视的分辨率，其图像质量为演播室水平。
3）数字普通清晰度电视（LDTV）：
显示扫描格式低于标准清晰度电视，即低于480线逐行扫描的标准。
对应现有VCD的分辨率。
2．3按照产品类型可分为
数字电视显示器、数字电视机顶盒和一体化数字电视接收机；
2．4按显示屏幕幅型比分类
数字电视可分为4：
3和16：
9幅型比两种类型。
3 数字电视技术
数字电视的实现，以下几项技术是关键：
3．1数字电视的信源（视频、音频）编解码技术在1920x1080显示格式下，数字化后信号的数码率在传输中高达995Mbit／s，这比现行模拟电视的传输信息量大得多，因此必须去除图像信号中的多余信息，将数码率压缩到能在一个8MHz模拟电视信道中传送。
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20Mbit／s～30Mbit／s。
国际组织已经制定了对图像进行压缩编码的标准有JPEG（静态图像压缩编码标准）、MPEG-2（运动图像压缩编码标准）等。
音频编解码主要功能是完成声音信息的压缩。
对伴音进行压缩编码标准有MPEG伴音压缩编码标准、AC-3等。
3．2数字电视的复用系统
数字电视的复用系统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，送给信遭编码及调制。
接受端与此过程相反。
在HDTV复用传输标准方面，美国、欧洲、日本都采用了MPEG-2标准。
3．3数字电视的信道编解码及调制解调
为了提高传输的频带利用率，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。
数字电视采用多进制调制方法，例如：
残留边带调制（VSB）；正交振幅调制（QAM）；四相相移键控调制（QPSK）；差动四相相移键控调制（DQPSK）；编码正交频分复用调制（COFDM）等。
为了提高数字电视传输的可靠性，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，方法如：
里德一索罗门码、卷积码、交织、格状编码调制等。
美国、欧洲、日本数字电视的制式、标准不统一，主要是指在该方面的不同。
4 数字电视标准
数字电视标准是指数字电视采用的视音频采样、压缩格式、传输方式和服务信息格式等的规定。
目前投入使用的有三种：
美国的ATSC（先进电视系统委员会）；欧洲的DVB（数字视频广播）；日本的ISDB（综合服务数字广播）。
每一种标准对于信源的处理、画面格式及传输方式等方面均有一些差别。
每一种数字电视标准又可分为卫星传输、电缆传输和地面传输方式。
4．1美国ATSC标准
ATSC标准由四个层级组成，最高为图像层，确定图像的形式，包括象素阵列、幅型比和帧频。
接着是图像压缩层。
再下来是系统复用层，特定的数据被纳入不同的压缩包中。
最后是传输层，确定数据传输的调制和信道编码方案。
下面两层共同承担普通数据的传输。
上面两层确定在普通数据传输基础上运行的特定配置，如HDTV或SDTV；还确定ATSC标准支持的具体图像格式。
另外，ATSC还开发并通过了可为采用50Hz帧频的国家使用的另行标准。
ATSC成员30个，其中有美国国内成员20个、来自阿根廷、法国、韩国等7个国家的成员10个，中国的广播科学研究院也参加了ATSC组织。
ATSC标准定义的画面格式
格式
画面分辨率
画面幅型比
图像帧频率
扫描力式
HDTV
1920x1080
16：
9
60Hz
隔行
30Hz
逐行
24Hz
1280x720
60Hz
30Hz
24Hz
SDTV
704x480
16：
9或40
60Hz
隔行
30Hz
逐行
24Hz
640x480
4：
3
60Hz
隔行
30Hz
逐行
24Hz
4．2欧洲DVB标准
支持室内接收、移动接收等需求，包括4个系统。
1）DVB传输系统：
涉及卫星、有线电视、地面、SMATV、MMDS等所有传输媒体。
DVB-S数字卫星广播系统标准。
卫星传输具有覆盖面广、节目容量大等特点。
DVB-C数字有线电视广播系统标准。
系统前端可从卫星和地面发射获得信号。
pWB-T数字地面电视广播系统标准。
本地区覆盖最好。
传输质量高，但接收费用也高。
DVB-SMATV是数字卫星共用天线电视（SMATV）广播系统标准。
DVB-MS高于10GHz的数字广播MMDS分配系统标准。
DVB-MC低于10GHz的数字广播MMDS分配系统标准。
2）DVB基带附加信息系统：
可传送接收IRD调谐、节目指南及图文、字幕、图标等信息。
DVB标准定义的画面格式
画面分辨率
画面幅型比
图像帧频率
扫描方式
1920x1080
16：
9
25Hz／30Hz
隔行
720x576
16：
9或4：
3
50Hz
逐行
544x576
25Hz
隔行/逐行
480x576
352x576
DVB-SI数字广播业务信息系统标准。
DVB-TXT数字图文广播系统标准，用于固定格式图文电视的传送。
DVB-SUB为数字广播字幕系统标准，用于字幕及图标的传送。
3）DVB交互业务服务：
对应标准有：
DVB—NIP、DVB-R．CC和DVB-R．CT。
4）DVB条件接收及接口标准：
条件接收是付费电视广播的基本部分。
DVB数字广播系统与其他电信网络（如SDH、ATM等）连接，可实现DVB向电信网络的过渡。
标准包括：
DVB-C11DVB-PDH，DVB-SDH，DVB—ATM、DVB-PI和DVB-IRDI。
DVB成员已经达到265个（来自35个国家和地区），主要集中在欧洲并遍及世界各地，我国的广播科学研究院和TCL电子集团也在其中。
4．3日本ISDB标准
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。
ISDB是日本的DIBEG（数字广播专家组）制订的数字广播系统标准，它利用一种已经标准化的复用方案在一个普通的传输信道上发送各种不同种类的信号，同时已经复用的信号也可以通过各种不同的传输信道发送出去。
ISDB具有柔软性、扩展性、共通性等特点，可以灵活地集成和发送多节目的电视和其它数据业务。
ISDB筹划指导委员会委员17个，其他成员23个，其成员均为日本国内电子公司和广播ISDB标准定义的画面格式三种数字电视标准对比机构。
水平分辨率
垂直分辨宰
叠面幅型比
图像帧频率
扫描方式
1920
1080
16：
9
30Hz
隔行
1440
720
480
1280
运行
720
运行／隔行
544
隔行
480
4：
3
美国标准ATSC
欧洲标准DVB
日本标准ISDB
地面
卫星
有线
地面
卫星
有线
地面
卫星
有线
调制方式
8VSB／16VSB
QBK
QAM
2k／8kCOFDM
QpsK
QAM
分段COFDM
QPSK
QAM
视频编码
MPEG-2
MPEG-2
MPEG-2
音频编码
AC-3
复用
MPEG-2
MPEG
4．4三种数字电视标准的对比
无论哪一种制式，它们的视频压缩技术都采用了MPEG-2标准，但是由于美国和欧洲等在模拟电视的制式的差别，为了兼容性，它们的视频采样格式也存在差别，主要体现在行和列的分辨率及场频等。
在数字电视信号的传输中，卫星传输一般采用QPSK调制技术，电缆传输一般采用QAM调制技术，但地面传输采用的技术则在不同的制式中存在很大差别，如美国的ATSC采用的是VSB调制技术，而欧洲的DVB和日本的ISDB则使用oFDM调制技术。
服务信息是指在数字电视中开展增值服务所用的数据，美国ATSC制式中的PSIP部分和欧洲DVB制式中的SI部分分别规定了各自数字电视中的服务信息格式。
ATScATV优点：
频谱效率高、功率峰均比低，明显地减少了脉冲干扰。
可将与原模拟NTSC信号的同频和邻频干扰减至最小。
缺点是不能抵抗多径干扰，不支持移动接收。
DVB-T优点：
在基于大量小功率、工作在同一频道的众多发射机，每一个均覆盖一个较小的区域的这样一种单频网络来说，DVB是一三种标准数字地面广播系统的比较
美国ATSCATV
欧洲DVB-T
日本ISDB-T
带宽
5.6MHz
6.6,7.6MHz
5.6MHz,432kHz
调制
8VSB
COFDM
载频调制
QPSK，16QAM,64QAM
DQPSK，16QAM,64QAM
多工方式
MPEG-2系统
编码
MPEG-2编码（声音为AC-3）
MPEG-2编码
信息码率
19.39Mb／s
4.35Mb／s~31.67Mb／s
5.6MHz：
3.68Mb／s~21.46Mb／s
432kMHz：
283kb／s~1.65Mb／s
移动接受
不可以
困难（有条件可以）
可以
种最佳选择。
同时提供了良好的移动接收性能。
缺点
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