數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)概述
加入技術(shù)交流群
數(shù)字電視(Digital TV)是從電視信號(hào)的采集、編輯、傳播、接收整個(gè)廣播鏈路數(shù)字化的數(shù)字電視廣播系統(tǒng)。數(shù)字電視利用MPEG標(biāo)準(zhǔn)中的各種圖像格式，把現(xiàn)行模擬電視制式下的圖像、伴音信號(hào)的平均碼率壓縮到大約4.69--21Mbps，其圖像質(zhì)量可以達(dá)到電視演播室的質(zhì)量水平，膠片質(zhì)量水平，圖像水平清晰度達(dá)到500--1200線以上，并采用AC-3聲音信號(hào)壓縮技術(shù)，傳輸5.1聲道的環(huán)繞聲信號(hào)。
二、數(shù)字電視的分類
按清圖像晰度分類，數(shù)字電視包括數(shù)字高清晰度電視(HDTV)、數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視(SDTV)和數(shù)字普通清晰度電視(LDTV)三種。HDTV的圖像水平清晰度大于800線，圖象質(zhì)量可達(dá)到或接近35mm寬銀幕電影的水平；SDTV的圖像水平清晰度大于500線，主要是對(duì)應(yīng)現(xiàn)有電視的分辨率量級(jí)，其圖象質(zhì)量為演播室水平；LDTV的圖像水平清晰度為200-300線，主要是對(duì)應(yīng)現(xiàn)有VCD的分辨率量級(jí)。
按信號(hào)傳輸方式分類，數(shù)字電視可分為地面無(wú)線傳輸數(shù)字電視(地面數(shù)字電視)、衛(wèi)星傳輸數(shù)字電視(衛(wèi)星數(shù)字電視)、有線傳輸數(shù)字電視(有線數(shù)字電視)三類。
按照產(chǎn)品類型分類，數(shù)字電視可分為數(shù)字電視顯示器、數(shù)字電視機(jī)頂盒和一體化數(shù)字電視接收機(jī)。
按顯示屏幕幅型比分類，數(shù)字電視可分為4∶3幅型比和16∶9幅型比兩種類型。
三、數(shù)字電視系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)
1、數(shù)字電視的信源編解碼技術(shù)
視頻編解碼技術(shù)
數(shù)字電視尤其數(shù)字高清晰度電視與模擬電視相比，在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，最為困難的部分就是對(duì)視頻信號(hào)的壓縮。在1920×1080顯示格式下，數(shù)字化后的碼率在傳輸中高達(dá)995Mbit/s，這比現(xiàn)行模擬電視的傳輸信息量大得多。因而數(shù)字電視的圖像不能象模擬電視的圖像那樣直接傳輸，而是要多一道壓縮編碼工序。視頻編碼技術(shù)主要功能是完成圖像的壓縮，使數(shù)字電視的信號(hào)傳輸量由995Mbit/s減少為20？30Mbit/s。
音頻編解碼技術(shù)
與視頻編解碼相同，音頻編解碼主要功能是完成聲音信息的壓縮。聲音信號(hào)數(shù)字化后，信息量比模擬傳輸狀態(tài)大得多，因而數(shù)字電視的聲音不能象模擬電視的聲音那樣直接傳輸，而是要多一道壓縮編碼工序。
信源編解碼的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
國(guó)際上對(duì)數(shù)字圖像編碼曾制訂了三種標(biāo)準(zhǔn)，分別是主要用于電視會(huì)議的H.261、主要用于靜止圖像的JPMG標(biāo)準(zhǔn)和主要用于連續(xù)圖像的MPEG標(biāo)準(zhǔn)。
在HDTV視頻壓縮編解碼標(biāo)準(zhǔn)方面，美國(guó)、歐洲和日本設(shè)有分歧，都采用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。MPEG壓縮后的信息可以供計(jì)算機(jī)處理，也可以在現(xiàn)有和將來(lái)的電視廣播頻道中進(jìn)行分配。在音頻編碼方面，歐洲、日本采用了MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)；美國(guó)采納了杜比(Dolby)公司的AC-3方案，MPEG-2為備用方案。但隨著技術(shù)的進(jìn)步，1994年完成的MPEG-2隨著技術(shù)的進(jìn)步現(xiàn)在顯得越來(lái)越落后，國(guó)際上正在考慮用MPEG-4 AVC來(lái)代替目前的MPEG-2。
中國(guó)方面，中國(guó)的數(shù)字音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)工作組制定了面向數(shù)字電視和高清激光視盤播放機(jī)的AVS標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)據(jù)稱具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，與MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)完全兼容，也可以兼容MPEG-4 AVC/ H.264國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)基本層，其壓縮水平據(jù)稱可達(dá)到MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的2-3倍，而與MPEG-4 AVC相比，AVS更加簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)降低了芯片實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。
2、數(shù)字電視的復(fù)用系統(tǒng)
數(shù)字電視的復(fù)用系統(tǒng)是HDTV的關(guān)鍵部分之一。從發(fā)送端信息的流向來(lái)看，它將視頻、音頻、輔助數(shù)據(jù)等編碼器送來(lái)的數(shù)據(jù)比特流，經(jīng)處理復(fù)合成單路串行的比特流，送給信道編碼及調(diào)制。接受端與此過(guò)程正好相反。在HDTV復(fù)用傳輸標(biāo)準(zhǔn)方面，美國(guó)、歐洲、日本沒(méi)有分歧，都采用了MPEG-2 標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)已有MPEG-2解復(fù)用的專用芯片。
3、數(shù)字電視的信道編解碼及調(diào)制解調(diào)
數(shù)字電視信道編解碼及調(diào)制解調(diào)的目的是通過(guò)糾錯(cuò)編碼、網(wǎng)格編碼、均衡等技術(shù)提高信號(hào)的抗干擾能力，通過(guò)調(diào)制把傳輸信號(hào)放在載波或脈沖串上，為發(fā)射做好準(zhǔn)備。目前所說(shuō)的各國(guó)數(shù)字電視的制式，標(biāo)準(zhǔn)不能統(tǒng)一，主要是指各國(guó)在該方面的不同，具體包括糾錯(cuò)、均衡等技術(shù)的不同，帶寬的不同，尤其是調(diào)制方式的不同。
數(shù)字傳輸?shù)某Ｓ谜{(diào)制方式：
正交振幅調(diào)制(QAM)：調(diào)制效率高，要求傳送途徑的信噪比高，適合有線電視電纜傳輸。
鍵控移相調(diào)制(QPSK)：調(diào)制效率高，要求傳送途徑的信噪比低，適合衛(wèi)星廣播。
殘留邊帶調(diào)制(VSB)：抗多徑傳播效應(yīng)好（即消除重影效果好），適合地面廣播。
編碼正交頻分調(diào)制(COFDM)：抗多徑傳播效應(yīng)和同頻干擾好，適合地面廣播和同頻網(wǎng)廣播。
四、世界上現(xiàn)有的主要數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)
1、美國(guó)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)ATSC
美國(guó)地面電視廣播迄今仍占其電視業(yè)務(wù)的一半以上，因此，美國(guó)在發(fā)展高清晰度電視時(shí)首先考慮的是如何通過(guò)地面廣播網(wǎng)進(jìn)行傳播，并提出了以數(shù)字高清晰度電視為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)-ATSC（Advanced Television System Committee先進(jìn)電視制式委員會(huì)）。美國(guó)HDTV地面廣播頻道的帶寬為6MHZ，調(diào)制采用8VSB。預(yù)計(jì)美國(guó)的衛(wèi)星廣播電視會(huì)采用QPSK調(diào)制，有線電視會(huì)采用QAM或VSB調(diào)制。
ATSC數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)由四個(gè)分離的層級(jí)組成，層級(jí)之間有清晰的界面。最高為圖像層，確定圖像的形式，包括象素陣列、幅型比和幀頻。接著是圖像壓縮層，采用MPEG-2壓縮標(biāo)準(zhǔn)。再下來(lái)是系統(tǒng)復(fù)用層，特定的數(shù)據(jù)被納入不同的壓縮包中，采用MPEG-2壓縮標(biāo)準(zhǔn)。最后是傳輸層，確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制和信道編碼方案。對(duì)于地面廣播系統(tǒng)，采用Zenith公司開發(fā)的8-VSB傳輸模式，在6MHz地面廣播頻道上可實(shí)現(xiàn)19.3Mb/s的傳輸速率。該標(biāo)準(zhǔn)也包含適合有線電視系統(tǒng)高數(shù)據(jù)率的16-VSB傳輸模式，可在6MHz有線電視信道中實(shí)現(xiàn)38.6Mb/s的傳輸速率。
下面兩層共同承擔(dān)普通數(shù)據(jù)的傳輸。上面兩層確定在普通數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)上運(yùn)行的特定配置，如HDTV或SDTV；還確定ATSC標(biāo)準(zhǔn)支持的具體圖像格式，共有18種(HDTV 6種、SDTV 12種)，其中14種采用逐行掃描方式。
在6種HDTV格式中，因?yàn)?920×1080格式不適合在6MHz信道內(nèi)以60幀/秒進(jìn)行逐行掃描，故以隔行掃描取代之。SDTV的640×480圖像格式與計(jì)算機(jī)的VGA格式相同，保證了與計(jì)算機(jī)的適用性。在12種SDTV格式中，有9種采用逐行掃描，保留3種為隔行掃描方式以適應(yīng)現(xiàn)有的視頻系統(tǒng)。
另外，ATSC還開發(fā)并通過(guò)了可為采用50Hz幀頻的國(guó)家使用的另行標(biāo)準(zhǔn)。HDTV格式的象素陣列相同，但幀頻為25Hz和50Hz；SDTV格式的垂直分辨率為576行，水平分辨率則不同；也包含352×288格式，適應(yīng)必要的窗口設(shè)置。
2、歐洲數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)DVB
歐洲數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)為DVB，即Digital Video Broadcasting，數(shù)字視頻廣播。從1995年起，歐洲陸續(xù)發(fā)布了數(shù)字電視地面廣播(DVB-T)、數(shù)字電視衛(wèi)星廣播(DVB-S)、數(shù)字電視有線廣播(DVB-C)的標(biāo)準(zhǔn)。歐洲數(shù)字電視首先考慮的是衛(wèi)星信道，采用QPSK調(diào)制。歐洲地面廣播數(shù)字電視采用COFDM調(diào)制，8M帶寬。歐洲有線數(shù)字電視采用QAM調(diào)制。
DVB-T(ETS 300 744) 為數(shù)字地面電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。這是最復(fù)雜的DVB傳輸系統(tǒng)。地面數(shù)字電視發(fā)射的傳輸容量，理論上與有線電視系統(tǒng)相當(dāng)，本地區(qū)覆蓋好。采用編碼正交頻分復(fù)用(COFDM)調(diào)制方式，在8MHz帶寬內(nèi)能傳送4套電視節(jié)目，傳輸質(zhì)量高；但其接收費(fèi)用高。
DVB-S(ETS 300 421) 為數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。衛(wèi)星傳輸具有覆蓋面廣、節(jié)目容量大等特點(diǎn)。數(shù)據(jù)流的調(diào)制采用四相相移鍵控調(diào)制(QPSK)方式，工作頻率為11/12GHz。在使用MPEG-2MP@ML格式時(shí)，用戶端若達(dá)到CCIR 601演播室質(zhì)量，碼率為9Mb/s；達(dá)到PAL質(zhì)量，碼率為5Mb/s。一個(gè)54MHz轉(zhuǎn)發(fā)器傳送速率可達(dá)68Mb/s，可用于多套節(jié)目的復(fù)用。DVB-S標(biāo)準(zhǔn)幾乎為所有的衛(wèi)星廣播數(shù)字電視系統(tǒng)所采用。我國(guó)也選用了DVB-S標(biāo)準(zhǔn)。
DVB-C(ETS 300 429) 為數(shù)字有線電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。它具有16、32、64QAM(正交調(diào)幅)三種調(diào)制方式，工作頻率在10GHz以下。采用64QAM時(shí)，一個(gè)PAL通道的傳送碼率為41.34Mb/s，可用于多套節(jié)目的復(fù)用。系統(tǒng)前端可從衛(wèi)星和地面發(fā)射獲得信號(hào)，在終端需要電纜機(jī)頂盒。
3、日本數(shù)字電視的標(biāo)準(zhǔn)ISDB
日本數(shù)字電視首先考慮的是衛(wèi)星信道，采用QPSK調(diào)制。并在1999年發(fā)布了數(shù)字電視的標(biāo)準(zhǔn)--ISDB。ISDB是日本的DIBEG(Digital Broadcasting Experts Group 數(shù)字廣播專家組)制訂的數(shù)字廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，它利用一種已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的復(fù)用方案在一個(gè)普通的傳輸信道上發(fā)送各種不同種類的信號(hào)，同時(shí)已經(jīng)復(fù)用的信號(hào)也可以通過(guò)各種不同的傳輸信道發(fā)送出去。ISDB具有柔軟性、擴(kuò)展性、共通性等特點(diǎn)，可以靈活地集成和發(fā)送多節(jié)目的電視和其它數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
4、DVB與ATSC的比較
歐洲D(zhuǎn)VB標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)ATSC標(biāo)準(zhǔn)的主要區(qū)別如下：
方形像素：在ATSC標(biāo)準(zhǔn)中采納了“方形像素”(Square Picture Eelements),因?yàn)樗鼈兏舆m合于計(jì)算機(jī)；而DVB標(biāo)準(zhǔn)最初沒(méi)有采納，最近也采納了。此外，范圍廣泛的視頻圖像格式也被DVB采納，而ATSC對(duì)此則不作強(qiáng)制性規(guī)定。
系統(tǒng)層和視頻編碼：DVB和ATSC標(biāo)準(zhǔn)都采納MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)層和視頻編碼，但是，由于MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)并未對(duì)視頻算法作詳細(xì)規(guī)定，因而實(shí)施方案可以不同，與兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都無(wú)關(guān)。
音頻編碼：DVB標(biāo)準(zhǔn)采納了MPEG-2的音頻壓縮算法；而ATSC標(biāo)準(zhǔn)則采納了AC-3的音頻壓縮算法。
信道編碼：兩者的擾碼器（Radomizers）采用不同的多項(xiàng)式；兩者的里德--所羅門前向糾錯(cuò)（FEC）編碼采用不同的冗余度，DVB標(biāo)準(zhǔn)用16B，而ATSC標(biāo)準(zhǔn)用功20B；兩者的交織過(guò)程(Interleaving)不同；
在DVB標(biāo)準(zhǔn)中網(wǎng)格編碼（Trellix coding）有可選的不同速率，而在ATSC標(biāo)準(zhǔn)中地面廣播采用固定的2/3速率的網(wǎng)格編碼，有線電視則不需采用網(wǎng)格編碼。
調(diào)制技術(shù)：衛(wèi)星廣播系統(tǒng)中DVB標(biāo)準(zhǔn)采用QPSK，而ATSC標(biāo)準(zhǔn)不涉及衛(wèi)星廣播。有線電視系統(tǒng)中DVB標(biāo)準(zhǔn)采用任選的16/32/64QAM，而ATSC標(biāo)準(zhǔn)采用16VSB，兩者完全不同。地面廣播系統(tǒng)中DVB標(biāo)準(zhǔn)采用具有QPSK、16QAM或64QAM的COFDM（2K個(gè)或8K個(gè)載波）；而ATSC標(biāo)準(zhǔn)采用8VSB。 激光器相關(guān)文章:激光器原理
評(píng)論