[科普中国]-数字电视

数字电视又称为数位电视或数码电视，所谓数字电视，就是将传统的模拟电视信号经过抽样、量化，然后编码转换为用二进制数代表的数字电视信号，然后进行各种功能的数字处理、传输、存储和记录，也可以用电子计算机进行处理、存储和控制。采用数字技术不仅使各种电视设备获得比原有模拟设备更高的性能，而且还具有模拟技术不能实现的新功能，使电视技术步入崭新时代。1

概述数字电视就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数字电视信号进行处理和调制的全新电视系统。该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，数字信号的传播速率是19.39Mb/s，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。2

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。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，没有模拟电视的雪花、重影现象。2

发展历程数字技术是近20年来发展最快的技术之一。总体来看，数字技术在电视上的应用的发展总体分三个主要阶段：3

第一阶段：在上世纪80年代之前，当时以研究开发单独的局部设备为主，投入使用的有数字时基校正器（DTBC）、数字帧同步机（DFS)、数字特技机(DVE)等。3

第二阶段：是在80年代到90年代，这一阶段的特点是开发成功了数字整机电视设备，如数字录像机、数字信号处理摄像机等。3

第三阶段：是在90年代以后，在这一阶段，数字电视技术已开始从单个设备向整个系统发展，一些研究机构提出了全数字化的数字电视广播标准，如欧洲的数字视频广播格式、美国的ATSC格式等，而且数字电视技术与高清晰度电视技术结合在一起，一些发达国家已经开始进行数字电视或数字高清晰度电视系统的试播。3

如今，数字电视是人们谈论最多的热闹话题之一。可以说随着时代的发展，人们对于数字电视的陌生感也越来越减弱，并且我国在十二五规划中也将着重推行数字电视。所以，数字电视的真正定义是什么呢？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。数字电视的传输过程相对于传统电视的模拟信号传输而言，主要区别在于对电视台所发出的信号经过卫星以及地面无线广播接收时，通过数字解调和数字音视频解码后，重现发射端的图像及伴音信号。这样可以尽可能的将更多的内容通过电视台发射出去，而相应的观众则能够在家中接受到更多更清晰的画面和音质，提高百姓欣赏电视的品质。不过这样则对于信号传输的要求更高，同时在接收时对于数字信号的解调和数字视音频解码处理要求相对于过去更为严密。3

特征从数字电视和模拟电视的区别来讲，数字电视具有下列三项特征：4

1、影像信息源和声音信息源的信息源代码应当是数字压缩代码，也就是对模拟音视频信号进行模/数转换后的压缩代码；4

2、传输信道需要利用数字信道的调制解调功能，也就是说调制解调和信道编码也是数字化的过程；4

3、电视发射机和接收机也都是数字式设备。4

简而言之，对电视信号的产生、获取、传输、处理、存储、变换、接收等过程均为数字信号的系统，就是数字TV系统。利用数字技术不但让各类TV产品获取比模拟产品更好的性能，同时也将拥有模拟技术无法完成的新功能，让TV技术步入新时代。数字TV不管是在图形和影像品质或是在其他性能上均比模拟TV有较大优势。4

分类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3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。2

优缺点优点1、图像清晰度可接近于发射端信源部分的清晰度。其原因之一是信噪比与连续处理的次数无关，由于杂波主要叠加在传输信号上，而采用二进制的数码信号，通过整形以及引入的检错技术，很容易把这些杂波的影响消除，模拟信号在传输过程中噪声会逐步累积，而数字信号在传输中不会产生新的噪声，即信噪比可基本保持不变，所以模拟信号要求信噪比S/N≥40dB，而数字信号仅需≥20dB。原因之二是数字系统的非线性失真的影响很容易消除，而模拟系统中的非线性失真会造成图像畸变。5

2、伴音质量高，音域范围宽。由于采用信息压缩技术，频道利用率很高，允许传送高质量、宽带20Hz～20kHz的音频信号和双路立体声/双伴音，或者传送AC-3数字立体声环绕声5+1声道和具有影院音效的伴音。

3、频道利用率高。在原有的8MHz宽带一个频道的范围内，可传送1路高清晰度数字电视，或者用集束方式传送2～3套标准清晰度电视以及有关业务数据，或加载通信信道。5

4、数字电视与模拟电视可实施信道兼容。在同一频道上可同时传送模拟电视与数字电视而互不干扰，既可在原有模拟电视接收机上加装数字电视机顶盒，又可在数字电视机分路处理模拟电视信号，因而扩展了接收信道空间，使用户得到更多的实惠。5

5、很容易实现加密/解密、干扰/解扰，以便扩展各类收费的广播电视服务和其他专业应用，如军事、商业服务。5

6、便于与通信和计算机融合，有利于构成国家信息高速传输网一种终端。这是因为计算机技术中的存储记录数字信号的功能都可以用到电视信号上，例如磁带录像将逐渐被磁盘、光盘所代替。由于数字信号只有“1”和“0”，容易存储，因而可广泛地用于图像质量改善，例如现在的100Hz电视就是将50Hz的电视画面逐个存储起来，每个画面放两次，因此观众就能看到更稳定的电视图像，感觉不到闪烁了。5

7、可以采用纠错编码技术提高电视机的抗噪声干扰能力。5

8、数字电路成本低，无需调整、调谐，不会老化，所以生产成本降低，维修也容易。5

缺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，这些弱点不会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，这些弱点显得并不重要。2

信号数字化模拟电视信号数字化的步骤是取样、量化和编码。6

1、取样

将时间和幅度上连续的模拟信号转变为时间离散的信号，即时间离散化。电视信号数字化取样频率的选择首先应满足奈奎斯特抽样定理，即取样频率必须大于信号带宽的两倍，才能从取样信号中完全恢复原信号。对于数字分量编码信号的取样，CCIR601建议亮度取样频率为525/59.94和625/50两大制式行频的最小公倍数2.25MHz的6倍，即13.5MHz。对现行电视制式而言，亮度信号的最大带宽是6MHz，13.5MHz>2×6MHz=12MHz，所以它符合奈奎斯特定理。而色差信号的带宽比亮度信号窄得多，所以在分量编码时两个色差信号的取样频率可以低一些。6

2、量化

将幅度连续信号转换为幅度离散的信号，即幅度离散化。通过取样，把模拟信号变为时间上离散的脉冲信号。这些脉冲信号的幅度仍然是模拟的，因此还必须对模拟幅度进行离散化处理，才能用数码来表示其幅值。这种对幅值进行分级，并按每级进行舍零取整的过程叫作量化。取样频率越高，量化比特数越大，数码率就越高，所需传输设施的带宽则越宽。在目前各厂商生产的数字化视频设备中，最高的量化比特数是12。6

3、编码

按照一定的规律，将时间和幅度上离散的信号用对应的二进制或多进制代码表示。电视通道数字化后的码率太高，如不加压缩，一个通道就将占有100多兆赫的带宽。因此，为了简化信号的传输与存储，压缩码率无疑是十分必要的。常见有如下方法：6

（1）降低取样频率

降低取样频率能够压缩码率这是十分自然的，但是，奈氏定理指出，当取样频率fs